一种PA6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材及其制造方法与流程

本技术涉及碳纤维复合材料领域，尤其涉及一种pa6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材及其制造方法。

背景技术：

1、碳纤维是一种轻质、高强、耐酸碱腐蚀等物理化学性能出色的高分子材料。碳纤维通常作为增强体增强树脂等基体而制备成复合材料，极大改善材料强度。

2、根据碳纤维增强复合材料所使用的树脂分类，主要有热塑性和热固性复合材料两类。过去人们制备碳纤维增强复合材料时基本选择用热固性树脂基体，热塑性塑料只占有很少的部分。热固性树脂因其强度和结构特点而得到了普遍的选用，并且在工业领域形成了大规模的生产。热固性树脂在加工成型后，三维网状结构有较好的强度、耐热性能及耐化学腐蚀性能，完全可以承担复合材料对基体的高性能要求，但是其仍然有许多明显无法补救的缺点，且不说成型速度慢等原因，热固性树脂对环境的污染是如今限制其使用的致命伤。如今随着世界对越来越紧迫的环境污染的逐渐治理，复合材料也要符合可持续发展的时代诉求。使用复合材料时满足性能要求己经不能作为唯一的参考条件。各国都亟需不但能达到传统的结构要求而且可以尽量减少环境污染的新型复合材料的诞生。

3、热塑性树脂复合材料正是在这种背景下迎来新生。热塑性树脂加热熔融，降温结晶硬化性质可适用于快速加工制成外形较为复杂的产品，并且成本低、可回收。在首次将碳纤维用于与树脂复合时，对于热塑性树脂基（例如聚砜类树脂）的碳纤维增强热塑性树脂复合材料（cfrtp）就有过很多尝试，cfrtp主要具备包括较高的强度与模量、抗蠕变、耐疲劳、耐腐蚀、耐磨损、优异的振动衰减特性等在内的很多优良性能。cfrtp复合材料还有很多热固性树脂复合材料难以比拟的优势：

4、（1）所制预浸料性能稳定且不用在特殊环境中限期存放；

5、（2）cfrtp复合材料在生产流程简单易行而容易进行自动化流水作业；

6、（3）热塑性树脂不是三维网状结构而通常是线型结晶分子链结构，韧性、抗化学腐蚀性和抗冲击性能好；

7、（4）热塑性树脂在高温环境下耐热性能好从而使复合材料力学强度稳定；

8、（5）热塑性树脂完全可以通过加热熔化实现回收再使用，对生态环境污染小。

9、因而近些年来cfrtp复合材料得到了相当普遍的关注并成为开发热点。

10、热塑树脂的优点众多，但也有不足之处，比如浸渍难度大，加工流动性较差。

11、现有的pa6（又称尼龙6、聚酰胺6或锦纶6）碳纤维热塑板薄膜层叠模压制造方法中，生产的pa6热塑碳纤维板材产品0°拉伸强度（mpa）和45°拉伸强度（mpa）低，无法满足某些行业的生产要求。

12、在采用低克重碳纤维机织物制备超薄pa6碳纤维热塑板时，使用现有制造方法无法浸透碳纤维织物，生产的产品中pa6膜与碳纤维织物分层，无法获得合格产品。

技术实现思路

1、本技术的目的之一在于提出一种pa6碳纤维展宽机织物热塑板材及其制造方法，通过该方法生产的产品的力学性能大幅度高于现有产品，还适用于制造超薄pa6碳纤维热塑板材。

2、为此，本技术提供了一种pa6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材制造方法，制备过程包括以下步骤:

3、s1.将碳纤维织物和pa6膜，按pa6膜/碳纤维织物/pa6膜的顺序交替铺贴，得到复合材料；

4、s2.将步骤s1中铺贴好的复合材料放入模具中，模具放在可调节温度和压力的热压设备上，对铺贴好的复合材料进行模压，模压包括三个阶段：

5、升温阶段：以预定升温速率从室温升至预定成型温度，在达到预定成型温度之前，对复合材料施加第一预定压力，使复合材料成型；

6、保温保压阶段：升到预定成型温度后，对复合材料施加第二预定压力，并在该第二预定压力下保温预定时长，提供压力是确保产品压实，提供的温度是确保pa6能熔融，浸渍碳布；

7、降温脱模阶段：保持第二预定压力，待复合材料温度自然冷却至预定脱模温度以下时脱模，即保持对复合材料施加45t至55t压力，相当于施加的压强为2.76mpa-3.37mpa，待复合材料温度自然冷却至80℃-100℃以下脱模，可以避免脱模时复合材料没有硬化产生变形，即得pa6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材。

8、其中，预定成型温度为261℃-270℃，第一预定压力为0.49mpa至0.61mpa，第二预定压力为2.76mpa至3.37mpa，保温预定时长为10min-15min。

9、第一预定压力为0.49mpa至0.61mpa，可以避免高压力下对还未熔融的复合材料造成机械损伤，可提高板材的力学性能。

10、现有的pa6（又称尼龙6、聚酰胺6或锦纶6）碳纤维热塑板薄膜层叠模压制造方法中，生产的pa6热塑碳纤维板材产品0°拉伸强度（mpa）和45°拉伸强度（mpa）低，无法满足特种行业的生产要求。本技术的发明人发现pa6膜的加热温度，压力范围和加压时间，冷却速率和冷却时间的不同选择是导致现有pa6碳纤维热塑板材产品0°拉伸强度（mpa）和45°拉伸强度（mpa）低的主要原因。加热温度低使得pa6膜无法充分熔融，无法降低pa6的粘度，导致碳纤维浸渍效果差；加热温度高使得pa6膜发生分解反应，导致pa6膜性能损失。压力范围和加压时间不合适使得pa6碳纤维热塑板材产品变形。冷却速率和时间不合适将会降低pa6膜结晶度，导致pa6碳纤维热塑板材力学性能降低。基于上述不足，本专利方法中的pa6碳纤维热塑板材的生产工艺步骤，加热温度，压力范围和加压时间，冷却速率和冷却时间使得最终的pa6碳纤维热塑板材产品的0°拉伸强度（mpa）和45°拉伸强度（mpa）大幅度高于现有产品（比如专利申请号201610868440 .8，发明名称“一种碳纤维织布增强热塑性树脂超薄片材及其制备方法”的发明专利中制造的产品）。

11、根据一些实施例，步骤s1中碳纤维织物是面密度小于等于200g/㎡的低克重碳纤维织物，其厚度非常薄，与现有技术对比采用超薄织物可以减轻pa6碳纤维热塑板材的重量，减少生产时的浸渍时间。

12、根据一些实施例，步骤s1中pa6膜的厚度为0.03mm-0.2mm，生产的超薄产品的性能更高，应用范围更广。

13、步骤s1中使用的碳纤维织物可由碳纤维丝束通过气流展丝、机械展丝或超声波展丝等展宽处理方式获得展宽纱，展宽纱经机织工艺形成低克重展宽织物，碳纤维丝束制造属于现有技术，可以在市场购得，比如东丽公司t700sc-12k碳纤维丝束。

14、根据一些实施例，使用t700sc-12k丝束通过超声波展宽工艺后形成宽度为16mm的碳纤维展宽纱，展宽纱经机织工艺形成低克重碳纤维织物。

15、根据一些实施例，其中步骤s2升温阶段的预定升温速率为1.5℃/min-2.5℃/min。

16、根据一些实施例，将步骤s1中使用的碳纤维织物的边缘采用高温胶带封边，避免碳布变形，封边宽度为5mm-10mm。

17、根据一些实施例，步骤s1中交替铺贴方式为中心对称铺贴，中心对称铺贴的目的为保证pa6膜和碳纤维织物中心对称，浸渍均匀，避免板材翘曲。

18、根据一些实施例，还包括以下步骤：用铝箔将步骤s1中铺贴好的复合材料密封，目的为避免接触过多空气后pa6膜被高温氧化，此项操作与现有技术比，可提高产品的合格率。

19、根据一些实施例，其中，模具安装有限位块，限位块所控厚度与复合材料及脱模材料厚度之差为0.09-0.12mm，能够确保原料能够压实没有空隙，与现有技术比，可提高产品的合格率。

20、根据一些实施例，步骤s1中铺贴好的复合材料包括3至15层，其中3层的热塑板材厚度薄，强度高，可以应用在飞机制造，机械等需要超薄板材的情形。

21、根据一些实施例，在步骤s2中将多块步骤s1中铺贴好的复合材料堆叠到模具中，相邻复合材料块之间用脱模材料分隔开，比如聚四氟乙烯脱模布，并对堆叠好的复合材料进行模压，可实现至少20块pa6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材同步生产，与现有技术比，提高了生产效率，降低了成本，节约了人工。

22、本技术还涉及一种由以上的制造方法制得的pa6低克重碳纤维展宽机织物热塑板材，该板材包括作为基体材料的pa6膜和作为增强材料的低克重碳纤维织物，其中pa6模和碳纤维织物交替叠置。

23、由以上的制造方法制得的pa6碳纤维展宽机织物热塑板材，该板材0°拉伸强度为485-1043mpa，45°拉伸强度为141-217mpa。

24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。本发明的其它特征、目的和优点将从说明书、附图和权利要求书变得明显。