[发明专利]一种超薄连续纤维增强热塑性预浸料的制备方法

说明书

本发明提供了一种超薄连续纤维增强热塑性预浸料的制备方法，包括带微锥孔阵列特征金属模具加工、带微锥形突起阵列特征的开纤板翻制、超薄纤维布初次开纤、基体树脂粉末振动撒粉、二次开纤、初次翻转匀粉、二次翻转换模、真空加热熔融和热压成型。在金属模具表面加工出阵列锥形孔，利用高性能热塑性PEEK树脂薄板，翻制出带微锥形突起阵列特征的开纤板，实现对超薄连续增强纤维布的充分开纤，开纤效果好；配合流量可控的三坐标可移动漏嘴和开纤板的两次高频低幅振动撒粉，实现基体树脂粉末在增强纤维布内部的均匀分布，有效解决了熔融态树脂基体深入连续纤维束内部难的问题。

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料制备领域，具体地，涉及一种超薄连续纤维增强热塑性树脂基体预浸料的制备方法。

背景技术

近年来，连续纤维增强热塑性树脂基体预浸料因其具有高比强度、高比刚度、低密度等特性，引起了汽车、船舶、轨道交通等领域的广泛关注。对于连续纤维增强热塑性预浸料，特别是超薄预浸料而言，连续纤维在树脂基体中的分布均匀性以及树脂基体对连续纤维的浸渗效果，将直接影响所制得复合材料构件的力学性能稳定性及服役安全性。

一方面，在整个连续纤维增强热塑性预浸料的制备过程中，与纤维分布均匀性直接相关的工艺环节就是纤维束开纤。目前常用的纤维开纤方式主要有：气流开纤法、罗拉开纤法以及气流罗拉混合开纤法。其中，气流开纤法是通过高压空气将碳纤维束自然分开，该方法的优点是气体作用力小，单丝纤维断裂少，但是目前常用的增强纤维基于集束和界面改善的目的，都使用了上胶剂，使得纤维束分离难度大，开纤效果不理想。而罗拉开纤法属于机械式开纤，能够减轻上胶剂的影响，但是其开纤效果受牵引张力、罗拉直径、纤维束与罗拉接触角等诸多因素的影响，开纤效果不稳定。因此，寻求一种更为高效、稳定的连续纤维开纤方式，对保证超薄连续纤维热塑性预浸料的质量具有至关重要的意义。

另一方面，因热塑性树脂基体熔融温度高、粘度大、流动性差等特点，使得现有基于熔融浸渗法制得的连续纤维预浸料中，树脂基体很难浸入纤维束内部的纤维丝之间，形成理想浸渗，从而影响连续纤维增强热塑性预浸料的性能。为解决这一问题，中国专利(CN105885072)给出了一种单向连续纤维增强树脂基复合材料预浸料的制备方法，通过相转化法制备包含有树脂基体粉末及可溶性粘结剂的悬浊液用于纤维束的浸渍，纤维束浸渍后进行排布，将溶剂蒸干后收卷制得预浸料。该方法虽然在很大程度上避免了熔融态树脂粘度大、流动性差等问题，但对悬浊液配置要求较高，且由于树脂基体粉末未经熔融，制成的预浸料中纤维与树脂基体间的界面结合强度较低。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种超薄连续纤维增强热塑性预浸料的制备方法，有效解决了熔融态树脂基体深入连续纤维束内部难的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种超薄连续纤维增强热塑性预浸料的制备方法，包括如下步骤：带微锥孔阵列特征金属模具加工、带微锥形突起阵列特征的开纤板翻制、超薄纤维布初次开纤、基体树脂粉末振动撒粉、二次开纤、初次翻转匀粉、二次翻转换模、真空加热熔融和热压成型。

进一步，所述带微锥孔阵列特征金属模具利用激光打孔，在金属模具表面加工出阵列锥形孔。

更进一步，所述阵列锥形孔的直径、行数、列数由开纤程度确定，所述阵列锥形孔的深度由所制备预浸料厚度确定。

进一步，所述微锥形突起阵列特征开纤板的翻制，具体为：将高性能热塑性PEEK树脂薄板平放于所述金属模具后，加热至PEEK材料熔融温度后，加压使熔融态PEEK树脂流入金属模具的阵列微锥孔中，待PEEK树脂冷却凝固后，将PEEK树脂从金属模具表面剥离，翻制出带微锥形突起阵列特征的上开纤板和下开纤板。

更进一步，所述超薄纤维布初次开纤，具体过程为：将超薄纤维布在张紧状态下，勒入下开纤板带微锥形突起阵列的一面，使微锥形突起阵列在纤维布中形成密集的钉扎。