[发明专利]碳纤维增强铝基复合材料的成型方法及材料

摘要

本发明公开了一种碳纤维增强铝基复合材料的成型方法及材料。所述方法通过将碳纤维丝轮上的碳纤维丝均匀浸入到铝合金熔体中，在碳纤维丝间形成铝合金液膜，在冷却作用下铝合金液膜沿着碳纤维丝方向凝固并结合在一起形成碳纤维铝膜复合层，然后通过第一加热器对碳纤维铝膜复合层和铝箔进行预热后通过第一挤压轧辊和第二挤压轧辊轧制在一起，形成碳纤维增强铝基复合层，通过第二加热器退火使其不断在挤压平整轧辊的挤压下缠绕到复合材料缠绕辊上形成碳纤维增强铝基复合材料，高温挤压增加了碳纤维增强铝基复合层与碳纤维增强铝基复合材料交界面的结合强度。因此，所述方法具有工艺简单、成本低且碳纤维与铝基结合效果好等优点。

主权项

1.一种碳纤维增强铝基复合材料的成型方法，所述成型方法使用碳纤维增强铝基复合材料成型系统，其特征在于包括如下步骤：/n1）首先将碳纤维丝（4）表面进行镀铜改性，对某一直径的碳纤维丝（4）或者不同型号的铝合金体系制备所述复合材料前，首先进行碳纤维丝（4）间距实验，通过逐渐提高或者降低碳纤维丝（4）之间的距离，以使得碳纤维丝（4）进入到铝合金熔体（8）后能够在相邻的碳纤维丝（4）之间形成完整的铝合金液膜，从而获得该合金体系的碳纤维丝间距范围，然后再根据需要选择具有宽度合适的导向槽（7-1）的导向轮（7），以及具有宽度合适的碳纤维丝放置槽的碳纤维丝轮（9），启动第一加热器（2）和第二加热器（14）；/n2）将碳纤维丝（4）缠绕在碳纤维丝轮（9）上，每一根碳纤维丝（4）的自由端首先经过导向轮（7）上相应的导向槽（7-1）改变方向后经过冷却系统（18）进入到第一挤压轧辊（3）与所述第二挤压轧辊（15）之间的间隙缠绕到复合材料缠绕辊（19）上，将铝箔（1）通过第一挤压轧辊（3）与第二挤压轧辊（15）之间的间隙缠绕到复合材料缠绕辊（19）上，此时在初始阶段铝箔（1）与碳纤维丝（4）并未粘合在一起；/n3）将铝合金原料添加到熔炼坩埚（6）中，此时导向轮（7）不与固体铝合金接触，启动坩埚加热器（10），熔炼温度为700-1000℃，使得固体铝合金熔化为铝合金熔体（8）后，通过铝合金补料装置（11）补充铝合金直至没过导向槽（7-1），并启动所述成型系统，使第一挤压轧辊（3）、第二挤压轧辊（15）、导热平整轧辊（13）、缠绕辊（19）和碳纤维丝轮（9）转动，转动线速度相同，其中第一挤压轧辊（3）与第二挤压轧辊（15）相对转动，挤压平整轧辊（13）与复合材料缠绕辊（19）相对转动，使得碳纤维丝（4）运动；/n4）启动冷却装置（18），然后使得碳纤维丝（4）不断通过导向轮（7）浸入到熔炼坩埚（6）的铝合金熔体中，碳纤维丝（4）离开铝合金熔体后，在碳纤维丝（4）间形成铝合金液膜（5-1）；/n5）当铝合金液膜（5-1）经过冷却装置（18）上方时，在冷却装置作用下使得铝合金液膜（5-1）快速降温提高界面张力，当降温至铝合金凝固点以下时，铝合金液膜沿着碳纤维丝方向定向凝固并结合在一起形成碳纤维铝膜复合层（5）；碳纤维铝膜复合层（5）与铝箔（1）在第一挤压轧辊（3）与第二挤压轧辊（15）之间间隙的上方相遇，第一加热器（2）沿第一挤压轧辊（3）的长度方向设置，第一加热器（2）对其下方的碳纤维铝膜复合层（5）和铝箔（1）进行预热；/n6）碳纤维铝膜复合层（5）与铝箔（1）在第一挤压轧辊（3）与第二挤压轧辊（15）的作用下形成连续的碳纤维增强铝基复合层（21），预热增强了铝箔（1）与碳纤维铝膜复合层（5）在挤压下的结合力；随着挤压平整轧辊（13）与复合材料缠绕辊（19）的转动，经过第二加热器（14）加热的碳纤维增强铝基复合层（21）不断在挤压平整轧辊（13）挤压下缠绕到复合材料缠绕辊（19）上形成碳纤维增强铝基复合材料（16），后续碳纤维增强铝基复合材料（16）经过第二加热器（14）不断退火，再次经过挤压平整轧辊（13）的挤压，实现碳纤维增强铝基复合层（21）与已经缠绕形成的碳纤维增强铝基复合材料（16）的结合；第二加热器（14）同时也给挤压平整轧辊（13）预热，并将热量传给连续形成的碳纤维增强铝基复合材料（16），防止过冷的挤压平整轧辊（13）降低增强碳纤维铝膜复合层（5）与铝箔（1）结合点的温度；在制备碳纤维增强铝基复合材料（16）开始后，碳纤维增强铝基复合材料（16）的棒材不断增大，同时调节使得碳纤维增强铝基复合材料（16）的棒材的线速度稳定；/n7）随着碳纤维增强铝基复合材料（16）尺寸的不断增大，碳纤维增强铝基复合材料（16）与挤压平整轧辊（13）之间的应力越来越大，此时通过测力装置（12）反馈该应力值，然后通过挤压平整轧辊升降装置（20）来调节挤压平整轧辊（13）位置实现复合材料缠绕辊（19）上最外层的碳纤维增强铝基复合材料（16）与挤压平整轧辊（13）之间的距离恒定；/n8）伴随着连续碳纤维增强铝基复合材料（3）的制备，熔炼坩埚（6）中的铝合金熔体（8）减少，通过铝合金补料装置（11）向熔炼坩埚（6）不断添加铝合金原料，同时根据称重系统（17）的数值变化调整保证铝合金液膜（5-1）带离的铝合金的量与铝合金源进入熔炼坩埚（6）的量，直至达到所需尺寸或者重量的碳纤维增强铝基复合材料（16）。/n