一種超薄連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料及其制備方法

一種超薄連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種制備連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料的方法，包括如下步驟：(1)將連續纖維薄層化；(2)用熱塑性樹脂熔體浸漬在步驟(1)中制得的薄層化纖維。本發明尤其能夠實現高溫高粘度聚醚醚酮樹脂對纖維的浸漬，獲得高性能的連續纖維增強熱塑性預浸料。
【專利說明】
-種超薄連續纖維増強熱塑性樹脂預浸料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發明屬于熱塑性復合材料技術領域。具體地，本發明設及一種制備超薄連續纖 維增強熱塑性樹脂預浸料的方法W及由此獲得的預浸料。
【背景技術】
[0002] 連續纖維增強熱塑性復合材料具有優異的高低溫抗沖擊性能和損傷容限，尤其是 連續碳纖維增強熱塑性復合材料，特別是連續碳纖維增強聚酸酸酬(PEEK)復合材料與熱固 性樹脂復合材料的拉伸強度和拉伸模量相當，并且成型周期短，使用溫度區間廣，可通過加 熱烙融二次回收利用，因此近年來在航空航天及各工業領域得到了巨大的發展。
[0003] 目前為了提高連續纖維增強熱塑性復合材料的生產效率和成型質量，國外大量采 用自動鋪放工藝制備復合材料，其中原材料選用連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料。該工藝 具有機械強度高、綜合性能優異的特點。然而，在制備復合材料時，自動鋪放設備加熱源通 常為高溫的風槍，熱塑性樹脂導熱性相對較差，因此在制造過程中熱量容易不均勻，從而造 成復合材料制件內部產生缺陷并發生表觀翅曲。此外傳統連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料 在制備復雜曲面制件時預浸料變形較大，不利于體現出高的力學性能。
[0004] 預浸料的生產工藝包括粉末浸潰法、涂覆浸潰法、烙融浸潰法、溶液浸潰法、混編 法和烙體拉擠法。中國專利CN104669647A公開了一種通過涂覆浸潰制造增厚型連續纖維熱 塑性預浸帶的制備設備及其制備方法，其制造的預浸帶厚度為0.6-1.0mm。中國專利 CN202242003U采用烙融浸潰法制造了一種連續纖維增強熱塑性復合材料預浸帶，其預浸帶 厚度為0.25mm。中國專利CN104494170A通過溶液浸潰法制造了一種熱塑性復合材料預浸料 單向帶，采用熱塑性樹脂溶液浸潤纖維，容易造成環境污染。
[0005] 現有的設及熱塑性樹脂預浸料制造技術的專利難W實現耐高溫高粘度熱塑性樹 脂體系對連續纖維的充分浸潤并達到與熱固性樹脂預浸料相當的機械強度。此外，傳統連 續纖維增強熱塑性樹脂預浸料在制備復雜曲面制件時預浸料變形較大，不利于體現出高的 力學性能。
[0006] 本發明的目的是克服上述現有技術存在的缺點，從而提供一種制備超薄連續纖維 增強熱塑性樹脂預浸料的方法W及由此獲得的預浸料。
[0007]
【申請人】經過長期研究，出乎意料地發現，當將連續纖維薄層化，然后用熱塑性樹脂 浸潰時，能解決上文所述的現有技術的問題。薄層化的連續纖維有利于熱塑性樹脂對連續 纖維的浸潤，減少缺陷。在將連續纖維薄層化后，即使在使用現有技術中無法獲得令人滿意 的浸潰效果的高烙點和/或高粘度熱塑性樹脂的情況下，也能獲得令人滿意的連續纖維浸 潰效果。此外，連續纖維的薄層化能提高鋪放過程中的熱傳導效率，提高鋪放質量;并且有 利于鋪放復雜曲面制件，降低纖維變形，減少缺陷，提高質量。
[000引
【申請人】還令人驚訝地發現，在薄層化后，使用本發明的浸潰模頭，可實現熱塑性樹 脂烙體對纖維的快速接觸浸潰。更進一步地，在浸潰后，對浸潰纖維進行二次浸潰，能夠實 現高溫高粘度的熱塑性樹脂與纖維的充分浸潰。因此，本發明的方法能快速且高質量地生 產預浸料。

【發明內容】

[0009] 因此，在一個方面中，本發明提出了一種超薄連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料及 其制備方法。
[0010] 就本發明而言，術語"超薄"是指經過本發明減薄工藝獲得的連續纖維鋪層與未經 任何處理的連續纖維鋪層相比，厚度減小20-90%，優選減小30-80%，更優選減小40-70%。
[0011] 由于本發明的連續纖維鋪層是超薄的，由此制得的熱塑性樹脂/碳纖維預浸料的 厚度通常小于0.10mm，優選小于0.08mm，更優選小于0.06mm;由本發明方法制得的熱塑性樹 月旨/玻璃纖維預浸料的厚度通常小于0.25mm，優選小于0.20mm，更優選小于0.15mm。
[0012] 具體地，本發明設及一種超薄連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料及其制備方法。
[0013] 本發明的制備連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料的方法包括如下步驟：
[0014] (1)將連續纖維薄層化；
[0015] (2)用熱塑性樹脂烙體浸潰在步驟(1)中獲得的薄層化纖維。
[0016] 在上述方法步驟（1)中，連續纖維的薄層化可采用任何能使連續纖維薄層化的方 法進行，例如本領域技術人員所熟知的超聲波薄層化或者氣流薄層化;優選地，連續纖維的 薄層化可借助本發明的纖維厚度調節設備實現。
[0017] 本發明的纖維厚度調節設備包括多組，優選2-10組，更優選3-8組，更優選4-6組交 錯排列的張力漉。在纖維厚度調節期間，連續纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化。所述張力漉優選具有小弧度，從而能夠快速高效地薄層化纖維。
[0018] 在本發明的方法中，由于連續纖維在預浸料生產的步驟（1)中經過纖維厚度調節 設備實現薄層化，有利于熱塑性樹脂對連續纖維的浸潤，減少缺陷。通過對纖維進行薄層 化，使得由于具有高烙體粘度而采用現有技術無法獲得令人滿意的浸潰效果的熱塑性樹脂 也能獲得滿意的浸潰效果。因此本發明的方法特別有利地適于具有高烙體粘度的熱塑性樹 脂對連續纖維的浸潤。
[0019] 在本發明方法的步驟（1)之后，可任選對纖維進行表面處理。纖維的表面處理是本 領域技術人員所已知的。表面處理通常包括去除纖維表面的原始上漿劑和/或補充與用于 浸潰的熱塑性樹脂相容的上漿劑。原始上漿劑的去除可例如使用可溶解相應上漿劑的溶劑 (如丙酬等)進行，運例如通過使用溶劑洗涂槽進行。然后，可任選將去除掉原始上漿劑的纖 維干燥，例如通過烘道干燥，所述烘道優選為紅外烘道。然后，可任選使用與熱塑性浸潰樹 脂相容的上漿劑上漿。上漿優選在上漿槽中進行。在上漿后，可任選對纖維進行干燥，優選 使其通過紅外烘道而干燥。
[0020] 在本發明方法步驟（1)之后，可實施步驟(2)，即用熱塑性樹脂烙體浸潰在步驟(1) 中獲得的薄層化纖維，其中薄層化的纖維的比例為30-70wt%，優選為40-60wt%，更優選為 45-55wt%，基于纖維與熱塑性樹脂烙體的總重量;熱塑性樹脂烙體的比例為30-70wt%，優 選為40-60wt%，更優選為45-55wt%，基于碳纖維與熱塑性樹脂烙體的總重量。
[0021] 步驟(2)的浸潰可在任何適于浸潰的設備中，例如在常規的烙體浸潰槽中進行。優 選地，步驟(2)在本發明的浸潰模頭中進行。預浸料中的纖維含量可通過調節與浸潰模頭對 接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸潰模頭出口間距來控制。
[0022] 本發明的浸潰模頭包括擠出機接口、纖維入口和纖維出口。在浸潰期間，連續纖維 被牽引漉牽引通過浸潰模頭，同時擠出機將熱塑性樹脂烙體經由擠出機對接口擠入浸潰模 頭中，從而浸潰連續纖維，經浸潰的連續纖維從纖維出口牽引出去。在浸潰期間，為了避免 從擠出機中擠出的熱塑性烙體在浸潰模頭中冷卻，從而影響浸潰效果，所述浸潰模頭還包 括浸潰模頭高溫腔體。所述高溫腔體具有加熱功能，從而保持擠出的熱塑性烙體具有足夠 的流動性。取決于所用的熱塑性樹脂，所述高溫腔體工作溫度為100-500°C，優選為200-450 °C，更優選為300-450°C，最優選為350-420°C。在浸潰期間，需要將熱塑性樹脂烙體經由擠 出機對接口擠出到浸潰模頭中W浸潰纖維紗，在運種情況下，由于樹脂烙體粘度大，僅從纖 維紗上表面或下表面單面滲透進纖維內部較困難。為了解決該問題，浸潰模頭可具有兩個 擠出機對接口，從而同時從纖維紗上下表面接觸浸潰，運大大提高了浸潰質量和浸潰效率。 更進一步地，為了確保充分浸潰，甚至可使用更多個擠出機對接口。
[0023] 通過使用本發明的浸潰模頭，可實現熱塑性樹脂烙體對纖維的快速接觸浸潰。由 于熱塑性樹脂烙體粘度較大，尤其是耐高溫的聚酸酸酬樹脂W及聚苯硫酸樹脂等，依靠傳 統漉壓等方式很難實現對纖維的良好浸潰。借助本發明的浸潰模頭，可W將從擠出機擠出 的高溫粘流態熱塑性烙體涂覆于纖維紗上下表面，并在浸潰模頭內實現初步接觸浸潰，為 后續在二次浸潰設備中進一步浸潰提供了基礎。該浸潰模頭是實現高粘度樹脂與纖維良好 浸潰的前提。
[0024] 在一個優選的實施方案中，本發明的方法進一步包括步驟(3)，即對步驟(2)獲得 的材料進行二次浸潰。所述二次浸潰包括在高溫下對在步驟(2)中獲得的預浸料進行反復 擠壓，從而使得樹脂充分浸潰纖維。
[0025] 在二次浸潰期間，可對預浸料進行加熱。加熱溫度取決于熱塑性塑料的具體種類， 通常為100-500°C，優選為200-450°C，更優選為300-450°C，最優選為350-420°C。在一個優 選的實施方案中，二次浸潰在本發明的二次浸潰設備中進行。所述二次浸潰設備包括前高 溫加熱漉、后高溫加熱漉W及介于二者之間的小弧形熱板。所述二次浸潰設備可任選包含 高溫紅外箱，其中所述前高溫加熱漉、后高溫加熱漉和小弧形熱板置于該高溫紅外箱中。此 夕h所述高溫紅外箱前后兩側均有進料的扁平入口及出口。在二次浸潰期間，將在步驟(2) 中獲得的預浸料牽引至高溫紅外箱中，使其通過前高溫加熱漉的漉間隙，經小弧形熱板進 一步加熱和擠壓;然后通過后高溫加熱漉的漉間隙。
[0026] 本發明的小弧形熱板由上下兩塊熱板構成，所述上下兩塊熱板相對的表面上周期 性地設有凸起，從而在上下熱板的相對表面上形成相互對應的波浪形流道。其中"相互對 應"是指上下熱板的波浪形凸起相互對應，即上熱板流道的波峰對應于下熱板流道的波谷， 上熱板流道的波谷對應于下熱板流道的波峰，反之亦然。
[0027] 在二次浸潰期間，擠壓可通過調節高溫加熱漉之間和小弧度熱板之間的間隙實 現。在本發明方法中，高溫加熱漉和小弧度熱板的間隙為〇.〇3-6mm可調，更優選為0.03- 1mm，最優選為0.03-0.40mm。加熱及擠壓時間與牽引漉牽引速率有關，牽引速率通常為 0.01-3m/min，優選為 0.01-2m/min，更優選為 0.1-lm/min，最優選為 0.2-0.7m/min。
[0028] 在步驟(3)的二次浸潰過程中，從前端浸潰模頭出來的預浸料進一步被前高溫漉 壓W及在波浪形流道內反復擠壓，從而使得高粘度的熱塑性樹脂能夠有足夠的溫度、足夠 的壓力和時間充分浸潰到纖維絲束內部，降低預浸料的缺陷。二次浸潰過程對高溫高粘度 的熱塑性樹脂(如聚酸酸酬和聚苯硫酸等)與纖維的充分浸潰有決定性作用。此外，該步驟 (3)有助于對預浸料的厚度和表面質量進行控制。經步驟(3)二次浸潰的預浸料具有高表面 質量和低孔隙率。一般而言，經二次浸潰的預浸料的孔隙率不超過1 %。
[0029] 發明人令人驚訝地發現，本發明的獨立且緊鄰的浸潰模頭和二次浸潰設備聯合使 用，即依靠浸潰模頭實現纖維與樹脂的初次接觸浸潰，緊接著通過二次浸潰設備進一步提 高浸潰質量，二者能夠實現高溫高粘度的熱塑性樹脂與纖維的快速和充分浸潰，同時實現 對預浸料的厚度和表面質量的控制。
[0030] 在另一優選實施方案中，本發明還一步包括步驟(4)，即，對在步驟(3)制得的預浸 料進行緊壓定型和冷卻，從而獲得最終的預浸料產品。預浸料緊壓定型設備由多組(優選2- 6組，更優選2-4組)冷漉構成，冷漉間隙0.03-6mm可調，優選為0.03-lmm，最優選為0.03- 0.40mm。通過預浸料緊壓定型設備，獲得了表面質量良好的預浸料并同時降低預浸料的溫 度W優化預浸料厚度及形狀。
[0031] 在另一方面中，本發明還設及一種用于預浸料的浸潰設備，其包括浸潰模頭和二 次浸潰設置。所述浸潰模頭包括擠出機接口、纖維入口和纖維出口。所述二次浸潰設備包括 前高溫加熱漉、后高溫加熱漉W及介于二者之間的小弧形熱板，其中所述小弧形熱板由上 下兩塊熱板構成，所述上下兩塊熱板相對的表面上周期性地設有凸起，從而在上下熱板的 相對表面上形成相互對應的波浪形流道。所述二次浸潰設備可任選包含高溫紅外箱，其中 所述前高溫加熱漉、后高溫加熱漉和小弧形熱板置于該高溫紅外箱中。此外，所述高溫紅外 箱前后兩側均有進料的扁平入口及出口。
[0032] 本發明的制備方法成功解決了高烙點和/或高粘度樹脂對纖維絲束的浸潰問題， 并且制備的連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料具有高表面質量和低孔隙率。
[0033] 本發明的方法能制備超薄連續纖維增強熱塑性樹脂的預浸料，由此制得的熱塑性 樹脂/碳纖維預浸料的厚度通常小于0.1 Omm，優選小于0.08mm，更優選小于0.06mm;熱塑性 樹脂/碳纖維預浸料的厚度通常小于0.25mm，優選小于0.20mm，更優選小于0.15mm。所述的 方法制備的連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料的幅寬可為2-1200mm。
[0034] 所述的方法制備的連續碳纖維增強熱塑性樹脂預浸料的孔隙率不超過1%，低的 孔隙率將有助于表現出復合材料優異的性能。
[0035] 如上文所述，本發明的方法適于用具有高烙點和/或高粘度的熱塑性樹脂浸潰纖 維。適于本發明方法的熱塑性樹脂通常具有100-500°C，優選200-450°C，更優選300-450°C， 最優選350-420°C的烙點。適于本發明方法的熱塑性樹脂通常具有約20-90g/10min，優選約 20-80g/10min，更優選約20-60g/10min，仍更優選約20-40g/10min的烙融指數。烙融指數根 據GB/T3682-2000測定。特別地，所述熱塑性樹脂為聚酸酸酬、聚苯硫酸、聚酸諷、聚酷胺或 聚丙締;優選地，所述熱塑性樹脂為聚酸酸酬、聚苯硫酸、聚酸諷、聚酷胺;更優選地，本發明 的方法適用于聚酸酸酬樹脂對碳纖維的烙融浸潰，從而制得高質量的預浸料。
[0036] 本發明方法中所用的纖維為碳纖維，玻璃纖維等，優選為碳纖維。
[0037] 發明人令人驚訝地發現，通過使用本發明的方法，獲得了如下有利的技術效果：
[0038] 1、由于連續纖維在預浸料生產過程中經過纖維厚度調節設備實現薄層化，有利于 高烙體粘度的熱塑性樹脂對連續碳纖維的浸潤，減少缺陷。在自動化鋪放過程中，連續纖維 增強熱塑性樹脂預浸料容易受熱不均，從而影響層間結合性能，因此選擇將預浸料薄層化 是一個可靠且有益的方式。此外，對于采用熱塑性預浸料制備異形制件，變截面區域容易造 成較大的纖維變形等制造缺陷，而使用本發明法制備的超薄連續纖維增強熱塑性預浸料將 極大程度減少纖維變形等制造缺陷，能夠用于自動鋪帶技術W及成型復雜形狀制件，達到 低缺陷含量及輕質高強的目的，可設計性強。
[0039] 2、將薄層化的纖維經步驟(2)的初次接觸浸潰和步驟(3)的二次浸潰處理，運實現 了熱塑性樹脂烙體和纖維的充分浸潰并保證其具有優異的表面質量，其孔隙率不超過1%。
[0040] 3、本發明連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料制備方法適用于具有高烙點和/或高粘 度的熱塑性樹脂。運些樹脂通常是高性能熱塑性樹脂，由此制得的預浸料也具有高性能。
[0041] 具體地，本發明設及如下實施方案：
[0042] 1.-種制備連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料的方法，包括如下步驟：
[0043] (1)將連續纖維薄層化；
[0044] (2)用熱塑性樹脂烙體浸潰在步驟(1)中獲得的薄層化纖維。
[0045] 2.如實施方案1所述的方法，其中所述熱塑性樹脂的烙融指數為約20-90g/10min， 所述烙融指數根據GB/T3682-2000測定。
[0046] 3.如實施方案1或2所述的方法，其中在方法步驟(2)中，所述預浸料中的纖維比例 為30-70wt%，熱塑性樹脂烙體比例為30-70wt%，在每種情況下基于碳纖維與熱塑性樹脂 烙體的總重量。
[0047] 4.如實施方案1-3中任一項所述的方法，其中所述熱塑性樹脂為聚酸酸酬、聚苯硫 酸、聚酸諷、聚酷胺或聚丙締等;其中所述纖維為碳纖維或玻璃纖維等。
[0048] 5.如實施方案1-4中任一項所述的方法，其中步驟(2)在浸潰模頭中進行，所述浸 潰模頭包括擠出機接口、纖維入口和纖維出口。
[0049] 6.如實施方案15中任一項所述的方法，進一步包括如下步驟：
[0050] (3)通過對由步驟(2)制得的材料進行反復擠壓而實施二次浸潰。
[0051] 7.如實施方案6所述的方法，其中二次浸潰在包括前高溫加熱漉、后高溫加熱漉W 及介于二者之間的小弧形熱板的二次浸潰設備中實施。
[0052] 8.如實施方案7所述的方法，其中所述小弧形熱板由上下兩塊熱板構成，所述上下 兩塊熱板相對的表面上周期性地設有凸起，從而在上下熱板的相對表面上形成相互對應的 波浪形流道。
[0053] 9.如實施方案1-8中任一項所述的方法，其進一步包括在步驟(1)之前對纖維進行 表面處理的步驟;和/或在步驟(3)之后對獲得的預浸料進行緊壓定型和冷卻的步驟。
【附圖說明】
[0054] 圖1為用于制備本發明連續碳纖維增強熱塑性樹脂預浸料的示例性設備的示意 圖。
[0055] 在圖1中，1.紗架、2.纖維紗、3.針形導紗設備、4.纖維厚度調節設備、5.纖維表面 處理設備、6.橡膠牽引漉、7.擠出機、8.浸潰模頭、9.高溫紅外箱、10.前高溫加熱漉、11.小 弧形熱板、12.后高溫加熱漉、13.預浸料緊壓定型設備、14.冷卻設備、15.橡膠牽引漉、16. 預浸料、17.切割設備、18.預浸料小收卷軸、19.預浸料大收卷軸。
[0056] 在本發明方法的一個示例性的實施方案中，W碳纖維和聚酸酸酬為例闡述本發明 的方法。首先將連續碳纖維紗2置于紗架I上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽 引至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚 度調節設備4W調整碳纖維紗厚度，其中纖維厚度調節設備4由6組張力漉組成，在纖維厚度 調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減薄，從而實現薄層化； 隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，所述纖維表面處理設備5包括 溶劑洗涂槽和前紅外烘道和/或熱塑性上漿劑上漿槽和后紅外烘道，其中可除去纖維表面 的原始上漿劑并補充與熱塑性基體相容的上漿劑;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后 的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8,同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度，采用擠出機7將聚 酸酸酬樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2;為了保證聚酸酸酬樹脂可W充分浸 潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初次接觸浸潰的連續碳纖維紗 2牽引至高溫紅外箱9,通過前高溫加熱漉10的漉間隙；之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬 樹脂充分浸潰連續纖維紗2;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量的控制； 隨后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用下依次通過預浸料緊壓定型設備 13,和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預 浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。
【具體實施方式】
[0057]下面根據附圖和【具體實施方式】，對本發明進一步說明。
[005引 實施例1
[0059] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制用于制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料的原材料和投料比如下：
[0060] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）50wt%，
[0061 ] 聚酸酸酬樹脂(380°C下烙融指數為85g/10min) 50wt%;
[0062] 制備過程包括W下步驟：
[0063] 首先將連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽 引至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚 度調節設備4W調整碳纖維紗厚度為約60WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張 力漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為410°C，采用擠出機7將聚酸酸酬 樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.14mm;為了保 證聚酸酸酬樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初 步浸潰的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為41(TC，通過前高溫 加熱漉10的漉間，其間隙調整為0.12mm;之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬樹脂充分浸潰 連續纖維紗2,其間隙調整為0.12mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量 的控制，其漉間距設定為0.10mm;隨后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用 下依次通過預浸料緊壓定型設備13,該冷卻定型設備間距設定為0.10mm，然后通過冷卻設 備14,從而得到預浸料16;最后采用切割設備17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收 卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。最后得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預 浸料厚度為100皿，表面質量良好。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙 率和浸潤情況，測試結果見表1。
[0064] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0065] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為100皿的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放24層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40kgF，熱氣流速為80化PM(即標準升/分鐘）， 熱氣噴口加熱溫度為800°C，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰 層鋪放位置補償為3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻 后脫模得到[0]24復合材料。
[0066] 將上述得到的24層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0067] 對比例1
[0068] 不采用纖維厚度調節設備4,適當根據纖維的實際厚度調節了各個后續設備的間 隙大小W保證纖維順利通過各間隙，其他條件與實施例1相同。具體流程如下：
[0069] 首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列，且厚度為0.15mm，幅寬為20cm;隨后連續碳 纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在 其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進行干燥;在橡膠牽引漉14的作用 下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有兩個擠出機對接口），同時設定擠 出機7和浸潰模頭8溫度為410°C，采用擠出機7將聚酸酸酬樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰 連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.30mm;為了保證聚酸酸酬樹脂可W充分浸潰 連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初步浸潰的連續碳纖維紗2牽引 至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為410°C，通過前高溫加熱漉10的漉間，其間隙調整 為0.25mm;之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬樹脂充分浸潰連續纖維紗2,其間隙調整為 0.25mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量的控制，其漉間距設定為 0.20mm;前后高溫加熱漉W及小弧形熱板溫度均設定為410°C;隨后被充分浸潰的連續碳纖 維紗2在橡膠牽引漉15的作用5下依次通過預浸料緊壓定型設備13,該冷卻定型設備間距設 定為0.20mm，和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備17將預浸料16切邊，邊角料 收卷至預浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。最后得到的連續碳纖維增 強聚酸酸酬預浸料厚度為200皿，表面質量良好。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體 積分數、孔隙率和浸潤情況，測試結果見表1。
[0070] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0071] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為200皿的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放12層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為80(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到[0] 12復 合材料。
[0072] 將上述得到的12層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[007引 對比例2
[0074] 不采用由高溫紅外箱9,前高溫加熱漉10,小弧形熱板11W及后高溫加熱漉12構成 的二次浸潰系統，按照實施例1中的條件和步驟實施。最后得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬 預浸料厚度為lOOwn，表面質量一般。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔 隙率和浸潤情況，測試結果見表1。
[0075] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0076] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為100皿的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放24層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為80(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到復合材 料層合板。
[0077] 將上述得到的24層預浸料制備復合材料層合板平板按照GB/T 3365-2008測定纖 維體積分數，按照ASTM D3039/D3039M-14制備成250mm X 12.5mm的拉伸試樣，按照ASTM D790-10制備成48mmX12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTMD2344/D2344M-13制備成12mmX 4mm的短梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[007引 實施例2
[0079] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料原材料和投料比如下：
[0080] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）50wt%，
[0081 ] 聚酸酸酬樹脂(380°C下烙融指數為85g/10min) 50wt% ;
[0082] 制備過程包括W下步驟：
[0083] 首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚度 調節設備4W調整碳纖維紗厚度約為40WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張力 漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為410°C，采用擠出機7將聚酸酸酬 樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.12mm;為了保 證聚酸酸酬樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初 步浸潰的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為41(TC，通過前高溫 加熱漉10的漉間，其間隙調整為0.10mm;之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬樹脂充分浸潰 連續纖維紗2,其間隙調整為0.10mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量 的控制，其漉間距設定為0.08mm;前后高溫加熱漉W及小弧形熱板溫度均設定為410°C;隨 后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用下依次通過預浸料緊壓定型設備 13，該冷卻定型設備間距設定為0.08mm，和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備 17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。 最后得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬預浸料厚度為sown,表面質量良好。該材料的性能測 試結果見表1。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙率和浸潤情況，測試 結果見表1。
[0084] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0085] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為80WI1的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放30層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為80(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到復合材 料層合板。
[0086] 將上述得到的30層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0087] 實施例3
[0088] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料原材料和投料比如下：
[0089] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）50wt%，
[0090] 聚酸酸酬樹脂(380°C下烙融指數為85g/10min) 50wt%;
[0091] 制備過程包括W下步驟：
[0092] 首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚度 調節設備4W調整碳纖維紗厚度約為30WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張力 漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為410°C，采用擠出機7將聚酸酸酬 樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.10mm;為了保 證聚酸酸酬樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初 步浸潰的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為41(TC，通過前高溫 加熱漉10的漉間，其間隙調整為0.08mm;之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬樹脂充分浸潰 連續纖維紗2,其間隙調整為0.06mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量 的控制，其漉間距設定為0.06mm;前后高溫加熱漉W及小弧形熱板溫度均設定為410°C;隨 后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用下依次通過預浸料緊壓定型設備 13，該冷卻定型設備間距設定為0.06mm，和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備 17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。 最后得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬預浸料厚度為60WH，表面質量良好。該材料的性能測 試結果見表1。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙率和浸潤情況，測試 結果見表1。
[0093] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0094] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為60WI1的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放40層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為80(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到復合材 料層合板。
[00M]將上述得到的40層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0096] 實施例4
[0097] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料的原材料和投料比由包含下述 重量含量的組分構成：
[0098] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）40wt%，
[0099] 聚酸酸酬樹脂(380°C下烙融指數為85g/10min) 60wt%;
[0100] 制備過程包括W下步驟：
[0101] 首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚度 調節設備4W調整碳纖維紗厚度約為60WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張力 漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為410°C，采用擠出機7將聚酸酸酬 樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.14mm;為了保 證聚酸酸酬樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酸酸酬樹脂烙體初 步浸潰的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為41(TC，通過前高溫 加熱漉10的漉間，其間隙調整為0.12mm;之后通過小弧形熱板11使聚酸酸酬樹脂充分浸潰 連續纖維紗2,其間隙調整為0.12mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量 的控制，其漉間距設定為0.10mm;隨后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用 下依次通過預浸料緊壓定型設備13,該冷卻定型設備間距設定為0.10mm，和冷卻設備14后 得到預浸料16;最后采用切割設備17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收卷軸18,中 部質量較好的預浸料大收卷軸19。最后得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料厚度為 100皿，表面質量良好。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙率和浸潤情 況，測試結果見表1。
[0102] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酸酸酬復合材料：
[0103] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為100皿的一軸連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放24層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為80(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到[0]24復 合材料。
[0104] 將上述得到的24層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0…引 實施例5
[0106] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料的原材料和投料比如下：
[0107] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）50wt%，
[010引聚酷胺66(200°C下烙融指數為40g/10min) SOwt %；
[0109] 制備過程包括W下步驟：
[0110] 首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚度 調節設備4W調整碳纖維紗厚度約為40WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張力 漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為320°C，采用擠出機7將聚酷胺66 樹脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.12mm;為了保 證聚酷胺66樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚酷胺66樹脂烙體初 步浸潰的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為32(TC，通過前高溫 加熱漉10的漉間，其間隙調整為0.10mm;之后通過小弧形熱板11使聚酷胺66樹脂充分浸潰 連續纖維紗2,其間隙調整為0.10mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量 的控制，其漉間距設定為0.08mm;前后高溫加熱漉W及小弧形熱板溫度均設定為320°C;隨 后被充分浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用下依次通過預浸料緊壓定型設備 13，該冷卻定型設備間距設定為0.08mm，和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備 17將預浸料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。 最后得到的連續碳纖維增強聚酷胺66預浸料厚度為sown,表面質量良好。該材料的性能測 試結果見表1。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙率和浸潤情況，測試 結果見表1。
[0111] 將上述得到的連續碳纖維增強聚酷胺66樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通 過W下步驟制備連續碳纖維增強聚酷胺66復合材料：
[0112] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為80WI1的一軸連續碳纖維增強聚酷胺66樹脂預浸 料放置在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均 勻涂覆高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放30層預浸料制備復合材料層 合板，設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40k評，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度 為50(TC，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為 3mm;開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到復合材 料層合板。
[0113] 將上述得到的30層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0114] 實施例6
[0115] 通過調節與浸潰模頭對接的擠出機擠出的熱塑性高溫烙體的擠出量W及所述浸 潰模頭出口間距而控制制備連續碳纖維增強熱塑性預浸料的原材料和投料比如下：
[0116] 連續碳纖維（日本東麗T700SC，12K連續碳纖維）50wt%，
[0117] 聚丙締(200°C 下烙融指數為 40g/10min) SOwt %；
[011引制備過程包括W下步驟：
[0119]首先連續碳纖維紗2置于紗架1上，在橡膠牽引漉6的作用下將連續碳纖維紗2牽引 至針形導紗設備3,使連續碳纖維紗2均勻排列;將均勻排列的連續碳纖維紗2穿過纖維厚度 調節設備4W調整碳纖維紗厚度約為40WI1和幅寬20cm，其中纖維厚度調節設備4由6組張力 漉組成，在纖維厚度調節期間，均勻排列的纖維依次經過各組張力漉，在張力的作用下減 薄，從而實現薄層化;隨后連續碳纖維紗2通過纖維表面處理設備5進行表面處理，其中使連 續碳纖維紗2通過丙酬洗涂槽，在其中洗去碳纖維表面的原始上漿劑，然后通過紅外烘道進 行干燥;在橡膠牽引漉14的作用下將表面處理后的連續碳纖維紗2牽引至浸潰模頭8(具有 兩個擠出機對接口），同時設定擠出機7和浸潰模頭8溫度為220°C，采用擠出機7將聚丙締樹 脂烙體擠入浸潰模頭8W浸潰連續碳纖維紗2,浸潰模頭8出口高度設定為0.12mm;為了保證 聚丙締樹脂可W充分浸潰連續碳纖維紗2,將通過浸潰模頭8中被聚丙締樹脂烙體初步浸潰 的連續碳纖維紗2牽引至高溫紅外箱9,高溫紅外箱9溫度設定為220°C，通過前高溫加熱漉 10的漉間，其間隙調整為0.10mm;之后通過小弧形熱板11使聚丙締樹脂充分浸潰連續纖維 紗2,其間隙調整為0.10mm;再通過后高溫加熱漉12對預浸料進行厚度及表面質量的控制， 其漉間距設定為0.08mm;前后高溫加熱漉W及小弧形熱板溫度均設定為220°C;隨后被充分 浸潰的連續碳纖維紗2在橡膠牽引漉15的作用下依次通過預浸料緊壓定型設備13,該冷卻 定型設備間距設定為0.08mm，和冷卻設備14后得到預浸料16;最后采用切割設備17將預浸 料16切邊，邊角料收卷至預浸料小收卷軸18,中部質量較好的預浸料大收卷軸19。最后得到 的連續碳纖維增強聚丙締預浸料厚度為sown,表面質量良好。該材料的性能測試結果見表 1。按照GB/T 3365-2008測定預浸料的纖維體積分數、孔隙率和浸潤情況，測試結果見表1。
[0120] 將上述得到的連續碳纖維增強聚丙締樹脂預浸料分切成寬度6mm的預浸帶，通過 W下步驟制備連續碳纖維增強聚丙締復合材料：
[0121] 將上述得到的寬度為6mm，厚度為80WI1的一軸連續碳纖維增強聚丙締預浸料放置 在熱氣加熱自動鋪放設備上，并將預浸料牽引至鋪放頭部固定;在平板模具表面均勻涂覆 高溫脫模劑并等待至干燥;在自動鋪放設備上單向鋪放30層預浸料制備復合材料層合板， 設置鋪放速率為25.4mm/s，鋪放壓力為40kgF，熱氣流速為80化PM，熱氣噴口加熱溫度為400 °C，熱氣噴口距離鋪放壓頭12mm，設置鋪放間隙為6mm，并設置相鄰層鋪放位置補償為3mm; 開啟自動鋪放程序，按上述設置鋪放復合材料平板;程序停止，冷卻后脫模得到復合材料層 合板。
[0122] 將上述得到的30層預浸料制備復合材料層合板按照GB/T 3365-2008測定纖維體 積分數，按照ASTMD3039/D3039M-14制備成250mmX12.5mm的拉伸試樣，按照ASTMD790-10 制備成48mmX 12.5mm的軸向彎曲試樣，按照ASTM D2344/D2344M-13制備成12mmX4mm的短 梁剪切試樣，進行性能測試，測試結果見表1。
[0123] 表1
[0124]
[0125] 熱塑性預浸料自動化鋪放過程中的預浸料纖維體積含量與最終復合材料纖維體 積含量大致一致。
[01%]實施例1、2、3和4W及對比例1和2均采用聚酸酸酬熱塑性樹脂，主要是證明該預浸 料制備工藝能夠制備高溫高粘度的聚酸酸酬預浸料。其中，在實施例1、實施例2和實施例3 的制備過程中，所采用的連續碳纖維增強聚酸酸酬樹脂預浸料厚度分別為100Mi、80wii和60 WH，在鋪放時有利于熱氣迅速均勻加熱預浸料，并避免由于厚度過大受熱不均造成的預浸 料權皺，從而降低所制備復合材料中的缺陷。
[0127]從表1中實施例1、實施例2及實施例3的對比可W看出，在碳纖維束經過纖維厚度 調節設備均勻排布的前提下，隨著調整浸潰模頭出口、高溫加熱漉、小弧形熱板間隙W及緊 壓定型設備的間隙，可W制備不同厚度的預浸料，同時不會提高預浸料中孔隙率含量，且表 面質量良好。當然預浸料越薄，纖維分離得越開，因此預浸料中的纖維含量將些許降低，機 械性能測試結果盡管表明拉伸強度及模量，軸向彎曲強度及模量和短梁剪切強度均有一定 降低，但是若歸一化到同一纖維體積含量其力學性能基本上一致。
[012引從表1中實施例1和對比例1的對比可W看出，對比例1中未經過纖維厚度調節設備 處理的纖維束厚度較大，導致其纖維在厚度方向上較為集中，不利于高粘度聚酸酸酬樹脂 對其充分浸潰，因此所制得預浸料的厚度較大，對比例1中預浸料內部含有較多的未浸透干 纖維，因此纖維體積分數會偏高;且由于聚酸酸酬樹脂不能充分浸潰纖維束內部，孔隙率高 于2%，導致對比例1的機械性能明顯低于實施例1。
[0129] 從表1中實施例1、對比例1和對比例2的對比可W看出，對比例帥未經過二次浸潰 系統處理的預浸料表面質量一般，但由于其纖維束經過纖維厚度調節設備處理，相比于對 比例1有利于聚酸酸酬樹脂的浸潰，因此對比例2的預浸料孔隙率低于對比例1，但由于其未 進行二次浸潰處理，孔隙率仍高于1 %，導致機械性能的降低。
[0130] 從實施例4可W看出，經過不同的纖維和樹脂投料比變化，可W改變預浸料中的纖 維體積含量，樹脂投料比例越高，則制得的預浸料的纖維體積含量越低。但其孔隙率及其它 力學性能仍然可W維持在較好的水平。從表1中實施例5和實施例6可W看出，該連續碳纖維 增強熱塑性樹脂預浸料裝備亦可生產制備多種熱塑性樹脂的預浸料，實施例5是采用聚酷 胺66樹脂而實施例6是采用聚丙締樹脂，但是運兩種樹脂的性能相對于聚酸酸酬低很多，從 低的彎曲性能及層剪性能可W看出，其它指標基本穩定。
[0131] 因此，通過使用本發明的方法，可實現熱塑性樹脂烙體和纖維的充分浸潰并保證 其具有優異的表面質量，其孔隙率不超過1%，且制得的復合材料具有優異的機械性能。
[0132] 本發明不限于上述實施例和對比例，本領域技術人員根據本發明的掲示，不脫離 本發明范疇所做出的改進和變化都應該在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種制備連續纖維增強熱塑性樹脂預浸料的方法，包括如下步驟： (1) 將連續纖維薄層化； (2) 用熱塑性樹脂熔體浸漬在步驟(1)中獲得的薄層化纖維。2. 如權利要求1所述的方法，其中所述熱塑性樹脂的熔融指數為約20-90g/10min，所述 熔融指數根據GB/T3682-2000測定。3. 如權利要求1或2所述的方法，其中在方法步驟（2)中，所述預浸料中的纖維比例為 30-70wt%，熱塑性樹脂熔體比例為30-70wt%，在每種情況下基于碳纖維與熱塑性樹脂熔 體的總重量。4. 如權利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述熱塑性樹脂為聚醚醚酮、聚苯硫醚、 聚醚砜、聚酰胺或聚丙烯等;其中所述纖維為碳纖維或玻璃纖維等。5. 如權利要求1-4中任一項所述的方法，其中步驟(2)在浸漬模頭中進行，所述浸漬模 頭包括擠出機接口、纖維入口和纖維出口。6. 如權利要求15中任一項所述的方法，進一步包括如下步驟： (3) 通過對由步驟(2)制得的材料進行反復擠壓而實施二次浸漬。7. 如權利要求6所述的方法，其中二次浸漬在包括前高溫加熱輥、后高溫加熱輥以及介 于二者之間的小弧形熱板的二次浸漬設備中實施。8. 如權利要求7所述的方法，其中所述小弧形熱板由上下兩塊熱板構成，所述上下兩塊 熱板相對的表面上周期性地設有凸起，從而在上下熱板的相對表面上形成相互對應的波浪 形流道。9. 如權利要求1-8中任一項所述的方法，其進一步包括在步驟（1)之前對纖維進行表面 處理的步驟;和/或在步驟(3)之后對獲得的預浸料進行緊壓定型和冷卻的步驟。
【文檔編號】B29B15/14GK105904611SQ201610230286
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】肇研, 王凱, 陳俊林, 董安琪, 李學寬, 樊星
【申請人】北京航空航天大學