[发明专利]流态化床反应器及碳纤维热塑性复合材料熔融浸渍工艺

说明书

本发明涉及新能源汽车材料技术领域，特别涉及流态化床反应器及碳纤维热塑性复合材料熔融浸渍工艺。包括有集气腔、直筒腔和扩大腔，所述的集气腔与直筒腔间通过气体分布板隔开，所述的直筒腔内设有转轴，所述的集气腔底部设有带动转轴转动的驱动机构，所述的转轴上设有至少两个安装座，安装座上，所述的安装座上设有方向与转轴一致的立杆，所述的立杆上设有若干剪板，立杆朝向直筒腔腔壁的端面上设有防止直筒腔腔壁沉积的清扫机构。本发明的目的在于提供了一种防止粉末沉积，能对粉末充分分散的流态化床反应器及碳纤维热塑性复合材料熔融浸渍工艺。

技术领域

本发明涉及新能源汽车材料技术领域，特别涉及流态化床反应器及碳纤维热塑性复合材料熔融浸渍工艺。

背景技术

碳纤维复合材料是复合材料中的一个重要分支,由于其性能优异,近年来这种材料的用途及产量逐步扩大。长期以来,碳纤维增强复合材料被看作是一种昂贵的材料,价格约为玻璃纤维增强复合材料的十倍,只用于军工、宇航等尖端技术行业。近年来,碳纤维每年以50%以上的速度增长,其中有两个重要因素推动了碳纤维复合材料的发展,一是对上述材料认识的不断深入,使其性能日趋完善,可达到许多其它材料难以比拟的性能,促使其使用量不断上升。二是费效比的不断降低,这主要归功于碳纤维工业能提供高质量的纤维以及纤维/基体融熔技术的不断进步。碳纤维的规模化生产, 使其质量提高而价格下降,而加工技术的进步又使加入复合材料中的碳纤维比例不断上升, 目前已可达体积比例的60%以上。

碳纤维复合材料发展如火如荼，来势凶猛。在航天航空及国防工业大都应用热固性复合材料，然而热固性复合材料成本高，成型周期长，最大问题难以回收利用，污染环境后果严重。经过多年致力于基料研发，先后选择PC、PEEK、PPS、PI、PA、PET、PP作为基料的试验。从试验中发现PA是一种极为重要的热塑性基料。PA本身虽是性能优异的工程塑料,但吸湿性大,制品尺寸稳定性差,强度与硬度也远远不如金属,为了克服这些缺点,采用碳纤维或其它品种的纤维进行增强以改善其性能。用碳纤维增强PA材料近年来发展很快,因为PA和碳纤维都是工程塑料领域性能优异的材料,二者复合综合体现了各自的优点,强度与刚性比未增强的尼龙高很多,蠕变小,尺寸精度好,热稳定性显著提高, 耐磨,阻尼性优良,与玻纤增强相比有更好的性能。但目前就PA为基料的碳纤维复合材料还是存在成本较高的情况。

而在碳纤维复合材料研发中，树脂基体与碳纤维的界面结合技术和熔融浸渍工艺是制备的关键技术，目前的熔融浸渍工艺有多种，包括有：1、膜叠压法，将碳纤维单向带或机织物与树脂薄膜交替层叠，然后加热加压使碳纤维均匀地镶嵌在树脂薄膜中，这种方法是应用最早的浸渍工艺之一，适用于任何能够制膜的热塑性树脂。但是用这种工艺制成的复合材料，由于熔融树脂粘度高，不能很好的浸渍碳纤维或机织物，因而复合材料性能较低；2、砑光浸渍法，通过一对反向运动的压辊将树脂熔体挤入碳纤维束中，此方法过程连续，生产效率提高，但是同膜叠压法一样，该方法很难使碳纤维束获得良好的浸渍；3、涂敷法，制备单向纤维增强热塑性树脂预浸料最早商业化的方法，是利用交叉口模对连续纤维进行挤出涂敷。此方法由于浸渍压力较低，纤维浸渍不完全，束内纤维几乎不能完全接触到树脂；4、熔体注射预浸渍法，目前，国外研究开发了熔体注射预浸法和一种新的预浸工具预浸轮。熔体注射预浸法是将纤维从两个或多个阴模上的可以注射树脂熔体的喷嘴上拉过，纤维被分散在熔体中，以达到浸渍纤维的目的。其中通过喷嘴的熔融树脂，由挤出机供给。由于这种方法的浸渍只发生在纤维束经过喷嘴的短时间内，因此为保证树脂对纤维的充分浸渍，必须对纤维施加一定的张力，使其与喷嘴紧密接触，同时，从喷嘴喷出的熔体必须具有一定的压力。

经过上述所述，本公司研发出一种新的碳纤维热塑性复合材料的熔融浸渍工艺，该工艺通过粉末混合技术，特点是工艺控制容易、操作方便、生产效率髙，适合于多种聚合物基体，且浸渍后的成品材料内部结构浸润性良好，孔隙率少，断面中纤维表面包覆树脂，界面结合性良好。但是，在工艺在实施过程中，发现粉末在熔融过程中，非常容易团聚，不易分散，需要通过流态化床反应器对粉末充分的分散，但是，流态化床在分散过程中，发现，粉末很容易沉积在反应器腔壁，针对这种情况，本发明作出了改进。