[发明专利]连续纤维增强聚芳醚酮单向预浸带及其制备方法

说明书

一种连续纤维增强聚芳醚酮单向预浸带及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。本发明主要解决的技术问题是将聚醚醚酮生产溶液，设计成为聚醚醚酮预浸液，并通过预浸工艺制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带。本方法克服聚醚醚酮熔体粘度大，浸润不够充分的问题，并且能够连续化生产连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带，有效提高生产效率，克服传统溶液预浸方法中的多次预浸带来的成本增加问题，解决预浸带中残存盐类包杂问题。本发明产品是一种具有优异力学性能和热学性能、耐磨、耐腐蚀的树脂基复合材料，具有较高的损伤容限，尤其是有利于较大的部件成型过程，可应用于航空、航天、兵器和民用高技术领域。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种利用聚醚醚酮溶液预浸连续纤维制备的连续纤维增强聚芳醚酮单向预浸带及其制备方法。

背景技术

近十年来，由于环境保护的要求，连续纤维增强热塑性树脂基复合材料发展迅速，快速成型特性和可回收利用的优势日益受到人们的关注。连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有高的损伤容限、高层间剪切强度、易于加工、可整体成型和重复加工等诸多优异特点，在风电、轨道交通、城市基建、环保等领域得到诸多应用。

通用塑料制备的连续纤维增强复合材料由于耐热和机械等级低，不能满足某些苛刻的使用环境。近年来，高性能连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究和制品持续增多，诸如连续纤维增强聚酰亚胺(CN1077679A)、连续纤维增强可溶性聚芳醚(CN100443543C，CN103965638A)、连续纤维增强聚碳酸酯(CN104072964A)和连续纤维增强聚醚醚酮(CN104629254A)等。英国制备的连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带以APC-2的牌号推出后，其制备、性能和应用研究持续增多。其制备方法可采用粉末浸渍、溶液浸渍、熔体浸渍和纤维混编等方法。粉末浸渍方法，粉末直径大小、浸渍时间、浸渍温度和压力对预浸带质量影响较大，所以研究较少。目前普遍采用的方法为熔融浸渍法，通过机械压力挤压，使熔融树脂充分预浸纤维，成本低，工艺与性能稳定，但是由于聚醚醚酮的熔体粘度大，所以纤维预浸不够充分(US005395477A)。采用纤维混编的方法是制备高性能聚醚醚酮纤维预浸带的有效方法，但是其工艺复杂，造价过高(CN102134372A)。利用聚醚醚酮纤维与连续碳纤维复合制备的复合材料单向预浸带具有最佳性能。

虽然利用溶液预浸制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带的方法，有机溶剂不够环保，且容易产生气泡，但溶液预浸仍然是制备可溶性连续纤维增强高性能聚合物树脂基连续纤维的有效方法(CN1603363A)。目前，利用溶液法预浸制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带面临很多的困难。首先聚醚醚酮类聚合物是一种芳香性半结晶材料，除浓硫酸外，其不溶于常见的有机溶剂；其次，利用溶液法预浸聚醚醚酮的工艺是困难的，因为溶剂去除后聚醚醚酮的多孔结构会严重影响其性能；第三聚醚醚酮和溶剂的混合物去除工艺复杂，将成品聚醚醚酮溶解、预浸后，溶剂去除的复杂工艺使复合材料价格增加，丧失了溶液预浸法制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带的优势。已知报道中利用丙酮与水制备聚醚醚酮悬浮液，然后预浸连续纤维干燥，热压成型制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明主要解决的技术问题是将聚醚醚酮生产的结尾步骤产生成的溶液，设计成为聚醚醚酮预浸液，并通过预浸工艺制备连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带。本方法易于操作；克服聚醚醚酮熔体粘度大，浸润不够充分的问题；并且能够连续化生产连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带，有效提高生产效率；克服传统溶液预浸方法中的多次预浸带来的成本增加问题；解决预浸带中残存盐类包杂问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮树脂基单向预浸带的制造方法，包括以下步骤：

1)制备聚醚醚酮预浸液，并预热至200～350℃待用；

2)分纱：将连续纤维经排布机分纱、拓宽和平整，得到连续纤维束；排布机的牵引张力范围2～30N，连续纤维包括但不限于碳纤维、石英纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维；