碳纤增强 PEI 的加工成型主要有以下几种方式及要点:
注塑成型 原料干燥:碳纤增强 PEI 具有一定的吸湿性,注塑前需进行干燥处理,要求湿度值应小于 0.02%,建议在 150℃下干燥 4 小时,以防止材料降解. 料筒温度:一般熔化温度为 340℃-415℃,温度过低会导致材料塑化不良,影响制品的外观和性能;温度过高则可能引起材料降解. 模具温度:模具温度通常控制在 107℃-175℃,建议模具温度为 140℃,适当提高模具温度有助于改善制品的表面光泽度,减少碳纤维浮露和表面粗糙的问题,但过高的模具温度会延长成型周期. 注射压力:由于碳纤增强 PEI 的流动性比未增强的 PEI 差,需要较高的注射压力来保证熔体能够顺利充模,注射压力一般在 700bar-1500bar 之间,具体数值需根据制品的结构和尺寸进行调整. 注射速度:应使用尽可能高的注射速度,这样可以使碳纤维在熔体中分布更加均匀,提高制品的性能,但注射速度过快可能会导致制品出现飞边、气泡等缺陷,需根据具体情况进行优化. 保压与冷却时间:保压时间一般为 5s-10s,冷却时间也在 5s-10s 左右,保压和冷却时间的长短会影响制品的尺寸精度和内部应力分布,需根据制品的厚度和形状进行合理调整 。 挤出成型 挤出机选型:适合选用单螺杆或双螺杆挤出机,螺杆的长径比一般在 20-30 之间,压缩比在 2-3 左右,以确保物料能够充分塑化和均匀挤出。 温度设置:挤出机各段温度的设定要根据碳纤增强 PEI 的特性和挤出工艺要求进行调整。通常,加料段温度较低,在 200℃-220℃;塑化段温度升高至 300℃-320℃;均化段温度保持在 310℃-330℃左右,口模温度则控制在 300℃-320℃。 螺杆转速:螺杆转速一般控制在 20rpm-50rpm 之间,较低的螺杆转速有利于物料的充分塑化和碳纤维的均匀分散,但会降低生产效率;较高的螺杆转速则可能导致物料剪切过热和碳纤维断裂,影响制品性能。 牵引速度:牵引速度要与挤出速度相匹配,一般牵引速度略快于挤出速度,以保证制品具有一定的拉伸强度和尺寸稳定性,牵引速度通常在 0.5m/min-2m/min 之间 。 预浸料成型 溶液浸渍法:先将 PEI 树脂溶解于适当的溶剂中形成树脂胶液,再使碳纤维在胶液中浸润后通过加热除去溶剂,从而制备出所需的预浸料。该方法工艺流程简便、设备较简单,并且有效克服了热塑性树脂熔体黏度高、难以浸渍充分的缺点,但仅适用于能溶于适当溶剂的树脂基体,且溶剂的挥发和后处理会带来环境污染和成本增加等问题,不适用于工业中的大规模生产. 熔融浸渍法:指树脂基体以熔融状态浸润纤维的一种制备工艺,可通过熔体拉挤法或熔体注射法来实现。与溶液浸渍法相比,熔融浸渍法无需溶剂,因而从根本上避免了溶剂对复合材料性能的影响,同时对环境污染小、制备周期短、能控制预浸料中树脂含量,因而适用于连续生产,但该方法的关键在于如何实现碳纤维的充分浸润. 反应链增长浸渍法:又称原位聚合浸渍法,是通过将单体或预聚体与纤维混合后,在一定引发条件下于纤维表面快速反应生成聚合物,从而达到浸润纤维的目的。由于低分子量的单体或预聚体具有低黏度的优点,因而能够实现纤维的充分浸润,但该工艺存在引发剂或溶剂难以完全除去的问题,易造成制品综合性能的降低,且工艺条件不易控制,因而尚不能在工业生产中得到广泛应用.