[发明专利]一种纤维复合材料的制备方法及其专用设备

权利要求书

1.一种制备纤维复合材料的专用设备，其特征在于，所述设备包括机架、纤维处理模块、光固化成形模块以及含有控制软件的计算机；

所述纤维处理模块包括纤维喷头(1)、喷胶喷头(3)、纤维底板(5)、刮板(4)、X-Y平面运动机构(2)和水平直线运动机构(6)；纤维喷头(1)和喷胶喷头(3)均安装在X-Y平面运动机构(2)上，纤维底板(5)安装在水平直线运动机构(6)上；刮板(4)位于纤维底板一端，其下部紧贴纤维底板上表面；

所述光固化成形模块包括光源(8)、料盒(7)、成型台(13)、Z轴垂直导轨(14)和X轴水平导轨；成型台安装在Z轴垂直导轨上；光源位于料盒下方；料盒内设有刮刀(10)，刀尖与料盒底部留有间隙，该刮刀沿X轴水平导轨运动；

所述的X-Y平面运动机构(2)、水平直线运动机构(6)、刮板(4)、Z轴垂直导轨(14)、X轴水平导轨、料盒和光源均安装在机架上；

所述计算机分别通过控制线路控制所述的纤维喷头、喷胶喷头、纤维底板的运动，以及成型台的升降、刮刀的运动和光源的曝光时间。

2.根据权利要求1所述的一种制备纤维复合材料的专用设备，其特征在于，所述光源采用LED灯、汞灯、氙灯或激光，其波长范围为295-460nm。

3.采用如权利要求1所述设备的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)分层切片：使用三维建模软件设计制件模型，用分层软件对制件进行切片处理，得到纤维层和基体材料层的分层厚度和形状，并将分层厚度与形状数据导入计算机中；

2)纤维定向分布和纤维喷胶处理：X-Y平面运动机构带动纤维喷头和喷胶喷头，根据分层形状和区域首先在纤维底板上喷涂一层纤维材料，其厚度不大于步骤1)中的纤维层的分层厚度；然后喷胶喷头在纤维层上喷射一层粘结剂；

3)粘取纤维材料：使成型台沿Z轴垂直导轨运动至纤维底板水平面之上，纤维底板沿X轴水平运动机构运动至成型台之下；然后使成型台下降，当成型台底部或已成形部分底部与纤维层上的粘结剂接触时停止下降；然后成型台上升与纤维底板分离；

4)铺展光固化基体材料层：纤维底板在X轴水平运动机构带动下复位，刮板将纤维底板上剩余的纤维材料和粘结剂清理干净，同时料盒中的刮刀沿X轴水平轨道运动，使料盒底部铺上一层基体材料；

5)单层光固化成形：成型台下降，使成型台底部或已成形部分底部与料盒底面形成一定间隙，该间隙等于步骤1)中设定的分层厚度；调用步骤1)中设定的单层形状和区域数据，开启光源曝光，进行单层的光固化成形；

6)层层累积：重复步骤2)～5)的操作，得到层层堆积的纤维增强树脂材料打印制件或纤维复合陶瓷材料坯件；

7)进行后处理：对纤维增强树脂材料打印制件或纤维复合陶瓷材料坯件进行处理，最终得到纤维复合材料或陶瓷多孔材料。

4.如权利要求3所述的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的纤维材料包括高分子纤维材料、陶瓷纤维材料和碳纤维材料中的一种或几种的组合。

5.如权利要求3所述的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述的光固化基体材料为纯光敏树脂、添加纳米填料的光敏树脂或光敏陶瓷浆料。

6.根据权利要求3所述的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的纤维层厚度为10～500μm。

7.根据权利要求3所述的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于，所述光固化基体材料的铺料厚度为10μm-1000μm。

8.根据权利要求3-7任一权利要求所述的一种纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤7)中所述的后处理包括清洗、脱脂和烧结过程；其中纤维增强树脂打印制件只需要进行清洗，纤维复合陶瓷材料坯件需要进行清洗、脱脂和烧结三个步骤；所述的纤维复合陶瓷材料坯件的脱脂过程中，树脂脱除温度在400-600℃，升温速率为0.1-5℃/min，烧结温度为1000℃-2000℃，烧结气氛为氧化气氛、还原气氛或真空气氛，高分子纤维材料或碳纤维复合的纤维复合陶瓷坯件在烧结后得到多孔陶瓷材料。