纤维复合材料 2009年3月 FIBER COMPOSITES Marl. 2009 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,陈平2,李伟2,陆春 (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110136 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、Fi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 析了热塑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(PPSK)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 Prepreg Prepar at ion and Filament Winding of Advanced Thermoplastic Composites SUN Baolei. CHEN Ping LI Wel. LU C (1. Department of Polymer Science and Engineering, Dal ian University of Technolog, Dalian, 116012) (2. Lian ing Key Laboratory of Advanced Polymer Matrix Campastes Manufacturing Technology Shenyang Insttute of Aeronaut ical Engineering, Shenyang 110136 AbSTRACT The paper briefly summarized the basic properties, development and application of high perfarmance themoplastic resins at home and abroad. Two types of preparat in technologies of thermoplastic composites prepreg are desaibed in detail, in2 cluding pre- impregnation(reaction of chain growth mpregnation process, melt impregna on process and solution impregnation method) and post- impregna ion(cammngled yarns, powder impregnation, Fit techno ogy and film stack irg technique, etc. ),e& pecially introduced solut in mpregnation process, and analyzed the advantages and disadvantages of different technologies. It is comparatively analyzed three type routes of themplast ic composite filament winding( prepreg wnding/ n- situ consolid at in pro2 cess, prepreg wind ng/ post consolidat ion process and on- line impregnation wnding/ in- situ consol idat in process). At last briefy reviewed our graup. s scient fic research progress of cant inuous fiber reinforced nove soluble PPESK ampasies(tubular companents and NOL rings) using on- line solution impregnat in winding/ in- stu consolidat ion process technology. KEYWORDS Hgh perfomance thermoplast ic resins; Thermoplastic companies; Prepreg; Filament winding 度低等缺点,可用于性能要求较高的结构材料2 热塑性树脂基复合材料的成型方法主要是从热 热塑性树脂及其复合材料近十多年来得到了迅固性树脂基复合材料及金属成型技术借鉴而来。按 速发展。与热固性材料相比热塑性树脂具有优异照所用的设备可以分为注塑成型、热压成型、真空模 的抗冲击韧性、耐疲劳损伤性能、成型周期短、生产压成型、纤维缠绕成型、辊压成型、喷挤成型及树脂 效率高、可长期贮存、可进行修补和回收再利用等 注入成型等。在诸多的复合材料成型方法中,缠绕 系列优点。因而在航空航天、医疗、电子、机械等技术能较好地实现低成本和高效率的结合。对热塑 领域得到了越来越广泛的发展和应用。特别是随着性复合材料而言,该方法有着不同于热固性复合材 刚性、耐热性及耐介质性好的新型芳香族热塑性树料的优越性,即热塑性复合材料易于实现/原位0成 脂基体复合材料的出现使得热塑性复合材料克服型3引,以省去如热固性复合材料所需的后固化0 了以往弹性模量低、抗溶剂性差、纤维与树脂结合强环节,从而进一步提高制品的生产效率。所谓/原 位0成型,即在缠绕过程中,线材(或带材)在芯模上 基金项目:国防十一五0基础科研项目(A352060215) 铺贴与定型(热固性复合材料为固化)可同时完成, 辽宁省高等学校创新团队项目(200108,200137 而/后固化0则需要另一个独立的步骤才能完成 通讯联系人:陈平 chenping88@126cm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, 2 , 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 110136) 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 析了热塑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 Prepreg Preparation and Filament Winding of Advanced Thermoplastic Composites SUN Baolei 1 , CHEN Ping 1, 2 , LI Wei 2 , LU Chun 2 ( 1. Department of Polymer Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116012) ( 2. Liaoning Key Laboratory of Advanced Polymer Matrix Composites Manufacturing Technology, Shenyang Institute of Aeronautical Engineering, Shenyang 110136) ABSTRACT The paper briefly summarized the basic properties, development and application of high performance thermoplastic resins at home and abroad. Two types of preparation technologies of thermoplastic composites prepreg are described in detail, in2 cluding pre- impregnation ( reaction of chain growth impregnation process, melt impregnation process and solution impregnation method) and post- impregnation ( commingled yarns, powder impregnation, Fit technology and film stacking technique, etc. ), es2 pecially introduced solution impregnation process, and analyzed the advantages and disadvantages of different technologies. It is comparatively analyzed three type routes of thermoplastic composite filament winding ( prepreg winding/ in- situ consolidation pro2 cess, prepreg winding/ post consolidation process and on- line impregnation winding/ in- situ consolidation process). At last, briefly reviewed our group. s scientific research progress of continuous fiber reinforced novel soluble PPESK composites (tubular components and NOL rings) using on- line solution impregnation winding/ in- situ consolidation process technology. KEYWORDS High performance thermoplastic resins; Thermoplastic composites; Prepreg; Filament winding 基金项目: 国防/ 十一五0基础科研项目(A3520060215) 辽宁省高等学校创新团队项目( 2006T108, 2007T137) 通讯联系人: 陈平 chenping 898@126. com 1 引 言 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[ 1]。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 度低等缺点, 可用于性能要求较高的结构材料[ 2]。 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 料的优越性, 即热塑性复合材料易于实现/ 原位0成 型[ 3- 4] , 以省去如热固性复合材料所需的/ 后固化0 环节, 从而进一步提高制品的生产效率。所谓/ 原 位0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0则需要另一个独立的步骤才能完成。 第 1期 纤 维 复 合 材 料 No1 1 43 2009年 3 月 FIBER COMPOSITES Mar1, 2009