一种玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带及制备工艺

摘要

本发明提供了一种玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备装置，按照预浸带的制备过程依次包括纱架、分丝板、浸胶装置、固化成型装置、预成型模具、牵引装置和盘卷装置；分丝板固定安装在纱架与浸胶装置之间，浸胶装置一端连接分丝板，另一端输送纤维至固化成型装置；预成型模具，设置在固化成型装置后端；牵引装置，设置在预成型模具后端；盘卷装置，进行盘卷。还提供预浸带的制备工艺，是通过将连续纤维纱轴进行单束纤维分散，再与均匀塑化的树脂浸渍后加热固化模具，进行第一次固化成型，形成纤维增强聚乙烯棒；在牵引装置作用下进入预成型模具，进行第二次加热固化成型，形成预浸带，其热塑性树脂浸透性和均匀性好，孔隙率低。

说明书

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料的预浸料制备技术领域，特别涉及一种玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带及制备工艺。

背景技术

纤维增强复合材料，由于其轻质、高强、耐腐蚀等优异性能得到广泛应用。预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料，可以保证树脂和增强纤维比例的精确控制，提高制品质量，提高生产效率，根据树脂基体不同，预浸料分成热固性树脂预浸料、热塑性树脂预浸料。

一般情况下，热固性预浸料储存期短，且要求低温冷藏，极易提前变质、硬化；与热固性预浸带相比，热塑性预浸带具有运输储存周期长、可连续高效率制备、冲击韧性高、可回收利用等优点，但是由于热塑性树脂本身黏度高，使得预浸料，例如常见的预浸带，其浸透性、树脂分布的均匀性及预浸带孔隙率直接决定这做种制品的成型难易程度及力学性能。研究表明，每含1％的孔隙率，复合材料的层间剪切性能下降5％-15％。目前，现有预浸带制作工艺中，很难保证预浸带的浸透性和树脂分布均匀性、低孔隙率，因此改进浸渍工艺是提高热塑性预浸带性能的关键。

发明内容

为了解决上述在如何改进浸渍工艺来提高热塑性预浸带性能，获得热塑性树脂浸透性和均匀性，同时孔隙率低的高质量预浸带技术难题，本发明提供了一种玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备装置，所述装置按照预浸带的制备过程依次包括纱架、分丝板、浸胶装置、固化成型装置、预成型模具、牵引装置和盘卷装置；

所述纱架，设置在制备装置的一端，通过支架固定安装有多组连续纤维纱轴；

所述分丝板固定安装在纱架与浸胶装置之间，用于将纱架上的连续纤维纱轴进行单束纤维分散；

所述浸胶装置一端连接分丝板分散完成的单束纤维，另一端输送浸胶后的纤维至固化成型装置；

所述固化成型装置用于对浸胶后的纤维进行第一次固化处理；

所述预成型模具，设置在固化成型装置后端，用于对固化成型装置处理后的纤维进行第二次固化处理；

所述牵引装置，设置在预成型模具后端，用于对处于浸胶装置到预成型模具中连续纤维进行导向、牵引直至盘卷装置；所述盘卷装置，用于进行盘卷处理。

作为改进，还包括双螺杆挤出机，固定安装在浸胶装置的一侧。

同时，本发明还提供了上述装置进行制备玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备工艺，包括以下生产步骤：

(a)连续纤维纱轴放置于纤维纱架上，通过分丝板进行单束纤维分散；

(b)将热塑性聚乙烯通过双螺杆挤出机,进行均匀塑化处理，喂料速率为500-1000g/min，螺杆转速为100-600r/min，料仓进口温度120-150℃，中段温度为150-170℃，出口温度150-180℃；

(c)连续纤维束通过牵引装置进入浸胶装置，与树脂充分浸渍后加热固化成型，形成纤维增强聚乙烯棒，牵引力为10～50kN，牵引速度为0.5～0.8m/min速度的牵引力；

(d)纤维增强聚乙烯棒进入预成型模具，进行第二次加热固化成型，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带；

(e)预浸带再通过牵引装置直接进入盘卷装置，进行盘卷、收卷。

作为改进，步骤(a)中连续纤维为连续玄武岩纤维，纤维直径为4-13μm。

作为改进，步骤(c)中，固化温度设置为150-180℃；其中固化成型时采用的树脂体积分数为40～60％，纤维的体积份数为40～60％。

作为改进，步骤(d)中，第二次加热固化成型，温度为180-220℃，其中预成型模具厚度0.01-2mm，宽度10-1500mm。

作为改进，步骤(e)中获得盘卷的预浸带孔隙率低于0.8％。

作为改进，玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带厚度0.01-2mm，宽度10-1500mm，拉伸强度1200-1800MPa，弹性模量45-60Gpa。

有益效果：本发明提供的玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带，采用了基于二次成型玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带生产工艺，具体是通过将连续纤维纱轴经过分丝板进行单束纤维分散，再与双螺杆挤出机中均匀塑化的树脂充分浸渍后加热固化模具，进行第一次固化成型，形成纤维增强聚乙烯棒；在牵引装置作用下，纤维增强聚乙烯棒进入预成型模具，进行第二次加热固化成型，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带后盘卷。

连续玄武岩纤维经过分丝板后，形成平行排列的纤维束，纤维束具有较大的比表面积，便于与热塑性树脂充分浸渍，确保了预浸带上树脂分布的均匀性。

热塑性聚乙烯通过双螺杆挤出机物料料斗加入，在两螺杆间隙间受到强烈剪切、搅拌和压延作用后，树脂趋于均匀一致，便于减少树脂中气泡，降低孔隙率。纤维增强聚乙烯棒在模具中进行第二次加热固化，形成热塑性预浸带，采用二次固化成型保证树脂充分固化，提高预浸带质量。

附图说明

图1为本发明制备装置的结构示意图。

图2为本发明实施例1的原理示意图。

具体实施方式

下面对本发明附图结合实施例作出进一步说明。

采用本发明的武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备装置，通过将多个，优选为2～100个固定在纱架上的连续纤维纱轴，连续纤维规格优选为450-750tex，纤维直径为4-13μm，先经过分丝板进行单束纤维分散，再与双螺杆挤出机中均匀塑化的树脂，在浸胶装置中进行充分浸渍后，通过设置加热固化模具，固化模具优选的宽度为10-1500mm，厚度为0.01-2mm，进行第一次固化成型，形成纤维增强聚乙烯棒；然后，上述的形成过程一直都在牵引装置作用下，再将形成的纤维增强聚乙烯棒进入预成型模具，进行第二次加热固化成型，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带后，通过盘卷装置进行盘卷、收卷、包装。

实施例1

一种连内需玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备工艺，包含以下步骤：

(1)将20个连续玄武岩纤维纱轴放置于纤维纱架，通过牵引进入分丝板进行单束纤维分散，纤维规格为600tex，纤维直径为4-6μm。

(2)将热塑性聚乙烯粒子称量后倒入双螺杆挤出机投料口，螺杆挤出机料筒进料端温度150℃，中段温度160℃，进行均匀塑化后出料段温度180℃，出料速度为500g/min。

(3)连续纤维束通过牵引装置进入浸胶装置，牵引力为10kN，牵引速度0.8m/min，与树脂充熔体分浸渍后形成多根平行排列的聚乙烯丝条，加热固化成型，固化温度为150℃，形成纤维增强聚乙烯棒。

(4)多束纤维增强聚乙烯棒在牵引机的牵引下，进入预成型模具，模具宽度50mm，厚度1mm，进行第二次加热固化成型，固化温度220℃，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带。

(5)预浸带通过牵引装置进入盘卷装置。

测试表明，本发明制得的玄武岩纤维热塑性聚乙烯预浸带纤维体积含量60％，聚乙烯体积含量40％，厚度1mm，宽度50mm，孔隙率0.5％，拉伸强度1200Mpa，弹性模量52GPa。

实施例2

一种连内需玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备工艺，包含以下步骤：

(1)将50个连续玄武岩纤维纱轴放置于纤维纱架，通过牵引进入分丝板进行单束纤维分散，纤维规格为450tex，纤维直径为6-10μm。

(2)将热塑性聚乙烯粒子称量后倒入双螺杆挤出机投料口，螺杆挤出机料筒进料端温度120℃，中段温度150℃，进行均匀塑化后出料段温度170℃，出料速度为800g/min。

(3)连续纤维束通过牵引装置进入浸胶装置，牵引力为35kN，牵引速度0.65m/min，与树脂充熔体分浸渍后形成多根平行排列的聚乙烯丝条，加热固化成型，固化温度为165℃，形成纤维增强聚乙烯棒。

(4)多束纤维增强聚乙烯棒在牵引机的牵引下，进入预成型模具，模具宽度350mm，厚度0.8mm，进行第二次加热固化成型，固化温度200℃，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带。

(5)预浸带通过牵引装置进入盘卷装置。

测试表明，本发明制得的玄武岩纤维热塑性聚乙烯预浸带纤维体积含量55％，聚乙烯体积含量45％，厚度0.8mm，宽度350mm，孔隙率0.45％，拉伸强度1180Mpa，弹性模量50GPa。

实施例3

一种连内需玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带的制备工艺，包含以下步骤：

(1)将70个连续玄武岩纤维纱轴放置于纤维纱架，通过牵引进入分丝板进行单束纤维分散，纤维规格为750tex，，纤维直径为7-13μm。

(2)将热塑性聚乙烯粒子称量后倒入双螺杆挤出机投料口，螺杆挤出机料筒进料端温度135℃，中段温度170℃，进行均匀塑化后出料段温度175℃，出料速度为100g/min。

(3)连续纤维束通过牵引装置进入浸胶装置，牵引力为50kN，牵引速度0.5m/min，与树脂充熔体分浸渍后形成多根平行排列的聚乙烯丝条，加热固化成型，固化温度为180℃，形成纤维增强聚乙烯棒。

(4)多束纤维增强聚乙烯棒在牵引机的牵引下，进入预成型模具，模具宽度850mm，厚度2mm，进行第二次加热固化成型，固化温度180℃，形成玄武岩纤维增强热塑性聚乙烯预浸带。

(5)预浸带通过牵引装置进入盘卷装置。

测试表明，本发明制得的玄武岩纤维热塑性聚乙烯预浸带纤维体积含量40％，聚乙烯体积含量60％，厚度2mm，宽度850mm，孔隙率0.65％，拉伸强度1250Mpa，弹性模量53GPa。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。