一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋及其制备工艺的制作方法

本技术涉及复合材料辅材，更具体地说，它涉及一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋及其制备工艺。

背景技术：

1、真空灌注成型是复合材料构件制备的主流工艺之一，配套使用的抽气袋主要用于构建密闭的负压环境，引导树脂均匀浸润纤维增强材料，广泛应用于风电叶片、轨道交通板材、航空航天结构件等领域。抽气袋的密封稳定性直接影响真空环境的持续可靠性，进而关系到树脂灌注的均匀性与复合材料成品的合格率，是真空灌注工艺中的核心辅助材料。

2、目前常规抽气袋多采用微孔透气膜、网格导流网与外层真空袋膜叠合后，经高频焊接封边制成。受网格导流网的经纬镂空结构影响，焊缝区域易残留熔体无法完全填充的微小间隙，同时不同功能层的基材体系存在差异，焊接界面的熔合相容性有限，在长期负压保压过程中易出现焊缝剥离与微泄漏现象，难以满足高精度复合材料灌注工艺的长期密封使用需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中抽气袋焊缝密封稳定性不足，长期负压保压过程中易出现焊缝剥离与微泄漏的问题，本技术提供一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋及其制备工艺。

2、第一方面，本技术提供一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋，采用如下的技术方案：

3、一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋，由内至外依次包括抗静电微孔聚酯透气内层、聚酯纤维导流芯层以及高阻隔增韧抗静电聚酯外层；所述聚酯纤维导流芯层的表面附着有与内外层聚酯基体同属聚酯类高分子体系的低熔点共聚酯涂层；

4、所述高阻隔增韧抗静电聚酯外层按质量份数计包括：聚酯共混基体90至110份，高分子永久抗静电剂5至8份，增韧助剂2至3份，抗氧剂0.5至1份，加工助剂0.2至0.5份；

5、所述抗静电微孔聚酯透气内层按质量份数计包括：聚酯基体85至88份，致孔剂12至15份，共聚型抗静电聚酯母粒3至5份，成核剂0.3至0.8份；

6、所述聚酯纤维导流芯层采用连续聚酯短纤维针刺毡。

7、通过采用上述技术方案，全聚酯体系的各层材料溶解度参数相近，焊接过程中熔融界面处的分子链可相互扩散缠结，形成分子级的熔合界面，异质材料熔合不充分的缺陷得到改善。连续聚酯短纤维针刺毡为无规三维纤维网络结构，不存在传统网格导流网的经纬镂空间隙，焊缝区域可形成连续完整的熔合面。同源低熔点共聚酯涂层与基体材料同属聚酯高分子体系，焊接时可率先熔融并浸润填充纤维间的微小空隙，同时增强层间的界面结合力，整体提升焊缝的致密度与真空密封的长效稳定性。

8、优选的，所述低熔点共聚酯涂层的厚度为1至3μm，熔点为110至130℃，所述涂层均匀附着于聚酯纤维导流芯层的表面及近表面纤维；所述聚酯纤维导流芯层的纤维细度为2至3d，面密度为120至140g/m²，厚度为0.8至1.0mm，透气率≥800mm/s。

9、通过采用上述技术方案，薄型涂层仅在纤维表面及近表面形成包覆层，不会填充芯层内部的导流孔隙，可保障芯层的气体导通能力不受影响。涂层熔点与焊接工艺温度梯度相匹配，可在焊接预热阶段完成熔融浸润，无需额外提升焊接温度。芯层的纤维结构参数可平衡结构支撑性能与气体扩散能力，既保障真空灌注过程中气流的均匀传导，也能在边缘处理后形成平整连续的焊接作用区域。

10、优选的，所述聚酯共混基体由聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯组成；所述高分子永久抗静电剂为聚醚酯酰胺；所述增韧助剂为环氧大豆油；所述抗氧剂为抗氧剂1010；所述加工助剂为硬脂酸锌；

11、所述高阻隔增韧抗静电聚酯外层沿膜厚方向结晶度呈连续梯度分布，靠近聚酯纤维导流芯层一侧结晶度为15%至20%，远离聚酯纤维导流芯层一侧结晶度为30%至35%。

12、通过采用上述技术方案，两种聚酯树脂同属高分子聚酯家族，共混后可借助酯键交换反应提升体系相容性，不易出现宏观相分离。其中一种组分结晶速率慢、热合窗口宽，可优化体系的焊接适配性，另一种组分结晶度高、阻隔性好，可强化膜层的使用性能。结晶度梯度通过差异化冷却速率实现，靠近焊接一侧冷却速率快，晶核生长时间短，结晶度偏低，熔融温度更低，焊接时更易塑化熔合，外侧冷却速率慢，晶体生长更充分，分子链堆砌更规整，可提升气体阻隔性能与力学强度，实现焊接适配性与使用性能的协同兼顾。

13、优选的，所述聚酯基体为半消光聚对苯二甲酸乙二醇酯切片；所述致孔剂为聚乙二醇4000；所述共聚型抗静电聚酯母粒为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠共聚型聚酯母粒；所述成核剂为滑石粉；

14、所述抗静电微孔聚酯透气内层的抗静电组分呈单侧富集分布，接触树脂一侧表面的抗静电组分质量占比低于25%，贴合聚酯纤维导流芯层一侧表面的抗静电组分质量占比高于75%。

15、通过采用上述技术方案，半消光聚酯基体结晶行为稳定，可适配双向拉伸致孔工艺，保障微孔结构的均匀性。致孔剂与聚酯基体在熔融态下部分相容，双向拉伸过程中发生相分离，可形成连续贯通的微孔通道，实现气体透过且阻隔液态树脂的功能。共聚型抗静电母粒与基体主链结构同源，共混后体系相容性稳定，经电场处理后可向目标侧迁移富集，既可为膜层提供持久的静电耗散能力，也能降低接触树脂工作面的抗静电组分占比，减少灌注过程中组分洗脱迁移的可能。

16、第二方面，本技术提供了一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋的制备工艺，采用如下的技术方案：

17、一种抗静电多层聚酯复合的高密封抽气袋的制备工艺，包括以下步骤：

18、s1、外层膜制备：按配方称量外层膜各原料并分别干燥，先将聚酯共混基体送入挤出设备进行熔融，再依次加入聚醚酯酰胺、增韧助剂、抗氧剂、加工助剂进行共混，挤出成膜后先经单侧直流静电场处理，再经双温区冷却辊定型，冷却收卷得到外层膜；

19、s2、内层膜制备：按配方称量内层膜各原料并分别真空干燥，先将聚酯基体送入挤出设备进行熔融，再依次加入致孔剂、共聚型抗静电聚酯母粒、成核剂进行共混，熔融挤出并铸造成厚片，厚片经双向拉伸处理形成微孔结构，经水洗去除残留致孔剂并干燥后，再经单侧直流静电场处理，热定型后收卷得到内层膜；

20、s3、芯层预处理：将聚酯纤维针刺毡裁切为预设尺寸，对边缘待焊接区域进行间歇式热压处理，得到预处理后的导流芯层；

21、s4、预复合处理：向导流芯层涂覆同源低熔点共聚酯界面增强液，干燥后与内层膜对齐叠放，经低温热压处理得到透气导气复合内层；

22、s5、梯度焊封边：将透气导气复合内层与外层膜对齐叠放，采用三段式梯度高频焊接工艺完成周边封边；

23、s6、裁切与检验：修整焊缝外侧边料，依次进行真空密封性、表面电阻率与焊缝剥离强度检测，合格后得到成品抽气袋。

24、通过采用上述技术方案，分步投料的方式可使各类功能助剂逐步分散于已熔融的基体连续相中，减少粉体助剂团聚的概率，保障体系组分分布的均匀性。外层膜在挤出后的高温粘流态下施加电场，利用分子链的自由运动能力诱导抗静电组分定向迁移，随即经双温区冷却快速固化，同步完成结晶度梯度调控与组分分布固定。内层膜双向拉伸成孔后先经水洗去除残留致孔剂，消除小分子析出污染树脂的隐患，再在高温高弹态下完成电场定向迁移，最终经热定型同步稳定微孔形貌与抗静电组分分布。芯层边缘预致密化可提前消除蓬松纤维间隙，预复合工序实现层间的初步锚固固定，避免后续焊接过程中出现层间错位。三段式梯度焊接分步控制热输入，适配聚酯材料的熔融结晶特性，保障焊缝熔合充分且内应力处于较低水平，最终制得结构均匀、密封性能稳定的抽气袋产品。

25、优选的，步骤s1中，所述原料干燥的温度为100至110℃，时长为4至6h；所述熔融共混挤出的温度为220至240℃，螺杆转速为80至100rpm；所述单侧直流静电场的电场强度为10至30kv/m，处理时长为3至5s，施加于刚挤出的高温膜面；所述双温区冷却辊中，贴合导流芯层侧的辊温为20至30℃，外侧辊温为60至70℃。

26、通过采用上述技术方案，真空干燥处理可充分脱除原料中的吸附水分与结合水分，避免熔融加工过程中聚酯发生热水解导致分子量下降，保障膜层的力学性能。熔融共混挤出的工艺条件与共混体系的加工窗口相匹配，可保证物料充分塑化且不会出现过热降解。在刚挤出的高温膜面施加电场，此时膜材处于粘流态，分子链运动能力强，极性抗静电组分可在电场力作用下快速定向迁移，随后经双温区冷却辊快速冷却定型，将组分分布状态与结晶度梯度同步固定。双温区冷却辊通过差异化的冷却速率，在膜厚方向形成稳定连续的结晶度梯度。

27、优选的，步骤s2中，所述真空干燥的温度为115至125℃，时长为11至13h；所述熔融挤出的温度为260至280℃；所述双向拉伸包括纵向拉伸与横向拉伸，纵向拉伸倍率为3.0至3.5倍，拉伸温度为80至90℃，横向拉伸倍率为3.2至3.8倍，拉伸温度为100至110℃；所述水洗采用60至80℃去离子水逆流洗涤，时长为3至5min，洗涤后经热风烘道干燥；所述单侧直流静电场的电场强度为10至30kv/m，处理时长为4至6s；所述热定型的温度为175至195℃。

28、通过采用上述技术方案，深度真空干燥可将聚酯切片的含水率控制在较低水平，保障挤出过程的工艺稳定性。熔融挤出工艺可保证基体充分熔融，制得厚度均匀的铸片，为后续拉伸工序提供合格的坯料。双向拉伸分步调控分子链取向与相分离行为，可形成孔径均匀、连通性良好的微孔结构。高温逆流洗涤可充分溶解洗脱微孔通道内残留的聚乙二醇致孔剂，经热风干燥去除水分后，避免小分子物质在灌注过程中析出污染树脂。电场处理与热定型工序相配合，可在稳定微孔形貌的同时固定抗静电组分的分布状态，避免后续使用过程中组分发生无规迁移。

29、优选的，步骤s3中，所述间歇式热压处理的温度为180至190℃，压力为0.15至0.25mpa，单点处理时长为1至2s。

30、通过采用上述技术方案，间歇式热压处理仅使聚酯纤维表面发生熔融粘结，纤维内部仍保留原有的三维网络结构，既消除边缘蓬松纤维带来的间隙，又不会破坏芯层中部的导流孔隙。处理后的边缘区域形成平整的致密薄层，焊接时界面贴合更紧密，熔体不需要额外填充蓬松纤维间隙，可减少焊缝处气孔产生的概率。

31、优选的，步骤s4中，所述同源低熔点共聚酯界面增强液为低熔点共聚聚酯水性分散体；所述涂覆采用浸渍工艺，浸渍时长为5至10s；所述干燥的温度为40至50℃，时长为5至8min；所述低温热压的温度为110至120℃，线压力为0.15至0.25mpa，运行速度为5至8m/min。

32、通过采用上述技术方案，低熔点共聚聚酯水性分散体以水为分散介质，干燥挥发后可形成连续均匀的聚酯树脂涂层，与基体材料具备良好的相容性。浸渍涂覆的方式可使涂层均匀附着于纤维表面及近表面孔隙中，并非仅停留在芯层表面，涂层与纤维的结合力更强。低温热压处理使涂层发生微熔并与膜层形成锚固结合，实现层间的初步固定，避免后续工序中出现层间滑移错位。

33、优选的，步骤s5中，所述三段式梯度高频焊接的走速为3至5m/min；第一段预热段的温度为160至170℃，焊接压力为0.25至0.35mpa；第二段熔合段的温度为190至200℃，焊接压力为0.45至0.55mpa；第三段冷却定型段的温度为80至90℃，保压压力为0.35至0.45mpa，降温速率≤5℃/s。

34、通过采用上述技术方案，三段式梯度高频焊接通过分步的温度与压力调控，构建适配聚酯材料的热历程。预热段以较低的热输入缓慢升温，使膜层逐步塑化，避免温度骤升导致的微孔结构塌陷与热应力积累。熔合段提供充足的热输入，使焊接界面的分子链充分扩散缠结，形成牢固的熔合界面。冷却段保压缓冷的设置，使焊缝区域逐步降温结晶，内应力得到充分释放，可减少骤冷产生的微裂纹，提升焊缝的剥离强度与长期密封稳定性。

35、综上所述，本技术具有以下有益效果：

36、1、由于本技术采用全聚酯同源的三层复合结构，以连续聚酯短纤维针刺毡作为导流芯层，并在芯层表面附着同源低熔点共聚酯涂层，各层材料体系相容性良好，焊接过程中熔合界面结合更充分，纤维间微小间隙得到有效填充，获得了更优的焊缝结合强度与长效真空密封性能。

37、2、本技术中优选采用双温区冷却调控外层膜结晶度分布的设计，沿膜厚方向形成连续的结晶度梯度，靠近焊接一侧结晶度偏低更易熔融结合，外侧结晶度偏高以保障气体阻隔性能与力学强度，获得了焊接适配性与使用性能兼顾的效果。

38、3、本技术的方法，通过在高温状态下施加单侧直流静电场，诱导内外层膜中的抗静电组分向目标侧定向迁移富集，配合后续冷却或热定型工序固定分布状态，在保障膜层静电耗散能力的同时，降低接触树脂工作面的抗静电组分占比；同时通过水洗洗脱内层微孔残留致孔剂，进一步减少小分子析出风险，获得了抗静电性能与树脂洁净兼容性平衡的效果。

39、4、本技术的方法，通过先对导流芯层边缘进行间歇式热压预致密化处理，再采用三段式梯度高频焊接完成封边，预热熔合缓冷分步调控热输入，可减少焊缝内应力与微裂纹，获得了更高的焊缝剥离强度与长期密封稳定性。