[發(fā)明專利]一種鋼基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710313098.X | 申請日： | 2017-05-05 |
| 公開（公告）號： | CN107022724B | 公開（公告）日： | 2018-09-14 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 靳普 | 申請（專利權(quán)）人： | 至玥騰風科技投資集團有限公司 |
| 主分類號： | C22C47/06 | 分類號： | C22C47/06;C22C47/04;C22C47/08;C22C49/08;C22C49/14;C22C101/10 |
| 代理公司： | 北京律譜知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11457 | 代理人： | 羅建書 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 碳纖維復(fù)合材料 膠合劑 鋼基 碳纖維 鋼基材料 化學鍵連接 碳纖維表面 粘結(jié) 制備 纏繞 成型 抽真空處理 化學鍵形成 液態(tài)膠合劑 鋼材基體 加壓冷卻 三維結(jié)構(gòu) 復(fù)合材料 斷裂力 海綿狀 基材料 交界面 珊瑚狀 液態(tài)鋼 放入 浸潤 模具 擠壓 復(fù)合 | ||
本發(fā)明涉及一種鋼基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法，該鋼基碳纖維復(fù)合材料包括多個相互纏繞的彎曲碳纖維、鋼基材料和粘結(jié)在碳纖維表面的膠合劑；其中碳纖維、膠合劑與鋼基材料通過化學鍵連接形成，粘結(jié)在碳纖維表面的膠合劑與鋼基材料之間通過化學鍵形成珊瑚狀交界面；該鋼基碳纖維復(fù)合材料利用液態(tài)膠合劑對碳纖維進行浸潤；將多余膠合劑擠壓掉后進行纏繞處理，形成沾滿膠合劑且具有三維結(jié)構(gòu)的海綿狀碳纖維；抽真空處理后，與液態(tài)鋼基材料進行復(fù)合；最后放入模具加壓冷卻成型，得到成型的通過化學鍵連接的鋼基碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明所形成的復(fù)合材料遠遠突破常規(guī)各類鋼材基體材料自身的模量上限，剛度、抗拉強度、斷裂力和剪切強度得到大幅增加。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鋼基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)
由于普通鋼材的模量、抗拉強度、抗疲勞強度、比強度都有上限，不能滿足更高層面的材料學需求，所以越來越多的汽車制造商開始將鋼基體碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用于汽車板材，以提高汽車性能并降低汽車制造成本。
現(xiàn)有以鋼為基體的纖維增強型復(fù)合材料主要包括如下兩種：碳纖維板材鋼板夾層復(fù)合材料和碳纖維絲束-碳纖維預(yù)制棒復(fù)合材料。這兩種碳纖維復(fù)合材料材料性能提高不明顯，而且碳纖維與鋼板間的復(fù)合不緊密、界面易脫層脫離。
另外，以鋼為基體的纖維增強型復(fù)合材料往往都有成本、生產(chǎn)難度以及設(shè)計方面的困難。比如以碳纖維的連續(xù)纖維或經(jīng)緯編織布作為增強相時，需要根據(jù)使用條件預(yù)先設(shè)計后再柔性制造，無法做出類似金屬材料的各向同性的通用件。大量碳纖維由于耐溫性差、氧化氛圍下易燃燒、大部分特種纖維與鐵原子不能結(jié)合或容易直接發(fā)生化學反應(yīng)等特性，導致此類復(fù)合材料的生產(chǎn)有著比較復(fù)雜的模具、工藝流程和較高的成本。尤其涉及柔性制造開模、烘烤等流程時，基本無法使用工業(yè)化方法制造此類材料。
由此可見，現(xiàn)有以鋼為基體的纖維增強型復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制作成本高，而且碳纖維與鋼板間的界面易脫層脫離，材料性能有待提高。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前存在的問題，提供一種鋼基碳纖維復(fù)合材料及其制備方法，其中復(fù)合材料的各項性能遠高于普通鋼材，同時生產(chǎn)成本、工藝門檻和批量化流程及通用性等方面都控制在金屬材料體系內(nèi)，使得有高性能材料需求的行業(yè)普遍受益。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：
本發(fā)明提供一種鋼基碳纖維復(fù)合材料，其包括：
多個相互纏繞的彎曲碳纖維、鋼基材料和粘結(jié)在碳纖維表面的膠合劑；
所述碳纖維、膠合劑與鋼基材料通過化學鍵連接形成，其中，粘結(jié)在碳纖維表面的膠合劑與鋼基材料之間通過化學鍵形成珊瑚狀交界面。
更優(yōu)選地，所述鋼基碳纖維復(fù)合材料的各個組分中，以體積計，碳纖維占50～90％，膠合劑占5-20％，剩余為鋼基材料。
更優(yōu)選地，所述鋼基碳纖維復(fù)合材料的各個組分中，以體積計，碳纖維占70～85％，膠合劑占8-12％，剩余為鋼基材料。
更優(yōu)選地，所述鋼基碳纖維復(fù)合材料的各個組分，以體積計，碳纖維占77.5％，膠合劑占10％，剩余為鋼基材料。
更優(yōu)選地，所述碳纖維的長度為5～10厘米。
更優(yōu)選地，所述膠合劑在碳纖維表面形成20-40nm的膠膜。
更優(yōu)選地，所述膠合劑為熱塑性樹脂、高溫油性膠、高溫乳膠、高溫交聯(lián)油中的一種或幾種。
本發(fā)明還提供一種上述鋼基碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟：
步驟A，將設(shè)定體積的碳纖維投入油床中，利用該油床中的液態(tài)膠合劑對碳纖維進行浸潤；
步驟B，將經(jīng)過充分浸潤的碳纖維提取出，并擠壓以去除其中的多余膠合劑；
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