[发明专利]一种碳纤维表面快速复合强化处理方法

摘要

本发明涉及一种碳纤维表面快速复合强化处理方法，包括1)检测碳纤维参数；2)选择微颗粒轰击处理机的类型；3)选择微颗粒的类型该微颗粒的种类为球形颗粒或者椭球形颗粒；4)控制微颗粒轰击处理机处理碳纤维的操作参数；5)选择辐照处理机；6)控制辐照处理机的操作参数；7)对碳纤维进行轰击和辐照处理；8)对经过辐照处理后的碳纤维进行性能检测；9)制备复合材料。该方法具有快速、高效的特点，并且能够使得碳纤维表面得到强化，同时改善其与树脂基体的粘接性，进而很快地用于制备碳纤维增强复合材料，同时还能够在制备复合材料的现场进行应用，有效提高了生产速度，提高了生产力，确保了复合材料的力学性能能够满足使用要求。

主权项

一种碳纤维表面快速复合强化处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)检测碳纤维参数：检测待处理的碳纤维的具体参数值，该参数值包括抗拉强度值、弹性模量；其中无明显的表面缺陷，抗拉强度＞70MPa，模量＞200GPa，纤维直径均匀且同一束纤维直径相对误差＜5％；2)选择微颗粒轰击处理机的类型：根据前一步检测碳纤维的上述参数值选择适合对该碳纤维进行机械轰击处理的微颗粒轰击处理机，其中该微颗粒轰击处理机类型选择的标准为：微颗粒的直径应当与待机械轰击碳纤维直径同一数量级且直径小于待机械轰击碳纤维直径的微颗粒轰击处理机；所述微颗粒轰击处理机采用空气压缩机喷射微颗粒，并且该微颗粒轰击处理机上还设置有多个微颗粒喷头；3)选择微颗粒的类型：该微颗粒的种类为球形颗粒或者椭球形颗粒；4)控制微颗粒轰击处理机处理碳纤维的操作参数：在选择好微颗粒轰击处理机与微颗粒类型后，控制该微颗粒轰击处理机的轰击压力为碳纤维的抗拉强度的1/10‑1/3，微颗粒的轰击速率根据碳纤维缠绕线速度确定，其中，碳纤维缠绕线速度400‑500m/s，则每根碳纤维单位长度平均接受的微颗粒数目为20‑100粒/m；5)选择辐照处理机：根据步骤1)中检测碳纤维的具体参数值选择合适的激光辐照处理机；其中，辐照处理机类型的选择标准为：CO2激光处理机或光纤激光处理机；在辐照处理中，辐照处理机能够选择在低温环境下进行辐照，其中该低温环境的温度为‑100‑0℃；在辐照处理中，辐照处理机还可采用电子束辐照处理机或者等离子体辐照处理机；6)控制辐照处理机的操作参数：控制辐照处理机的功率为50‑200W；，扫描速度为20‑30mm/s，扫描方向为沿着碳纤维束方向，光斑直径为2.5‑5mm，碳纤维侧向单位截面上激光束停留时间为0.5‑5s，光束入射角为20‑30°，光束锥角为10‑15°；7)对碳纤维进行轰击和辐照处理：在完成上述步骤后，控制微颗粒的轰击处理机的上述操作参数，当待机械轰击碳纤维表面上均出现轰击凹部时，停止微颗粒轰击处理机的机械轰击动作；将机械轰击处理后的碳纤维移设到激光辐照处理机上，根据碳纤维轰击凹部的数量，进行激光辐照处理，控制该阶段的辐照处理机的上述操作参数值，对碳纤维轰击凹部进行辐照处理；激光处理后，辐照强化区内的碳纤维束中各碳纤维抗拉强度和耐折性弯曲强度均达到其最大值，伸长率达1.5‑2％；在上述步骤7)中的微颗粒轰击处理中，微颗粒轰击处理机进行轰击处理时，微颗粒的直径为待机械轰击碳纤维直径的1/10‑1/3；在上述步骤7)中微颗粒轰击处理中，还设置有碳纤维传送装置，该碳纤维传送装置分别设置在微颗粒轰击处理机和激光束处理机前部；8)对经过辐照处理后的碳纤维进行性能检测：检测处理后的碳纤维是否满足制备复合材料的标准，其中检测的种类包括碳纤维的抗拉强度值、弹性模量、应变值是否满足设计标准，如符合设计标准，则继续下述步骤；如不符合设计标准，则重新返回上述步骤7)；9)制备复合材料：在碳纤维复合材料机上进行碳纤维与树脂基体复合，并对复合后的复合材料进行强度检测，待强度检测达标后，停止上述步骤1)至步骤8)，或者继续重复上述步骤1)至步骤8)，对下一批待接轰击碳纤维进行处理。