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摘要：熱塑性樹脂基復(fù)合材料近年來發(fā)展較快，而連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂的復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)更為突出，比較幾種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的加工方法，其中用摩擦紡包芯紗加工的方法是一種很好的方法，并討論了這種方法的特性。

自50年代熱塑性樹脂基材料問世以后，幾十年樹脂基復(fù)合材料一直以熱固性樹脂基材料為主流發(fā)展著。熱固性樹脂基復(fù)合材料存在一些固有的缺點(diǎn)，如斷裂韌性、損傷容限比較低；吸濕、環(huán)境適應(yīng)性不佳；an-r_周期長；難以回收[- 等，這些均使它的發(fā)展受到一定影響。自1956年美國Fiberfil公司首先工業(yè)化生產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)尼龍以來，通過60年代進(jìn)一步的研究和推廣應(yīng)用，熱塑性樹脂基復(fù)合材料從70年代開始，其產(chǎn)量即直線上升[ 。進(jìn)入90年代，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以通用工程塑料和高性能工程塑料為基體樹脂的熱塑性復(fù)合材料越來越受到人們的關(guān)注，并已成為復(fù)合材料異?；钴S的研究開發(fā)熱點(diǎn)[ 。近些年來，國外的熱塑性樹脂基復(fù)合材料發(fā)展速度非常快，已大大超過熱固體性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展速度。以美國為例，1994—1998年間，熱固性樹脂基復(fù)合材料年平均增長速度為5．48％，而熱塑性樹脂基復(fù)合材料則為23．15％E 。據(jù)資料介紹，國外玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中有1／3為增強(qiáng)熱塑性樹脂復(fù)合材料[5]。

在國內(nèi)，通過60年代前期的摸索研究，自1969年開始，玻璃纖維增強(qiáng)尼龍首先投入生產(chǎn)，隨即聚苯乙烯、氯化聚醚、聚碳酸酯、聚氯乙稀、飽和聚酯、聚砜等等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼研制成功并投人生產(chǎn)[5]。由于玻璃纖維的配合和反展，我國的熱塑性樹脂基復(fù)合材料無論從品種、性能、產(chǎn)量方面，都顯示了趕超世界先進(jìn)水平的趨勢(shì)。熱塑性樹脂復(fù)合材料之所以得到長足的發(fā)展，主要是由于它克服了熱固性樹脂基復(fù)合材料存在的一些缺點(diǎn)，并具有以下點(diǎn)[ 4]：熱塑性樹脂的線型分子結(jié)構(gòu)使其韌性提高，是熱固性樹脂的10倍以上；吸濕性?。挥捎跓崴苄詷渲诮n前聚合反應(yīng)已經(jīng)完成，因此在成型加工中純粹是物理過程，無化學(xué)反應(yīng)，所以成型速度快，并且可以多次重復(fù)加工及修補(bǔ)；其預(yù)浸料穩(wěn)定，無貯存期限制，存放也無特殊要求；可回收再加工，無環(huán)境污染問題；另外還有維修方便，有類似于金屬的加工特性，以及成本低。

然而，由于熱塑性樹脂的熔融粘度(通常為508—5000Pa·s)一般都超過100Pa·s[6]，因此在加工過程中不利于增強(qiáng)纖維的分布和基體樹脂的浸漬。采用傳統(tǒng)的復(fù)合材料加工方法來加工熱塑性樹脂基復(fù)合材料，很難滿足增強(qiáng)纖維與基體樹脂均勻分布和基體樹脂對(duì)增強(qiáng)纖維完全浸漬的要求。所以，對(duì)熱塑性樹脂基復(fù)合材料，熱塑性樹脂和增強(qiáng)纖維的結(jié)合方法一直是這類復(fù)合材料加工的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

1熱塑性樹脂基復(fù)合材料的幾種常用加工方法 、

連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，其突出優(yōu) 是目前所有樹脂基復(fù)合材料難于兼?zhèn)涞?，如極其優(yōu)異的力學(xué)性能(高韌性、極高剛性、極高強(qiáng)度、高裂紋擴(kuò)展、高抗疲勞、高耐磨損、高熱變形溫度、不吸水、抗老化、抗腐蝕等)。其次，連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的原料成本低，成型工藝簡單(既可以在現(xiàn)有通用設(shè)備上加工，也可以在小型壓機(jī)上加工，并且特別適用于機(jī)械化、自動(dòng)化的連續(xù)性大工業(yè)生產(chǎn))。成型周期短，原材料貯存期長。先進(jìn)國家普遍重視的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的另一突出優(yōu)點(diǎn)是可重復(fù)使用性、可再生利用以及一定的可修補(bǔ)性。 對(duì)熱塑性樹脂，它與連續(xù)增強(qiáng)纖維的結(jié)合歸納以來有2大類方法：第一類方法是預(yù)浸漬法，即預(yù)浸料的制備方法，它是使液態(tài)樹脂流動(dòng)、逐漸浸漬纖維并最終充分浸漬每根纖維，形成的半成品為預(yù)浸料。預(yù)浸漬法又分溶液浸漬法和熔體浸漬法。第二類方法是后浸漬法或預(yù)混法，即預(yù)混料的制備方法，它是將熱塑性樹脂以纖維、粉末或薄膜態(tài)與增強(qiáng)纖維結(jié)合在一起，形成一定結(jié)構(gòu)形態(tài)的·半成品。但其中的樹脂并沒有浸漬增強(qiáng)纖維，復(fù)合材料成型加工時(shí)，在一定的溫度和壓力下樹脂熔融并立即浸漬相鄰纖維，進(jìn)一步的流動(dòng)最終完全浸漬所有纖維。

1 浸漬法

1． 1溶劑法。

溶劑法(SobentTechnique)，又稱溶液浸漬法

(SolutionImpregnationTechnique)1 61。該方法是選用一種合適的溶劑，也可以是幾種溶劑配成的混合溶劑，將樹脂完全溶解，制得低粘度的溶液浸漬纖維，然后將溶劑揮發(fā)制得預(yù)浸料。如果溶劑完全揮發(fā)，則制得硬挺的預(yù)混料；若保留適當(dāng)?shù)娜軇?，則預(yù)浸料具有一定的粘性和鋪覆性。該方法克服了熱塑性樹脂熔融粘度高的缺點(diǎn)，可以很好的浸漬纖維，然而也存在許多不足主要是溶劑的蒸發(fā)和回收費(fèi)用昂貴，且有環(huán)境污染；如果溶劑消除不完全，在復(fù)合材料中會(huì)形成氣泡和孑L隙，影響制品性能；該方法加工的復(fù)合材料，在使用的過程中其耐溶劑性必然會(huì)受到影響；另外，一些熱塑性樹脂很難找到合適的溶劑。

1 ．1．2。 熔體浸漬法。

熔體浸漬法(Melt Impregnation)是在一定張力作用下將開纖的絲束從樹脂熔體中拉過而浸漬纖維[8．，-。熔體法是加工熱塑性預(yù)浸料最直觀同時(shí)也是最常用的方法。但由于熱塑性樹脂熔體粘度較高，使這種方法在使用時(shí)浸漬難度較大，當(dāng)粘度過高時(shí)浸漬非常困難。必須采取相應(yīng)的措施來提高熔融浸漬的速度和效果。最初有人采用成對(duì)的的壓輥給纖維施加壓力，希望促進(jìn)浸漬過程的進(jìn)行，然而，由于是兩面加壓，絲束被壓緊，纖維間間隙減少，增加了樹脂在絲束中的流動(dòng)阻力。后來發(fā)展了纖維絲束一側(cè)加壓的方法，可以獲得較好的浸漬效果。

1．2 預(yù)混法

預(yù)混法(PremixTechnique)，又稱為后浸法(Post—impregnationTechnique)，它是將樹脂以不同的固體形式(粉末、纖維或纖維集合體)均勻地分布在增強(qiáng)纖維(或纖維集體)之中獲得預(yù)混料的方法[ 。在預(yù)混料中，樹脂基體尚未真正浸漬增強(qiáng)纖維，因此預(yù)混料具有良好的懸垂性；并且由于樹脂在熔融浸漬前已較均勻地分布在增強(qiáng)纖維(或纖維集合體)中，在很大程度上改善了熔融狀態(tài)下的樹脂對(duì)增強(qiáng)纖維的浸漬條件。目前，人們研究較多并且已經(jīng)使用的預(yù)混法有粉末浸漬法(PowderImpregnationTechnique)、混纖法(Hybrid YamTechnique)、混編法(Co—wovenTechnique)~'l薄膜層疊法(Film StackingTechnique)。

1．2．1 混纖法。

混纖法(HybridYam Technique)是以不同的方式將纖維狀樹脂與增強(qiáng)纖維緊密混合在一起并加工成紗線形式的預(yù)混料的方法[ ?；炖w紗具有許多優(yōu)點(diǎn)：兩相纖維緊密混合在一起，大大減小了浸漬中樹脂流動(dòng)的距離，克服了熱塑性樹脂基體浸漬的困難；兩相纖維的比率容易調(diào)節(jié)并能精確控制；有良好的柔韌性和懸垂性，容易適應(yīng)復(fù)雜的形狀；可機(jī)織、針織和編織加工制備預(yù)混料，也可以進(jìn)行單向纏繞加工成單向板預(yù)混料。連續(xù)增強(qiáng)纖維包括混合紗(CommingledYam )、包纏紗(Cowrapped Y鋤)和包芯紗Core—spun Yam )。

包芯紗是將短的熱塑性基體纖維通過各種方式紡在連續(xù)的增強(qiáng)纖維芯紗外形成的一種混纖紗。人們研究較多的加工包芯紗混纖紗的方法是摩擦紡的方法，該方法是90年代初由Wulfhorst等1o]提出的，它利用摩擦紡紗的原理將連續(xù)增強(qiáng)纖維和熱塑性樹脂短纖維結(jié)合在一起形成摩擦紡包芯紗。

混合紗是將增強(qiáng)纖維與基體纖維通過各種方法均勻而緊密地混合在一起形成的一種混纖紗?；旌霞喼杏捎谠鰪?qiáng)纖維和樹脂纖維隨機(jī)分布，因此在預(yù)型件加工中，易造成增強(qiáng)纖維的損傷，進(jìn)而影響復(fù)合材料的性能，并且在一定的加工張力作用下，混纖紗會(huì)發(fā)生解混現(xiàn)象。而包芯紗不會(huì)出現(xiàn)這種問題。

包纏紗是將基體纖維包纏在增強(qiáng)纖維芯的外面形成的一種混纖紗。它的性能與包芯紗的性能很相近。由于外層的基體纖維是長纖維的形式，因此它沒有包芯紗柔軟，這使后序加工要難一些。

1．2．2 混編法。