热塑性复合材料成型工艺

工艺过程

    FRTP的生产方法得到了很快发展：注射、挤出、模压、缠绕、RTM等都可以生产FRTP。

    为解决浸渍问题，热塑性复合材料通常采用预浸渍的方式，将树脂与纤维混合，制备成粒料，片材等半成品材料。再根据不同的工艺要求成型。

热塑性复合材料原料及工艺过程

FRTP的原材料种类与纤维长度形态关系

FRTP粒料的制备方法

•增强粒料的制造要求：

   ① 玻璃纤维能均匀地分散于树脂之中。

   ② 玻璃纤维与树脂应尽可能包覆或粘结牢固。

   ③ 制造过程中应尽可能减少对玻璃纤维的机械损伤，尽可能减少对树脂分子的降解。

•热塑性增强塑料粒料的分类：

    短纤维型（分散型增强粒料）：指玻璃纤维和高分子树脂通过混炼，在此过程中玻璃纤维被折断，以长度为O.25～O.5 mm的短玻璃纤维形式，均匀地分散于树脂中，适宜于柱塞式注射成型机用(当然也可以用于螺杆式注射成型机)。

• 短纤维型增强粒料是为解决高熔融粘度树脂的长纤维型粒料因纤维在树脂中分散不好易引起制品性能和外观不

理想而产生。

• 短纤维型粒料具有较好的成型加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺杆式注射成型机均可成型。但纤维在造粒时磨损严重、长度短，制品强度不高；由于短纤维型粒料的加工流动性较好，适合于制造壁薄和形状复杂的制品

短纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法

(1)短切纤维原丝单螺杆挤出法

  工艺：将短切GF原丝与树脂按设计比例加入到单螺杆挤出机中混合、塑化、挤出条料、冷却后切粒。对于粒料树脂，要重复2～3次才能均匀。对于粉末状树脂，则可一次性挤出造粒。

  优点：纤维和树脂混合均匀，能适应柱塞式注射机生产；

  缺点：GF受损伤较严重，生产速度较低，劳动条件差，粉末树脂和GF易飞扬。

纤维在造粒时磨损严重，长度短，制品强度不高；加工流动性好，适合于制造薄壁和形状复杂的制品。

(2)单螺杆排气式挤出机回挤造粒法

   工艺：将长纤维粒料加入到排气式单螺杆挤出机中，回挤一次造粒。如果粒料中挥发物较少，则可用普通挤出机回挤造粒。

   优点：生产效率高；粒料质地密实，外观质量较好；劳动条件好，无GF飞扬。

   缺点：用长纤维粒料二次加工，树脂老化几率增加；粒料外观及质量不如双螺杆排气式挤出机造粒好。

单螺杆排气式挤出机回挤造粒法流程：

（3）双螺杆排气式挤出法

工艺：将树脂和纤维分别加入排气式双螺杆挤出机的加料孔和进丝口，GF被左旋螺杆及捏合装置所破碎，在料筒内纤维和树脂混合均匀，经过排气段除去混料中的挥发性物质，进一步塑炼后经口模挤出料条，再经冷却、干燥、然后切成粒料。

特点：

  ① 双螺杆起着增压泵的作用；

  ② 在特定负荷下，可以通过反向螺纹或节流阀，沿料筒长度来控制压力；

  ③ 通过改变捏合段的构型和调节节流阀、控制温度等，可沿料筒长度方向调节各个截面的切变速率；

  ④ 该挤出机有精密的热交换系统；

  ⑤ 由于双螺杆作用，物料在料筒中形成薄层，因而物料表面不断更新，混合作用极强，均质熔体形成极快。

（4）双阶排气式挤出机对长纤维增强粒料排气回挤造粒法

长纤维增强热塑性塑料粒料

  一般采用经典的电缆包覆方法制造，适宜于螺杆式注射机成型用。

包覆式长纤维增强塑料粒料制造工艺流程

   管道反应法：单体与玻纤同时由管道进口加入，通过管道聚合反应，出料口即得到增强料

条。

   聚合物出料口包覆法：在聚合釜出料口安装包覆机头，待聚合物出料时，可将玻纤包覆。

长纤维增强热塑性塑料粒料的结构类型

  (a) 玻璃纤维组成一大束包于粒子之中

  (b) 玻璃纤维成几小束分散于粒子四周

  (c) 最理想的粒子结构形式

（来源：武汉理工大学 王翔）