[发明专利]碳纤维增强复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种碳纤维增强复合材料的制备方法，所述方法使用碳纤维增强复合材料的制备装置，其特征在于包括如下步骤：

组装所述制备装置，将与铜包覆层（7）的上端置于外坩埚（1）与内坩埚（2）之间，下端与连铸筒盘（25）对齐进行支撑；

将第一铝合金丝（20）通过第一水平送丝轧辊（20-1）、第一导向轮（20-2）、第一垂直送丝轧辊（20-3）送入内坩埚（2）所在方向，并运动至第一缠绕机构（18）中的第一齿轮（32）上方后停止运动；然后将第一碳纤维辊（33）上的第一碳纤维（9）、第二纤维辊（37）和第三碳纤维辊（46）上的第二碳纤维（10）通过铝合金环固定到第一铝合金丝（20）上；

将第二铝合金丝（21）通过第二水平送丝轧辊（21-1）、第二导线轮（21-2）、第二垂直送丝轧辊（21-3）送入内坩埚（2）所在方向，并运动至第二缠绕机构（19）中的第一齿轮（32）上方后停止运动；然后将第一碳纤维辊（33）上的第一碳纤维（9）、第二纤维辊（37）和第三碳纤维辊（46）上的第二碳纤维（10）通过铝合金环固定到第二铝合金丝（21）上；

将第三铝合金丝（22）通过第三水平送丝轧辊（22-1）、第三导线轮（22-2）、第三垂直送丝轧辊（22-3）送入内坩埚（2）方向，然后停止第三铝合金丝（22）的运动；

驱动连铸杆（28），使连铸筒盘（25）和连铸盘（26）上升至其上表面与外坩埚（1）底部平齐；然后启动第一水平送丝轧辊（20-1）、第一导向轮（20-2）、第一垂直送丝轧辊（20-3）使得第一铝合金丝（20）向内坩埚（2）所在方向运动，同时启动第一缠绕机构（18），使得在第一铝合金丝（20）的运动过程中将第一碳纤维（9）螺旋缠绕在第一铝合金丝（20）上，同时两根第二碳纤维（10）交替沿着第一铝合金丝（20）运动方向夹持第一碳纤维（9），直至插入第一铝合金丝（20）下方的第一隔热管（3）中；同时启动第二水平送丝轧辊（21-1）、第二导线轮（21-2）、第二垂直送丝轧辊（21-3）使得第二铝合金丝（21）向内坩埚（2）所在方向运动，同时启动第二缠绕机构（19）使得第二铝合金丝（21）的运动过程中将第一碳纤维（9）螺旋缠绕在第二铝合金丝（21）上，同时两根第二碳纤维（10）交替沿着第二铝合金丝（21）运动方向夹第一持碳纤维（9），直至第二铝合金丝（21）下方的插入第二隔热管中；

在整个缠绕的初始状态，第一碳纤维辊（33）位于第二齿轮（32）的左侧，第二缠绕升降杆（43）位于最下位置，第一缠绕升降杆（41）位于右侧且处于最上位置；第一碳纤维辊（33）上的第一碳纤维（9）缠绕在铝合金丝上，并压住第二纤维辊（37）上的第二碳纤维（10），而此时第二缠绕升降杆（43）因为处于最下位置，使得第一碳纤维辊（33）上第一碳纤维（9）未压住第三碳纤维辊（46）上的第二碳纤维（10）；随着第一齿轮（32）向另一个半圈的转动，第二纤维辊（37）向下运动，使得其继续压紧上半圈第一碳纤维（9），同时第三碳纤维辊（46）向上运动，使得其上的第二碳纤维（10）逐渐与铝合金丝平行，当第一齿轮（32）刚好转完下半圈的时候，第一碳纤维辊（33）上的第一碳纤维（9）刚好压住第三碳纤维辊（46）上的第二碳纤维（10），此时第二纤维辊（37）位于最下位置，其上的第二碳纤维（10）未被第一碳纤维（9）压住；

随着第一齿轮（32）的转动，第一碳纤维（9）不断的缠绕在铝合金丝上，同时第二纤维辊（37）和第三碳纤维辊（46）一上一下的运动下实现第二碳纤维（10）沿着铝合金丝的方法交叉缠绕沿铝合金丝做螺旋运动的第一碳纤维（9）；

直至缠绕第一碳纤维（9）和第二碳纤维（10）的第一铝合金丝（20）和第二铝合金丝（21）接触连铸盘（26），然后停止第一铝合金丝（20）和第二铝合金丝（21）及第一缠绕机构（18）和第二缠绕机构（19）的运动；将石膏浆注入到连铸盘（26）上，覆盖第一铝合金丝（20）和第二铝合金丝（21）；然后，启动内加热丝（11）对石膏浆加热固化，待其干燥以后，启动主加热丝（4）、内加热丝（11）、辅助加热丝（15）、行波磁场发生器（29），使得初始铜管材部分发生熔化，行波磁场发生器（29）向下施加行波磁场；

启动第三水平送丝轧辊（22-1）、第三导线轮（22-2）、第三垂直送丝轧辊（22-3），将第三铝合金丝（22）送入内加热丝（11）内部，使其熔化滴入铜包覆层（7）中心，待铝合金熔体（6）液面稳定并铺满初始铜管材后；不断向熔炼坩埚（16）投入铜料（17），使其熔化不断滴入外坩埚（1）与内坩埚（2）中间；启动第一合金丝（20）和第二铝合金丝（21）及第一缠绕机构（18）和第二缠绕机构（19）的运动，同时通过连铸筒驱动和连铸杆驱动，分别通过连铸支撑筒（27）和连铸杆（28）带动连铸筒盘（25）和连铸盘（26）向下运动；随着第一铝合金丝（20）和第二铝合金丝（21）进入铝合金熔体（6）并发生熔化，由于螺旋状的第一碳纤维（9）被两根第二碳纤维（10）交替夹持不会溃散且不会一起漂浮至铝合金熔体（6）的上表面，同时在向下行波磁场的作用下，进一步抑制了碳纤维的漂浮；

随着上述运动，在冷凝器（7-1）的作用下初始铜管材的熔化部分不断进入冷区，并发生凝固，形成铜包覆层（7）；初始铜管材内的铝合金熔体（6）也随着连铸盘（26）向下运动，在初始铜管材发生凝固形成铝合金芯（8），随着铜包覆层（7）的形成，最终铝合金熔体（6）将在铜包覆层（7）形成包含螺旋状的第一碳纤维（9）并伴随两根第一碳纤维（10）的铝合金芯（8），最终形成铜包铝连续碳纤维增强复合材料坯料；

待整个工艺制备完毕后，停止第一铝合金丝（20）、第二铝合金丝（21）、第三铝合金丝（22）、第一缠绕机构（18）、第二缠绕机构（19）的运动，停止主加热丝（4）、内加热丝（11）、辅助加热丝（15）以及行波磁场发生器（29）；切断第一铝合金丝（20）、第二铝合金丝（21）以及第三铝合金丝（22），取出铜包铝连续碳纤维增强复合材料坯料；后续对铜包铝连续碳纤维增强复合材料坯料进行拉拔，螺旋装的第二碳纤维（9）逐渐变直，在铜包铝线材中形成续碳纤维增强体；而第二碳纤维（10）被拉断，在铜包铝线材中形成间断碳纤维增强体。