[发明专利]一种高温热塑性复合材料制品的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料科学技术领域，具体的，本发明涉及通过原位固 结缠绕工艺来制造热塑性复合材料制品的成型方法。

背景技术

纤维增强热塑性树脂基复合材料(FiberReinforcedThermoPlastic，简 称FRTP)是一种以树脂为基体，纤维充当增强剂而组成的复合材料，其 制品与热固性复合材料制品相比具有以下优点a)制品可重复加工，废旧 制品可再生利用，利于环保；b)基体树脂种类多，可选择性大；c)可热 成型，成型周期短，生产效率高；d)韧性高，耐冲击性能好；e)预浸料 保存期限几乎不受限制；f)产品设计自由度大，可制成复杂形状，成型适 应性广，是下一代复合材料发展的热点。由于克服了热固性树脂基复合材 料断裂韧性差、损伤容限低、吸湿、成型加工周期长等缺点，因而近二十 年来，热塑性树脂基复合材料得到了迅速的发展，其产品可广泛用于航天、 航空、兵器、汽车、建材和化工防腐容器等领域。

目前，国内外对热塑性复合材料的缠绕工艺主要集中在利用预先制备 的预浸带进行缠绕方面，成型时，预浸带中树脂基体高温熔融，通过熔体 流动和施加压力实现预浸带层与层之间的粘结。但由于热塑性复合材料基 体树脂的熔体粘度普遍较高，熔体流动困难，为了使热塑性树脂获得较低 的粘度，往往需要更高的温度，更高的热量输入，耗用更多的能量。

原位固结缠绕加工技术利用热塑性复合材料不需要固化周期，在缠绕 或铺放到芯模上后能够即刻熔融和即刻再结晶/固结的优点，定位加热复合 材料预浸带，降低了对复合材料和芯模的热量输入，这一加工工艺消除了 热膨胀的影响，可以有效地保证产品尺寸稳定性。

目前用于高性能热塑性复合材料原位固结缠绕加工技术的热源主要 有大功率激光器(二极管式，功率2000w)、热气炬、氢氧火焰、超声波等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高温热塑性复合材料制品 的加工方法，该方法利用热塑性复合材料不需要固化周期，在缠绕或铺放 到芯模上后能够即刻熔融和即刻再结晶/固结的优点，以类似于“焊接”的方 式定位加热复合材料预浸带，降低了对复合材料和芯模的热量输入；同时 这一加工工艺消除了热膨胀的影响，可以有效地保证产品尺寸稳定性。本 发明采用原位固结成型的工艺方法，制备在高温下可长期使用，具有优异 力学性能的新一代高性能热塑性复合材料缠绕构件。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高温热塑性复合 材料制品的加工方法，利用热气炬加热预先制备的热塑性复合材料预浸 带，使预浸带中树脂基体高温熔融，然后将其以0.5-15m/min的速度在导 带辊的作用下均匀缠绕在芯模的表面，并通过加压固结，最后固结冷却为 密实的缠绕结构。所述加压固结是指在张力和径向压力作用下排除预浸带 界面之间的孔隙，最后在压力的作用下固结冷却为密实的缠绕结构。本发 明中，所述预浸带在以0.5-15m/min的速度运动的同时，在径向压力辊的 和张力收紧装置的作用下，排出预浸带界面之间的空隙，通过熔体流动和 施加压力实现预浸带层与层之间的粘结，即为加压固结。

上述技术方案中，预先制备的预浸带缠绕在料盘上进行放卷，所述料 盘的预浸带在张力作用下，经过多组导带辊的导向作用到达芯模，经径向 压力辊和芯模的预热作用，利用热气炬提供的热量迅速加热，使热塑性的 基体树脂快速熔融，然后以一定的速度均匀缠绕或铺放在芯模的表面，在 张力收紧装置提供的张力和径向压力辊提供的压力作用下排除预浸带界 面之间的孔隙，最后在压力作用下固结冷却为密实的缠绕结构。

进一步的技术方案中，所述方法在以下加工设备中制备：所述加工设 备包括：料盘、导带辊、径向压力辊、芯模、和热气炬；所述芯模具有张 力收紧装置；所述径向压力辊和所述芯模呈相切的位置设置，所述热气炬 设置在所述芯模和所述径向压力辊之间。

进一步的技术方案中，所述热塑性复合材料预浸带为单向纤维增强热 塑性树脂基体的单向带，其制备原料包括增强纤维和热塑性复合材料基 体；所述增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、和PBO纤维中的一 种或多种；所述热塑性复合材料基体选自聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、 聚醚醚酮(PEEK)的一种。

进一步的技术方案中，所述热塑性复合材料预浸带中纤维体积含量为 47％～63％。