[发明专利]一种结构梯度可调控碳纤维复合材料热压烧结设备

说明书

本发明公开了一种结构梯度可调控碳纤维复合材料热压烧结设备，在本发明的实施例中，采用了一种新的技术路线，即使碳纤维织物直接与待复合材料的熔融物复合，而不再是待复合材料片复合，待复合材料处于熔融状态时，易于获得各向均性，因而复合材料的性能可控性好。同时，熔体相对于片体，更加容易调整碳纤维织物的用量和分布密度，同时也不再受热压热透的影响，而具有更好的梯度可调性。

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料的制备工艺设备。

背景技术

碳纤维是一种特种纤维，耐高温性能居所有化纤之首，作为碳纤维的主要应用，碳纤维复合材料是将碳纤维与例如树脂等材料复合而形成的材料，人们常说的碳纤维实质是碳纤维复合材料。典型地，如碳纤维与PEEK（Poly-Ether-Ether-Ketone，聚醚醚酮）复合的材料，在工业领域应用极为广泛。

碳纤维复合材料的制备方法通常是，碳纤维先编织成碳纤维织物，而将如聚醚醚酮则制成片状物，然后进行层铺，即一层PEEK，一层碳纤维织物，依次间隔层铺成具有预设层数的堆叠物，然后将堆叠物移送至热压机进行热压复合。这种制备方法，层铺至少有几十层，受外层物质的遮蔽，在热压复合所需要的温度条件下（一般稍高于例如PEEK的常态下的熔点）充分热透相对困难，因此，在很多应用中，热压复合的保温时间长达几小时、十几小时，甚至几十小时，效率极为低下。

同时，受热压层铺的限制，为了确保能够在相对较短的时间内热透层铺物，层铺的层数往往会受到很大的限制，导致所制备的碳纤维复合物构件的厚度相对较小，不能一次性的制备出厚度相对较大的碳纤维复合物构件，影响了热压复合工艺的推广应用。

如果采用较高的工艺温度，以尽快的热透层铺物，势必会带来其他的问题。热压复合时，惯常的热压复合温度稍高于例如PEEK的熔点，但在热压的工艺压强下，360℃是较为合适的成形温度，熔体在冷却时晶核的生成主要为均相成核，如果温度较高时，容易产生尺寸相对较大的球晶结构，导致制品变脆。如果温度再高，例如高于400℃，则可能导致PEEK碳化。因此，通过增加温度，弊大于利。尤其是，当温度较高时，熔体的流动性变强，很难控制压合过程中碳纤维在复合材料中的位置。

温度相对较高时，熔体流动性变强，热压复合的模具间隙易于溢料，造成产品形状不规则。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够适于制备具有相对较大厚度的碳纤维复合材料的结构梯度可调控碳纤维复合材料热压烧结设备。

在本发明的实施例中，提供了一种结构梯度可调控碳纤维复合材料热压烧结设备，包括：

机架，该机架包括具有水平台面的工作台；

模具，该模具包括动模和安装在水平台面上并与动模对位的静模，以及工装；

升降运动机构，安装在机架上，并位于模具的上方，升降运动机构的动力头与动模间固定连接，以提供合模或开模动力；以及

加热装置，用于对模具进行加热；

其中，工装至少具有一对或两对固定板，固定板间固定连接，且对内两固定板相互平行，并保持预定距离；若为两对固定板时，四块固定板围合成矩形筒；

至少一对固定板在竖向上排布有连接结构，碳纤维布至少相对的两端借助于所述连接结构固定在位于相应端的固定板上，并层层排布；

相应地静模具有开口向上的模腔，用于盛装待复合的材料熔体，所述开口用于所述工装介入模腔。

可选地，若工装只有一对固定板时，两固定板外表面间的距离与模腔选定的与固定板平行的两内壁面的距离相同；

若工装为矩形筒时，矩形筒横断面的外廓与模腔横断面的内廓属于相同的矩形。

可选地，若只有一对固定板时，用于固定板间连接的结构体为：

第一结构，构成工装的底板，以与固定板的底缘连接；

第二结构，构成工装的顶板，以与固定板的顶缘连接；