[发明专利]一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于复合材料增强制备领域，更具体地，涉及一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备。

背景技术

连续纤维增强热塑性复合产品具有许多优良的综合性能，使用较为广泛。连续纤维增强热塑性复合材料先以预浸带的方式保存，然后再将预浸带加工成型为连续纤维增强热塑性复合产品。预浸带的力学性能好，生产效率高，需求量迅猛增长；预浸带通常是由纤维(例如碳纤维)通过浸渍树脂基体制备的。热塑性树脂预浸带由于具备突出的可循环性及韧性，得到越来越多的应用。聚醚醚酮作为一种新型特种材料，其纤维增强复合材料已广泛应用于半导体，汽车，航空航天等领域。

目前，公开报道的连续纤维增强热塑性塑料复合材料预浸带的制造方法主要包括溶液浸渍、粉末浸渍和熔体浸渍等；聚醚醚酮难以被普通溶剂溶解，而粉末浸渍由于浸渍时间、温度、压力以及粉末直径大小对预浸带质量影响很大，不易控制；因此，目前使用较多的连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带制造方法为熔融预浸。

当前熔融预浸方法，多是连续纤维束在挤出机口模附近与熔融树脂充分浸渍后，通过定型模头，拉出棒条并切成不同长度粒料。虽然没有像传统纤维增强，直接将纤维与聚合物熔融共混挤出，但经过挤出机头后的纤维亦有一定程度损伤，不利于纤维增强复合材料冲击强度和刚性。

长纤维增强聚醚醚酮复合材料制造方法，其关键技术在于熔体在连续纤维束中的分散性与可浸润性，以及纤维和树脂基体间的界面结合性。专利CN201020194522.7公开了一种长纤维增强热塑性复合材料生产过程中用于浸渍玻纤的熔体槽。该专利通过挤出机同步挤出熔体至熔体槽中，可以避免了纤维在机头处的损伤；熔体的循环流动包覆在纤维表面，亦有效的避免了熔体长时间提留在模具中而产生热分解的情况。但对于聚醚醚酮而言，其熔融温度在340～400℃范围内，且熔融后粘度很高，仅借助熔体槽，熔体难以完全浸入纤维束内部。同时，纤维和树脂基体间弱的界面作用在该专利中也未考虑，不利于预浸带力学性能的提高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法及设备，解决了聚醚醚酮复合材料预浸带在浸渍过程中存在的纤维易于受损以及与树脂基体界面作用弱问题；本方法易于操作，并且能够连续化生产连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带，本设备能有效提高生产效率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，包括以下步骤：

1)分纱：多根连续纤维在分纱装置中进行分纱、平整，得到连续纤维束；

2)预热：连续纤维束进入加热箱中进行预热；

3)包覆：预热后的连续纤维束进入浸渍模具，与从双螺杆挤出机挤出的改性PEEK树脂熔体在浸渍模具中混合，改性PEEK树脂熔体在压力作用下包覆在连续纤维束上；

4)卷绕：包覆有改性PEEK树脂熔体的连续纤维束从浸渍模具出来后即获得预浸带,然后预浸带卷绕在卷绕装置上。

优选地，步骤3)中所述改性PEEK树脂熔体的制备过程如下：

3.1)制备混合配料：混合配料按重量份数比包括以下原料：

3.2)将混合配料送入双螺杆挤出机内熔融共混即获得所述的改性PEEK树脂熔体。

优选地，步骤3.1)中混合配料的制备过程如下：将二苯砜加入丙酮中并搅拌，待二苯砜溶解于丙酮后，再按所述比例加入PEEK粉末并搅拌，使二苯砜与丙酮的混合溶液渗透进PEEK粉末中形成均匀的混合物；待丙酮完全挥发后，加入PEK-C、润滑剂和抗氧剂并搅拌均匀，即制得所述的混合配料。

优选地，步骤3.2)中双螺杆挤出机的转速设置为25～100rpm/min，其熔融段的温度设置为350～400℃，所述卷绕装置的卷绕速度为5～20m/min。

优选地，所述加热箱的加热温度为250～320℃，所述浸渍模具内的温度比挤出机的熔融段的温度低5～10℃。

优选地，步骤1)中所述的分纱装置施加在连续纤维上的张力为5～50N。

优选地，还包括对从浸渍模具出来的预浸带进行气冷或水冷的步骤，预浸带进行气冷或水冷后进入卷绕装置进行卷绕。

一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造设备，包括从左至右依次设置的分纱装置、加热箱、混料装置及卷绕装置，其中，分纱装置包括多个导轮，用于使连续纤维并行排布从而形成连续纤维束；

加热箱，用于对连续纤维束进行预热；