纖維編織與預(yù)浸技術(shù)

1、纖維預(yù)浸、編織和改性技術(shù)鄭兵 一、纖維預(yù)浸技術(shù)二、纖維編織技術(shù)三、纖維改性技術(shù)一、纖維預(yù)浸技術(shù)1-1 溶液浸漬法 溶液浸漬法是把樹脂基體各組分按規(guī)定的比例,溶解于低沸點(diǎn)溶劑中,使成一定濃度的溶液,然后將纖維束或織物以規(guī)定的速度通過樹脂基體溶液,使其浸上定量的樹脂基體,該法必須有除去溶劑的工序。優(yōu)點(diǎn)（1）增強(qiáng)材料容易被樹脂基體浸透; （2）可以制造薄型預(yù)浸料,也可制造厚型預(yù) 浸料; （3） 設(shè)備造價(jià)相對(duì)較低。缺點(diǎn)（1）是需要干燥爐除去溶劑或進(jìn)行溶劑回收。 處理不當(dāng)會(huì)引起燃燒或引起環(huán)境污染; （2）預(yù)浸料往往殘留一定量的溶劑,成型時(shí) 易形成空隙,影響復(fù)合材料性能。 （3）高性能熱塑性樹脂（PEEK

2、、PPS結(jié)晶型）沒有合 適的低沸點(diǎn)溶劑可溶,不便用溶液法進(jìn)行預(yù)浸。影響因素（1）樹脂基體溶液的濃度（2）增強(qiáng)材料線速度（3）擠膠輥的間距1-2 泥漿法 （1）將樹脂粉末懸浮于具有要求特性的液體介質(zhì)中（多為含增調(diào)劑聚環(huán)氧乙烷、甲基乙基纖維素的水溶液）。（2）樹脂粉末直徑最好在10Lm以下并小于纖維直徑,以便分布均勻并使纖維浸透。（3）為提高樹脂對(duì)纖維的浸透性,可加入潤濕劑（烷基芳基聚醚醇）。（4）工藝過程和溶液法類似，隨后通過擠壓輥擠掉多余的樹脂,通過加熱爐,除去水或稀釋劑,再將樹脂和纖維加熱,使熔化并粘接在一起。特點(diǎn) 這種工藝可以使樹脂均勻浸漬,但水和增稠劑處理不當(dāng),會(huì)影響復(fù)合材料的性能。影響

3、因素（1）樹脂粉末含量（2）增強(qiáng)材料線速度1-3 熱壓法 這種方法所用設(shè)備為熱壓機(jī),是將定量樹脂粉末均勻地分布在熱壓板上,用增強(qiáng)纖維織物蓋上樹脂,放第二塊熱壓板,加熱到樹脂的加工溫度,使其熔融,慢慢施壓,使樹脂進(jìn)入織物。為了改善浸漬,防止氣泡形成,可以在真空下進(jìn)行浸漬過程。特點(diǎn)該法多用于制備織物預(yù)浸料,制備單向預(yù)浸料時(shí),由于加壓過程中纖維移動(dòng),質(zhì)量難以保證。同時(shí)制備預(yù)料浸料為非連續(xù)過程,效率比較低,只適于研制和小批量生產(chǎn)。影響因素（1）樹脂量（2）壓力（3）加壓時(shí)間1-4 熱熔法 將增強(qiáng)纖維連續(xù)通過樹脂熔融浴中,用刮刀或計(jì)量輥筒控制樹脂含量。也可將樹脂涂在離型紙上,制成規(guī)定厚度的膠膜,使樹脂、

4、纖維和離型紙形成夾心結(jié)構(gòu),經(jīng)過加熱,樹脂熔融,通過輥壓將熔化的樹脂轉(zhuǎn)移到定向纖維上,并使樹脂基體充分浸透纖維。優(yōu)點(diǎn)（1）工藝過程線速度大、效率高;（2）樹脂含量容易控制;（3）沒有溶劑,預(yù)浸料揮發(fā)分含量低,工藝安全;（4）不需要干燥爐、減少了環(huán)境污染;（5）制膜和浸漬過程可以分步進(jìn)行,減少了材料特別是昂貴增強(qiáng)材料的損失;（6）這種工藝預(yù)浸料的外觀質(zhì)量也較好。缺點(diǎn)（1）厚度大的預(yù)浸料特別是織物難于浸透,高粘度的樹脂難于浸漬、離型紙和薄膜用量較大。影響因素（1）增強(qiáng)材料的線速度（2）調(diào)節(jié)樹脂的熔融粘度（3）改變模腔的形式（4）通入惰性氣體保護(hù)1-5 纖維混雜法 纖維混雜法是將熱塑性樹脂纖維和增強(qiáng)纖

5、維以不同的方式混雜,再進(jìn)行熱處理制成預(yù)浸料。也可將混雜纖維或織物直接鋪層,加溫、加壓制成復(fù)合材料。特點(diǎn) 纖維混雜法制得的預(yù)浸料用于復(fù)雜外形構(gòu)件的制造時(shí),具有柔性好、易鋪覆、容易加工、復(fù)合材料構(gòu)件加工再現(xiàn)性好、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),是航空和宇航復(fù)合材料引人注意的預(yù)浸料形式。 由于尚未建立超細(xì)熔融紡絲技術(shù), PEEK纖維的直徑最小只能到20Lm,難于和直7Lm甚至更細(xì)的粗束纖維充分混合,并在熔融后包覆每一根增強(qiáng)纖維,從而給制備預(yù)浸料帶來一定困難,處理不當(dāng)對(duì)復(fù)合材料性能也會(huì)造成一定影響。影響因素 該法的關(guān)鍵是制備熱塑性樹脂纖維。國外多個(gè)公司通過熔融紡絲制成熱塑性樹脂纖維。1-6 粉末預(yù)浸法 粉末預(yù)浸法是制

6、備熱塑性樹脂預(yù)浸料比較成功的方法,隨著所用設(shè)備不同和工藝條件的差異,有多種方法。（1）荷蘭專利86105125介紹了一種流態(tài)化床工藝,是將纖維束分散開來通過一個(gè)流態(tài)床,樹脂粉末懸浮于一股或多股氣流或液流中,氣流或液流在可控的壓力下使樹脂“沸騰”并沉積在纖維上。樹脂可以不同形式懸浮于氣流中。如將其熔體或液體霧化;也可將樹脂粉末直接從容器中進(jìn)入氣流或液流,還可使氣體通過流化板并使樹脂粉末流化。（2）法國Atochem公司開發(fā)了一種“FIT”預(yù)浸工藝,是將充分展開的纖維束通過一個(gè)樹脂粒子直徑大約在10一20pm的流化床,使樹脂粉末均勻地進(jìn)入纖維束中,然后在其外包覆一層熱塑性樹脂薄膜,形成截面如圖電線

7、結(jié)構(gòu),薄膜材料可以和樹脂粉末相同,也可和樹脂粉末不同。這類熱塑性樹脂浸漬絲束,可用于編織結(jié)構(gòu),也可用于纏繞和拉擠制備復(fù)合材料。（3）Georgia Institute of Technology研究了一種靜電流化床預(yù)浸工藝。靜電粉末浸漬法是使增強(qiáng)材料通過一個(gè)樹脂粉末帶電的流化床,懸浮于氣流中的帶電樹脂粉末沉積在纖維上,隨后經(jīng)過熔融爐,使樹脂熔化并附著在纖維上。二、纖維編織技術(shù) 編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。該工藝技術(shù)一般分為兩類，一類為二維編織工藝，另一類是三維編織工藝 。2.1 二維編織技術(shù)（1）機(jī)織物 機(jī)織物: 由相互垂直排列的二個(gè)系統(tǒng)的紗線， 在織機(jī)上按一定規(guī)律交織成的制品 。 經(jīng) 紗：沿織物長度方向（縱向）排列的紗。 緯 紗：沿織物寬度方向（橫向）排列的紗。 織物結(jié)構(gòu)：經(jīng)緯紗線在織物中的幾何形態(tài)（2）針織物 針織物: 由紗線串套而成, 線圈則是針織物的最小基本單元緯編針織物：紗線緯向編織, 每一橫列由一根紗線形成。經(jīng)編針織物：紗線經(jīng)向編織, 每一根紗線在一個(gè)橫列中只形成一個(gè)線圈，因此每一橫列是由許多根