纤维增强热塑性复合材料原位聚合成型技术研究进展

来源期刊：材料保护2020年第9期

论文作者：龚明 张代军 刘燕峰 张嘉阳 李军 陈祥宝

文章页码：21180 - 21187

关键词：原位聚合;成型技术;热塑性复合材料;纤维增强;

摘    要：近20年来,纤维增强热塑性复合材料以其优异的韧性、可修复和可回收性,引起了工业界广泛的研究。目前工业中纤维增强热塑性复合材料的成型方法大多为热熔法,包括树脂膜法、树脂粉末法、混纤法、预浸料与半预浸料法。这一类成型方法主要关注树脂高聚物的热成型性能,辅以高温高压成型复合材料。由于树脂是大分子长链,本身流动困难,浸渍纤维困难,从源头决定了复合材料性能不高。于是,热塑性复合材料的原位聚合成型技术以其低成本、高性能等特点成为最新的研究热点。通过对树脂聚合过程的研究,包括树脂聚合过程中温度、压力等参数对树脂聚合的影响等,为纤维增强热塑性复合材料原位聚合成型技术的应用奠定了基础。使用合适的树脂与引发体系,在纤维周围原位聚合高聚物,从而制备性能优异的热塑性复合材料。对PA6（Polyamide-6）树脂的阴离子聚合研究起始于19世纪30年代,这一体系对于反应条件参数的控制与反应洁净度要求非常高。对这一问题的研究催生了最早的密封混料设备,进一步发展出结构反应注射SRIM（Structural reaction injection molding）与真空注射VI（Vacuum infusion）成型技术。这些技术保证了反应环境的清洁度,对于温度压力的控制非常精细,能够满足这一高性能材料的成型要求。同时将成型周期缩短至数分钟,大幅提高了生产效率。对PMMA（Polymethyl methacrylate）树脂原位聚合制备大型结构件的研究主要集中于其热量传导方面,制备厚制件与大尺寸制件过程中传质传热问题非常突出。研究者设计了种类繁多的引发体系,关注了其诱导时间、凝胶时间点等反应动力学过程。同时,一部分研究者关注了热量传导的模拟,预测了制备复合材料的最大厚度。这些研究共同推动了PMMA树脂原位聚合成型技术的发展,使用这一方法成功制备了大型整体船身结构。另外,学者们还研究了PBT（Polybutylene terephthalate）等结晶性树脂在聚合过程中的结晶性能变化,为该类树脂的成型提供了理论支撑。本文综述了纤维增强热塑性复合材料原位聚合成型技术的研究进展,详述了几种较为常用的成型技术,热塑性树脂传递模塑T-RTM（Thermoplastic resin transfer molding）、结构反应注射SRIM与真空注射VI。分别讨论了使用这些技术的研究实例,分析了每种技术的特点与关键点。概述了几种热塑性复合材料原位聚合成型技术的其他方法。最后,综合讨论了纤维增强热塑性复合材料原位聚合成型技术的共性问题,展望了纤维增强热塑性复合材料原位聚合技术的发展趋势。