[发明专利]一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料热压成型方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料加工领域，具体涉及一种碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型方法。

背景技术

聚醚醚酮（简称PEEK）是分子主链中含有链节的线性芳香族的半结晶性热塑性塑料。PEEK具有耐高温、耐溶剂、耐老化、耐水解、耐辐射、阻燃性好以及极高的比强度和比模量，能够在宽广的温度范围和极端条件下提供卓越的综合性能，是世界上公认的性能最佳的热塑性塑料之一。

热压成型是航空航天领域生产主承力结构的先进树脂基复合材料制件的重要的工艺方法。现有的热塑性树脂复合材料热压成型装置主要由热压机和相应模具所构成，虽然其技术应用已经相对成熟，但对于碳纤维增强高性能聚醚醚酮复合材料而言，依然存在很多不足。目前热压装置所采用的液压机驱动，因为液压油沸点及密封圈熔点限制，大部分只能进行200℃以下的热压成型，而成型聚醚醚酮温度必须达到400℃左右。另外高性能的碳纤维复合材料制品尤其在航天和军工领域中主要采用真空环境制造，现有的模压成型装置不具备真空模压条件。专利号为CN103602039A的发明专利报道了一种通过聚醚醚酮与二苯砜混合制备树脂薄膜然后与编织纤维布复合热压成型的方法。该方法将聚醚醚酮与二苯砜混合虽然能提高聚醚醚酮树脂的流动性，改善树脂分散能力；然而，由于缺少抽真空形成的负压，使得聚醚醚酮对于纤维实现完全浸渍很困难，难以满足航天和军工要求。

专利文献号为CN105034410A的发明专利报道了一种碳纤维增强环氧树脂复合材料真空模压成型装置，该装置引入抽真空功能，大幅减少树脂中的气泡含量，提高试件表面的光洁度。但该发明成型对象为粘度较低的热固性树脂，且成型温度为90-110℃，属于低温模压范畴，不需要考虑加热和冷却速度问题，无法满足高温碳纤维增强聚醚醚酮复合材料成型需求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种碳纤维增强聚醚醚酮复合材料热压成型方法,以求解决现有技术存在的问题，实现在保持生产设备简单的前提下，针对高熔点（400℃）高粘度聚醚醚酮树脂，解决生产过程中材料内部孔隙率大，树脂浸渍纤维不充分，试样性能不足，成型周期长等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型方法，利用复合板材热压成型装置，该装置包括液压机、成型模具和真空系统；所述成型模具包括上凸模和与之相匹配的下凹模,上凸模和下凹模均通过模座安装在液压机的工作台上；上凸模和下凹模相对设置，下凹模位于上凸模之下，用于存放预浸料；上凸模、下凹模内部设有冷却单元，所述上凸模、下凹模固定板内开设有多个冷却通道，与上凸模、下凹模内设的冷却单元一并，通过流量计和调节阀与空冷机相连；所述上凸模、下凹模内设的冷却单元及固定板内开设的各个冷却通道的进气口和出气口，分别通过耐高温软管汇接成一路进气口和一路出气口，使冷却管道直接与外界联通；与上凸模、下凹模之相连的模座内部设有加热单元；所述加热单元为在上凸模、下凹模的模座内埋设的多个加热管，与液压机分离；模座与工作台之间设有隔热板,使成型模具与复合板材热压成型装置其余部分隔热；所述真空系统包括真空罩和真空泵，真空罩设在所述成型模具和液压机外部，用于抽出成型模具工作空间的空气，形成负压；其特征在于，包括如下步骤：

（1）投料：将碳纤维增强聚醚醚酮预浸料放入装置的成型模具的下凹模中；

（2）抽真空：将模具温度升至200℃左右后，同时在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩内的绝对真空度达到1KPa以下；

（3）热压：将模具温度升至390-410℃，液压机驱动上凸模下移，对下凹模内的预浸料施加10-30 ton的压力，并保温15-30min；

（4）冷却：停止加热和抽真空，以5-20℃/min冷却速度冷至100℃，取出制品，完成成型。

进一步的，所述真空罩装有可视化窗口，便于观测热压过程；所述真空罩可四面拆卸，便于装置检修；所述真空罩真空度可控制在1KPa以下，有利于复合材料纤维束内部及层间气体的析出，使熔融的聚醚醚酮树脂更好的占据这些空间，大幅减少树脂中的气泡含量，提高试件表面的光洁度及制件性能。

进一步的，所述的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置中，加热单元为在上凸模、下凹模的模座内埋设的多个加热管，与液压机分离，不仅实现模具的快速加热，从常温加热至410℃所需时间在30 min之内；并且将加热系统从液压机中剥离出来，有效避免因液压油沸点及密封圈熔点限制只能进行200℃以下的热压成型的缺陷。