第ｌ期加０９年３月纤维复合材料ＦⅢＥＲＣｏⅣⅡ叼ＩＳｌｌｆｌ５ＳＮｏ．１４３Ｍ缸．．瑚９先进热塑性树脂基复合材料预浸料的制备及纤维缠绕成型技术孙宝磊１，陈平’１．一，李伟２，陆春２（１．大连理工大学化工学院高分子材料系，大连１１６０１２）（２．辽宁省先进树脂基复合材料制备技术重点实验室，沈阳航空工业学院，沈阳ｌ１０１３６）摘要本文简要总结了国内外高性能热塑性树脂的基本性能与开发应用现状。详细论述了预浸渍（反应链增长浸渍工艺、熔融浸渍工艺和溶液浸渍法）和后浸渍（纤维混合法、粉末混合工艺、Ｆｉｔ工艺和薄膜叠层法等）两大类热塑性复合材料预浸料的制备方法，着重介绍了应用较少的溶液浸渍法，并分析了各种制备方法的优缺点。对比分析了热翅性复合材料缠绕成型三条工艺路线（预浸带缠绕／原位固结工艺，预浸带缠绕／后固结工艺和在线浸渍缠绕／原位固结工艺）各自的特点与优势。最后介绍了本课题组采用在线溶液浸渍缠绕／原位固结成型工艺制备连续纤维增强新型可溶性聚芳醚砜酮（ＰＰＥｓＫ）树脂基复合材料（套筒部件和ＮＯＬ环）方面所取得的研究进展。关键词高性能热塑性树脂；热塑性树脂基复合材料；预浸料；缠绕成型ＰｒｅｐｒｅｇＰｒｅｐａｍｔｉｏｎ（１．阳删０ｆ帅Ｓｃｉ懈ａｒｄ（２．Ｉｊｌ啪啦ＫｅｙＩＪａｂ劬巧０ｆＳｈｅｎｙａｎｇａｎｄＩｍ锄吣ｎｔ、ⅣｉｎｄｉｎｇｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｈｅ珈∞跳瞒ｔｉｃ吼烈Ｂ∞ＩｅｉＩ＇Ｃ｝玎喇Ｐｉｎ一一，ＵＷ铲，ＬＵｃＩｌｕｎ２Ｃｏｍ删ｔ器ａｐｐｌｉｃ幽０ｆ蚴脚删峨岫叫础服册ＡｃＴ‰ｐＢｐｅｒ晡曲删恤晒ｃ哪，咖枷删ａｎｄａｂ一．Ｔ‰呐０ｆ口ｅｐ蛐撕加蛔：ＩＨ】ｄｏｇｉ嚣０ｆｔ１１朗瑚祖蚓曲ｃ０删￡曙ｐｆｅｐｒｅｇａ圮ｄｅ骶捌ｉｌｌ批ｊｌ，ｉ１１－ｈ蜥ｔ眦ｅ０ｆＡｄ删ＰｏｌｙＩＩ盱№ｃ０唧商ｔｅｓ№删缸吨’ＩｋｈＩｌｏｌｏ盯，Ａｅ瑚纠ｎｉ舶ｌＥＩｌｇｉ嘣病唱，叫ｉａｌｌＵ吣０ｆ‰ｈ肿１０９ｙ，肪ｌｉａＩｌ，１１６０１２）ｌｌＯｌ３６）ＥＩｌｇｉｍｅ她，ＳＩｌｅ呵ａｎｇ麟ｉｌ葛越１１０ｆ∞ａｎｄｃｌ地ｐ他一ｉＩＩｌｐ陀Ｆ面肌（陀郜＝ｔｉ∞０ｆｃ‰孕们ｖｔｌｌｊＩＩｌｐ他粤谢伽ｐＩＨ燎ｓ，ｍｅｌｔｉＩＩ驴ｍ伊Ｉａｌｉ∞ｐＨ，麟删ｓ９栅加ｉＩｌｌｐ陀粤ｍ五ｏｎｍｅｔ｝１０ｄ）“印雠一ｉｌＩ驴叫争血∞（００ＩＩⅡＩｌｉ珂ｅｄｙａⅡ岛，硼砌ｉＩＩ甲聪ｇｎ撕叽，Ｆ置ｌ协ｃＩｌＩ如１１０盯ａｎｄ６ｌｍ吐∞ｋｉＩ唱ｌ∞ｍｑ∞，ｅＩｃ．），鹤一ｓ舢∞呻蝴耻嘲，ａｎｄ酬她８ｄｖ删ａ艄ａｎｄ血山岫睁０ｆ黼ｔｅｃ蝴．Ｉｔｃｏｍ删ｖｅｌｙ０ｆ山町ｍ删ｃｃｏｍ脚同舡删ｗｉＩｌｄ抽ｇ（弘呵耵ｅｇ“ⅨＩｉＩ】Ｉｇ／ｉｎ一曲∞憎０ｂ挑∞ｐｍ－渊，ｐ犯ｐ嘴Ｗｉｌｌ蚓叫咖础出∞即嗍ａｎｄ∞一ｈｎｅｉＩＩｌｐ昭埘∞喇ｉＩｌ一舢蝴８０ｌｉ捌加呻艘）．ＡｔｇｒＤ岬’８∞ｉｅｎ曲ｃ嘲Ｉｃｈｐｅｃ屿岫ｏｄｕｃｅｄａＩｌａｌｙｚｅｄｉｓｔｌｍ陀ｔｙｌＰｅｍｕｔｅｓｌａｓｔ，ｂｒｉｅⅡｙ崩ｉｅｗｅｄ伽ｒ炷ｍＩ＼『ＣｌＲＤＳ硎ｐｏｆ吲ｍ［ｓａｎｄＮＯＬｒｉｎ铲）ｕｓｉｒＩｇ∞一ｕＩ砣ｓｏｌ咖ｉＩｌＩｐ咒乎幽诵ＪｄｉＩｌｇ／ｉ１１一Ｂｉｎｌ∞惜ｏｂ捌∞ｐｌＤ嗍ｔ∞ｈＩｏ盯．Ｈ讪ｐｅ而唧ａｎ∞ｔ｝ｌｅ册叩ｌａｓｔｉｃ麟妇；１ｋ咖ｏｐｌａ出ｃｃｏｒ叩幛ｉｌｅｓ；Ｐ唧ｒｅｇ；跗哪哪ｗ砌岖１ｐＨ粤ｅ鲴缸ｃ０而瑚删玛曲朗ｒｅｉ血鹏ｅｄ删ｖｄ８０Ｉｕｌ】ｌｅＰＰＥＳＫ哪Ｉ耳瑚ｉｔｅｓ（ｈｌｂｕｌａｒ引言度低等缺点，可用于性能要求较高的结构材料【２Ｊ。热塑性树脂基复合材料的成型方法主要是从热固性树脂基复合材料及金属成型技术借鉴而来。按照所用的设备可以分为注塑成型、热压成型、真空模压成型、纤维缠绕成型、辊压成型、喷挤成型及树脂注入成型等。在诸多的复合材料成型方法中，缠绕技术能较好地实现低成本和高效率的结合。对热塑性复合材料而言，该方法有着不同于热固性复合材热塑性树脂及其复合材料近十多年来得到了迅速发展。与热固性材料相比，热塑性树脂具有优异的抗冲击韧性、耐疲劳损伤性能、成型周期短、生产效率高、可长期贮存、可进行修补和回收再利用等一系列优点…。因而在航空航天、医疗、电子、机械等领域得到了越来越广泛的发展和应用。特别是随着刚性、耐热性及耐介质性好的新型芳香族热塑性树脂基体复合材料的出现，使得热塑性复合材料克服了以往弹性模量低、抗溶剂性差、纤维与树脂结合强料的优越性，即热塑性复合材料易于实现“原位”成型【３．４Ｊ，以省去如热固性复合材料所需的“后固化”环节，从而进一步提高制品的生产效率。所谓“原位”成型，即在缠绕过程中，线材（或带材）在芯模上铺贴与定型（热固性复合材料为固化）可同时完成。而“后固化”则需要另一个独立的步骤才能完成。基金项目：国防。十一五”基础科研项目（＾３５２∞６０２１５）通讯联系人：胨平ｄ．呐一踟＠ｌ拍．咖万方数据 辽宁省高等学校创新团队项目（２∞６ＴＩ∞．２１００７Ｔ１３７）纤维复合材料２００９年限。近年来，ＩＣＩ公司、ＡＪＴｌｏｃｏ公司、３Ｍ公司、ＤｕＰｏｎｔ２高性能热塑性树脂研究发展现状早期热塑性树脂基复合材料所用树脂主要是聚乙烯、聚丙烯、尼龙等。这类热塑性树脂基复合材料的优点是韧性好，成型工艺简单，制造周期短。缺点是热变形温度低，刚性差。所以这类树脂只能满足一般行业中对材料的要求，难以满足航空航天等部门对高性能复合材料的使用要求。聚芳醚系列高性能树脂基体由于具有优异的耐热性能、加工性能，在各类热塑性树脂中性能突出．发展速度较快。聚芳醚系列高性能热塑性树脂基体的研制开发始于二十世纪六十年代，八十年代得到了较快的发展，平均年增长率在１０～１５％，主要集中在欧、美、日等发达国家和地区。１９６５年，美国ｕＣＣ公司开发成功聚砜（ＰｓＦ）产品，其玻璃化温度１９５℃，可以在１８０℃下长期使用；１９ｒ７２年，英国ＩＣＩ公司开发成功聚醚砜（ＰＥｓ），玻璃化温度２２５℃，可在２００℃下长期使用；１９８２年，英国ＩｃＩ公司又推出聚醚醚酮（ＰＥＥＫ），玻璃化温度１４３℃，熔点３３５℃，可在２４０℃下长期使用，尽管价格十分昂贵，但是很快就广泛应用于各高科技领域，年销售量逾万吨，其主要缺点是树脂的溶解性能差，常温下只溶于浓硫酸，致使其合成条件苛刻，加工方式单一，应用领域受公司、ＢＡＳＦ公司等国际大公司又开发出耐热性能更高的聚芳醚新品种（如ＨＫ，ＰＥｌⅨ，ＰＥＥｌ（１（等），但均未解决难溶解、难加工、成本高的问题，未能实现大规模的生产怕Ｊ。我国高性能树脂研究开发基本上与国外同步，但发展缓慢，８０年代进入深入研究和开发阶段，９０年代发展较快，有突破性进展。如吉林大学首先仿制成功英国ＩＣＩ公司开发的ＰＥｓ和ＰＥｌⅨ产品，在“八五”和“九五”期间完成了５０吨／年规模的中试生产。长春应化所在国际上首次合成可溶性含酚酞侧基的聚芳醚砜（ＰＥＳ—Ｃ）、聚芳醚酮（ＰＥＫ—Ｃ），但其耐热性及稳定性有所降低。大连理工大学在“九五”和“十五”期间，相继开发了一系列含二氮杂萘酮结构的新型高性能聚醚砜（ＰＰＥｓ），聚醚酮（ＰＰＥＫ）、聚醚砜酮（ＰＰＥＳＫ）、聚醚酮酮（ＰＰＥｓＫＫ）、聚醚腈酮（ＰＰＥＮｓ）、聚醚腈砜酮（ＰＰＥＮｓＫ）等高性能树脂基体。这类树脂分子主链中均含芳稠环非共平面扭曲的二氮杂萘酮结构，其力学性能优异，玻璃化温度可以通过取代基团结构或主链上砜／酮基团比例在２５０℃一３７０℃之间进行调控，耐热性优于聚醚醚酮（ＰＥＥＫ），且可溶解，是目前耐热等级最高的可溶性聚芳醚新品种【６－ｌｏＪ。表ｌ列出了一些高性能热塑性树脂的热性能¨ｌ｜。表ｌ部分高性能热塑性树脂的热性能Ｔｇ（℃）Ｉａｎ正Ｋ知∞∞ＨｊＥｌ（１＇ｍ１１ｌｅⅡｌｌａｌｄｄ胁Ｔｌａｔｉｍ（℃）洄叩∞ｎＩｍ（℃）３３４３４０１４０１ａＰＥＫＨ∞ｃｈ或ＰＥＫＩＣＩＨⅨ七。的。Ｑｌ姚·｝。ｏ邑Ｑ星戗士。Ｑ。ｏ星ｋ‘－｝。Ｑ邑ｔ１４３１４８１６０１６２１６７３７３３６０１８６●一２０５３８０Ｄｕ胁吐ＰＥＫＫ１５６３３８ＢＡＳＦＰＥＫＥｌ（Ｋ·｝ｏ＜）８≤）。Ｇ卜８Ｇ卜８≤观。刀瑚１７０Ｈｏｅｄｌ瞳ＰＥＥＫＫ·｝。ｏ。Ｑ星ｏｌ诎一万方数据 ｌ期孙宝磊等：先进热塑性树脂基复合材料预浸料的制备及纤维缠绕成型技术３热塑性复合材料预浸料的制备方法热塑性树脂基复合材料的成型工艺特点在于，该类复合材料的成型过程是通过树脂基体的塑性流动、固结成型的过程来制备复合材料制品，即将热塑性复合材料的预浸料在一定的温度、压力条件下重新加工成型的工艺。因而复合材料预浸料的制备技术是热塑性复合材料制备技术的关键问题。归结起来，热塑性复合材料的浸渍方式大致可分为预浸渍和后浸渍（混合法）两大类。３．１预浸渍预浸渍工艺通常是指增强材料已经被树脂基体很好地润湿和浸渍，实现了“层内复合”的浸渍工艺。主要特征是增强材料的完全浸润和浸渍，没有缺陷，并要求基体树脂分布均匀，没有树脂富集区，且厚度均匀。该工艺包括反应链增长浸渍工艺、熔融浸渍工艺和溶液浸渍法。（１）反应链增长浸渍工艺【１２Ｊ是目前最为引人注目的一种浸渍技术。反应链增长浸渍技术的特点是将基体材料首先聚合成为低分子量的预聚体，这种预聚体熔体黏度低，易于浸渍纤维。当纤维浸渍后，将预聚体引发聚合反应，迅速开始链增长，分子量迅速增大，使聚合物具备有足够的韧性和其他性能。存在的主要问题是工艺条件比较苛刻、反应不易控制，尚不具有实用价值。（２）熔融浸渍工艺［１３．１６］适用于耐溶剂聚合物。熔融浸渍工艺是将纤维分散后，在聚合物熔体中通过，从而达到浸渍纤维的目的。熔融浸渍是应用广泛和重要的一种浸渍方法，此法的特点是将不含溶剂的树脂体系熔化成液体，纤维束通过熔融树脂便浸渍上树脂，因而预浸料的挥发份含量低，避免了由于溶剂的存在而引发的空隙含量高的内部缺陷，这是一种非常好的方法，无溶剂污染，特别适用于结晶性树脂制备预浸带。但此法要求树脂的熔点低，在熔融状态下有较低的粘度，具有较高的表面张力，与纤维有较好的浸润性。尤为重要的一点是树脂在熔融状态下，基本上无化学反应，具有较好的化学稳定性和较小的粘度波动。但在基体熔融过程中，通常需要高的温度和压力来提供足够低的融化黏度，致使消耗大量能量，同时所加工预浸料的柔软性、悬垂性差，仅在层压加热中才能得到有限的柔软性，所以不利于一些部件的成型加工【４¨。（３）溶液浸渍法［１７—１９Ｊ适用于易溶解的基体聚合物。如果基体聚合物可以在某种良溶剂中溶解，可以将聚合物制备成低黏度溶液，当纤维通过低黏度的聚合物溶液时就可以得到良好的浸渍，然后除万 方数据去溶剂。选择溶剂时应注意，在浸渍过程中溶剂不易挥发，即浸渍温度低于溶剂的沸点；浸渍结束后，在低于聚合物分解温度下尽可能快地去除全部溶剂。溶液浸渍工艺具有工艺简单、生产成本低、预浸料质量稳定等优点，其缺点在于该工艺仅适用于溶解性能较好的树脂基体，对于结晶性的热塑性树脂基体则难以适用。在最后成型时，遗留的溶剂能引起气泡、表面缺陷及内部空隙，并且排除的溶剂会带来环境污染。国内外对连续纤维增强高性能热塑性树脂基复薄膜叠层、纤维混编、熔融浸渍等方面，高性能热塑性树脂如ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ等只溶解在浓Ｈ２ｓ０４中，所以对溶液浸渍成型工艺方面的研究报道较少。王荣国、张东兴等【１９］选择三种国产高性能热塑性树脂，聚醚砜、酚酞侧基聚醚砜、酚酞侧基聚醚酮和高强玻璃纤维粗纱，通过一定的溶液浸渍工艺，制作了纤维预浸料，并加工成复合材料，对其进行了相关力学性能试验研究，得到连续玻璃纤维增强ＰＥｓ—Ｃ与ＰＥＫ—Ｃ的基本力学性能和连续玻璃纤维增强环氧树脂的基本力学性能相差不大，但纵横向剪切性能有了明显的提高。陈平等汹Ｊ公开了一类连续纤维增强聚芳醚砜酮（ＰＰＥＳＫ）先进复合材料的制备工艺。其特点是将聚芳醚砜酮（ＰＰＥｓＫ）溶解在Ｎ，Ｎ一二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ）或Ｎ一甲基吡咯烷酮（ｍ但）或氯仿或它们的混合溶剂中，配制２０—４０％（质量含量）的ＰＰＥｓＫ溶液，分别浸渍连续玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维，制得预浸料片。此发明的优点是使连续纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料溶液浸渍成型工艺成为可能，对于推动先进复合材料的发展和开拓在航天航空领域中的应用具有实用价值。３．２后浸渍（混合法）后浸渍（混合法）通常指增强材料与基体树脂以固体形式相混合制成混合料。这种混合料可用于成型各种制品，在成型过程中实现纤维的浸渍，故称为后浸渍工艺。该工艺方法包括纤维混合法、粉末混合工艺、Ｆｉｔ工艺和薄膜叠层法等。（１）纤维混合法【２卜驯是将热塑性聚合物纤维与增强纤维混合在一起，形成混合纤维束或混合纱。这类混合纱适用于编织成型，多用于成型形状较复杂的复合材料制品。该法的优点是树脂含量易于控制，纤维能得到充分浸润，可以直接缠绕成型得到制件。它是一种很有前途的方法。但由于制取直径极细的热塑性树脂纤维（＜ｌ呐ｎ）非常困难，同时编织过程中易造成纤维损伤，限制了这一技术的应合材料预浸料的研究较多，但多数集中在粉末混合、纤维复合材料２００９年用［圳。法国圣戈班（鼬ｎｔ—Ｇ０ｂａｉｎ）公司推出了一类由聚合物纤维和玻璃纤维复合纱编织而成的织物（Ｔ试ｎｔｅｘ），其产品在热塑性复合材料领域具有广阔的应用前景：２９１。（２）粉末混合工艺［３０一３４］是在纤维分散的同时，将聚合物粉末均匀、松散地附着在纤维的表面；然后，将附着粉末的纤维送入加热系统中加热，使熔融的聚合物与纤维黏合在一起，经过加压固结装置使之压实、定型，即成为纤维／树脂混合料。这种工艺能快速连续生产热塑性浸渍带，纤维损伤少，聚合物无降解，具有成本低的潜在优势。适合于这种技术的树脂粉末直径以５～１０胛为宜。此法的不足之处是浸润仅在成型加工过程中才能完成，且浸润所需的时间、温度、压力均依赖于粉末直径的大小及其分布状况【２８ｌ。（３）Ｆｉｔ［３５—３６ｊ工艺是法国人发明的一种粉末混合法，其工艺步骤分为两步：首先，采用悬浮、分散技术使聚合物粉末附着在松散的纤维上，形成纤维／聚合物粉末的纱束；然后，将混合纱束用聚合物保护管保护起来，即成为Ｆｉｔ预浸料。Ｆｉｔ预浸料可用于编织织物，也可用于缠绕和拉挤等工艺，是一种比较有前途的预浸料制造方法。（４）薄膜叠层法［３７］是长期以来制造热塑性基体复合材料的一种标准的制造技术。它是将增强纤维放在两层聚合物薄膜之间，在较高的压力（通常为３．５—１０ＭＰａ）下将熔融的聚合物基体压人纤维之间，并在压力下固结。该工艺方法的成型条件比较苛刻，成型时间长、压力大、温度高，且仅能用于模压制品的加工，就板材尺寸而言，该加工工艺也受到限制。有记录的纤维缠绕制品的最早应用是１９４５年制成的玻璃钢环，用于原子弹工程，后来发展成ＮＯＬ环的基础，第一个纤维缠绕技术专利于１９４６年在美国注册，即对固体火箭发动机壳体和压力容器开发系统研究ｏ３８Ｊ。此后，发动机壳体、压力容器、飞机雷达罩、导弹头锥、鱼雷发射管及玻璃钢制品等都在应用。缠绕成型工艺已历经半个世纪的发展，经过了２０世纪８０年代初，由于解决了热塑性树脂与万 方数据缠绕工艺成为复合材料成型工艺技术研究的主要内容之一。热塑性复合材料由于基体聚合物的分子量较大，熔体黏度高，欲获得密实的低空隙缠绕结构，成型过程中通常需要施加较高的温度和压力。在缠绕过程中同时实现“高温”和“高压”两个工艺条件是十分困难的，尤其是原位固结的“高压”工艺条件更难以实现。因此，热塑性预浸料的加热／表面活化和固结压力是热塑性复合材料缠绕工艺最关键的两个工艺参数。热塑性复合材料缠绕工艺路线大致有以下几种类型［３９］：在缠绕前先将纤维浸胶制成预浸带，然后卷在卷盘上待用。使用时将预浸带加热软化后直接缠绕在芯模上固结成型。这种工艺方法可大大提高缠绕速度，缠绕张力均匀，设备清洁，易实现自动化缠绕，可严格控制纱带的含胶量和尺寸，制品质量较稳定，省去了热固性树脂复合材料成型的后固化过程，简化了生产流程，并打破了固化环节带来的一些对产品规格、性能的限制。但缠绕设备复杂投资较大，产品成本较高。预浸带缠绕／原位固结工艺是连续纤维增强热塑性复合材料工艺技术中研究的最多的一种成型工艺，尤其是预浸带缠绕的低压固结工艺技术，由于固结压力较低，部件的缠绕和固结同时完成，成为热塑美国的Ｄｌ—Ｐｏｎｔ公司首先报道了连续碳纤维增强聚醚醚酮热塑性复合材料预浸带缠绕／原位固结了碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的缠绕工艺和固结与热固性复合材料的缠绕相类似，热塑性复合美国的ＡＳＰｃ公司研究了连续碳纤维增强聚苯４．１预浸带缠绕／原位固结工艺性复合材料缠绕工艺的研究重点。复合工艺的研究结果。美国的ＰｈｉＵｉｐｓ公司分别研究了玻璃纤维增强聚苯硫醚和碳纤维增强聚苯硫醚热塑性复合材料的缠绕工艺，定量地确定了工艺参数对复合材料性能的影响。英国的ＩｃＩ公司也开展工艺的研究工作。４．２预浸带缠绕／后固结工艺材料预浸带缠绕工艺也可以将预浸带直接缠绕在芯模表面，然后送入加热釜或者真空袋中进行加热／加压固结；或将预浸带加热后缠绕在芯模的表面，形成“半固结”状态，然后送人加压釜或固化炉中加热／加压固结。这种方法的设备较简单，对原材料要求不高，在一些情况下，为了获得要求的部件质量，进行后固化是十分必要的，原位固结所得部件空隙率为２．５％，如果利用后固化工序，空隙率能降到ｌ％。硫醚的ＮＯＬ环和压力容器的预浸带缠绕／后固结成４热塑性复合材料纤维缠绕成型工艺从纤维缠绕、纤维铺放和带缠绕的发展过程，成为聚合物基复合材料制造的重要手段之一。从航空航天用的固体火箭发动机壳体到民用的玻璃钢管、贮罐都有缠绕成型制品被广泛采用。连续纤维的浸渍技术问题，以热塑性树脂为基体的ｌ期孙宝磊等：先进热塑性树脂基复合材料顶浸料的制备及纤维缠绕成型技术４７型工艺，他们将预浸带加热后缠绕成ＮｏＬ环和压力品含胶量过低。纤维缠绕中发生的纤维磨损是影响容器的“半固结”形态，然后将其装入真空袋，加热熔纤维强度转换的重要因素，因此降低缠绕张力在一融后进行热固结。定程度上可提高纤维发挥的强度，但张力减小到一美国的ＤｕＰ；ｏｎｔ公司报道了预浸带缠绕／后固结定程度时会降低层问剪切强度，从而也不利于纤维工艺制备非回转体结构部件的研究结果。他们首先强度的整体发挥。采用缠绕工艺将预浸带缠绕成回转体，预浸带之间今后的研究重点应集中于胶液粘度、缠绕张力没有形成牢固的粘接，呈类似于网络的结构状态；然以及挤胶状况对含胶量的影响上，做到在缠绕工艺后，将其放人预先加工好的非回转体模具中，重新加中使树脂粘度可调，并精确量化缠绕张力与含胶量热预浸带结构使其熔融，在压力的作用下固结为密以及制品性能之间的关系。实的结构部件。本课题组利用含二氮杂萘酮结构的新型高性能４．３在线（溶液）浸渍缠绕／原位固结工艺２０世纪踯年代末，美国的Ｄｅ‰大学报道了热塑性树脂聚芳醚砜酮（麟）的可溶解性，采用在线溶液浸渍缠绕／原位固结工艺制作了玻璃纤维／玻璃纤维增强聚苯硫醚复合材料的“在线浸渍缠绕／Ｐ既瓢和碳纤维／ＰＰＥＳＫ复合材料套筒部件和ＮｏＬ原位固结”的工艺方法。他们采用悬浮法将聚苯硫环。在成型过程中，有效地解决了溶液浸渍工艺技醚粉末与玻璃纤维均匀地混合在一起；加热使得聚术应用于连续纤维增强高性能热塑性树脂基复合材苯硫醚粉末熔融，黏附在玻璃纤维上；然后，表面黏料预浸料制备中的难题，并首次将此树脂应用于缠附了聚苯硫醚的玻璃纤维经热绕丝头，缠绕在加热绕成型工艺中，在高温下将预浸料固结。具体工芯模的表面，在一定条件下固结为结构件。相对于艺［删如下：以上两种缠绕工艺，此工艺不需要事先制备和妥善储藏预浸带，所需设备简单，制造工序得到简化，因解聚芳醚砜酮（瞅）树脂，配制成黏度适合的胶使用Ｎ，Ｎ一二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ）作为溶剂溶此可有效降低复合材料的制造成本。但是此成型工液，然后将玻璃纤维或碳纤维引入胶液中进行浸渍，艺最大的困难在于含胶量和胶液均匀分布的精确控经过胶液槽后浸胶纤维直接进入远红外加热烘道除制上，工艺中影响含胶量的因素有很多，如缠绕张去纤维里的溶剂，从烘道中出来后将预浸纤维缠绕力、树脂粘度以及刮胶系统等。其中缠绕张力是很在预加热的芯模之上，同时在芯模的上面有加热板重要的工艺参数，较大的缠绕张力有利于纱带充分持续稳定的对预浸料进行加热，芯模的后面有挤压浸渍胶液，并挤出富余胶液而使材料更加密实，但张辊对缠绕在芯模之上的预浸料进行压实，保证了缠力过大反而会使纱带在传递过程中发生磨损，而不绕制品结构的密实性，其工艺流程如图ｌ所示。利于纤维强度的发挥，同时也会造成过度挤胶使制加热板溶液浸渍图ｌ纤维增强ＰＰＥＳＫ复合材料在线浸渍缠绕／原位固结过程示意图术、连接技术、修补技术等方面。５展望热塑性基体纤维缠绕工艺近些年来的发展表明目前各发达国家均加大了对先进树脂基复合材它具有优异的综合性能。国外一些机构甚至已开始料的研究工作，研究的领域涉及高性能树脂基体的对热塑性纤维缠绕的整个过程进行详细的热力学分开发、预浸料的制备技术、复合材料的各类成型技析，利用若干热力学数学模型对缠绕过程进行大量万 方数据纤维复合材料２０Ｄ９年的模拟和预测，对产品的孔隙状况和内应力进行计［１９］王荣国，张东兴等．连续玻璃纤维增强热塑性复合材料工艺及力学性能的研究［Ｊ］．航空材料学报，２００ｌ，２ｌ（２）：４４—４７．算等。［２０］陈平，孙明．陆春．一类连续纤维增强聚芳醚砜酮先进复合材本课题组在缠绕成型的基础上将要对所制作的料的制备［Ｐ］．中国：ＣＮ２０ｃ１４１００５０２４６．６（发明专利）．［２１］４．４２６，４７０．套筒部件和ＮＯＬ环作进一步的理论分析和力学性№Ｒ．Ａ．，ＹａＩｓＬ．Ｄ．ａｆｌｄＴ０岫Ｄ．Ｋ．．Ｕ．Ｓ．Ｐｍ［２２］Ｒａｍａ柚ｍｙＡ．，Ｗａ嚷Ｙ伽菇ａ哗．Ｂ甩ｉｄｅｄ能测试，摸索出在此工艺条件下最佳的制作预浸料６ｍ‰ｄ日一ｃ０Ｂｔｅｄ—Ｔｏｗｐ峰［Ｊ］．Ｐ０ｌｙＩｎ日ｃ０呷∞ｉｔｅｓ．１９９６，１７１ｌｌ唧Ｉａ鲥ｃｃｃ举ｉｔ鹤（３）：４９２—５２２．和缠绕部件的工艺参数，为纤维增强先进树脂基复［２３］娄葵阳，陈样宝．纤维混杂——热塑性复合材料制备的先进合材料缠绕成型工艺的开发应用提供设计依据。工艺［Ｊ］．材料导报，１９９７，ｌｌ（２）：６９—７２．［２４］Ｗｕｌｔｈｏ嘣Ｂ．。Ｔｅｏ【１８丘Ｇ．．１ｋｈｒＩｉ靶ＩｌｅＴ田击ｌｉ棚．１钙１２．Ｍａ亿，３５．［２５］Ｋａｊｄ饥｝１０盯Ｒ．，Ｗｕｌ凸１０ｆｓｌ．Ｔ瞰；ｌｅＰｒ印ｒｅ帮眦８ＰｒｉＩ【ｔｉ伽睾ｇｐｉｎ．ｈｙｂｒｉｄ目唧即缸Ｆａ嘲ｖｅｄⅫｘｌｌ【ｕｎ髓越出．７Ｉ＇ｅｃＩｌｎｉ８ｅｈｅ１础ｈ饥．１９９３，参考文献Ｍａｉ．３６．［筠］ＲｅｒＥ．．确ｃｔｉ硼耳煳ｈｙｂ甜归玛ｈ。咖ｐ０日ｉｔｅ８［Ｊ］．胁ｉｌｅ．Ｍｏｎｔｈ，［１］傅英．热塑性树脂基复合材料的成型技术［Ｊ］．玻璃钢／复合材１９９６．（２）．料，１９９５，（１）：４８—５１．［２７］吴学东．丁辛．热塑性树脂基复合材料用摩擦纺混纤纱［Ｊ］．［２］陈祥宝．高性能树脂基体［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９６．玻璃钢／复合材料，１９９ｒ７，（４）：５—７．［３］ｃｏⅡｂｎｂｅｎ了Ｂ．ｓ．．ＨａｎｂｅｆＤ．Ｅ．，ｃｉＩｉ肿Ｍ．．Ｉ．—ｏ匝ｃ０８ｔａｌｔｅｎｌａｔｉｖｅｉｎ一面ｔｕｃｏｎ∞ｌｉｄａｔ。ｄｓｔｎｌｃｔ岫Ｉｎ：ＶｉＩｌｃｅ［２８］蔡浩鹏，王钧．段华军．热塑性复合材料制备工艺概述［Ｊ］．玻ｌ｝ｌｅｍ呷ｌ枷ｃｃｏｎ驴∞ｉｔｅＢ．，Ｇ盯一璃钢／复合材料，２００３，（２）：５ｌ一５３．ａｌｄ眦ｅｉｌｌ．１９９１３：１６４０—１６５０．ｃ．，“。ｄ５３８ｔｈＩｎｔ锄ａｔｉ“ｓＡＭＰＥ跏驴面岫［Ａ］．ｃａｌｉ蛔ｉ且：［２９］周晓东，王秋峰．翟欢．高性能热甥性复合材料在汽车领域应用的主要问题［Ｊ］．纤维复合材料２００７，２４（１）：３—７．［４］ｃ浦ｒｌｏ哪印明№ｒｉ｜ｌｇ一瑚ｉｄＩｌａｔ岫或ａｔｅＣ帅Ｐ吲嗡Ｍａ—枷ｒＩｇ，１９９ｌ，２Ｍ．，Ｐｉ昨勰Ｒ．Ｂ．．Ｉｎ一８ｉｈｌ∞ｎ印ｕｄ出∞ｆｈｔｈｅｔＩ．料ｍ叩ｌａ出ｃ［３０］孙宏杰，张晓明，宋中健．纤维增强热塑性复合材料的预浸渍技术发展概况［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，１９９９，（４）：４０一“．（２）：１６７．［３１］ＲａｔｈＭ．，Ｋ阿ｌ姗ｒＳ．，Ｈｉ埘ｃｈ螂ｌＣ．．№珈ｌｈ咖陀０ｆ帅ＩｒＩｌｉｄ砧陀［５］陈平，于祺等．高性能热塑性树脂基复合材料的研究进展［Ｊ］．ｒｅｉ—ｂｒｃｅｄＩＩｙｌ∞一１２ｂｙｄｒｙｐｏｗｄｅｒｉｎ甲ｒｅ｜尹撕∞ｐｍ∞鼹［Ｊ］．ｃｏｎｌ－纤维复合材料，２００５．６（２）：４５—５２．ｐ商ｔｅＢＰ毗Ａ．１９９８，２９Ａ：９３３—９３８．［６］蹇锡商，廖功雄，王锦艳．含二氮杂萘酮结构聚芳醚酮和聚芳［３２］王宏岗，郑安呐．戴干策．聚丙烯粉末浸渍连续玻璃纤维的研［７］蹇锡高，舢ｍ蛔，郑海滨．含二氮杂萘酮结构的聚醚砜及制备醚砜研究进展［Ｊ］．中国塑料２００２４，（１６）：ｌｌ一１５．究［Ｊ］．金山油化纤，１９９８，１７（１）：ｌ一５．［３３］周晓东，周成玉．张胜勇，等．连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸法［Ｐ］．中国：９３１０９ｌ舳．２（发明专利）．料粉末法浸渍过程及界面控制［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０００，［８］蹇锡高，Ａｌｌ∞ｓ１１ａｙ，郑海滨．含二氮杂萘酮结构的聚醚酮及制备（２）：５—８．法［Ｐ］．中国：９３１０９１７９．９（发明专利）．［３４］ＳａｌｅＣ．，ＣｕｔｏｌｏＤ．．Ｈ∞ｔｅｄｃｈⅢｂ日ｗｉｎｄｉｎＥ０ｆⅡ℃ｔ｝Ｉｅｍｑ山出ｃ［９］蹇锡高，陈平，廖功雄等．含二氨杂荼酮结构新型聚芳醚系列ｐｍ妇一ｉｌ｜甲幔删ｅｄｂａｓｊｃｔ｝１日－高性能聚合物的合成与性能［Ｊ］．高分子学报，２００３．４：４６ｌ一Ⅲｈ∞ｉｃａＩＧａｎ弘Ｒ．Ｆｉｂ盯岫俐ｅａ辨ｌｓ…．ＣⅫ呻ｉｔ∞．陆ｔ＾，１９９６．２７Ａ：３８７—３９２．ｏ晴玛瑚ｉｔｅｓ：Ｐａｒｔｌ．ＴｅｃｈｎｏＩｏＥｙａＩｌｄ４６７．［３５］ｔｌｌｅ肿叩ｌａｓＬｉｃ（Ｆｉｔ）［Ｊ］．ｃ０呷捌ｔｅ，１９８４．【１０］彭静，蹇锡高，刘少琼．ＰＰＥｓＫ树脂摹复合材料的摩擦磨损性［３６］卟ｉｅｄｅ一锄烈Ｍ．．ｓｔｕｄｙ０ｆｐｆＤｏ％吨ｐａｌ∞劬啊０ｆＰＥＥＫ／ｇｒａｐＩＩｉｔｅ能［Ｊ］．材料研究学报，２００１．１５（２）：２４４—２鸫．ｃ∞甲∞ｊｔｅ铀ｉｃａｌｅｄ“ｔＩｌ“Ｆｉｔ”ｐｍＰｒｅｇ［ｃ］．３４ｔｌＩｓＡＭＰＥ，１９８９．［１１］何丽杉．杂萘联苯结构聚芳醚酮共聚物合成与性能［Ｄ］．大［３７］Ｍ肌ｇＨ叫，ＬｉｎＹｅ．Ｙｉｕ—ｗｉｎｇＭａｉ，Ａｄｖ舶嘟ｉｎｐＩⅨ跫ｅＢｉｎｇ０ｆ咖血．连：大连理工大学硕士学位论文．２００６，６：Ｉ—ｌＯ．ｕｏ岫６ｂ他陀ｉ—ｂ∞ｏｄ伽Ｔ驰商ｔ荡“ｔｌＩｔＩｌ盯ｌＩｌｏｐｌａＢｔｉｃＩ瑚正ｒｉｘＪ】．Ｐｉ聃．【１２］余剑英，周祖福．连续纤维增强热塑性复合材料的制备成型ｔｉａ，ＲｕｂｂｅｒａＩｌｄ陆珥面ｔｅ８Ｐｒａ嘲ｌｉ｜．ｇａｎｄＡｐｐｈｃ８ｔｉ咖。１９９５．２３：技术及其应用前景［Ｊ］．武汉工业大学学报．１９９８，２０（４）：２２—２７９—２９３．２４．［１３］％一ｓＩｌｕｎｇｃｈｕｎｇ，ＳＩｌｍｉｔ，Ｈｏｗａｒｄ［３８］孔庆宝．纤维缠绕技术进入新的高速发展阶段［Ｊ］．纤维复合Ｆｕ戚．ｕ．ｓ．Ｐｍ４，５８８，５３８．材料，１９９８．９（３）：３５．［１４］ＥｄｗｉｎＫ．ＢｉｎｎｅＩ售ｌｅｙ，“ｕｊ∞Ｈ．ｈ∞ｐｅｒ．ｕ．ｓ．Ｐｍ４，６４０，８６１．［３９］张晓明，刘雄亚．纤维增强热塑性复合材料及其应用［Ｍ］．北［１５］咸贵军，益小苏．热塑性树脂熔融浸渍连续纤维装置［Ｊ］．塑京：化学工业出版社．２００７：２４３—２４６．料工业，２０００，２８（５）：１５一１７．［４０］李伟，陈平．陆春。孙宝磊．连续纤维增强聚芳醚砜酮树脂基［１６］张晓明，崔秀镐等．热塑性树脂基复合材料熔融浸溃技术研复合材料的在线浸渍缠绕成型方法［Ｐ］．中国：【１７］Ｇｏ哑ｈ究［Ｊ］．纤维复合材料，１９９５（１）：９一１５．Ｋ．Ｅ．，ｈ，Ａ．Ｃ．．Ｊ．Ｔｈ髓Ｔｍｐｌ舶ｄｃｃ唧，１９９０，３：３４．ＣＮ２０∞１００１３１１１．Ｏ（发明专利）．［４１］李龙．王善元．连续纤维增强热塑性复合材料预浸料的加工［１８］李凡。仲伟虹等．连续纤维复合材料快速成型工艺基础研究方法［Ｊ］．纤维复合材料，１９９６．（１）：２ｌ一２４．［Ｊ］．中国机械工程。２００ｌ。１２（１２）：１４１５一１４１８．奢辱９８始能舷盘墨够≈≈客瘩辱ｇ配≈盎散盎盎；＃毡镑客窖＿散能盎盎岳８％始能能能盘散（上接第４２页）［１２］王俊勃，赵川，高晓丁等．苎麻纤维增强酚醛复合材料的研究［１６］梁晓波，杨桂成，曾汉民．剑麻纤维增强复合材料的研究进展［Ｊ］．纤维复合材料．２００１．１８（１）：１３一１５．［Ｊ］．材料导报．瑚５，（１９）：６３—６６．［１３］张安定，马胜，丁辛等．黄麻纤维增强聚丙烯的力学性能［Ｊ］．玻［１７］郑安口内．胡福增．树脂基复合材料界面结合的研究（１）界面分析璃钢／复合材料，２０Ｄ４，（２）：３—５．及界面剪切强度的研究方法［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２０阱，（５）：’［１４］王瑞，牛海涛．焦晓宁．亚麻／低熔点聚酯纤维热塑性复合材料１２一１５．性能研究［Ｊ］．天津工业大学学报，２００５，２４（４）：ｌ一４．［１８］刘丽妍．黄故．制备工艺对哑麻增强聚丙烯复合材料拉伸性能【１５］陈卫丰．孙超军．剑麻纤维和聚乙烯改性ｓ璐热塑性弹性体的的影响【Ｊ］．工程塑料应用，２００５．３３（１０）．Ｍ一２７．性能研究［Ｊ］．塑料科技，２００４．（２）：１８—２１．万 方数据先进热塑性树脂基复合材料预浸料的制备及纤维缠绕成型技术
作者：作者单位：
孙宝磊， 陈平， 李伟， 陆春， SUN Baolei， CHEN Ping， LI Wei， LU Chun孙宝磊,SUN Baolei(大连理工大学化工学院高分子材料系,大连,116012)， 陈平,CHEN
Ping(大连理工大学化工学院高分子材料系,大连,116012;辽宁省先进树脂基复合材料制备技术重点实验室,沈阳航空工业学院,沈阳,110136)， 李伟,陆春,LI Wei,LU Chun(辽宁省先进树脂基复合材料制备技术重点实验室,沈阳航空工业学院,沈阳,110136)纤维复合材料FIBER COMPOSITES2009,26(1)5次
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