1 前言

       自1940年以來，連續(xù)纖維增強熱固性復(fù)合材料的研究與應(yīng)用在復(fù)合材料領(lǐng)域占主導(dǎo)地位。進入20世紀80年代，連續(xù)纖維增強熱塑性塑料的研究成為國際上關(guān)注的熱點課題。連續(xù)纖維增強熱塑性復(fù)合材料興起之后，人們借鑒纖維增強熱固性復(fù)合材料的成型工藝，對其預(yù)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(yù)浸料適型性的問題。為了克服這些困難，開發(fā)了用混纖預(yù)浸料加工纖維增強熱塑性復(fù)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(yù)浸料作為熱塑性復(fù)合材料的基礎(chǔ)材料，其結(jié)構(gòu)對復(fù)合材料的浸漬性能、力學(xué)性能有重要影響。

2混纖預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)分析

      混纖型預(yù)浸料的主要目的是解決熱塑性復(fù)合材料加工中的浸漬性。如果在混纖預(yù)浸料中，增強纖維與基體纖維呈現(xiàn)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(fù)合材料成型加工中，基體纖維就可以實現(xiàn)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。        然而，要實現(xiàn)圖1所示的混纖預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)是困難的。按照目前紡織加工的工藝方法，還不能達到這一點，特別是有確定增強纖維取向的混纖預(yù)浸料。因此，研究適合于熱塑性復(fù)合材料的的混纖預(yù)浸料結(jié)構(gòu)加工是十分必要的。

3  混纖預(yù)浸料結(jié)構(gòu)型式

3.1混纖紗

       連續(xù)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(shù)形成。在DERFIII摩擦紡紗機上實現(xiàn)連續(xù)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(jié)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(fù)摩擦，易引起“剝皮”現(xiàn)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(qū)域性分布（見圖2），在復(fù)合材料加工中有可能產(chǎn)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(xù)增強纖維／熱塑性長絲混纖紗。這種混纖紗結(jié)構(gòu)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。       利用噴氣氣流加工的連續(xù)增強纖維／熱塑性長絲混纖紗（見圖3），克服了增強纖維與基體纖維呈區(qū)域性分布的缺點，具有增強纖維和基體纖維良好的混合以及增強纖維束的適當開松的優(yōu)點，較好地解決了熱塑性基體浸漬增強纖維的問題。 3.2織物混纖

       織物混纖包含增強纖維紗與熱塑性纖維紗交替作經(jīng)紗與緯紗進行織造加工雙向織物，以及用增強纖維作經(jīng)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(yù)浸料比混纖紗加工織物預(yù)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(chǎn)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(xué)性能良好的復(fù)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(yīng)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(jīng)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(yù)浸料只能加工單向熱塑性復(fù)合材料。對織物混纖加工復(fù)合材料用預(yù)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(chǎn)生擦傷，使增強纖維束中的單絲斷裂。同時這種預(yù)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(fù)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(fù)合材料的浸漬能通過單紗束浸漬來描述。

      在聚合物復(fù)合材料的加工中存在著基體通過由纖維構(gòu)成介質(zhì)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(shè)，對混纖紗復(fù)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：      即基體浸漬相同距離所用的時間增大。減小纖維體積分數(shù)可以縮短基體的浸漬時間，但是纖維體積分數(shù)顯著影響復(fù)合材料的性能。因此，在增強纖維與基體體積分數(shù)不變的情況下，分割纖維體積即在增強纖維中分段插入基體，見圖4。混纖預(yù)浸料中增強纖維與基體纖維均勻混和、分布是解決基體浸漬的良好途徑。 5結(jié)語

       混纖預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)對基體的浸漬行為有重要影響，基體的浸漬直接與復(fù)合材料的性能、加工成本有關(guān)。實現(xiàn)復(fù)合材料的快速加工并降低加工成本，對混纖復(fù)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(yù)浸料加工過程中要避免對增強纖維造成強度損傷，引起復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。因此，研究預(yù)浸料的結(jié)構(gòu)對熱塑性復(fù)合材料的加工具有重要意義。

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