连续玻璃纤维增强热塑性塑料成型技术及其应用

1、 本文由ygndtfowbt贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 第 期 年 月 塑 料 工业 连续玻 璃 纤维 增强 热塑性 塑料成 型技术 及其应 用 唐 倬 ，吴 智华 ，牛艳 华 ，刘 志 民 （ 川 大 学 高 分 子 科 学 与 工程 学 院 ， 四川 成 都 ） 四 摘 要 ：综 述 了 国 内外 连 续 玻 璃 纤 维 增 强 热 塑 性 塑 料 的 纤 维 处 理 方 法 、成 型 技 术 及 应 用 状 况 ，展 望 了 连 续 玻 璃 纤 维 增强热 塑性塑料发 展前景 。 关 键 词 ：连 续 玻 璃 纤 维

2、 ；热 塑 性 塑 料 ；增 强 ；成 型 ；复 合 材 料 中 豳 分 类 号 ： 。 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： （ ） 连续 纤 维增 强 热 塑性 塑料 （ 重要 的现 实意 义 。 ，简 称 【 ） 是 世 纪 年 代初 开 发 的 一 种 聚 合 物 基 复 合 材 料 。 连 续 纤 维 可采 用 玻璃 纤 维 、碳 纤 维 、芳 纶 纤维 等 ，其 中又 以玻 璃 纤 维 较 为常 用 。 较 之 连续 纤 维增 强 热 固性 塑 料具 有 以下几 方 面 突 出的 优点 的 ：（ ）预 浸 料 可 长 生 产 技 术 连 续 玻纤 增 强热 塑 性 塑料 复合

3、 材 料 制 品 的生产 过 程 包括 玻 纤 表 面 处 理 、热 塑 性 塑 料 预 浸 纤 维 及 其 织 物 、成 型 复合 材 料制 品 。玻 纤 表 面处 理 一般 在 生产 玻 纤 时进 行 ，处 理 剂根 据 热 塑性 塑 料 品种 选 择 。常用 处 期 保 存 ；（ ）综合 性 能优 良，特别 是 在 高温 、高 湿 度 下仍 能 保持 良好 的力 学 性 能 ；（ ）成 型适 应 性 广 、生 产效 率高 ； （ ） 制 品可 重 复 加 工 、再 生 利 用 。 近 年 来 ，连续 玻 璃 纤 维 增 强 热 塑 性 塑 料 （ ） 越 来 越受 到 各 国重 视 ，研

4、 究 应 用 十 分 活跃 。 发 明 】 理 剂有 ：有机 硅 烷 类 偶 联 剂 、有 机 钛 酸 酯类 偶 联 剂 、 有 机铬 络 合物 类 偶联 剂 。 预浸 料技 术 溶液 浸 渍技 术 溶 液 浸 渍 制 备 技 术 【 用 树 脂 溶 液 浸 润 纤 维 ， 是 然 后加 热 除 去溶 剂 。这 种 制备 技 术工 艺 简便 ，设备 简 单 ，但存 在 如下 问题 ：溶 剂 必须 完 全除 去 ，否则制 品 耐 溶 剂性 差 ；去 除溶 剂过 程 中发 生物 理 分 层 ，溶 剂沿 树 脂 纤维 界 面渗 透 以及 溶 剂 可能 聚集 在 纤 维 表面 的小 了通 过 复合 口

5、模 实 现 熔 体 涂 覆 玻 纤 的 方 法 ， 和 发 明 了粉 末 浸 渍 玻 纤 技 术 ， 利 用 拉 挤工 艺 生 产 出 连 续 玻 纤 增 强 热 塑 性 塑 料 棒 材 ，英 国 公 司 和 法 国 公 司 发 明 了 湿 法 生 产玻璃 纤 维 毡 热 塑 性 塑 料 （ ）新 技 术 ，德 国 的 、瑞 士 的 、 奥 地 利 的 芬 兰 的 、 孔 和 空 隙 内 ，使 树 脂 与纤 维 界 面粘 接不 好 。 熔 体涂 覆 技术 囊 或 熔 体 等公 司 都 已实 现 了 汽 车 零 部 件 的工 业 化 生产 在 航 天 、航 空 、汽 车 、化 工 、 电子 。

6、电器 等 领域 均 得 到应 用 ；近 年来 ，每 年 均 以 的速度 增 长 ，发 展 速 度 比热 固性 复 合 材 料 高 数 倍 。 我国从 世 纪 年 代 中 后 期 开 始 ， 也 开 展 了 的研 制 工作 ，杨 卫 疆 研 究 了 聚丙 烯 树 脂 熔 融浸 渍 连 续 玻纤 毡 的工 艺 与 性 能 的关 系 ，提 出 了有 效 浸 渍 的工 艺 路线 。王 荣 国等 研究 了连续 玻 纤 增 强 聚 醚砜 和聚 醚 酮 的力 学性 能 。翁永 华 等 研 究 了玻 纤 表 图 熔 融 涂 覆 工 艺 流 程 示 意 图 采用 挤 出 方法 ，让 熔 体 和 玻 纤 束 同

7、时 通 过 一个 复 合 口模 进 行 涂 覆 。美 国 公 司 便 采 用 】 面处 理对 连 续 玻 纤 增 强 混 纱 纤 复 合 材 料 单 向板 断裂 韧 性 的 影 响 。随 着 我 国 汽 车 、电子 电器 工 业 的 快 速 发展 ，对 尤 其 是通 用 型 的需 求会 越 来越 大 。 因此 加 快 的 研 制及 推 广 应 用 具 有 熔 体 涂 覆技 术 生产 连 续玻 璃 纤 维毡 增强 复 合材 料 。 其 工 艺 （ 图 所示 ）是 将两 层 玻纤 原 丝 针刺 毡 夹在 如 三层 层 之 间 ，其 中 间层 是挤 出机供 给 熔 体 ，上 下两 层 树脂 既 可

8、用挤 出 机挤 出 ，也 可直 接 用 薄膜 ， 作 者 简 介 ：吴 智 华 ，女 ， 年 生 ，副 教 授 ，主 要 从 事 功 能 塑 料 、塑 料 合 金 方 面 的 改 性 工 作 。 塑 料 工 业 年 然后 将 这 种 夹 层 结 构 置 于 一 定 的 熔 体 温 度 下 进 行 热 压 ，冷 却 定 型 为涂 覆 片材 。 目前 这 一技 术 已成 功 地 用 于生 产 连 续 玻 纤 毡 增 强 、 、 及 等 热 塑 性 复合 材 料 中 ? 。 悬 浮浸 渍 技术 悬 浮 浸 渍 技术 主 要用 来 制备 低 密 度玻 璃 纤维 毡 热 塑 性复 合 材 料 ，由法 国

9、 造 纸 公 司 和英 国 公 司 分别 发 明 。其 工艺 （ 图 所 示 ）是 将 如 图 悬 浮 浸 渍 处 理 短 玻 璃 纤 维 工 艺 过 程 示 意 图 ： 短 切 玻璃 纤 维 （ ） 长 、树脂 粉末 和乳 化 剂 分 散 在 水 中 ，制 成悬 浮液 ；然后 加 入 絮凝 剂 ，使 它们 凝 粉 末 浸渍 技 术 聚在 液 压成 型机 的 滤 网 上 ，进 行 热 压 ，使 树 脂 熔 化 ， 凝 聚 物成 片 。 公 司 则采 用 泡 沫体 取 代 水 ，通 过 在 悬 浮 液 中加 入适 当 的表 面 活性 剂 ，并 通 年 ， 等 明 了 粉 末 浸 渍 制 备 技

10、术 发 （ 图 所示 ） 如 。该 技 术是 在 流化 床 中进 行 ，首 先将 粉 末 树脂 放 人 流化 床 ，通 入 空气 使 粉 末树 脂 流态 化 ；然 后 使分 散 的纤 维 通 过容 器 ，粉 末 树 脂便 附着在 玻 璃纤 入空 气 ，形 成 泡 沫 体 ；然 后使 泡 沫 体摊 铺 在 多孔 传送 带 上 ，形成 湿 毡 ，再 经 烘 干 ，热 压成 片 材 。 维 表 面 ；再将 这 些玻 纤 通 过加 热 室 ，使 纤 维 表面 的粉 圆 困 圆 圈 圃 圆 圆 图 粉 末 浸 渍 工 艺 流 程 示 意 图 末树 脂 熔 融 ，当纤 维通 过 一 定 口模 时 ，纤 维

11、 表 面 的多 余 的 树脂 被 刮 到熔 体 池 中 ；最 后冷 却 切 断造 粒 。 年 ， 报 道 了 另 一 种 粉 末 浸 渍 工 等 艺 。他们 将 玻 璃纤 维 束 连续 牵 引通 过 装 有粉 末 状树 脂 的流 化床 ，在 床 内用 滚 筒 或 滚 针 打 开 纤 维 间 的 缝 隙 ， 共织 技 术是 将 纺 成细 丝 的 热塑 性 树脂 与 增 强纤 维 制 成 混 合纱 ，其共 织 模 型如 图 所 示 。 这一 技术 始 见 于美 国 公 司 制 备 碳 纤 维 与 和 液 晶 聚 、 合物 （ ） 的混 杂 纤 维 束 。共 织 技 术 的最 大 优 点 是 具有

12、良好 的加 工 性 能 ，混 合 纱 可 以 织 成 各 种 复 杂 形 状 ，包括 三 维 结 构 的 复 合 材 料 制 品 ，也 可 以直 接 缠 绕 ，制 得 性能 优 良的复 合 材料 制 品 。 树 脂 粉粒 进 入 其 中 （ 见 图 ；加 热 熔 融 树 脂 粉 粒 ， 参 ） 并 加 压 使熔 体沿 纤维 平 行 方 向流 动 以实 现浸 渍 。 脂 颗 粒 增 强纤 维 强纤 维 树 腊 纤 维 图 粉 末 浸 渍 模 型 ： 图 共 织 纤 维 模 型 示 意 图 ： 国外 还 有 报 道在 流 化床 中通 过静 电作用 将 树脂 粉 粒 吸 附 于纤 维 束 中纤 维

13、单 丝 的表 面 。然 后加 热 使 粉末 熔 结 在纤 维 的表 面 ，最 后在 成 型 过程 中实现 浸 渍 【 。 共 织 纤 维 等 人 的共 织 纤 维 拉 挤 技 术 （ 图 】 见 ）是 将树 脂 纺 成 细 丝 状 ，牵 入 玻 璃 纤 维 纱 中形 成 混 合 纤 维 ；经 熔 融加 压 使 树脂 熔 体 沿纤 维横 截 方 向流 动 ，得 到 空 隙率 最低 和 机 械性 能 优异 的连续 片 材 和棒 材 。 第 卷 第 期 唐 倬 等 ：连 续 玻 璃 纤 维 增 强 热 塑性 塑 料 成 型 技 术 及 其 应 用 图 共 织 拉 挤 工 艺 流程 示 意 图 ￥ ￥

14、 成 型技 术 加 热 固化 、定长 切 割 ，连 续 生 产玻 璃 钢型 材 的方 法 。 层 压成 型 技术 纤 维毡 、布 预浸 料 和共 混 织 物 、混 合纤 维 织 物适 年 ， 等 借 用拉 挤 工 艺 ，生 产 出具 有 光滑 外 观 的连续 玻 璃纤 维 增 强 的热 塑 性塑 料棒 材 。他 采用 溶 液浸 渍技 术 浸 润纤 维 ，然后 将 纤维 集合 成 纤维 合 于层 压成 型 。 和 报 道 了用 层 压 法成 型 半 管 状 制 品 （ 图 所 示 ） 其 加 工 过 程 如 。 为 ：在 两块 热 平 板 之 间加热 板 状 预浸 料 ，加热 温 度 高 于 基

15、 体 的熔 点 ；快 速 将 热 板 送 入 处 于 室 温 的 成 型 束 ，牵 引通 过 连续 拉伸 管 状 口模装 置 。 口模各 加 热 区 设 定 温 度 由上 至下 递 增 ，逐 渐 蒸 发溶 剂 ；经 浸润 的玻 璃纤 维 束在 温 度较 低 的加 热 区 停 留预 热一 段 时 间 ，再 牵 引至 下一 段 停 留一 段 时 间 ，重 复进 行直 至 牵引 出模 冷 却成 型 。 系统 中 ，传 送 时间 控制 在几 秒 钟 ，以 防止 明 显 的冷 却 发 生 ；热 压 、冷 却 定 型车 成制 品 。 阳模 年 ， 研 究 了工艺 条 件 对 等 拉 挤成 型 玻纤 增 强

16、 复 合 材 料 性 能 的影 响 。结 果 表 明 ， 口模 的 加 热 温 度 使 复 合 材 料 中 的 预 浸 体 片层 完全 熔 融 ，较 低 的牵 引速度 使 纤维 有 足够 的 封 时间 均匀 地 分散 在 横断 面 上 ；预 热 温度 升高 会稍 稍 降 低 弯 曲模 量 （ ；制 品表 面质 量 与牵 引速 度 以 约 ） 及 预 热温 度有 关 ，如果 预热 阶段 预 浸体 没有 熔融 ，会 因为纤 维 进入 口模前 没 有 松 弛而 获得 光 滑表 面 。要 提 高牵 引速 度应 保 证 预热 温 度 足够 高 ，才 能使 得 预浸 体 完 全熔 融 。 缠绕 成 型技

17、术 热 塑性 复合 材 料 的缠 绕成 型工 艺原 理 与缠绕 成 型 图 半 管 状 制 品层 压 成 型 模 具 不 意 图 挤 出成 型技术 等发 明了生 产 连 续 玻 纤 增 强 热 塑 性 塑 料 夹 层 复合 片材 的方 法 。他 们用 挤 出成 型复 合 口模 ，由挤 出机 挤 出复 合 片 材 的 外 层 塑 料 ，并 与 玻 纤 预 浸 料 层 （ 即夹 层 ） 在 复 合 口模 内粘 合 ，形 成 多 层 复 合 结 构 。 通 过改 变 连续 带 状 预浸 料 的条 数 或 预浸 料 层 的位 置 变 热 固性 玻璃 钢相 似 ；不 同 的是 热塑 性 复合材 料 缠绕

18、 制 品 的增 强材 料 不是 玻 纤粗 纱 ，而是 经 过热 塑性 树脂 预 浸 的预 浸纱 。因此 ，需 要 在 缠 绕机 上增 加 预浸 纱 预热 装 置和 加热 加 压辊 。缠绕 成 型 时 ，先 将预 浸纱 加热 到 软 化点 ，再 与 芯模 接 触加 热 ，并 由加 压辊 加压 ，使 其 熔 接成 一个 整 体 。预 浸纱 加 热 的 目的 ，一 是使 预 浸纱 表 面树 脂熔 化 ，缠绕 时 能与 已经 缠绕 到芯 模 上 的前 层 化 或加 入 浸渍 了其 它树 脂 的玻 璃 纤 维 毡 ，可 以形 成 多 层 复合 结 构 ，结 构设 计 上 有极 大 的灵 活性 ，片材 的

19、弯 曲强 度和 弯 曲模 量 很 高 。 注射 成 型技 术 利用 挤 出成 型 工 艺 生 产 出 的具 有 复 合 增 强 结 构 的 片材作 为 注 射模 的嵌件 ，成 型 具有 复 合增 强 结 构 的热 塑 性 塑料 制 品 。注 射 时 ，复 合 增强 结 构 中 的 树脂 表层 熔 融 ，注射 料 与之 粘 合 ，从 而 与 复合 增 强结 纱 搭接 熔 合 ；二 是使 全 部基 体 树脂 软 化 ，避免 纤 维相 对 移 动 ，使纤 维 缠绕 结 构均 匀 。 应 用 现 状 与展 望 汽 车工 业 较 钢 材 和 一 些 工 程 塑 料 具 有 如 下 优 势 ： 比强 度

20、和 比 刚 度 高 、不 生 锈 、结 构 整 体 性 强 、成 本 低 、设计 自由度大 等 ；因此 在汽 车 工业 上 的应用 日趋 增 加 。 主 要 用 于 制 作 保 险 杠 、行 李 仓 底 板 、 构牢 牢 粘接 ，得 到具 有 复合 增 强结 构 的制 品 。 拉 挤 成型 技术 拉 挤最 早 用 于生 产 玻璃 钢 制 品 ，是 指 玻璃 纤 维粗 纱 或其 织 物 在外 力 的 牵 引 下 ，经 过 浸 胶 、挤 压 成 型 、 蓄 电池槽 、车 门 、车身 板 、防擅 部件 、备胎 架 、发 动 塑 料 工 业 矩 机底 座 、 车 轮 挡 板 内衬 、 仪 表 盘 、

21、暖 风 机 叶 轮 防 护 板 、后 架 、行 李 架 、椅 子 、一些 准 强度 构 件及 前 端 部 件 、防腐 地 板及 印 染 板框 等 等 ，广 泛应 用 于 石 油 、化 肥 、制 盐 、制药 、造 纸 、海 水 淡化 、生 物工 程 、环 境 工 程及 金 属 电镀 等 领 域 。 建 筑 工 业 件 等 。欧 美及 日本 的许 多 汽 车 厂 家 已大量 使 用 制 造 的汽 车 部件 ，如保 险 杆 、发 动机 隔 噪罩 、座椅 骨 架 、车 头 灯 、风 扇 、散 热 器 格栅 、仪 表 盘托 架 等等 。 已用 于生 产 系 列 汽 车 座 椅 骨 架 ， 能满 足 建

22、筑材 料 抗腐 蚀 、高 强度 比 、低 成 本 且适 宜 大 批 量 生 产 的要 求 ，可 用 作 门 窗 构 件 、地 板 ，天花 板 等 。 目前 在 建筑 工 业 中使 用 的复 合 材 料 主 要 采 用拉 挤 成 型工 艺 制 备 。混 凝 土增 强 用复 合 材 料棒 材 在 美 国 已经 商 品化 。这种 棒 材 不腐 蚀 ，不 导 电 ，质 量 是 钢 材 的 四分 之一 ，热膨 胀 系数 比钢 材更 接 近 混凝 土 ，可 以在 海 堤 、造 纸 厂 、化 工 厂 、高 速 公 路 护 栏 、 并用 于 动 车 的仪 表 板 框 架 和 运 车的 后舱 盖 、车前 端 等

23、 。 国 内也 已有 部 分汽 车 厂 家使 用 制 造 的汽 车 部 件 ， 如 北 京 吉 普 已 开 始 使 用 连续 玻纤 毡 增 强 复 合 片材 （ ）制 作 汽 车 座 垫 板 。 年 在 汽 车 工 业 方 面 的 用 量 已超 过 万 ，到上 世 纪末 ，用 量 已超 过 万 。 机 械 工 业 房 屋 地基 和桥 梁 等场 合 使 用 】 。 参 考 文 献 ， ， ， ： ， ， ， ， ： ， ， ， 机 械设 备 诸 如 风机 、泵 、阀 门 、制 冷 机械 、起 重 机 械 、运输 机 械 、工程 机 械 、农 用 机 械 、塑 料加 工 机 械 、矿 山机械 及

24、食 品机 械 中有很 多零 部件 既 要求 有 一 定 的 刚度 和 强度 ，又要 求 耐 磨 、耐腐 蚀 、减震 和降 噪 等功 能 。传统 上 是 由金 属 材 料 制造 的 ；现在 可 以采 用 来制 造 ，以获 得更 高 的性 比。 价 电子 电气 工业 董 雨 达 ，徐 维 强 外 汽 车 ， ，（ ） 国 ： 吕 赤 炎 璃 纤 维 ， ，（ ） 玻 ： 杨 卫 疆 维 复 合 材 料 ， ， （ ） 纤 ： 王 荣 国 ，谢 怀 勤 纤 维 复 合 材 料 ， ， （ ） ： 翁 永 华 ，马 满 珍 璃 钢 合 材 料 ， ，（ ） 玻 复 ： ， 由于该 材 料具 有 刚性 高 、耐 热性 好 、尺 寸 精度 高 及线 膨 胀 系数 小等 优 异