连续纤维增强热塑性塑料:从原材料到型材一步成型
摘 要
ProfileComp公司研发了一种突破性的连续成型工艺,称为DExWin®,它可从原材料直接生产出热塑性复合材料型材。在全塑混杂复合材料的局部增强中,可以看到这些连续纤维增强型材的潜在应用。
连续纤维增强塑料型材一般是通过拉挤成型制得。这种成熟的高自动化制造工艺可以生产出高纤维体积含量的型材。尽管有许多优点,但只有少数制造商从热塑性材料的潜力中获益,这是因为热塑性材料具有高熔融温度和高熔融粘度。因此,到目前为止,拉挤成型常用的是热固性材料。用于拉挤成型的热塑性材料形式是预浸渍半成品材料(例如单向带、混杂纱或预浸料)。
1 突破性技术
ProfileComp公司研发了一种突破性技术――DExWin®工艺(见图1),它把大批量和广泛应用的热塑性复合材料型材的低成本生产结合在一起。持续的DExWin®连续工艺使得采用熔融浸渍从原材料(纤维纱和塑料粒料)直接制备单向纤维增强型材成为可能。这可视为其独有的亮点。一步成型工艺的优点是:
(1)高速
(2)低能耗
(3)低投资
(4)占地面积小
(5)高灵活性(型材尺寸、材料组合)

单丝的高效浸渍连同纱线良好的展开是特别重要的。
剖面方向增强的型材用高纤维体积含量和良好的浸润性表征,使其在剖面方向上的力学性能比金属基材料要高――尽管重量相当低。通过选用碳纤维,刚度甚至可与金属基材料媲美。图2是玻璃纤维增强聚丙烯基型材(左)和碳纤维增强聚酰胺基型材(右)。采用所述制造方法,几乎每个可能的材料组合(见表1)都可行。ProfileComp公司还实现了在。DExWin®工艺中浸渍织物。

2 混杂复合材料
当前轻质结构领域的趋势是全塑混杂复合材料的应用。这种前瞻性概念是把短纤维或长纤维增强热塑性塑料(SET/LET)和连续纤维增强热塑性塑料(CFT)的优点综合在一个零部件中。CFT型材起到一个局部增强的作用,而短纤维或长纤维增强热塑性塑料(SFT/LFT)决定零部件的外形。

这样,设计工程师们可从完全新的方案可能性上获益。全塑混杂复合材料的一个重要优点是可以生产几何形状复杂和轻质高度功能一体化的产品。采用连续纤维增强热塑性塑料(CFT)作为局部增强材料,以及确定的压机和注射成型技术,可经济地实施这种轻质概念,甚至是大批量应用。全塑混杂复合材料的壳体和增强型材通过熔融粘结。这导致在连续纤维增强复合材料单元整个表面具有良好的力传遍性。此外,通过在SFT/LFT和CFT部件上应
用相同的热塑性塑料,可满足各种相关的回收再利用纯度的需要。全塑混杂复合材料的另一个优点是减少成型时间和加工成本。通常采用单级注射或压机成型工艺制备全塑混杂结构。因此,相应的模具同时是成型模具。
DExWin®型材的另一个应用实例是拉力带,如用于固定油罐车。与传统钢制拉力带相比,热塑性拉力带不需要橡胶支座,用来避免因接触腐蚀和机械雕刻引起的破坏。
除连续纤维增强热塑性型材(CFT)的制备外,ProfileComp公司还提供整套DExWin®生产线(见图4)。









































