长纤维增强热塑性塑料的制备与成型研究

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1、万方数据吕召胜，等：长纤维增强热塑性塑料制备方法与成型T艺的开发研究81长纤维增强热塑性塑料的制备方法与成型工艺研究吕召胜1耿东森2章玉斋1(1．中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031；2．华北科技学院教务处，北京101601)摘要介绍近年来国内外研究人员在长纤维增强热塑性塑料(LFRT)制备方法和成型工艺方面的研究成果，并指出今后在LFRT制备方法和成型工艺的研究上仍需解决纤维的分散和浸渍、纤维长度的保留、长纤维的分布和含量控制、成本的控制和生产的连续化等关键问题。关键词长纤维热塑性塑料制

2、备方法成型工艺长纤维增强热塑性塑料(LFRT)是近年来发展迅速的一类高性能热塑性复合材料，它是由玻纤(GF)、碳纤维(or)、有机纤维等纤维材料与热塑性树脂及各种助剂经特殊的设备和工艺复合而制得。由于在制备过程中纤维的损伤、断裂程度被降到最低，LFRT具有比短纤维增强热塑性塑料更优异的力学性能和热性能，且与纤维增强热固性塑料相比，其具有更好的加工性能和冲击性能，并能回收利用，因此在汽车、航空航天、机械、化学化工、电子电气、建筑等领域得到了越来越广泛的应用¨4J。LFRT的最终性能取决于长纤维在热塑性

3、树脂基体中的长度、分布及基体对长纤维的浸润效果。由于热塑性树脂的熔体粘度较高，其熔体对纤维的浸润较为困难，而利用高剪切作用对长纤维进行分散和浸润又会严重损伤长纤维，使其长度大为减小，因此，如何使长纤维被热塑性树脂充分浸润并得到良好分散同时义能避免其受到损伤，是LFRT制备工艺中需要解决的主要问题。为此，国内外科研人员做了大量的研究工作，从而开发出一系列独特的LFRT制备方法和成型工艺。笔者现将近年来周内外科研人员在LFRT制备工艺和成型加工中的研究成果予以简要的概述。1LFRT的制备方法1．1溶液或

4、水分散体浸渍法将树脂配成胶液对长纤维进行浸渍。可以克服热塑性树脂熔体对长纤维浸渍难的问题。但此法需要回收溶剂，还需要将纤维上残存的溶剂挥发掉，若挥发不完全，则可能影响复合材料的性能，且此法不适合不耐溶剂的热塑性树脂。利用树脂的水分散体(悬浮液或乳液)浸渍长纤维，无需回收溶剂且对环境不会造成较大的污染。R．T．福克斯等”1利用通过熔体捏合得到热塑性树脂的水分散体来浸渍长纤维，经加热干燥除去水分后而定形、切粒，最终得到LFRT母料。该方法所制母料中纤维的质量分数可以达到90％以上，并且相对于以往的粉末悬

5、浮液浸渍法，本法所制母料中纤维的含量较为均匀一致。1．2熔融浸渍法熔融浸溃法是较为常用的一种方法，通常以聚丙烯(PP)树脂为基体并采用螺杆挤出机与浸渍装置相连接的方式即拉挤法来进行生产H“J。浸渍装置内设有热塑性树脂入口流道和长纤维入口通道，两者在同一平面内互相垂直或呈一定角度。为了提高长纤维的分散和浸渍效果，一般需在浸渍装置或长纤维喂料装置内设置张力辊等装置。张力辊按锯齿形排列，长纤维在蜿蜒绕过这些张力辊时受到张力作用而分散成单丝，从而保证每根纤维都能被热理性树脂熔体充分浸润。另外，在浸渍前还需要

6、对长纤维进行表面处理、预热等，以便于除去长纤维所含的挥发分并增强长纤维与热塑性树脂之间的结合。咸贵军等¨1研制开发了一套热塑性树脂熔融浸渍长纤维的装置，由该装置生产的LFRT预浸带纤维含量可控、浸渍质量稳定。该浸渍装置主要包括分丝系统、浸渍系统和上光系统。分丝系统包括分丝辊和一个浮动辊，分丝辊对长纤维施加张力而使其分散，浮动辊则可以有效调节长纤维所受的张力大小；浸渍系统包括预热辊、喷口辊、浸渍辊和压辊。长纤维经预热辊预热后在喷口辊处受到热塑性树脂熔体的浸渍而形成预浸带，浸渍辊则可以稳定预浸带的纤维含

7、量并进一步完善长纤维的浸渍，并且通过调节浸渍辊的排列方式及上下位置可以调节长纤维的浸渍效果；上光系统可以使预浸带的表面光滑，提高其内部的纤维取向度。李杰等悼1先用硅烷偶联剂和成膜剂处理长纤维，然后利用分散系统分散长纤维束，其中分散系统采用固定辊一移动辊一固定辊的形式。由于移动辊在垂直于纤维柬前进方向上往复移动，纤维束受到两个互为垂直的张力作用而得到均匀分散。分散后的长纤维被引入到十字狭缝浸渍模中与热塑性树脂熔体复合而受到浸渍，并通过浸渍模的模头出口而挤出造粒得到LFRT。该浸渍模内的纤维入口通道与热

8、塑性树脂熔体入口流道相互垂直，其中熔体入口流道采用多分支流道设计，该流道设计可以减少因压力不同所造成的不均匀挤出。浸渍模内的浸渍流道采用蛇形管道设计，长纤维在最高点和最低点受到的张力最大，因此可以获得最大程度的分散和浸润效果，并且最高点(或最低点)的高度逐渐降低，因此能够阻止长纤维的混乱和避免长纤维柬的破坏。黄险波等一。则认为蛇形管道易造成长纤维折断，并不利于长纤维的浸渍，故设计了一套带有独立流道的浸渍模。长收稿日期：2008．08-20万方数据82T程塑料应用200