連續纖維增強熱塑性復合材料(Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic composites，簡稱CFRT)是指以熱塑性樹脂為基體，連續性纖維為增強材料，經過樹脂熔融浸漬、擠壓等工形成的輕質、高強度、高剛性、高韌性、可回收的新型熱塑性復合材料。
由CFRTP制成的薄膜和片材可以以多變的方式組合，從而為設計師提供了更多設計自由度 ?圖片：Covestro AG
連續纖維增強熱塑性復合材料性能優異，在交通運輸，航空航天和國防，工業和體育用品方面具有廣闊的應用前景。
? ? ? ? ? ?
CFRT的應用領域 圖片來自GPM
熱塑性復合材料制件的生產，一般情況下需要經過兩個過程：
預浸料是用樹脂基體在嚴格控制的條件下浸漬連續纖維或織物,制成樹脂基體與增強體的組合物,是制造復合材料的中間材料。預浸料的某些性質直接帶入復合材料中，是復合材料的基礎。復合材料的性能在很大程度上取決于預浸料的性能。
連續纖維增強熱塑性復合材料單向預浸帶
與熱固性樹脂基復合材料相比，連續纖維增強熱塑性復合材料的浸漬更復雜，由于熱塑性樹脂的熔體黏度大，一般都超過100Pa·s，熔體流動困難，使得增強纖維很難獲得良好浸漬，因此解決熱塑樹脂對連續增強纖維的浸漬問題成為制備CFRTP片材的關鍵技術。
連續纖維增強熱塑性復合材料的浸漬方式主要有溶液浸漬法、熔體浸漬法、粉末浸漬法、漿狀樹脂沉積法、混編法、薄膜疊層法及反應浸漬等。
溶液浸漬是將樹脂溶于合適的溶劑，使其黏度下降到一定水平，然后采用熱固性樹脂浸漬時所使用的工藝來浸潤纖維，最后通過加熱除去溶劑。
-
克服了熱塑性樹脂溶體粘度高的缺點，使纖維得到良好浸漬；
-
-
-
去除溶劑的過程中存在物理分層，沿樹脂纖維界面滲透以及溶劑可能聚集在纖維表面的小孔和空隙內，造成樹脂與纖維界面不好，耐溶劑性受影響；
-
盡管如此，目前一些采用其他制備技術不易浸漬的高性能樹脂復合材料的制備大多仍采用溶液浸漬法。
熔體浸漬是將熱塑性樹脂加熱熔融后來浸漬纖維的一種制備技術。可以通過兩種方法實現：
一種是熔體擠出浸漬，即利用擠壓器將熔體喂入到纖維經過的模具中。影響熔體擠出浸漬工藝的因素主要是熔體聚合物穿透纖維層的速度，這取決于增強材料的結構。
? ? ? ? ? ?
另一種是熔體拉擠浸漬，采用一種特殊結構的拉擠模頭，讓均勻分散、預加張力的連續纖維束通過一連串輪系間流動著熔融態的基體樹脂的滾輪系統，反復多次承受交替的變化使纖維和熔體強制性的浸漬，達到理想的浸漬效果。但是這種方法只能用于生產長纖維增強顆粒（長度一般為6~10mm）而非片材。
以上兩種方法，施加在纖維上的壓力很大，會導致纖維損傷。而熔體浸漬法的主要優點是不需要任何溶劑。
粉末浸漬法是在硫化床中，通過靜電作用將樹脂細粉吸附在纖維單絲的表面，然后加熱使粉末熔結，最后在成型過程中使纖維得以浸潤。由于在干態下進行浸漬，因此加工過程不受基體黏性的限制，高相對分子質量的聚合體可分布到纖維中。
能夠吸附在纖維上的聚合物顆粒直徑在5~25μm范圍內，樹脂粉末直徑以5~10μm為宜。
-
-
浸潤所需的時間、溫度、壓力依賴于粉末粒徑的大小及分布。
漿狀樹脂沉積法是法國造紙公司Arjomari和英國Wiggins Teape公司開發的，其工藝與造紙工藝相似。Arjomari公司將短切長度在6—25mm的玻璃纖維、樹脂粉末和乳化劑一起分散在水中，成為水懸浮液，然后加入絮凝劑，使其凝聚在液壓成型機的濾網上，使凝聚物與水分離，熱壓成氈狀凝聚物，熔化成片。
漿狀樹脂沉積法的優點，纖維分散性好、破損小，受熱少，生產效率高；缺點是技術難度大、設備成本高。
混編法是將紡成纖維或薄膜帶的熱塑性樹脂與增強纖維按一定比例緊密地合并制成混合砂，再通過一個高溫密封浸漬區，將樹脂纖維熔成基體。
用一般的織造工藝就可以很容易地將混合纖維制成織物，混合越均勻，固化時所需的壓力越小，混合的理想狀態是每一根增強纖維都與基體纖維相鄰，但是由于增強纖維與基體纖維的物理性能差異較大，實際上這是很難以實現的。
混編法具有良好的加工性能，樹脂含量易于控制，纖維能得到充分的浸潤，混合紗可以織成各種復雜形狀，包括三維結構，也可以直接纏繞，制得性能優良的復合材料。
但是該技術不適用于玻纖材料的復合以及日用品或低溫熱塑性工程材料的成型。
薄膜層疊法是纖維增強材料層和熱塑性材料片疊加，加熱加壓使聚合物流入增強材料之間，然后固化。
薄膜層疊法施加的壓力要足夠大，使熔體既能進入纖維層之間，又不至于在增強層之間出現流動，典型壓力值小于2MPa。冷卻之后的復合物應該沒有孔洞，真空輔助施壓可以保證片材無孔。這種方法廣泛應用于成型表面形狀復雜的片材。
-
可以制得高質量的層壓制品，但由于溶體高粘性，需要較高壓力
反應浸漬法是利用單體或預聚體初始分子量小， 熔體黏度低、 流動性好可充分浸潤纖維的特點，通過原位聚合制備連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料。
但這種工藝條件比較苛刻、反應不易控制，尚未實現工業化。
注：本文部分內容摘取自《連續纖維增強熱塑性復合材料的制備與成型》，作者楊銓銓，梁基照，艾邦高分子編輯整理
原文始發于微信公眾號（艾邦復合材料網）：連續纖維增強熱塑性復合材料預浸料的制備工藝
