[發明專利]一種碳纖維材料制品的制備方法

在審

• 申請號: 201610164100.7
• 申請日: 2016-03-22
• 公開（公告）號: CN105694376A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 薛蕾;嚴峻;趙曉明;楊東輝
• 申請（專利權）人: 西安鉑力特增材技術股份有限公司
• 主分類號: C08L63/10
• 分類號: C08L63/10;C08L75/14;C08L67/06;C08L33/00;C08L33/20;C08K7/06;B29C67/00;B33Y40/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發明公開了一種碳纖維材料制品的制備方法，包括以下步驟：將碳纖維粉末與聚丙烯腈粉末的混合粉末在避光條件下加入有機粘接劑，得到混合漿料；將混合漿料裝入3D打印成型設備中，利用可控紫外線光束，采用面曝光或點掃描的方式，根據零件三維模型逐層打印，制成碳纖維制品粗坯；將碳纖維制品粗坯進行低溫脫脂處理和熱等靜壓處理，獲得致密的碳纖維制品。本發明利用光固化快速成型原理，碳纖維制品的形狀不受約束，制備方法方便快速，并且產品致密性較好，填補了市場上制備碳纖維制品的空白。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種碳纖維材料制品的制備方法。

背景技術

碳纖維材料由于強度高、重量輕，在航空、航海、軍工、汽車等領域有廣泛的應用。目前碳纖維制品主要采用纏繞成形、卷制成形、模壓成形、真空成形、充氣成形等工藝制成。復雜結構碳纖維材料制品的制造主要采用模壓成形法，它是將經預混或預浸的纖維狀模壓料，投入到金屬模具內，在一定的溫度和壓力下壓制成形。

現有的纏繞成形、卷制成形、模壓成形、真空成形、充氣成形等制造方法具有如下缺點：1)現有制造技術可成形制品/零件結構復雜程度有限，僅能制造簡單結構制品。2)模壓成形法制造模具的周期過長，模具費用高，不適用于帶有定制化特點的單件/小批量碳纖維材料制品的制造。以上缺點使得模具熱壓燒結方法不適用于小批量及復雜形狀碳纖維/碳纖維復合材料制品的生產。

發明內容

本發明的目的是提供一種碳纖維材料制品的制備方法，解決了現有方法不適用于小批量及復雜形狀碳纖維及碳纖維復合材料制品生產的問題。

本發明采用的技術方案是，一種碳纖維材料制品的制備方法，包括以下步驟：

步驟1，原料制備

將碳纖維粉末與聚丙烯腈(PAN)粉末混合得到混合粉末，再將混合粉末在避光條件下加入有機粘接劑中，混合均勻，得到混合漿料。

步驟2，粗坯制造

將混合漿料裝入3D打印成型設備中，利用可控紫外線光束，采用面曝光或點掃描的方式，根據零件三維模型逐層打印，制成碳纖維制品粗坯。

步驟3，后處理

將碳纖維制品粗坯進行低溫脫脂處理，使粗坯中的有機粘接劑蒸發溢出；再進行熱等靜壓處理，獲得致密的碳纖維制品。

本發明的特點還在于：

優選地，有機粘接劑為環氧丙烯酸樹脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸樹脂或氨基丙烯酸樹脂。

優選地，聚丙烯腈(PAN)占混合粉末總體積的0.1％～1％。

優選地，混合粉末與有機粘接劑的體積比為0.4:1～0.7:1。

優選地，逐層打印的層厚控制在20～80μm，光源波長為200～400nm。

優選地，采用面曝光時，曝光時間為0.1-3s；采用點掃描時，光斑直徑為0.1～0.15mm，光斑移動速度1-300mm/min。

優選地，低溫脫脂處理的溫度400℃～800℃，時間1-2h。

優選地，熱等靜壓處理溫度800℃～1050℃、壓強100MPa～200MPa、時間0.2-3h。

優選地，碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維、瀝青碳纖維、粘膠基碳纖維、酚醛基碳纖維或氣相生長碳纖維。

本發明的有益效果是，本發明采用3D打印技術制造碳纖維材料制品，能夠方便、快速制備出具有高致密度的各種形狀的碳纖維制品，且制品的形狀不受約束，工序簡單，制造效率高，制得的碳纖維或碳纖維復合材料制品內部致密，無氣孔、夾渣等缺陷。

具體實施方式