一種制造片材的方法和一種片材的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制造片材的方法，尤其是一種制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的方法。本發(fā)明還涉及一種由前述制造方法制得的片材。
【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材擁有優(yōu)異的性能，可以在性能要求嚴(yán)格的領(lǐng)域使用。連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材輕質(zhì)高強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化的目的，目前已在軌道交通、航天航空等領(lǐng)域作為承力結(jié)構(gòu)件進(jìn)行廣泛應(yīng)用。因此，如何制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材，尤其是如何進(jìn)一步提高連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的層間結(jié)合性能，逐步成為了研宄熱點(diǎn)。
[0003]目前，文獻(xiàn)中報(bào)導(dǎo)的提高連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性片材的層間結(jié)合性能的方法主要是:在層壓成型過(guò)程中，在各條連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶之間，或者各片連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸片之間，添加薄膜和/或纖維和/或兩者的復(fù)合物等，它們都是在層壓過(guò)程中添加的。此種技術(shù)方案的工藝較為復(fù)雜，由于受到現(xiàn)有的層壓成型工藝的限制，其中添加的薄膜和/或纖維和/或兩者的復(fù)合物等可能對(duì)后續(xù)的層壓成型工藝產(chǎn)生影響。同時(shí)，由于各個(gè)熱塑性預(yù)浸帶層間所添加的薄膜和/或纖維和/或兩者的復(fù)合物等的均勻性難以保證，可能影響最后成型的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的質(zhì)量。如果采用薄膜，還會(huì)增加制品的厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種制造片材的方法，尤其是一種制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的制造片材的方法，包括以下步驟:
[0006]步驟(I)，熱塑性樹(shù)脂與短切纖維在擠出機(jī)內(nèi)均勻混合，形成均勻混合物，
[0007]步驟(2)，所述的均勻混合物進(jìn)入熔融浸漬口模，形成含有短切纖維的熱塑性樹(shù)脂熔體，
[0008]步驟(3)，提供連續(xù)纖維，使所述的連續(xù)纖維從所述的熔融浸漬口模的進(jìn)纖口進(jìn)入所述的熔融浸漬口模的內(nèi)部，與所述的帶有短切纖維的熱塑性樹(shù)脂熔體接觸并在所述的熔融浸漬口模內(nèi)完成浸漬過(guò)程，形成中間產(chǎn)物，
[0009]步驟(4)，牽引所述的中間產(chǎn)物脫離所述的熔融浸潰口模后，經(jīng)輥壓冷卻，形成規(guī)定寬幅的內(nèi)部含有短切纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者預(yù)浸片；
[0010]步驟(5)，將所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者預(yù)浸片裁剪為成型模具規(guī)定的尺寸，將至少兩條所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者兩片所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸片由下到上重疊地鋪放在所述的成型模具中，
[0011]步驟￠)，將所述成型模具放置在壓機(jī)上進(jìn)行模壓成型，在成型過(guò)程中保持規(guī)定時(shí)間的溫度和壓力，所述溫度高于所述熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)，所述壓力為5MPa?20MPa，所述規(guī)定時(shí)間能夠使得所述的預(yù)浸帶或者片在所述的溫度、壓力下熔融、流動(dòng)，并且使得所述的短切纖維也隨之流動(dòng)迀移，以實(shí)現(xiàn)所述的短切纖維之間的搭接或者所述的短切纖維貫穿所述的熱塑性樹(shù)脂，冷卻定型后，獲得片材。
[0012]本發(fā)明的制造片材的方法的主要特點(diǎn)是:在上述步驟(6)的片材成型過(guò)程中，含有短切纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片在所述溫度、所述壓力下熔融、流動(dòng)，所述的含有短切纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片的內(nèi)部的短切纖維也隨之流動(dòng)迀移。由此，在不同層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片之間，不僅可以提供熱塑性樹(shù)脂間的相互擴(kuò)散作用，還可以提供短切纖維之間的搭接以及短切纖維貫穿樹(shù)脂等行為，實(shí)現(xiàn)橋聯(lián)作用，大大提高了連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片的各層之間的相互粘結(jié)，從而提高的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的層間性能，最終獲得性能優(yōu)異的含有短切纖維的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材。
[0013]采用本發(fā)明的制造片材的方法，具有如下有益效果。(I)短切纖維是在連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片的制備過(guò)程中加入的，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)后續(xù)材料的層壓成型工藝沒(méi)有影響；(2)短切纖維在連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片的制備過(guò)程能夠與熱塑性樹(shù)脂均勻的混合，因此在層壓材料的層間分別也十分均勻；(3)短切纖維在連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/預(yù)浸片的制備過(guò)程加入，能夠與熱塑性樹(shù)脂均勻的混合，熱塑性樹(shù)脂能夠很好地浸潤(rùn)短切纖維；(4)不會(huì)影響片材制品的厚度以及連續(xù)纖維的含量。
[0014]進(jìn)一步地，所述的擠出機(jī)為單螺桿或者雙螺桿擠出機(jī)。擠出機(jī)的選擇可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，有較大的選擇空間。
[0015]進(jìn)一步地，所述的熔融浸漬口模與所述的擠出機(jī)相連接。由此可以使得整個(gè)操作步驟銜接更為緊湊，效率更高。
[0016]進(jìn)一步地，在上述的步驟(3)中，連續(xù)纖維在進(jìn)入所述的熔融浸漬口模的進(jìn)纖口之前，經(jīng)過(guò)預(yù)熱。經(jīng)過(guò)預(yù)熱的連續(xù)纖維具有更好的性能，更有利于后續(xù)步驟的進(jìn)行。
[0017]進(jìn)一步地，在上述的步驟(6)中，所述壓機(jī)為平板硫化機(jī)。平板硫化機(jī)具有較好的通用性，使用廣泛，易于操作和維護(hù)。所述壓機(jī)不僅可以是平板硫化機(jī)，也可以是其他適合模壓成型工藝的設(shè)備。
[0018]進(jìn)一步地，所述的連續(xù)纖維是玻璃纖維、碳纖維或者玄武巖纖維等。連續(xù)纖維具有較大的選擇空間。
[0019]進(jìn)一步地，所述的熱塑性樹(shù)脂是聚丙烯、尼龍、聚苯硫醚或者聚醚醚酮。熱塑性樹(shù)脂具有較大的選擇空間。
[0020]進(jìn)一步地，所述的短切纖維與連續(xù)纖維采用同樣材質(zhì)。同種材質(zhì)的短切纖維與連續(xù)纖維使得材料更為均勻。
[0021]進(jìn)一步地，在步驟(I)中，所述的短切纖維與所述的熱塑性樹(shù)脂的質(zhì)量比在3: 97至10: 90之間。實(shí)驗(yàn)證明，如此比例能夠獲得性能優(yōu)異的片材。
[0022]進(jìn)一步地，所述的連續(xù)纖維占所述片材的總質(zhì)量的30% -70%。實(shí)驗(yàn)證明，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇連續(xù)纖維占所述片材的總質(zhì)量的比例，如此比例能夠獲得性能優(yōu)異的片材。
[0023]進(jìn)一步地，在步驟(6)中，所述溫度高于所述熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)以上至少20攝氏度。當(dāng)溫度高于所述熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)時(shí)，熱塑性樹(shù)脂就能熔化，溫度高于所述熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)時(shí)20攝氏度及以上時(shí)，熱塑性樹(shù)脂的流動(dòng)性就會(huì)增強(qiáng)，更有利于其中的短切纖維的流動(dòng)。
[0024]進(jìn)一步地，在步驟(6)中，所述規(guī)定時(shí)間為15?60分鐘。所述規(guī)定時(shí)間的把握可以根據(jù)實(shí)際操作情況進(jìn)行選取。
[0025]進(jìn)一步地，步驟(5)可以替換為如下步驟:
[0026]將所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者預(yù)浸片裁剪為成型模具規(guī)定的尺寸，對(duì)所述的裁剪后的所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者預(yù)浸片進(jìn)行編織，將至少兩條所述的編織后的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者兩片所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸片由下到上重疊地鋪放在所述的成型模具中。
[0027]其實(shí)質(zhì)是:連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者片可以直接鋪放在模具中，也可以經(jīng)編織后鋪放在模具中。這兩種方式是可以根據(jù)需要，進(jìn)行靈活選擇的。
[0028]進(jìn)一步地，在步驟(5)中，所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶為兩條或者所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸片為兩片。
[0029]可以根據(jù)上述方法，制得片材。所制得的片材具有本制造方法帶來(lái)的優(yōu)異性能。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明的單層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/片的橫截面示意圖。
[0031]圖2為本發(fā)明的兩層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/片在成型前的鋪層的橫截面示意圖。
[0032]圖3為本發(fā)明的兩層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/片在成型過(guò)程中短切纖維橋聯(lián)作用的橫截面示意圖。
[0033]圖4為本發(fā)明的多層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/片在成型前的鋪層的橫截面示意圖。
[0034]圖5為本發(fā)明的多層的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶/片在成型過(guò)程中短切纖維橋聯(lián)作用的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]在本發(fā)明的制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的方法中，為了描述方便，可以將一條連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸或者一片連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸片都稱(chēng)為一層連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸帶或者預(yù)浸片。
[0036]在本發(fā)明的制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的方法中，所述的片材是廣義的，即包括有些文獻(xiàn)所稱(chēng)的板材。有些文獻(xiàn)認(rèn)為，當(dāng)預(yù)浸帶或者預(yù)浸片層數(shù)較少時(shí)，形成的是片材，當(dāng)預(yù)浸帶或者預(yù)浸片層數(shù)較多時(shí)，形成的是板材。在本發(fā)明中，不作這種名稱(chēng)上的區(qū)分，不論層數(shù)多少，只要大于等于兩層，都可以用本發(fā)明提供的方法予以實(shí)現(xiàn)，都落入本發(fā)明的制造連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂片材的方法的保護(hù)范圍，因此在本發(fā)明中一律稱(chēng)之為片材。
[0037]如圖1所示，制備單層連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸或者預(yù)浸片1，包括如下四個(gè)步驟。
[0038]步驟(1)，選擇聚丙烯4作為熱塑性樹(shù)脂，選擇短切玻璃纖維3作為短切纖維，將聚丙烯4與短切玻璃纖維3在單螺桿擠出機(jī)內(nèi)均勻混合(質(zhì)量比例:95: 5)，形成均勻混合物。
[0039]步驟(2)，使所述的均勻混合物進(jìn)入與單螺桿擠出機(jī)相連的熔融浸漬口模，形成含有短切玻璃纖維3的聚丙烯4熔體，
[0040]步驟(3)，提供連續(xù)玻璃纖維2作為連續(xù)纖維，使所述的預(yù)熱后的連續(xù)玻璃纖維2從所述的熔融浸漬口模的進(jìn)纖口進(jìn)入所述的熔融浸漬口模的內(nèi)部，與所述的帶有短切玻璃纖維3的聚丙烯4熔體接觸并在所述的熔融浸漬口模內(nèi)完成浸漬過(guò)程，形成中間產(chǎn)物，
[0041]步驟(4)，牽引所述的中間產(chǎn)物脫