热塑性碳纤维是未来碳纤维复合材料发展的重要方向,其中连续碳纤维增强热塑性复合材料的制备的难度更大。想要得到性能突出的连续碳纤维热塑性预浸带,那在制备过程中需要克服哪些困难?
 
连续碳纤维热塑性预浸料制作工艺难在哪里?
 
连续碳纤维热塑性预浸料制作的2个工艺难点
 
1、展丝
 
展丝在连续碳纤维热塑性预浸料制备的过程中占有非常重要的作用。当热塑性树脂基体在高温熔化后,会表现出较大的黏度,大丝束的碳纤维因为自身线密度较大,想要充分浸润于热塑性树脂,难度可想而知。
 
热塑性树脂浸润效果不理想,碳纤维表面的树脂分布不均匀,空隙较多,最终预浸带的性能大打折扣。想要提升浸润效果,那就需要将丝束的宽度延展开,宽幅越大,厚度越薄,热塑性树脂的浸润才会越充分。
 
展丝的目的就是为了加大丝束的宽幅,提高与树脂的接触面积,最终提高性能稳定行。展纱工艺会对碳纤维带来一定的损伤,但这种损伤对比充分浸润带来的性能提升了来说微乎其微。
 
目前碳纤维丝束展丝的方法有机械展丝法、气流展丝法和超声波展丝法,实际运用中,可以一种或多种方式同时使用,以达到最好的展丝效果。机械展丝法多采用物理挤压、摩擦等方式将丝束宽度撵开,气流展丝法则采用高压空气喷射使丝束弯曲展开,超声波则是利用超声空穴效果撞击碳纤维完成展开的效果。
 
连续碳纤维热塑性预浸料制作工艺难在哪里?
 
2、温度、压力与材料比例
 
连续碳纤维增强热塑性预浸料的制备方法可以分为是预浸渍法和后浸渍法。预浸渍法包括熔融浸渍法和溶液浸渍法;后浸渍法包括薄膜层叠法、粉末浸渍法、纤维混杂法等。
 
考虑到工艺可行性和预浸料性能两方面,目前多采用预浸渍法中的熔融浸渍法来制备连续碳纤维增强热塑性预浸料。熔融浸渍法是将碳纤维通过熔融的热塑性树脂基体后得到浸渍的方法,相比溶液浸渍法不仅节省材料、减少环境污染,而且能精确控制预浸料中基体的质量分数。
 
熔融浸渍法制备过程中,难点在于对温度、压力及两种材料比例的掌握。首先需要选择合适的温度和压力,热塑性树脂的流动性较好,碳纤维浸渍的效果更好。然后再调整树脂基体和碳纤维的比例,找到最合适的配比方案。如果热塑性树脂含量过高,那承担载荷的重担就落在树脂基体上,整体性能不强;而如果热塑性树脂含量过低,碳纤维浸润效果不佳,碳纤维增强效果出不来。
 
连续碳纤维增强热塑性预浸料的制备需要花费大量的时间和精力,不断尝试和验证。难点分析可以找准方向,但是真的到上手调整却异常艰难,这也是为什么热塑性碳纤维还无法大量普及的根本原因。