[发明专利]一种碳纤维增强铝基层状复合板的制备方法

摘要

本发明涉及一种碳纤维增强铝基层状复合板的制备方法，是针对铝及铝合金强度低、韧性差的情况，采用铝粉与碳纤维布加热熔融结合，振动加压，制成铝基层状复合板，在加热和振动的压力机上，在加热、加压、振动过程中，制成碳纤维增强铝基层状复合板，成九层结构，铝液在低温、压力和振动作用下润湿了碳纤维，未形成脆性化合物，组织结构更加致密，抗拉强度达144MPa，伸长率达21.2%，此制备方法工艺先进，数据翔实准确，工艺流程短，是十分理想的制备碳纤维增强铝基层状复合板的方法。

主权项

一种碳纤维增强铝基层状复合板的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：铝粉、碳纤维布、石墨纸、去离子水、丙酮、氩气，其组合准备用量如下：以毫米、克、毫升、厘米3为计量单位铝粉： Al                 500g±5g碳纤维布：                750mm×0.3mm×750mm石墨纸：C                 1000mm×0.5mm×1000mm 去离子水：H2O          2000mL±20mL丙酮：C3H6O             200mL ±5mL氩气：Ar                  40000cm3±100cm3制备方法如下：                                （1） 精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、含量控制；铝粉：固态粉体       99.9%碳纤维布：固态固体   含碳量≥95%石墨纸：固态固体     含碳量≥99%去离子水：液态液体   99.9%丙酮：液态液体    99.9%氩气：气态气体   99.99%(2) 制备开合式通槽热压模具开合式通槽热压模具呈方筒形，模具型腔尺寸为200mm×200mm×600mm，用不锈钢材料制作，型腔表面粗糙度为Ra0.63‑1.25μm；（3）处理碳纤维布将碳纤维布放入真空热处理炉中，先抽取炉内空气，使炉内压强≤1Pa，然后输入氩气，氩气输入速度为80cm3/min，使炉内压强保持在0.101MPa，然后加热至550℃±5℃，恒温保温30min，然后停止加热，随炉冷却至25℃后取出；（4）清洗，将热处理后碳纤维布置于清洗容器中，加入丙酮200mL，搅拌清洗10min，清洗后晾干；   (5) 制备铝基层状复合板铝基层状复合板的制备是在加热振动压力机上进行的，是在开合式通槽热压模具内，在加热、振动、压力状态下完成的；① 将开合式通槽热压模具垂直置放在振动工作台上，并固定；② 将第一电阻加热器固定在热压模具底部，工作平面向上；③ 在模具型腔内第一电阻加热器上部置放凹形下垫板，在凹形下垫板上部平面展开置放第一层石墨纸；在第一层石墨纸上部均匀置放第一层铝粉108g±0.01g；在第一层铝粉上部平面展开置放第一层碳纤维布；在第一层碳纤维布上部均匀置放第二层铝粉108g±0.01g；在第二层铝粉上部平面展开置放第二层碳纤维布；在第二层碳纤维布上部均匀置放第三层铝粉108g±0.01g；在第三层铝粉上部平面展开置放第三层碳纤维布；在第三层碳纤维布上部均匀置放第四层铝粉108g±0.01g；在第四层铝粉上部平面展开置放第二层石墨纸；④ 在第二层石墨纸上部平面置放上垫板；⑤ 在上垫板上部置放第二电阻加热器；⑥ 在第二电阻加热器上部平面置放上压块；⑦ 在上压块上部与上压头、压力电机接触；开启压力电机，通过上压头、上压块、第二电阻加热器向模具型腔内的铝粉、碳纤维布、石墨纸施压，施压压强为3MPa，施压20s后关闭压力电机；⑧ 开启第一电阻加热器、第二电阻加热器，加热模具型腔内的第一、第二、第三、第四层铝粉及第一、第二、第三层碳纤维布以及第一、第二层石墨纸，加热温度660℃±3℃，使铝粉形态转换成液态，并与碳纤维布、石墨纸粘合；⑨ 关闭第一、第二电阻加热器，开启振动工作台，振动频率为3000次/min，待温度降到600℃时，开启压力电机，压力升至10MPa，持续施压60s； ⑩ 关闭压力电机、振动工作台，使模具及铝基层状复合板自然冷却至25°C；冷却后，开模取出铝基层状复合板，即终产物；    (6) 检测、分析、表征对制备的碳纤维增强铝基层状复合板的形貌、色泽、物相、显微组织、力学性能进行检测、分析和表征；用扫描电子显微镜和x射线衍射仪进行显微组织、物相分析；    用电子万能试验机进行强度测试；结论：碳纤维增强铝基层状复合板为九层结构即：石墨纸层、铝层、碳纤维布层、铝层、碳纤维布层、铝层、碳纤维布层、铝层、石墨纸层；铝粉在加热、振动、加压过程中浸润碳纤维布层，碳纤维增强铝基层状复合板的抗拉强度达144MPa，伸长率达21.2%；        (7) 包装储存对制备的碳纤维增强铝基层状复合板用软质材料包装，储存于干燥洁净环境，要防水、防潮、防氧化、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃，相对湿度≤10%。