[发明专利]一种碳纤维增强复合材料及其制备工艺

摘要

本发明为一种碳纤维增强复合材料及其制备工艺，将碳纤维编织物在50～70％的硝酸，30～50％的硝酸钠、氯化铁、高锰酸钾、酸性重铬酸钾中的一种或几种，5～20％的双氧水所调配成浓度为50～60％的复合预处理溶液中进行预处理；采用模压成型方法，将碳纤维编织物放在可调控张拉机构中预张紧，然后通过定位装置固定在模具上，铺上所需厚度的热固性树脂粉末，并根据所需制造的碳纤维增强复合材料性能指标，逐层地将碳纤维编织物和所需厚度的热固性树脂粉末铺在模具中的基体位置，直至达到所设计的层数和厚度，然后进行加热升温压制成型。通过采用特殊配制的复合溶液对碳纤维进行表面处理，大大提高了碳纤维与热固性材料的相容性，改善了碳纤维与基体树脂的粘合性能。采用模压工艺成型，具有成型工艺简单、生产灵活且周期短，设备投资小，成本低。

主权项

一种碳纤维增强复合材料及其制备工艺，其特征在于，包括以下工艺步骤：(1)碳纤维的预处理：配制复合预处理溶液，复合预处理溶液以重量百分比计，由以下组分组成：50～70％的硝酸，30～50％的硝酸钠、氯化铁、高锰酸钾、酸性重铬酸钾中的一种或几种，5～20％的双氧水，将上述成分的无机酸、无机酸盐按照比例配制后，加水调配成浓度为50～60％的复合预处理溶液；将待处理的碳纤维编织物浸泡在所配制好的复合预处理溶液中，在40～90℃度的反应温度下，处理30min～150min后，取出用氢氧化钠溶液和水充分洗涤，直至pH值不显酸性，然后经80～150℃烘干；(2)压制成型采用模压成型方法，模具分上下模，外包裹加热套实现加热，用热电偶控温，变压器调整升温速度，成型时将碳纤维编织物放入预先清理好的成型模具中并紧贴下模腔，将碳纤维编织物放在可调控张拉机构中预张紧，张拉过程中要保证纤维连续且张紧度一致，通过调节碳纤维编织物的张紧力，使碳纤维编织物在进入成型模具前始终处于有张紧力的状态，然后通过定位装置固定在模具上，铺上所需厚度的热固性树脂粉末，然后调整整个张拉机构至所需高度，重复上述工艺逐层地将碳纤维编织物和所需厚度的热固性树脂粉末铺在模具上，根据制成后碳纤维增强复合材料所应达到的力学性能指标及碳纤维增强复合材料的宽度与厚度确定板材内部所需铺设碳纤维编织物的规格及数量，由成型模具及碳纤维编织物定位装置确定碳纤维编织物在碳纤维增强复合材料中的基体位置及布置形式，直至达到所设计的层数和厚度，盖上上模，然后盖上上模，加热升温，压制成型，整个升温过程分为3个步骤：①加热升温至230～260℃，恒温10～30min，目的是为了防止温度上升过快，避免超出设定的温度使树脂碳化；②升温至270～290℃，恒温20～40min，目的是使树脂充分熔融，具有一定的流动性，能较好地浸润碳纤维编织物；③然后以一定速率冷却，目的是避免迅速降温而引起不必要的体积应力和热应力，从而影响片材的力学性能；当率冷却到40～50℃时脱模，即得到所需性能和尺寸的碳纤维增强复合材料，最后将制得的复合材料加工成各种产品。