[发明专利]一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨及其制备方法

权利要求书

1.一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）将至少一束碳纤维束加捻成碳纤维绳，再将碳纤维绳编织成碳纤维编织条；所述碳纤维束中碳纤维表面含有树脂；将碳纤维编织条通过模具辅助烘烤定形，在烘烤过程中对碳纤维编织条沿轴向施加拉力或者沿平面垂直施加压力或者同时沿轴向施加拉力和沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织条表面设置预留孔，得到方条状碳纤维预制体；其中，在烘烤过程中，沿轴向施加拉力的大小为20N/cm²~200N/cm²；在烘烤过程中，沿平面垂直施加压力的大小为1N/cm²~10N/cm²；所述碳纤维表面的树脂质量为碳纤维质量的0.5%~2%；

2）将碳纤维束编织成碳纤维编织管，以方条状碳纤维预制体作为芯体，碳纤维编织管作为套管，将两者套装组合成组合件，将组合件通过模具辅助烘烤定形，在烘烤过程中对组合件沿平面垂直施加压力，并在碳纤维编织管表面设置预留孔，得到组合件碳纤维预制体；或者，以碳纤维编织条作为芯体，碳纤维编织管作为套管，将两者套装组合成组合件，将组合件通过模具辅助烘烤定形，在烘烤过程中对组合件沿平面垂直施加压力或者同时对组合件沿平面垂直施加压力和对碳纤维编织条沿轴向施加拉力，并在碳纤维编织条和碳纤维编织管表面设置预留孔，得到组合件碳纤维预制体；其中，在烘烤过程中，沿轴向施加拉力的大小为20N/cm²~200N/cm²；在烘烤过程中，沿平面垂直施加压力的大小为1N/cm²~10N/cm²；

3）将组合件碳纤维预制体通过介质超声处理；所述超声处理以水和/或有机溶剂作为介质，超声频率为20kHz~60kHz，功率密度为0.3W/cm²~1.0W/cm²，温度为30℃~70℃，时间为10min~60min；

4）将介质超声处理后的组合件碳纤维预制体固定在仿形模片上，通过化学气相沉积碳和/或碳化硅基体，得到组合件碳纤维复合材料肋骨坯体；

5）在组合件碳纤维复合材料坯体表面通过化学气相沉积PyC涂层和/或通过物理气相沉积DLC或F-DLC涂层，即得。

2.根据权利要求1所述的一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨的制备方法，其特征在于：

步骤1）中，所述碳纤维束为1k、3k、6k、12k或24k碳纤维，其中，1k表示一千根碳纤维；

步骤1）中，所述碳纤维绳的直径为0.1mm~5mm；

步骤1）中，所述碳纤维编织条的宽度为6mm~20mm，厚度为2mm~6mm；

步骤1）中，所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂中至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨的制备方法，其特征在于：

步骤1）中，方条状碳纤维预制体表面的预留孔沿方条状碳纤维预制体表面轴向规律排布，孔间隔5mm~20mm，孔径大小为0.5mm~3mm；

步骤2）中，碳纤维编织条表面的预留孔沿碳纤维编织条表面轴向规律排布，孔间隔5mm~20mm，孔径大小为0.5mm~3mm；

步骤2）中，碳纤维编织管表面的预留孔沿碳纤维编织管表面轴向规律排布，孔间隔5mm~20mm，孔径大小为0.5mm~3mm。

4.根据权利要求1所述的一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨的制备方法，其特征在于：

步骤2）中，所述碳纤维束直接编织成碳纤维编织管，或者将碳纤维束加捻成碳纤维绳，再将碳纤维绳编织成碳纤维编织管；所述碳纤维束包含至少1k碳纤维，其中，k表示一千根。

5.根据权利要求1所述的一种长度可调节碳纤维复合材料人工肋骨的制备方法，其特征在于：步骤1）和步骤2）中，所述烘烤的条件为：温度为150℃~300℃，时间为3h~10h。