3 连续纤维增强热塑性CFRT的浸渍工艺

多年来各国都在探索连续纤维预浸热塑性塑料的方法^[1]。开发出的方法主要有：

——溶液浸渍工艺Solution Impregnation Technique：用溶剂溶解树脂，用溶液浸润纤维，然后加热除去溶剂。

——粉末浸渍工艺Powder Impregnation Technique：将树脂粉放入流化床，通入空气使树脂粉流态化。使连续玻璃纤维丝打开通过流化床，让树脂粉附着在玻璃纤维丝表面上。再加热加压使纤维丝表面上的树脂粉熔融沿纤维流动实现浸渍。

——纤维混合工艺Fiber Commingled Technique：将热塑性树脂也纺成细丝，热塑性塑料连续丝与玻璃纤维连续丝制成混纤纱Commingled yarn。

——熔体浸渍工艺Melt Impregnation Technique：把连续玻璃纤维（碳纤维）束展开成平行的薄层，通过一个复合口模用挤出的树脂熔体浸渍成含薄层平行连续玻璃纤维（碳纤维）的连续片材。

经过多年实践，目前应用越来越多的是熔体浸渍工艺，中间产品是连续的薄片卷材，根据需要可分切成带材（以下称CFRTT，有的国外资料称其为UD Tape）。在厚度小于1mm的连续带材中可以看到连续的玻璃纤维比较均匀地同向平行排列，完全包覆在热塑性塑料中。见图1。

图1 制品及玻纤增强带的电镜照片

4 连续玻璃纤维增强热塑性塑料的成型工艺

玻璃钢和玻纤增强热塑性塑料的成型工艺很多，包括模压、挤出、注塑、拉挤(pultrusion)，缠绕等。

连续纤维增强热塑性塑料CFRT的成型工艺则不全相同。要使连续增强玻璃纤维在产品中处于最有利于性能的位置和状态，常用的工艺是有序的铺放层合和缠绕。成型连续纤维增强热塑性塑料管CFRT-RTP通常采用增强带或混纤纱铺放/缠绕+层合，大多制成各层结合(bonded)的RTP。

众所周知，RTP通常制造成很长的连续盘卷管材以方便于铺设和使用。这类CFRT-RTP的成型工艺和常见的RTP类似，挤出成型的衬管在前行中用增强带反复螺旋缠绕形成要求的增强层，然后再挤出包覆上外护套层。不同的是因为CFRT带很薄，需要反复缠绕很多层，生产线上通常串连配置多对缠绕机。此外由于CFRT-RTP常制造成完全结合的RTP，要求增强带的各层中间以及增强层和衬管和外护套层之间要完善熔合，所以缠绕同时需要加热加压，常见的加热方式有气流加热、红外线加热、激光加热等。难点在于连续生产CFRT-RTP生产线上需要缠绕4-10或更多层增强，每层通常有2-6盘增强带缠绕，要控制好全生产线这么多增强带的温度，压力、张力、图2为连续生产CFRT-RTP的生产线。

图2 连续生产CFRT-RTP生产线 图3 分管段的缠绕成型工艺

制造大直径的或少量特殊要求CFRT-RTP可以采用分管段的缠绕成型工艺。这和玻璃钢管工艺相类似，在一个旋转的芯模（或衬管）上按照要求的布局往复缠绕CFRTT，并通过加热加压使其完善熔合。目前的工艺不是让增强带被缠绕拉动，靠增强带的张力实现熔接需要的压力，而是用一计算机控制的铺放头（placement head）主动喂入增强带，用喷热气或激光把增强带表面瞬时加热到熔点温度以上，再用压紧滚轮把增强带压合后喷冷空气冷却。如改变方向，增强带可以切断。这是一种零张力的加工。铺放头的工艺参数和移动也可由计算机控制^[2]。图3为分管段缠绕成型工艺示意图，图4为铺放头部分的示意图。

图4 铺放头部分示意图

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