Основные методы пропитки непрерывного волокна армированного термопластичного композиционного материала включают метод растворной пропитки, метод расплавной пропитки, метод порошковой пропитки, метод осаждения пастообразной смолы, метод смешивания, метод многослойной пленки и реакционную пропитку.

01. Метод растворной пропитки

Растворная пропитка заключается в растворении смолы в подходящем растворителе, снижении её вязкости до определённого уровня, а затем в смачивании волокон с помощью технологии, используемой при пропитке термореактивной смолой, и, наконец, удалении растворителя путём нагрева.

Преимущества метода растворной пропитки: Преодолевает недостатки высокой вязкости расплава термопластичной смолы, обеспечивая хорошую пропитку волокон; простой технологический процесс, простое оборудование.

Недостатки метода растворной пропитки: Растворитель должен быть полностью удалён, иначе это приведёт к снижению растворительной стойкости изделия; в процессе удаления растворителя наблюдается физическое расслоение, проникновение вдоль границы раздела смола-волокно, а растворитель может скапливаться в порах и пустотах на поверхности волокон, что приводит к плохому сцеплению смолы и волокон и влияет на растворительную стойкость; затраты на испарение и утилизацию растворителя высоки и загрязняют окружающую среду.

Несмотря на это, в настоящее время большинство высокоэффективных композиционных материалов на основе смол, которые трудно пропитать другими методами, всё ещё производятся методом растворной пропитки.

02. Метод расплавной пропитки

Расплавная пропитка — это технология производства, при которой для пропитки волокон используется расплавленная при нагревании термопластичная смола. Это можно сделать двумя способами: Один из них — это экструзионная пропитка расплавом, то есть использование экструдера для подачи расплава в форму, через которую проходят волокна. Основным фактором, влияющим на технологию экструзионной пропитки расплавом, является скорость проникновения полимерного расплава через слой волокон, которая зависит от структуры армирующего материала. Другой способ — это вытяжная пропитка расплавом, использование специальной вытяжной головки, через которую проходит равномерно распределённый пучок непрерывных волокон с предварительным натяжением, система роликов, по которым движется расплавленная матричная смола, многократное воздействие чередующихся изменений обеспечивает принудительную пропитку волокон и расплава, достигая идеального результата пропитки. Однако этот метод может использоваться только для производства армированных длинноволокнистых гранул (длина обычно составляет 6–10 мм), а не листов.

В обоих методах давление на волокна очень велико, что может привести к повреждению волокон. Главное преимущество метода расплавной пропитки заключается в отсутствии необходимости в каких-либо растворителях.

03. Метод порошковой пропитки

Метод порошковой пропитки заключается в адсорбции тонкого порошка смолы на поверхности отдельных волокон в сульфидной ванне за счёт электростатического взаимодействия, а затем в плавлении порошка путём нагрева, и, наконец, в смачивании волокон в процессе формования. Поскольку пропитка осуществляется в сухом состоянии, технологический процесс не ограничивается вязкостью матрицы, полимеры с относительно высокой молекулярной массой могут распределяться в волокнах. Диаметр полимерных частиц, способных адсорбироваться на волокнах, составляет 5–25 мкм, предпочтительный диаметр порошка смолы составляет 5–10 мкм.

Преимущества метода порошковой пропитки: Минимальное повреждение волокон, отсутствие деградации полимера; высокая скорость обработки, низкая стоимость.

Недостатки метода порошковой пропитки: Пропитка завершается только в процессе формования, порошок легко теряется; время, температура и давление, необходимые для пропитки, зависят от размера и распределения частиц порошка.

04. Метод осаждения пастообразной смолы

Технология метода осаждения пастообразной смолы аналогична технологии производства бумаги. Короткие стекловолокна длиной 6–25 мм, порошок смолы и эмульгатор диспергируются в воде с образованием водной суспензии, затем добавляется флокулянт, который позволяет ему коагулировать на фильтрующей сетке гидравлического формовочного станка, отделяет коагулят от воды, горячим прессованием формируется войлокообразный коагулят, который плавится в лист.

Преимущества метода осаждения пастообразной смолы: Хорошее диспергирование волокон, минимальное повреждение, низкий нагрев, высокая производительность; Недостатки: Высокая сложность технологии, высокая стоимость оборудования.

05. Метод смешивания

Метод смешивания заключается в объединении термопластичной смолы, изготовленной в виде волокон или лент, и армирующих волокон в определённых пропорциях для создания смешанного песка, а затем в плавлении смолы и волокон в матрицу в высокотемпературной герметичной зоне пропитки. С помощью обычной технологии ткачества смешанные волокна легко превращаются в ткань, чем однороднее смесь, тем меньше требуется давления при отверждении, идеальное состояние смеси заключается в том, чтобы каждое армирующее волокно граничило с волокном матрицы, однако из-за значительных различий в физических свойствах армирующих и матричных волокон это на практике очень сложно реализовать. Метод смешивания обладает хорошими технологическими свойствами, простотой контроля содержания смолы, волокна хорошо смачиваются, смешанные нити можно ткать в различные сложные формы, включая трёхмерные структуры, а также их можно напрямую наматывать, получая композиционные материалы с высокими характеристиками.

Однако эта технология не подходит для композитных материалов на основе стекловолокна, а также для формования бытовых товаров или низкотемпературных термопластичных конструкционных материалов.

06. Метод многослойной пленки

Метод многослойной пленки заключается в наложении слоёв армирующего материала и плёнок из термопластичного материала, нагреве и прессовании для проникновения полимерного расплава между армирующими материалами, а затем отверждении. Давление, прикладываемое при методе многослойной плёнки, должно быть достаточно большим, чтобы расплав мог проникнуть между слоями волокон, но не вызывать течения между армирующими слоями, типичное значение давления меньше 2,0 МПа. После охлаждения композит не должен иметь пустот, вакуумная помощь в обеспечении давления может гарантировать отсутствие пустот в листе. Этот метод широко используется для формования листов со сложной формой поверхности.

Преимущества метода многослойной пленки: Позволяет получить высококачественные слоистые изделия, но из-за высокой вязкости расплава требуется более высокое давление;

Недостатки метода многослойной пленки: Высокое содержание смолы, высокая стоимость; высоковязкая матричная смола с трудом пропитывает волокна.

07. Метод реакционной пропитки

Метод реакционной пропитки использует преимущества низкой начальной молекулярной массы мономеров или преполимеров, низкой вязкости расплава и хорошей текучести для полного смачивания волокон, посредством чего получают композиционные материалы из непрерывного волокна, армированного термопластичной смолой. Однако технологические условия этого метода довольно жесткие, реакция трудно контролируется, и промышленного применения он пока не достиг.

Дисклеймер: Статья предназначена исключительно для обмена информацией и опытом в области композиционных материалов, а также для обмена рыночной информацией, и не используется в каких-либо коммерческих целях. Если у вас есть сомнения относительно авторских прав на статью или точности ее содержания, пожалуйста, свяжитесь с нами в первую очередь. Мы незамедлительно примем меры.