长纤维增强热塑性复合材料技术与设备的研究.pdf

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1、贾明印，等：长纤维增强热塑性复合材料技术与设备的研究83长纤维增强热塑性复合材料技术与设备的研究贾明印薛平于建丁筠(1．北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所，北京100029；2．清华大学高分子研究所，北京100084)摘要总结了长纤维增强热塑性复合材料技术与设备的最新技术，包括长纤维增强热塑性复合材料造粒技术、长纤维增强在线配混并直接挤出成型技术、长纤维增强在线配混并直接模压成型技术和长纤维增强在线配混并直接注射成型技术。关键词长纤维增强热塑性塑料复合材料纤维增强复合材料作为结构型复合材料，具有质量轻、熔融浸渍挤拉技术由于挤出效率高而被工业上广泛采强度高、耐腐蚀、隔热吸音、设计和成型自由

2、度大等优点而被用。它采用一种特殊结构的拉挤模头，让分散均匀、预加张广泛用于航空航天、船舶、车辆制造、建筑工程、化学工程及力的连续纤维束经过这一充满高压熔体的模头时，反复多次体育等领域。纤维增强复合材料一般是由强度高、模量大的承受交替的变化，促使纤维和熔体强制性的浸渍，达到理想增强纤维与有韧性、模量小的树脂基体组成。其中纤维只有的浸渍效果，如图1所示。达到一定长度后，才能起到增强作用，而传统的纤维增强复纤维柬合材料均由短纤维组成，纤维长度一般在3mm以下，纤维在塑料中是无规、随机的，经过注塑加工后生产的制品中纤维更短，其增强效果受到一定的限制，复合材料的性能无法得到充分的发挥，限制了纤维增强

3、复合材料在工业上的应用。为了弥补这一缺陷，在20世纪80年代国外开发了长纤维增强热塑性复合材料(LFT)。LFr比一般短纤维增强材图1熔融浸渍不意图料具有更好的力学性能，复合材料中一般包含10mm以上但是，当前熔融浸渍挤拉技术有如下缺点：的纤维，其模量、冲击强度、耐热性、耐蠕变性能及成型收缩(1)结构设计不理想率均明显优于短纤维增强的热塑性复合材料。熔融浸渍挤拉模具结构多为波浪型结构或轮系型结构，因此，研究连续u叩对促进复合材料的发展和拓展纤其核心技术为国内外几家大型公司垄断，保密级别很高。调维增强复合材料在工业上的应用具有重要的研究意义和工研结果表明，当前浸渍挤拉技术的浸渍和分散效果还不

4、理业价值。长纤维增强技术是实现通用塑料工程化和工程塑想，单靠波浪型或轮系型结构很难实现单丝级的分散和良好料功能化的重要技术之一，已引起国内外科研单位与工业界的浸渍效果。的广泛关注，并争先研究开发，现已形成了一系列的技术，主(2)不适合高粘度的树脂’要有长纤维增强热塑性复合材料造粒技术(G—Ln’)、长纤目前，市场上制备LfTr所用树脂的粘度较低，熔体流动维增强在线配混并直接挤出成型技术(E—L订)、长纤维增速率(MFR)为50—100g／10min。因材料流动性较好，浸渍强在线配混并直接模压成型技术(D—LfTr)、长纤维增强在较为容易，总体上降低了G—LFTr的制造难度。对MFR在线配混

5、并直接注射成型技术(S—LFr)。笔者现将这些技术10～2Og／10min或更小的高粘度树脂，当前的熔融浸渍挤及其设备的研究作一介绍。拉技术很难实现单丝级的分散和良好的浸渍效果。1长纤维增强热塑性复合材料造粒技术(3)不适合制备热敏性体系的LFr热塑性聚合物熔融时粘度很高，浸渍困难，如何在纤维热敏性体系，物料对温度敏感，耐热性不强，模具不允许与基体间形成良好的浸渍、使两者充分接触，减少制备与成有较多集料。但是，当前的浸渍模具所采用的结构，模具内型过程中纤维的损伤，是高性能G—L订制备与成型过程所有较多的集料，极易引起物料的降解，因此不适宜制备热敏面临的关键问题。对此，国内外已开展大量的研究

6、，形成了性体系的增强粒子，如聚甲醛(POM)／长玻纤(LCF)。所以，一系列浸渍挤拉技术，如原位聚合浸渍挤拉技术、粉末浸渍当前的浸渍挤拉模具具有专一性，不具备通用性。挤拉技术和熔融浸渍挤拉技术等。原位聚合浸渍要求单体北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所对LfTr的技聚合反应速度快，反应易于控制，存在的主要问题是工艺条术难点进行了一系列的研究，先后设计了多种不同类型的浸件比较苛刻，反应难以控制，尚不具备普遍的工业价值。当渍机头，如波浪型、蛇型、销钉型、扁带型、轮系型等，考察了前可工业化的技术主要是粉末浸渍挤拉技术和熔融浸渍挤拉技术⋯。收稿日期：2010—07·1184工程塑料应用2010年，

7、第38卷，第10期不同类型的浸渍机头对不同粘度树脂基体纤维分散和浸渍料连续精确地喂入挤出机，如何精确控制纤维的含量也是当效果的影响，确定并完善了分别适宜浸渍低粘度非热敏性体前E—L丌挤出成型的难点。系和适宜浸渍高粘度热敏性体系的浸渍挤拉设备，并成功实北京化工大学塑料机械及塑料工程研究所也对E—L胛现了工业化生产。实验装置照片如图2所示。样品照片如展开了系列研究，并提出了同向双螺杆挤出机和单螺杆挤出图3所示，所用PP的MF