1. 預浸料概述

預浸料是指樹脂基體以一定方式浸漬于增強纖維上，形成厚度均勻的帶狀或薄片狀半成品片， 是復合材料由原料向制品過渡的中間產品。包含有基體樹脂和增強體纖維。

預浸料按物理狀態可以分成單向預浸料、單向織物預浸料、織物預浸料；按寬度可以分成寬、窄帶（幾毫米到幾十毫米）預浸料，而按樹脂基體不同可以分成熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料；按增強材料不同可以分成碳纖維預浸料、玻璃纖維預浸料、芳綸預浸料；根據纖維長度不同又可以分成短纖維預浸料、長纖維預浸料和連續纖維預浸料。

其中樹脂基體賦予了復合材料優良的力學性能、熱性能、耐化學腐蝕性能和易加工性能，增 強纖維則主要決定了復合材料的機械性能。大部分的熱塑性樹脂都可作為連續纖維增強熱塑性聚合物復合材料的基體，從通用的樹脂聚丙烯 （PP）、聚乙烯（PE）到特種工程樹脂聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等都可以選用，常見不同類型樹脂基體的基本性能對比見表1。

2.  預浸料制備工藝

在60年代，預浸料隨著高性能纖維（碳纖維、 芳綸纖維等）的研制成功而開始研究。它最初的制備方法是將一束一束的纖維平行靠攏在玻璃板上并往里傾注樹脂基體。

在70年代，連續高性能纖維的生產發展為工業化，通過濕法制造的預浸料也發展到了機械化，但是存在設備簡單、存在溶劑揮發、樹脂含量控制精度不高等缺點。后來研發了干法工藝，由于干法制備過程中不需要溶劑溶解樹脂，所以不存在溶劑揮發的問題，且樹脂含量控制精度較濕法高，因而逐漸替代了濕法工藝。我們就對熱固性預浸料和熱塑性預浸料的制備方法進行闡述。通常，熱固性預浸料的制備方法有濕法和干法兩種，熱塑性預浸料的制備方法則有熔融浸漬、粉末浸漬、溶液浸漬、纖維混編、薄膜疊層等。

2.1 熱固性預浸料制備方法

（1）濕法——濕法也稱溶液法，其工藝過程如圖1所示，將樹脂基體溶于一種沸點較低的溶劑中，從而形成一種特定濃度的溶液，隨后再將纖維束或者織物按一定的浸漬速度對樹脂溶液進 行浸漬，并用計量輥筒來控制樹脂的含量，隨后通過烘箱來干燥預浸料并揮發沸點低的溶劑，最后把浸漬料進行收卷。濕法的特點是設備簡單、操作方便、通用性大。而該方法的缺點是難以對增強纖維與樹脂基體比例進行精確的控制，因而不易實現預浸料中樹脂基體的均勻分布。此外，溶劑的揮發量難以控制并且揮發還會造成環境污染，所以濕法工藝在國外已逐步被淘汰。

（2）干法——干法也稱熱熔法，首先是將樹脂在高溫下熔融，然后通過不同的方式浸漬增強纖維制成預浸料。按樹脂熔融后的加工狀態，可以將干法分為一步法和兩步法。其中一步法是直接將纖維通過含有熔融樹脂的膠槽浸膠，然后烘干收卷。兩步法是先在制膜機上將熔融后的樹 脂均勻涂覆在浸膠紙上制成薄膜，然后與纖維或織物疊合經高溫處理。

干法的優點是預浸料的樹脂含量可以精確控制，因此制品不僅表面外觀好而且制成的復合材料空隙率低，避免了因空隙帶來應力集中。它的缺點是設備比較復雜，制作工藝繁瑣，對樹脂的熔點有要求。對于厚度較大的預浸料，樹脂容易浸透不均勻。

（1）熔融浸漬法——如圖2所示，將增強纖維連續與（熔融的）熱塑性樹脂連續通過預浸漬裝置，裝置中有擠出機，可以對連續提供樹脂并對其加熱。樹脂的含量由計量輥筒進行控制。樹 脂與纖維接觸直接浸漬，充分浸透纖維從而得到 復合材料預浸料。該方法的優點是樹脂的含量控 制容易，預浸料揮發分含量低（無溶劑），減少了環境污染同時減少了材料（特別是增強材料）的損失。它的缺點也很明顯，第一是對樹脂的黏度有較高要求且樹脂在加工過程中流動性要好。第二是樹脂長期在高溫的熔融的狀態下，因此樹脂發生降解的可能性大大提高，從而對所制備的復合材料的性能產生影響。

（2）粉末浸漬法——粉末浸漬法是將帶靜電的樹脂粉末沉積到已被吹散的纖維上，再經過高溫處理使樹脂熔融嵌入到纖維中。粉末法的最大特點是能快速連續生產熱塑性預浸料，纖維損傷少，工藝過程歷時少，聚合物不易分解，具有成本低的優勢。這種方法的不足之處在于樹脂粉末直徑必須在5～10 μm，而直徑在10 μm以下的樹脂顆粒的制備難度大，且與浸潤所需的時間、溫度、壓力有關。

（3）溶液浸漬——溶液浸漬法就是將基體樹脂用一定的溶劑完全溶解形成溶液，再將纖維絲 束通過裝有基體樹脂溶液的浸漿槽，使得纖維上沾有樹脂，然后等待樹脂與纖維充分的浸漬后將 溶劑除去、烘干，最后得到預浸料。該法的優點是樹脂基體容易浸透增強材料，可制造厚型預浸料且設備造價較低。它的缺點是對樹脂的沸點有要求，對與PEEK、PPS（結晶型）樹脂，沒有合適的低沸點溶劑可溶因此不便用溶液法進行預浸。溶劑的使用也會產生很大的環境污染問題。

(4）纖維混雜法——纖維混雜法是先將熱塑性樹脂紡成纖維或纖維膜帶，再根據含膠量的多 少將增強纖維與樹脂纖維按一定比例緊密地并合成混合紗，然后將混合紗織制成一定的產品形狀， 最后通過高溫作用使樹脂熔融，嵌入纖維中。纖維混雜法的優點是樹脂含量易于控制，樹脂浸 潤過程與預浸料固化過程同時進行，纖維能得到充分浸潤，可以直接纏繞成型得到復雜外形的制件。缺點是在樹脂浸潤過程中，樹脂難以實現均勻浸潤，同時織造過程中易造成纖維損傷。

（5）薄膜層疊——薄膜層疊方法就是將增強體纖維放在聚合物薄膜之間，加熱熔融后的樹脂浸漬纖維，得到復合材料的預浸料。該工藝的 優點是操作簡單。缺點是熱塑性樹脂尤其是高性 能熱塑性樹脂在熔融狀態下黏度很大，不利于纖維的浸漬，因此該方法制備得到的復合材料性能不高。

（未完待續）