1 前言
自1940年以來，連續纖維增強熱固性復合材料的研究與應用在復合材料領域占主導地位。進入20世紀80年代，連續纖維增強熱塑性塑料的研究成為國際上關注的熱點課題。連續纖維增強熱塑性復合材料興起之后，人們借鑒纖維增強熱固性復合材料的成型工藝，對其預浸料加工采用“濕法”，即溶液（或溶劑）浸漬和熔融浸漬。由于高性能熱塑性基體塑料（如PEEK)具有高的熔融溫度和熔融粘度，因此引起基體潤濕、浸漬增強纖維以及預浸料適型性的問題。為了克服這些困難，開發了用混纖預浸料加工纖維增強熱塑性復合材料的新工藝方法，其中包括增強纖維與熱塑性基體纖維混合而成的混纖紗、織物混纖。這種新方法可以較好解決高分子量熱塑性聚合物浸漬的問題，容易控制增強纖維和基體的比例，有良好的適型性。混纖預浸料作為熱塑性復合材料的基礎材料，其結構對復合材料的浸漬性能、力學性能有重要影響。
2混纖預浸料的結構分析
混纖型預浸料的主要目的是解決熱塑性復合材料加工中的浸漬性。如果在混纖預浸料中，增強纖維與基體纖維呈現均勻分布，且沒有任何兩根增強纖維緊密排列（見圖1），則在復合材料成型加工中，基體纖維就可以實現基體的原位浸漬與固化，大大縮短基體的流動路徑，提高加工效率。
3 混纖預浸料結構型式
3.1混纖紗
連續增強纖維和熱塑性聚合物纖維（長絲或短纖維）通過特有的加工技術形成。在DERFIII摩擦紡紗機上實現連續增強纖維紗作為芯紗，基體短纖維包纏在芯紗上的混纖包芯紗。該工藝方法加工的混纖紗是增強纖維位于紗線中心的皮芯紗。增強相中捻度為零，保證增強纖維強度最佳利用。位于芯層的增強相被基體纖維完全覆蓋，保護增強纖維在織造加工中免受意外損傷。但是基體纖維與增強纖維的結合不很牢固，在后加工過程中，尤其是織造加工中，若沿著紗線方向反復摩擦，易引起“剝皮”現象，即基體纖維在增強纖維上滑移。同時由于增強
纖維與基體纖維的區域性分布（見圖2），在復合材料加工中有可能產生基體浸漬不充分或浸漬時間延長的問題。借助于科弗紡紗的原理，可以加工連續增強纖維／熱塑性長絲混纖紗。這種混纖紗結構類似于圖1，不同之處僅僅是基體纖維性狀有差異。上述方法加工的混纖紗中增強纖維與熱塑性纖維的混合程度差。
織物混纖包含增強纖維紗與熱塑性纖維紗交替作經紗與緯紗進行織造加工雙向織物，以及用增強纖維作經紗，熱塑性纖維作緯紗進行織造加工單向織物。這種方法加工預浸料比混纖紗加工織物預浸料的加工成本低。然而，混纖紗織物的懸垂性比織物混纖好。由于混纖紗使增強纖維和熱塑性基體纖維產生良好的混合，因而提高了熱塑性纖維熔融后浸漬的速度和效果，可以獲得力學性能良好的復合材料。通常，織物混纖加工對低分子量聚合物是較合適的。高分子量聚合物應進行混纖紗加工。
另一種織物混纖方法是以增強纖維紗（或熱塑性纖維紗）作經紗、熱塑性纖維紗（或增強纖維紗）作緯紗，進行織物混纖加工。用這種方法加工的預浸料只能加工單向熱塑性復合材料。對織物混纖加工復合材料用預浸料，在織造過程中要避免打緯對增強纖維造成損傷，尤其是織機鋼筘摩擦對增強纖維長絲產生擦傷，使增強纖維束中的單絲斷裂。同時這種預浸料加工方法的增強纖維與熱塑性基體纖維的混合程度差。
4混纖紗浸漬分析
假定一根紗束中熔融基體對增強纖維浸漬是固定的，即此紗束中的基體只對其中的增強纖維進行浸漬而且浸漬是自足的。同時在復合材料加工中所有混纖紗束同時進行浸漬，它們的幾何形狀完全相同。那么，整個復合材料的浸漬能通過單紗束浸漬來描述。
在聚合物復合材料的加工中存在著基體通過由纖維構成介質的流動。熱塑性基體有相對高的粘性，基體流動速率不可能高，因此基體流動是粘性支配。由基體浸漬的基本假設，對混纖紗復合材料中基體的浸漬可看作基體垂直增強纖維材料的一維流動則：
混纖預浸料的結構對基體的浸漬行為有重要影響，基體的浸漬直接與復合材料的性能、加工成本有關。實現復合材料的快速加工并降低加工成本，對混纖復合材料而言，增強纖維與熱塑性基體纖維要有良好的混合，并且在預浸料加工過程中要避免對增強纖維造成強度損傷，引起復合材料的力學性能下降。因此，研究預浸料的結構對熱塑性復合材料的加工具有重要意義。
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熱塑性復合材料用混纖預浸料特征.pdf
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