[发明专利]一种纤维增强热塑树脂复合材料的制备装置及制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强热塑树脂复合材料的制备装置及制备方法，其中制备装置包括纱架、表面处理槽、烘干段、浸胶槽、预成型模具、真空挥发段、固化模具、冷却模具以及牵引装置；所述表面处理槽、浸胶槽、预成型模具、真空挥发段、固化模具以及冷却模具依次设置在纱架与牵引装置之间；预成型模具将经浸胶槽进行浸胶处理后的连续纤维按照预设的成型孔排布并输出；真空挥发段对经浸胶槽浸胶后的胶液中的有机溶剂进行挥发处理；固化模具通过加热使树脂和连续纤维固化成型；冷却模具对成型的复合材料降温。本发明工艺简单，对设备要求低。制备的复合材料纤维与树脂浸渍良好，溶剂挥发彻底，界面结合能力强，表现出良好的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种纤维增强热塑树脂复合材料的制备装置及制备方法，它属于纤维增强热塑性复合材料生产加工技术领域。

背景技术

近年来，随着纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)的发展，FRP筋在土木工程领域展现了极大的应用价值。FRP筋具有强度高、密度小、耐腐蚀性能好等优点，广泛用于替代钢筋增强混凝土结构。热固FRP筋应用较多，已有多个成功案例。但其硬脆、耐冲击性差、固化成型周期长、耐高温差，不能在现场进行二次加工，箍筋和弯筋等只能通过工厂预制生产。而热塑性树脂熔点较高、熔体黏度大，并且表面极性低，纤维难以浸渍，纤维与树脂界面结合差，生产制备极为困难。目前，纤维增强热塑树脂常用方法为熔融浸渍、溶液浸渍、粉末浸渍等。但熔融浸渍时，高温易造成纤维受损、树脂分解；粉末浸渍时要求纤维在气相中被分散成单丝，技术难度大；溶液浸渍时，部分有机溶剂在树脂中分布不均匀，被包裹在树脂内部，树脂粘度大，有机溶剂难以挥发完全，造成制备过程中复合材料的缺陷。

本发明采用溶液浸渍法拉挤成型制备纤维增强热塑筋。首先通过表面处理槽对纤维进行表面处理；在树脂中加入溶剂，采用远红外板辐射预热器对浸胶槽均匀加热，降低树脂粘度，同时在浸胶槽底部安装风扇叶片进行搅拌，确保树脂和溶剂混合均匀；浸胶槽中安装1～5个辊轮，延长纤维在浸胶槽中的浸渍时间，确保纤维在树脂中充分浸渍；通过预成型模具使纤维形成固定截面。之后纤维通过真空挥发段并保持合适的温度，使溶剂最大化挥发且不对树脂造成明显老化，减少树脂和纤维成型过程中因溶剂挥发造成的缺陷，提高拉挤制品的力学性能。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的缺陷，而提出一种纤维增强热塑树脂复合材料的制备装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

包括：纱架、表面处理槽、烘干段、浸胶槽、预成型模具、真空挥发段、固化模具、冷却模具以及牵引装置；所述表面处理槽、浸胶槽、预成型模具、真空挥发段、固化模具以及冷却模具依次设置在纱架与牵引装置之间；在所述纱架上缠绕连续纤维，连续纤维在表面处理槽中进行表面处理后经过烘干段烘干；在所述浸胶槽内设置有由树脂和有机溶剂混合的胶液，所述预成型模具将经浸胶槽进行浸胶处理后的连续纤维按照预设的成型孔排布并输出；所述真空挥发段对经所述浸胶槽浸胶后的胶液中的有机溶剂进行挥发处理；所述固化模具通过加热使树脂和连续纤维固化成型；所述冷却模具对成型的复合材料降温。

在所述的表面处理槽中有纤维适配的表面处理剂；连续纤维通过表面处理槽的时间不少于3min。

在所述浸胶槽内设置有浸胶辊、搅拌叶片及加热器件；所述加热器件将浸胶槽中液体加热至50-60℃。

所述加热器件为距离浸胶槽底部5-10cm处的远红外板辐射预热器。

所述胶液中树脂和溶剂的体积比为100ml：3ml～10ml；所述树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚醚醚酮、热塑环氧等热塑性树脂；所述有机溶剂为甲乙酮、丙酮或二甲苯。

所述连续纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、或以上任意两个或三个的混杂纤维。