[发明专利]一种硅橡胶小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具

说明书

本申请提供了一种用于硅橡胶模具的类金刚石微纳米结构及具有该结构的一种硅橡胶小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具。以丙酮，酒精，去离子水分别对硅橡胶模具进行超声波清洗，除去表面的油脂和污物，并用热风吹干，之后采用电介质阻挡放电反应器进行常温等离子体改性，随后转移至溅射腔室中，采用溅射法制备Al掺杂DLC涂层。所述的这种用于橡胶模具的类金刚石微纳米结构及其制备方法解决了现有技术中的橡胶模具表面易腐蚀、不易脱模、硬度不高、耐磨性不强的技术问题。此外还提供了具有该涂层的小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具。

技术领域

本申请涉及一种硅橡胶模具表面结构，具体为一种溅射制备DLC涂层，及具有该涂层的一种硅橡胶小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具。

背景技术

纤维增强复合材料具有高比强度、高比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、密度小、热膨胀系数低、尺寸稳定性高等优势，已被广泛用于航天、航空、航海等领域；复合材料及舱体结构，为保证产品具有一定的刚度，减轻产品重量，设置网格筋增强结构是一种通用的设计方法。与增加壁厚实现同等刚度相比，设计成环网格筋增强结构能够大幅度地节省材料成本，及人工工时；一般情况下复合材料舱段结构为金属模具，分为分瓣阳模具及外阴模，但是在产品尺寸较小时，内部阳模根本无法正常脱模，本申请介绍了一种小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具。

类金刚石膜层(Diamond like Carbon，DLC)，是一种同时兼具金刚石结构和石墨结构的非晶碳膜高性能材料，碳原子主要以SP²和SP³键结合，具备优异的力学性能与摩擦学性能，能够显著改善硅橡胶模具的磨损、黏连、腐蚀、不易脱模问题；但DLC膜层与硅橡胶基体的物理性能差异较大导致膜-基结合强度较差，使得DLC膜层在使用过程中易脱落。

发明内容

本申请提供了一种用于硅橡胶模具的类金刚石微纳米涂层，所述的这种用于橡胶模具的类金刚石微纳米涂层及其制备方法解决了现有技术中的橡胶模具表面易腐蚀、不易脱模、硬度不高、耐磨性不强的技术问题。此外还提供了具有该涂层的小型网格筋增强结构复合材料舱段用模具。

用于硅橡胶模具的类金刚石微纳米涂层的制备方式主要包括以下步骤：

以丙酮，酒精，去离子水分别对硅橡胶模具进行超声波清洗，除去表面的油脂和污物，并用热风吹干。

采用电介质阻挡放电反应器进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯硅烷、甲烷混合气体，通气流速为15-35mL/min，硅烷与甲烷体积比为（0.5-0.8）:1，在电介质阻挡放电反应器中施加10kHz、20-25kV的交流电源产生常温含Si、C等离子体，对模具施加处理1-2min。

随后转移至溅射腔室中，Al靶与石墨靶相对设置，首先Ar离子轰击靶材3-5分钟，分别清洗和活化靶材；溅射腔室真空度抽至10^-5Pa时，通入溅射气体氩气，使其起辉，进行预溅射3-5分钟，除去两靶材表面的杂质、污物；进行溅射镀膜时两靶材的工艺参数为：Al靶功率为50-200W，石墨靶功率为100-400W，Al靶与石墨靶溅射功率之比为1:2；工作气压保持在0.2-2.0Pa、溅射时间10-15min、偏压-80~-200V。

通过常温等离子体改性，能够在硅橡胶表面接枝含有Si和C的活性基团，作为硅橡胶与后续溅射制备得到的类金刚石层的过渡层，提高了DLC层与硅橡胶的结合性，经过含有Si、C等离子体处理后的硅橡胶表面具有更多的悬挂键，为DLC成膜过程提供更多的结合点位，特别是对于易变形的硅橡胶，在后续脱模过程中，即使出现形变也并不会导致表面的DLC层出现开裂、脱落的现象。

通过溅射参数的调整在模具表面形成微纳米结构的Al掺杂DLC涂层，Al的加入能够降低涂层表面能，该DLC层的引入，能够在硅橡胶模具和使用该模具成型的碳纤维铺层结构之间形成阻隔，避免二者性质接近导致在脱模过程中出现粘连，由于制备得到的DLC涂层具有微纳米结构，并且表面能较低，可以进一步降低在模具表面发生粘附的可能。