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連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)工藝與裝備的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2016-11-28  來源:中國(guó)玻璃纖維/復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)  瀏覽次數(shù):247
核心提示:連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料生產(chǎn)工藝與裝備的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
   隨著復(fù)合材料回收再利用問題日益受到關(guān)注,行業(yè)未來如何實(shí)施綠色化發(fā)展,成為事關(guān)行業(yè)能否成功轉(zhuǎn)型,打開行業(yè)全新發(fā)展格局的首要問題。為此,歐美各國(guó)已經(jīng)率先投入大量精力研究和發(fā)展熱塑性復(fù)合材料,尤其是連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料。與短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料相比,連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料中,纖維形態(tài)連續(xù),含量可高達(dá)60-70%,因此增強(qiáng)效果更好,制品性能大幅提升,應(yīng)用領(lǐng)域可拓寬至廣大軍工及民用領(lǐng)域,市場(chǎng)前景廣闊。
  中國(guó)復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會(huì)近年來也積極致力于國(guó)內(nèi)熱塑性復(fù)合材料的發(fā)展,在重點(diǎn)推廣LFT-D等已基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化的成熟工藝基礎(chǔ)上,通過赴外考察、資料整理等渠道,調(diào)研和跟蹤國(guó)際國(guó)內(nèi)在連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的工藝與裝備方面的最新研究與突破,現(xiàn)匯總整理如下:
  一、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料半成品生產(chǎn)工藝與裝備
  1、復(fù)合紗及其制品
  復(fù)合紗,是以連續(xù)玻璃纖維和熱塑性纖維為原料,經(jīng)過特殊工藝復(fù)合加工而成。此外,還可以根據(jù)后續(xù)加工工藝的不同需求,制作成不同組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合紗織物制品。
  復(fù)合紗及其制品,實(shí)質(zhì)屬于熱塑性預(yù)浸料的一種,適宜拉擠、纏繞、模壓、真空袋等各種成型工藝,可直接用來制備連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料,不需要添加額外的樹脂。特點(diǎn)是:自身浸漬優(yōu)良,玻纖分散均勻;制品纖維含量高,力學(xué)性能優(yōu)異;成型工藝簡(jiǎn)單、周期短、生產(chǎn)效率高;生產(chǎn)環(huán)境清潔,可回收,綠色環(huán)保。目前,中國(guó)巨石集團(tuán)已經(jīng)成功研發(fā)并銷售玻纖復(fù)合紗Compofil及其制品。此外,泰山玻纖、重慶國(guó)際等玻纖企業(yè)也已經(jīng)或正在研發(fā)自己的復(fù)合紗產(chǎn)品,以滿足連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料快速發(fā)展的需要。
  2、熱塑性預(yù)浸帶/預(yù)浸卷材
  熱塑性預(yù)浸帶,是通過干法或濕法工藝,將熱塑性樹脂涂浸在連續(xù)纖維束或織物上,成為單向或織物預(yù)浸帶。具體的涂浸工藝包括:熔融法、溶液法、薄膜層迭法、粉末法等。
  熔融法:該工藝主要通過加熱,使熱塑性樹脂基材熔融,涂布于離型紙上,然后以壓輥使樹脂基材與增強(qiáng)纖維或織物混合。此法操作較容易,但須注意塑料基材的成膜性及高溫流動(dòng)特性。目前美國(guó)litzler公司已經(jīng)量產(chǎn)熱塑性預(yù)浸料生產(chǎn)設(shè)備,該設(shè)備幅寬可達(dá)1500毫米,由于獨(dú)有的S型包裹技術(shù),可以使設(shè)備生產(chǎn)速度達(dá)到30米每分鐘。全球著名的劍桿織機(jī)生產(chǎn)商——德國(guó)道尼爾公司,在今年的JEC展會(huì)上也展出了其最新研制的展帶預(yù)浸機(jī),其可以將單束或多束玻纖紗進(jìn)行展平,同時(shí)預(yù)浸熱塑性樹脂,制成熱塑性預(yù)浸帶。此外,瑞士Santex公司也已經(jīng)最新研制了熔融法熱塑性預(yù)浸帶生產(chǎn)裝備。
  薄膜層迭法:該工藝是將熱塑性樹脂膜與增強(qiáng)纖維或織物規(guī)則層迭后,熱壓融浸。此法為熔融法的改良型,可以用較低的加工溫度,但需較長(zhǎng)的加工時(shí)間。目前,德國(guó)MEYER公司、英國(guó)Reliant公司,均有此項(xiàng)工藝與裝備。
  溶液法:該工藝是將熱塑性樹脂溶于特定溶劑中制備樹脂溶液,再將增強(qiáng)纖維或織物浸入溶液,最后將溶劑去除。此法浸漬效果好,但存在溶劑選擇、回收及人體安全性等弊端。目前,美國(guó)litzler公司擁有此項(xiàng)工藝與裝備。
  3、熱塑性預(yù)浸板材
  熱塑性預(yù)浸板材,是利用熱塑性預(yù)浸帶多角度的鋪放疊層后,層合而成,主要用于加工各類結(jié)構(gòu)用熱塑性復(fù)合材料部件。荷蘭BOIKON公司今年在JEC展會(huì)上展出了其研制推出的熱塑性鋪帶機(jī),該裝備可以根據(jù)需要,將熱塑性預(yù)浸帶進(jìn)行0-90度不同方向的鋪放,然后利用超聲波焊接技術(shù),制成不同厚度的熱塑性預(yù)浸板材。
  二、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制品成型工藝與裝備
  1、纏繞成型
  利用熱塑性復(fù)合紗或熱塑性預(yù)浸帶,在張力及溫度作用下,按預(yù)定路徑高速而準(zhǔn)確的纏繞在轉(zhuǎn)動(dòng)的模芯上,固化成型。
  德國(guó)EHA公司研發(fā)的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的纏繞工藝與裝備生產(chǎn)線,以玻璃纖維與熱塑纖維復(fù)合而成的復(fù)合纖維為原料,通過纏繞臂加熱后,直接進(jìn)行連續(xù)纏繞,3分鐘即可完成一個(gè)車載氣瓶的生產(chǎn)。該工藝與裝備突破了很多技術(shù)難點(diǎn),使連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的一步法生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。
  2、模壓成型
  將熱塑性復(fù)合紗織物或熱塑性預(yù)浸料裁切后,鋪放疊層并放入模具,然后利用帶有熱源的壓機(jī)進(jìn)行加熱加壓固化而成。
  德國(guó)KraussMaffei公司近年來研發(fā)了Fiberform成型工藝,也即熱塑性預(yù)浸板材熱壓成型工藝,采用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性預(yù)浸板材,通過紅外加熱軟化后,直接模壓成型,生產(chǎn)速度可達(dá)6-8秒/件。
  3、拉擠成型
  將熱塑性復(fù)合紗或熱塑性預(yù)浸帶,通過加熱的預(yù)定內(nèi)腔型面的模具,迅速固化而制成型面各異的連續(xù)制品。此類工藝的關(guān)鍵,是模具的加熱方式和加熱效率。
  文萊商涌源科技公司最新發(fā)明了模具表面加熱技術(shù)——TECH HENRY。該技術(shù)特點(diǎn)是:熱源由表面產(chǎn)生,并往內(nèi)熱傳導(dǎo)。熱源可控,加熱快,時(shí)間短,同時(shí)可盡量減少模具厚度,減少熱源浪費(fèi)。具有節(jié)能、升溫快、生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)。因此,非常適合連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的拉擠成型。此外,該模具也可以用于熱塑性預(yù)浸板材的纏繞、模壓成型工藝。
  4、連續(xù)擠拉成型
  將熱塑性復(fù)合紗織物或熱塑性預(yù)浸料,與熱塑性樹脂膜、其它增強(qiáng)片材或夾芯材料,進(jìn)行鋪層疊合,并通過加熱加壓,連續(xù)擠拉成板材制品。
  瑞典sandvik公司是全球知名的雙帶壓機(jī)連續(xù)片材裝備供應(yīng)商。近年來該公司根據(jù)客戶需要,研發(fā)了熱塑性復(fù)合材料連續(xù)擠拉成型生產(chǎn)裝備,優(yōu)化了進(jìn)料、加熱、加壓、冷卻等工藝過程,生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料板材。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有廣州金發(fā)等多家企業(yè)采購并投入生產(chǎn)。
  此外,德國(guó)HELD公司首創(chuàng)全球范圍內(nèi)第一個(gè)等壓雙帶式壓濾機(jī);全球范圍內(nèi)第一個(gè)高壓雙帶壓機(jī)(提供100巴表面壓力);全球范圍內(nèi)第一個(gè)高溫雙帶壓機(jī)(提供加熱溫度為400℃);全球范圍內(nèi)第一個(gè)等壓高速雙帶壓機(jī)(生產(chǎn)速度可達(dá)48米/分鐘)。該公司的雙鋼帶壓機(jī)生產(chǎn)線,采用高品質(zhì)鋼材并經(jīng)特殊表面處理,在施加壓力、溫度均勻性、生產(chǎn)速度等方面,均具備潛在優(yōu)勢(shì),可用于各種規(guī)格和種類的連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性板材的連續(xù)擠拉生產(chǎn)。
  5、其它成型工藝
  利用熱塑性復(fù)合紗織物或熱塑性預(yù)浸料,還可以采用熱壓罐或真空袋成型工藝。利用密閉空間的均勻溫度場(chǎng)和空氣壓力,對(duì)復(fù)合紗織物或預(yù)浸料疊層毛坯施加溫度和壓力,完成固化成型。
  結(jié)語
  個(gè)人經(jīng)驗(yàn)有限,以上匯總梳理難免有錯(cuò)漏之處。同時(shí),作為一類新型成型工藝與裝備,其仍在不斷研發(fā)完善之中。但從人力社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)愈加注重可持續(xù)發(fā)展、纖維復(fù)合材料下游市場(chǎng)更加關(guān)注回收再利用問題的角度來講,我們必須加大對(duì)熱塑性復(fù)合材料,尤其是連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的研究與發(fā)展力度。與此同時(shí),荷蘭騰卡特、中國(guó)杭州華聚等國(guó)際國(guó)內(nèi)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制品生產(chǎn)企業(yè)的成功案例,也為我們轉(zhuǎn)型熱塑性復(fù)合材料發(fā)展,提供了榜樣和經(jīng)驗(yàn)。我們相信,在不久的將來,連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)技術(shù)與裝備將更加成熟和多樣化,產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)規(guī)模也會(huì)越來越寬廣?。?劉長(zhǎng)雷 )
 
關(guān)鍵詞: 纖維增強(qiáng)塑料
 
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