1. 預(yù)浸料概述

預(yù)浸料是指樹脂基體以一定方式浸漬于增強(qiáng)纖維上，形成厚度均勻的帶狀或薄片狀半成品片， 是復(fù)合材料由原料向制品過渡的中間產(chǎn)品。包含有基體樹脂和增強(qiáng)體纖維。

預(yù)浸料按物理狀態(tài)可以分成單向預(yù)浸料、單向織物預(yù)浸料、織物預(yù)浸料；按寬度可以分成寬、窄帶（幾毫米到幾十毫米）預(yù)浸料，而按樹脂基體不同可以分成熱固性樹脂預(yù)浸料和熱塑性樹脂預(yù)浸料；按增強(qiáng)材料不同可以分成碳纖維預(yù)浸料、玻璃纖維預(yù)浸料、芳綸預(yù)浸料；根據(jù)纖維長度不同又可以分成短纖維預(yù)浸料、長纖維預(yù)浸料和連續(xù)纖維預(yù)浸料。

其中樹脂基體賦予了復(fù)合材料優(yōu)良的力學(xué)性能、熱性能、耐化學(xué)腐蝕性能和易加工性能，增 強(qiáng)纖維則主要決定了復(fù)合材料的機(jī)械性能。大部分的熱塑性樹脂都可作為連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性聚合物復(fù)合材料的基體，從通用的樹脂聚丙烯 （PP）、聚乙烯（PE）到特種工程樹脂聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等都可以選用，常見不同類型樹脂基體的基本性能對比見表1。

2.  預(yù)浸料制備工藝

在60年代，預(yù)浸料隨著高性能纖維（碳纖維、 芳綸纖維等）的研制成功而開始研究。它最初的制備方法是將一束一束的纖維平行靠攏在玻璃板上并往里傾注樹脂基體。

在70年代，連續(xù)高性能纖維的生產(chǎn)發(fā)展為工業(yè)化，通過濕法制造的預(yù)浸料也發(fā)展到了機(jī)械化，但是存在設(shè)備簡單、存在溶劑揮發(fā)、樹脂含量控制精度不高等缺點(diǎn)。后來研發(fā)了干法工藝，由于干法制備過程中不需要溶劑溶解樹脂，所以不存在溶劑揮發(fā)的問題，且樹脂含量控制精度較濕法高，因而逐漸替代了濕法工藝。我們就對熱固性預(yù)浸料和熱塑性預(yù)浸料的制備方法進(jìn)行闡述。通常，熱固性預(yù)浸料的制備方法有濕法和干法兩種，熱塑性預(yù)浸料的制備方法則有熔融浸漬、粉末浸漬、溶液浸漬、纖維混編、薄膜疊層等。

2.1 熱固性預(yù)浸料制備方法

（1）濕法——濕法也稱溶液法，其工藝過程如圖1所示，將樹脂基體溶于一種沸點(diǎn)較低的溶劑中，從而形成一種特定濃度的溶液，隨后再將纖維束或者織物按一定的浸漬速度對樹脂溶液進(jìn) 行浸漬，并用計(jì)量輥筒來控制樹脂的含量，隨后通過烘箱來干燥預(yù)浸料并揮發(fā)沸點(diǎn)低的溶劑，最后把浸漬料進(jìn)行收卷。濕法的特點(diǎn)是設(shè)備簡單、操作方便、通用性大。而該方法的缺點(diǎn)是難以對增強(qiáng)纖維與樹脂基體比例進(jìn)行精確的控制，因而不易實(shí)現(xiàn)預(yù)浸料中樹脂基體的均勻分布。此外，溶劑的揮發(fā)量難以控制并且揮發(fā)還會造成環(huán)境污染，所以濕法工藝在國外已逐步被淘汰。

（2）干法——干法也稱熱熔法，首先是將樹脂在高溫下熔融，然后通過不同的方式浸漬增強(qiáng)纖維制成預(yù)浸料。按樹脂熔融后的加工狀態(tài)，可以將干法分為一步法和兩步法。其中一步法是直接將纖維通過含有熔融樹脂的膠槽浸膠，然后烘干收卷。兩步法是先在制膜機(jī)上將熔融后的樹 脂均勻涂覆在浸膠紙上制成薄膜，然后與纖維或織物疊合經(jīng)高溫處理。

干法的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)浸料的樹脂含量可以精確控制，因此制品不僅表面外觀好而且制成的復(fù)合材料空隙率低，避免了因空隙帶來應(yīng)力集中。它的缺點(diǎn)是設(shè)備比較復(fù)雜，制作工藝繁瑣，對樹脂的熔點(diǎn)有要求。對于厚度較大的預(yù)浸料，樹脂容易浸透不均勻。

（1）熔融浸漬法——如圖2所示，將增強(qiáng)纖維連續(xù)與（熔融的）熱塑性樹脂連續(xù)通過預(yù)浸漬裝置，裝置中有擠出機(jī)，可以對連續(xù)提供樹脂并對其加熱。樹脂的含量由計(jì)量輥筒進(jìn)行控制。樹 脂與纖維接觸直接浸漬，充分浸透纖維從而得到 復(fù)合材料預(yù)浸料。該方法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂的含量控 制容易，預(yù)浸料揮發(fā)分含量低（無溶劑），減少了環(huán)境污染同時減少了材料（特別是增強(qiáng)材料）的損失。它的缺點(diǎn)也很明顯，第一是對樹脂的黏度有較高要求且樹脂在加工過程中流動性要好。第二是樹脂長期在高溫的熔融的狀態(tài)下，因此樹脂發(fā)生降解的可能性大大提高，從而對所制備的復(fù)合材料的性能產(chǎn)生影響。

（2）粉末浸漬法——粉末浸漬法是將帶靜電的樹脂粉末沉積到已被吹散的纖維上，再經(jīng)過高溫處理使樹脂熔融嵌入到纖維中。粉末法的最大特點(diǎn)是能快速連續(xù)生產(chǎn)熱塑性預(yù)浸料，纖維損傷少，工藝過程歷時少，聚合物不易分解，具有成本低的優(yōu)勢。這種方法的不足之處在于樹脂粉末直徑必須在5～10 μm，而直徑在10 μm以下的樹脂顆粒的制備難度大，且與浸潤所需的時間、溫度、壓力有關(guān)。

（3）溶液浸漬——溶液浸漬法就是將基體樹脂用一定的溶劑完全溶解形成溶液，再將纖維絲 束通過裝有基體樹脂溶液的浸漿槽，使得纖維上沾有樹脂，然后等待樹脂與纖維充分的浸漬后將 溶劑除去、烘干，最后得到預(yù)浸料。該法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂基體容易浸透增強(qiáng)材料，可制造厚型預(yù)浸料且設(shè)備造價較低。它的缺點(diǎn)是對樹脂的沸點(diǎn)有要求，對與PEEK、PPS（結(jié)晶型）樹脂，沒有合適的低沸點(diǎn)溶劑可溶因此不便用溶液法進(jìn)行預(yù)浸。溶劑的使用也會產(chǎn)生很大的環(huán)境污染問題。

(4）纖維混雜法——纖維混雜法是先將熱塑性樹脂紡成纖維或纖維膜帶，再根據(jù)含膠量的多 少將增強(qiáng)纖維與樹脂纖維按一定比例緊密地并合成混合紗，然后將混合紗織制成一定的產(chǎn)品形狀， 最后通過高溫作用使樹脂熔融，嵌入纖維中。纖維混雜法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量易于控制，樹脂浸 潤過程與預(yù)浸料固化過程同時進(jìn)行，纖維能得到充分浸潤，可以直接纏繞成型得到復(fù)雜外形的制件。缺點(diǎn)是在樹脂浸潤過程中，樹脂難以實(shí)現(xiàn)均勻浸潤，同時織造過程中易造成纖維損傷。

（5）薄膜層疊——薄膜層疊方法就是將增強(qiáng)體纖維放在聚合物薄膜之間，加熱熔融后的樹脂浸漬纖維，得到復(fù)合材料的預(yù)浸料。該工藝的 優(yōu)點(diǎn)是操作簡單。缺點(diǎn)是熱塑性樹脂尤其是高性 能熱塑性樹脂在熔融狀態(tài)下黏度很大，不利于纖維的浸漬，因此該方法制備得到的復(fù)合材料性能不高。

（未完待續(xù)）