CN101570063B - 含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法 - Google Patents
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Abstract
含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，该方法选用N-甲基吡咯烷酮、氯仿、N，N二甲基乙酰胺、吗啉或二氯甲烷等溶剂，配制成一定浓度的PEK-C或PES-C树脂溶液，将连续纤维浸胶后烘干除去溶剂制得预浸带。缠绕过程中，在预浸带到达芯模前首先对其进行预热，使其达到一定的温度，然后在一定的张力作用下在芯模的表面进行纵向、环向或二者交替缠绕，同时对其进一步加热促使树脂基体迅速熔融，以实现缠绕层间的粘合，最后固结冷却为密实的缠绕结构。用本发明所述方法可以制造出重量轻、强度高、耐高温的高性能热塑性复合材料缠绕构件，可满足石油化工、体育、建筑以及航空航天等领域的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过缠绕工艺制备连续纤维增强含酚酞侧基的聚芳醚酮(PEK-C)或聚芳醚砜(PES-C)树脂基复合材料的方法，特别涉及热塑性树脂基复合材料的缠绕成型方法。属于先进复合材料制造技术领域。
背景技术
纤维缠绕成型是制造树脂基复合材料制品常用的工艺方法，是制造复合材料结构的低成本方法之一。这种方法可按制品性能要求配置增强材料，结构效率高，制品强度高，可连续化、机械化生产，主要适合于成型大型旋转体构件，在航空航天、石油化工、食品酿造及能源交通领域获得广泛应用。
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。早期的热塑性树脂基复合材料所用树脂主要是聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和尼龙等。这类热塑性树脂基复合材料的优点是成型工艺简单，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。
聚芳醚类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％。
PEK-C和PES-C是我国首先合成并投入生产的新型工程塑料，性能优良，可溶解。PEK-C的玻璃化转变温度为230℃左右，其综合性能可以和聚醚醚酮(PEEK)相比美，且耐热性高于聚砜。PES-C的玻璃化转变温度为263℃左右，具有聚醚砜(PES)的物理机械性能及化学稳定性。
在高性能热塑性树脂基复合材料的缠绕成型过程中，由于基体聚合物的分子量较大，加热熔融状态下，聚合物熔体粘度大，熔体流动困难，与纤维的浸润性差，在成型过程中通常需要施加较高的温度和压力，才能获得密实的低空隙缠绕结构。目前，国内外对热塑性复合材料的缠绕工艺非常重视，并进行了较多的研究，但由于所采用的高性能热塑性树脂溶解性能普遍不好，加工相对困难，研究主要集中在利用预先制备的预浸带进行缠绕方面。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，该方法是通过下述技术方案实现的：它是利用PEK-C、PES-C树脂的可溶解性，选择，合适的溶剂，配制成一定浓度的树脂溶液，纤维在树脂溶液中进行浸渍后，再通过烘干设备加热除去溶剂得到预浸带。缠绕过程中，在预浸带到达芯模前首先对其进行预热，使其达到一定的温度，然后对其进一步加热促使树脂基体迅速熔融，并按照规定的轨迹均匀地排布在芯模的表面，在一定的张力作用下排出预浸带界面之间的空隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
具体方法步骤如下：
将连续纤维在张力作用下通过一定浓度的含酚酞侧基的聚芳醚酮(PEK-C)或聚芳醚砜(PES-C)树脂溶液进行浸胶，然后通过烘道除去溶剂制得纤维预浸带；
纤维预浸带首先进行预热，然后利用加热的方法使基体树脂熔融然后在芯模的表面进行缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构；
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度200-300℃，加热温度300-400℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
所述的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂包括含有酚酞侧基的聚芳醚酮(PEK-C)、含有酚酞侧基的聚芳醚砜(PES-C)。
所述的溶剂是指N-甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿(CHCl3)、N，N二甲基乙酰胺(DMAc)、吗啉或二氯甲烷(CH2Cl2)等，所述的树脂溶液是指将PEK-C或PES-C树脂溶解于上述溶剂中，制成质量百分比浓度为5-40％的树脂溶液。
所述的纤维是指玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、PB0纤维或碳化硅纤维。
所述的加热是指采用热空气加热、电加热、火焰加热、红外加热和激光加热等方法。
所述的芯模为球形、管形或环形状。
所述的缠绕为环向、纵向或二者交替缠绕。
所述的缠绕结构为多层。
本发明所达到的有益效果是，通过PEK-C、PES-C复合材料的缠绕成型，获得低空隙率的密实缠绕结构，从而得到在高温下可长期使用，具有优异力学性能的高性能热塑性复合材料，可满足石油化工、体育、建筑以及航空航天等领域的需要。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例一
结合附图说明本发明的实施方式，将连续碳纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PEK-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上一定量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得碳纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
碳纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在管形芯模12的表面进行纵向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道内温度呈梯度分布80-250℃，预热温度200-280℃，加热温度300-370℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例二
结合附图说明本实施方式，将连续碳纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PES-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得碳纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
碳纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在环形芯模12的表面进行环向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度250-300℃，加热温度310-400℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例三
结合附图说明本实施方式，将连续玻璃纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PEK-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得玻璃纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
玻璃纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在管形芯模12的表面进行纵向和环向二者交替缠绕。在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度200-280℃，加热温度300-370℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例四
结合附图说明本实施方式，将连续玻璃纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PES-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得玻璃纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
玻璃纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在环形芯模12的表面进行环向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度250-300℃，加热温度310-400℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例五
结合附图说明本实施方式，将连续芳纶纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PEK-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得芳纶纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
芳纶纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在管形芯模12的表面进行纵向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度200-270℃，加热温度300-360℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例六
结合附图说明本实施方式，将连续芳纶纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PES-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得芳纶纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
芳纶纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在球形芯模12的表面进行纵向和环向二者交替缠绕。在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度240-280℃，加热温度310-380℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例七
结合附图说明本实施方式，将连续PBO纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PEK-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得PBO纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
PBO纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在球形芯模12的表面进行纵向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度200-260℃，加热温度280-360℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例八
结合附图说明本实施方式，将连续PBO纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PES-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得PBO纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
PBO纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在环形芯模12的表面进行环向缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度240-280℃，加热温度310-380℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例九
结合附图说明本实施方式，将连续碳化硅纤维1在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PEK-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得碳化硅纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
碳化硅纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在球形芯模12的表面进行纵向和环向二者交替缠绕，缠绕结构为多层。在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度240-300℃，加热温度320-370℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
实施例十
结合附图说明本实施方式，将连续碳化硅纤维1在在一定张力作用下(张力大小由张力装置2控制)，以一定的速度经过导辊3后通过一定浓度的PES-C树脂溶液4进行浸胶，使其浸上定一量的树脂基体，然后经过刮胶辊5除去多余的胶液后通过烘道6，经烘干除去溶剂制得碳化硅纤维预浸带8，溶剂经排风管道7后进行回收处理。
碳化硅纤维预浸带8进入预热装置9预热，然后利用加热装置10提供的热量使基体树脂熔融(温度由红外测温仪11测定)，然后在管形芯模12的表面进行纵向和环向二者交替缠绕，缠绕结构为多层。在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构。
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Claims (7)
1.含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：
将连续纤维在张力作用下通过一定浓度的含酚酞侧基的聚芳醚酮(PEK-C)或聚芳醚砜(PES-C)树脂溶液进行浸胶，然后通过烘道除去溶剂制得纤维预浸带；
纤维预浸带首先进行预热，然后利用加热的方法使基体树脂熔融然后在芯模的表面进行缠绕，在张力作用下排除预浸带界面之间的孔隙，最后固结冷却为密实的缠绕结构；
工艺参数为：树脂溶液质量百分比浓度5-40％，烘道温度80-250℃，预热温度200-300℃，加热温度300-400℃，缠绕张力5-100N，缠绕速度0.5-30m/min。
2.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：所述的纤维是指碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、PBO纤维或碳化硅纤维。
3.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：其中所述的树脂溶液是指将含酚酞侧基的聚芳醚酮(PEK-C)或聚芳醚砜(PES-C)溶于N-甲基吡咯烷酮(NMP)、氯仿(CHCl3)、N，N二甲基乙酰胺(DMAc)、吗啉或二氯甲烷(CH2Cl2)溶剂中配制的溶液。
4.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：其中所述的加热方法是指热空气加热、电加热、火焰加热、红外加热和激光加热方法，使预浸带基体树脂熔融。
5.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：其中所述的芯模为球形、管形或环形状。
6.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：其中所述的缠绕为环向、纵向或二者交替缠绕。
7.根据权利要求1所述的含酚酞侧基的聚芳醚酮或聚芳醚砜树脂基复合材料的缠绕成型方法，其特征在于：其中所述的缠绕结构为多层。
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