[发明专利]一种碳纤维材料制品的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维材料制品的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维粉末与聚丙烯腈粉末的混合粉末在避光条件下加入有机粘接剂，得到混合浆料；将混合浆料装入3D打印成型设备中，利用可控紫外线光束，采用面曝光或点扫描的方式，根据零件三维模型逐层打印，制成碳纤维制品粗坯；将碳纤维制品粗坯进行低温脱脂处理和热等静压处理，获得致密的碳纤维制品。本发明利用光固化快速成型原理，碳纤维制品的形状不受约束，制备方法方便快速，并且产品致密性较好，填补了市场上制备碳纤维制品的空白。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种碳纤维材料制品的制备方法。

背景技术

碳纤维材料由于强度高、重量轻，在航空、航海、军工、汽车等领域有广泛的应用。目前碳纤维制品主要采用缠绕成形、卷制成形、模压成形、真空成形、充气成形等工艺制成。复杂结构碳纤维材料制品的制造主要采用模压成形法，它是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下压制成形。

现有的缠绕成形、卷制成形、模压成形、真空成形、充气成形等制造方法具有如下缺点：1)现有制造技术可成形制品/零件结构复杂程度有限，仅能制造简单结构制品。2)模压成形法制造模具的周期过长，模具费用高，不适用于带有定制化特点的单件/小批量碳纤维材料制品的制造。以上缺点使得模具热压烧结方法不适用于小批量及复杂形状碳纤维/碳纤维复合材料制品的生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维材料制品的制备方法，解决了现有方法不适用于小批量及复杂形状碳纤维及碳纤维复合材料制品生产的问题。

本发明采用的技术方案是，一种碳纤维材料制品的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，原料制备

将碳纤维粉末与聚丙烯腈(PAN)粉末混合得到混合粉末，再将混合粉末在避光条件下加入有机粘接剂中，混合均匀，得到混合浆料。

步骤2，粗坯制造

将混合浆料装入3D打印成型设备中，利用可控紫外线光束，采用面曝光或点扫描的方式，根据零件三维模型逐层打印，制成碳纤维制品粗坯。

步骤3，后处理

将碳纤维制品粗坯进行低温脱脂处理，使粗坯中的有机粘接剂蒸发溢出；再进行热等静压处理，获得致密的碳纤维制品。

本发明的特点还在于：

优选地，有机粘接剂为环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸树脂或氨基丙烯酸树脂。

优选地，聚丙烯腈(PAN)占混合粉末总体积的0.1％～1％。

优选地，混合粉末与有机粘接剂的体积比为0.4:1～0.7:1。

优选地，逐层打印的层厚控制在20～80μm，光源波长为200～400nm。

优选地，采用面曝光时，曝光时间为0.1-3s；采用点扫描时，光斑直径为0.1～0.15mm，光斑移动速度1-300mm/min。

优选地，低温脱脂处理的温度400℃～800℃，时间1-2h。

优选地，热等静压处理温度800℃～1050℃、压强100MPa～200MPa、时间0.2-3h。

优选地，碳纤维为聚丙烯腈基碳纤维、沥青碳纤维、粘胶基碳纤维、酚醛基碳纤维或气相生长碳纤维。

本发明的有益效果是，本发明采用3D打印技术制造碳纤维材料制品，能够方便、快速制备出具有高致密度的各种形状的碳纤维制品，且制品的形状不受约束，工序简单，制造效率高，制得的碳纤维或碳纤维复合材料制品内部致密，无气孔、夹渣等缺陷。

具体实施方式