[發明專利]一種結構梯度可調控碳纖維復合材料熱壓燒結設備

在審

• 申請號: 202110601539.2
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113276435A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 薛成龍;王守仁;楊學峰;張明遠;郭宇;韓套輪;肖滕;孫兆磊;朱國棟
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B29C67/04
• 分類號: B29C67/04;B29C43/00;B29C43/02;B29C43/32;B29C43/36;B29C43/56
• 代理公司: 山東眾成清泰律師事務所 37257
• 代理人: 丁修亭

本發明公開了一種結構梯度可調控碳纖維復合材料熱壓燒結設備，在本發明的實施例中，采用了一種新的技術路線，即使碳纖維織物直接與待復合材料的熔融物復合，而不再是待復合材料片復合，待復合材料處于熔融狀態時，易于獲得各向均性，因而復合材料的性能可控性好。同時，熔體相對于片體，更加容易調整碳纖維織物的用量和分布密度，同時也不再受熱壓熱透的影響，而具有更好的梯度可調性。

技術領域

本發明涉及一種碳纖維復合材料的制備工藝設備。

背景技術

碳纖維是一種特種纖維，耐高溫性能居所有化纖之首，作為碳纖維的主要應用，碳纖維復合材料是將碳纖維與例如樹脂等材料復合而形成的材料，人們常說的碳纖維實質是碳纖維復合材料。典型地，如碳纖維與PEEK（Poly-Ether-Ether-Ketone，聚醚醚酮）復合的材料，在工業領域應用極為廣泛。

碳纖維復合材料的制備方法通常是，碳纖維先編織成碳纖維織物，而將如聚醚醚酮則制成片狀物，然后進行層鋪，即一層PEEK，一層碳纖維織物，依次間隔層鋪成具有預設層數的堆疊物，然后將堆疊物移送至熱壓機進行熱壓復合。這種制備方法，層鋪至少有幾十層，受外層物質的遮蔽，在熱壓復合所需要的溫度條件下（一般稍高于例如PEEK的常態下的熔點）充分熱透相對困難，因此，在很多應用中，熱壓復合的保溫時間長達幾小時、十幾小時，甚至幾十小時，效率極為低下。

同時，受熱壓層鋪的限制，為了確保能夠在相對較短的時間內熱透層鋪物，層鋪的層數往往會受到很大的限制，導致所制備的碳纖維復合物構件的厚度相對較小，不能一次性的制備出厚度相對較大的碳纖維復合物構件，影響了熱壓復合工藝的推廣應用。

如果采用較高的工藝溫度，以盡快的熱透層鋪物，勢必會帶來其他的問題。熱壓復合時，慣常的熱壓復合溫度稍高于例如PEEK的熔點，但在熱壓的工藝壓強下，360℃是較為合適的成形溫度，熔體在冷卻時晶核的生成主要為均相成核，如果溫度較高時，容易產生尺寸相對較大的球晶結構，導致制品變脆。如果溫度再高，例如高于400℃，則可能導致PEEK碳化。因此，通過增加溫度，弊大于利。尤其是，當溫度較高時，熔體的流動性變強，很難控制壓合過程中碳纖維在復合材料中的位置。

溫度相對較高時，熔體流動性變強，熱壓復合的模具間隙易于溢料，造成產品形狀不規則。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠適于制備具有相對較大厚度的碳纖維復合材料的結構梯度可調控碳纖維復合材料熱壓燒結設備。

在本發明的實施例中，提供了一種結構梯度可調控碳纖維復合材料熱壓燒結設備，包括：

機架，該機架包括具有水平臺面的工作臺；

模具，該模具包括動模和安裝在水平臺面上并與動模對位的靜模，以及工裝；

升降運動機構，安裝在機架上，并位于模具的上方，升降運動機構的動力頭與動模間固定連接，以提供合模或開模動力；以及

加熱裝置，用于對模具進行加熱；

其中，工裝至少具有一對或兩對固定板，固定板間固定連接，且對內兩固定板相互平行，并保持預定距離；若為兩對固定板時，四塊固定板圍合成矩形筒；

至少一對固定板在豎向上排布有連接結構，碳纖維布至少相對的兩端借助于所述連接結構固定在位于相應端的固定板上，并層層排布；

相應地靜模具有開口向上的模腔，用于盛裝待復合的材料熔體，所述開口用于所述工裝介入模腔。

可選地，若工裝只有一對固定板時，兩固定板外表面間的距離與模腔選定的與固定板平行的兩內壁面的距離相同；

若工裝為矩形筒時，矩形筒橫斷面的外廓與模腔橫斷面的內廓屬于相同的矩形。

可選地，若只有一對固定板時，用于固定板間連接的結構體為：

第一結構，構成工裝的底板，以與固定板的底緣連接；

第二結構，構成工裝的頂板，以與固定板的頂緣連接；