工业生产中热固性预浸料多种制备方法简介

 导读：工业生产中热固性预浸料多种制备方法简介。热固性预浸料制备方法主要有两种：溶液法和热熔法。  

参考《2016-2022年中国材料预浸料行业发展格局现状及十三五发展策略研究报告》 

热固性预浸料制备方法主要有两种：溶液法和热熔法。 

        溶液法也称湿法，是最先制造预浸料的方法，即将树脂溶于低沸点的溶剂（如乙醇、丙酮）中形成一种具有特定浓度的溶液，然后将纤维束或者织物按规定的速度浸渍树脂溶液，并用刮刀或计量辊筒控制树脂含量，再通过烘箱干燥并使低沸点的溶剂挥发，最后收卷。溶液法又分为滚筒缠绕法和连续浸渍法，滚筒缠绕法限制于金属圆筒的直径，工艺效率低，产品规格受限，仅在教学或新品开发上使用，工业生产一般采用连续浸渍法。湿法工艺具有设备简单、操作方便、通用性大等特点，但其树脂含量难以控制，溶剂挥发会造成环境污染和人体健康危害，该工艺在国外已逐步被淘汰。 

        图 1：连续浸渍法预浸料制备工艺 

        热熔法也称干法，即将树脂在高温下熔融，然后通过不同的方式浸渍碳纤维丝或织物制成预浸料。干法按照树脂熔融后的加工状态可以分为一步法和两步法：一步法是直接将纤维通过含有熔融树脂的胶槽浸胶，然后烘干收卷。两步法又称胶膜法，它是先在制膜机上将熔融后的树脂均匀涂覆在浸胶纸上制成薄膜，为了保证预浸料树脂含量的稳定，树脂胶膜与碳纤维丝或织物通常以三明治夹层结构叠合，在高温下使树脂熔融嵌入到纤维中形成预浸料，最后卷绕在芯筒上。热熔法具有树脂含量控制精度高、挥发成分少、环境危害小、制造的复合材料空隙率低等优点，但其设备复杂、工艺繁琐，对热固性树脂要求熔点较低、无化学反应，对于厚度较大的预浸料树脂容易浸渍不均。目前该方法通过改进树脂配方和加长生产线以保证碳纤维树脂浸渍均匀，正逐渐替代溶液法。 

        图 2：热熔法预浸料制备工艺 

        热塑性预浸料制备方法主要包括溶液法、热熔法、粉末浸渍法、悬浮浸渍法、纤维混杂法等。 

        溶液法：部分非结晶型树脂 PEI、PES 等可溶解在低沸点溶剂中，可用溶液法制备预浸料，但一般需要高温条件，以增加热塑性树脂在溶剂中的溶解度，提高预浸料的树脂含量。但 PEEK、PPS 一类结晶型高分子，没有合适的低沸点溶剂可溶，不宜使用溶液法制备预浸料，制备方法与热固性预浸料类似。 

        热熔法：热塑性树脂的热熔法与热固性树脂的热熔法类似。 

        粉末法：粉末法是制备热塑性预浸料比较典型的方法，它是指将带静电的树脂粉末沉积到被吹散的碳纤维上，再经过高温处理使树脂熔融嵌入到碳纤维中。粉末法具有快速连续生产、纤维损伤少、工艺过程历时少、聚合物不易分解、成本低等潜在优势，但这种方法的不足之处在于适于这种技术的树脂粉末直径在 5-10 μm 为宜，而制备直径在 10 μm 以下的树脂颗粒难度较大，且浸润所需的时间"温度"压力均依赖于粉末直径的大小及其分布状况。 

        悬浮预浸法：主要过程是将纤维通过事先配制好的悬浮液，使树脂粒子均匀分布在纤维上，然后加热烘干悬浮剂使树脂熔融浸渍碳纤维得到预浸料。悬浮剂多为含有增稠剂聚环氧乙烷、甲基乙基纤维素的水溶液，树脂粉末应尽可能的细小直径最好在 10 μm 以下并小于纤维直径，以便均匀分布并使纤维浸透。这种方法生产的片材纤维分布均匀，成型加工时预浸料流动性好，适合制作复杂几何形状和薄壁结构的制品，但与熔融法一样存在技术难度高和设备投资大的缺点。 

        纤维混杂法：是先将热塑性树脂纺成纤维或纤维膜带，再根据含胶量的多少将碳纤维与树脂纤维按一定比例紧密地并合成混合纱，然后将混合纱织制成一定的产品形状，最后通过高温作用使树脂熔融嵌入碳纤维中，其独特之处在于树脂浸润过程与预浸料固化过程同时进行。 

        纤维混杂法的优点是树脂含量易于控制，纤维能得到充分浸润，可以直接缠绕成型得到复杂外形的制件。但其在树脂浸润过程中，难以实现树脂均匀浸润，制取直径极细（<10 μm）的热塑性树脂纤维非常困难，同时织造过程中易造成纤维损伤，因而限制了这一技术的应用。 

        图 3：几种混杂纤维的方式 

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