CN101898437A - 一种新型复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型复合材料，本发明的新型复合材料规格、形状、重量及工业化水平均与传统的纯金属相比均有明显绝对优势。主要的工艺路线是；采用碳纤维作为增强材料与树脂、金属、橡胶材料复合。将树脂在常温下与碳纤维的网状、布状、及短切纤维定性，将金属材料熔化后与碳纤维的网状、布状、及短切纤维在特殊气体的保护下进行复合致密，致使整体结构材料体积密度均达到1.8左右，满足设备性能功能质量要求，使系列新型结构性和填充材料其优点是，比重是金属材料的四分之一，其强度是8～10倍，弹性模量是4～6倍，节省劳动力60％以上。就一台55吨的载重汽车而言，年运输200天，行驶10万公里计算，就可以减低运输成本4万元以上，提高运输能力3万吨。

Description

一种新型复合材料

技术领域本发明涉及一种新型复合材料装置。

背景技术为了保护人类地球家园，节能环保降低碳排放量，降低生产成本，科学有效地利用资源，将现有的机动车辆、船舶、飞机和工程机械设备及建筑轻重型结构等都有减轻自重渴望需求。在设计制造时均要周密考虑；在不影响设备、建筑物使用性能的基础上，尽量提高性能降低成本，减轻结构材料和填充材料的自身重量。以此为原则，减少制造成本，降低运行能耗，获取最大效益。但是，必须满足设备整体坚固性、适用性及耐久性。现用金属制造的机动车辆、船舶、飞机及工程机械设备的制造工艺流程繁杂、耗费能源多，材料损耗多，制造成设备、工具及装置沉重。尤其需要运动的机动车辆、船舶、飞机和工程机械等因自身沉重，需要增加消耗大量燃料和电力为代价来换取设备、装置运行功能。所消耗的燃料和其它能源用于服务于装置功能只占总量的百分之几，目前消耗燃料较多的当属车辆、船舶、铁路车辆。以原95马力一台载重5吨解放牌汽车为例，有89马力耗费在车辆自身重量，仅有6马力才用到驱动半轴上。由此看来，如果想减轻机械设备总体重量，不仅需要在总体结构材料和填充材料上进行技术革命，更需要把每个零部件减轻。只有减轻设备、装置的总体重量，就能使设备、装置运行耗费的燃料和其它能源等降低，目的以消耗很小的能源为代价，获取更大的利益和效率。

发明内容本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料制造的新型结构性和填充材料，本发明的碳纤维复合材料规格、形状、重量及工业化水平均与传统的纯金属相比均有明显的绝对优势。主要的工艺路线是；采用碳纤维作为增强材料与树脂、金属、橡胶材料复合。将树脂在常温下与碳纤维的网状、布状、及短切纤维定性，将金属材料熔化后与碳纤维的网状、布状、及短切纤维在特殊气体的保护下进行复合，或将碳纤维制成预浸料与金属复合，经模具加温压模固化成型，或者将金属熔化在液态时保证无氧环境下进行浇铸，再进行焙烧，然后送进负压容器中进行浸质，反复需要数个过程，致使整体结构材料体积密度均达到1.8左右，满足设备整体性能、结构及功能的质量要求，最后达到国家相关质量标准要求的各种规格的系列新型结构性和填充材料。系列新型结构性和填充材料其优点是，比重是金属材料的四分之一，其强度是8～10倍，弹性模量是4～6倍。由传统的焊接工艺改变为压膜或注塑一次成型。减少数道工艺环节，降低劳动强度，避免电焊弧光对操作人员的伤害，节省劳动力60％以上。就一台55吨的载重汽车而言，年运输200天，行驶10万公里机算，就可以减低运输成本4万元以上，提高运输能力3万吨。

本发明的原理是本发明根据新材料碳纤维其具有的功能和所掌握复合材料先进的工艺技术为基础，根据机动车辆、船舶、飞机和工程机械设备具体技术要求，采用模具等方式复合成型，改变传统工艺技术流程，其发挥碳纤维材料高强度、高模量、高耐温、耐磨、耐腐蚀、易成形、易加工等，工艺流程简单、减少诸多工艺环节，制造周期时间短，适应工业化生产、降低制造成本，由碳纤维与工程塑料、金属、陶瓷等进行复合，其主要工艺：根据传动轴的技术要求，采用碳纤维短丝压膜注塑，或者将金属熔化在液态下保证无氧环境下进行浇铸、或将浸渍后的碳纤维材料与金属材料复合，为了解决预浸料与金属板粘接间层强度问题，将金属材料的另一面制造成特殊容易结合、粘接牢固形状。与全金属的结构性和填充材料相比节省诸多工艺环节。提高材料利用率与利润空间及节能环保，提高车船和机械效率等绝对优势。此项技术不但具有更高的技术地位，其次有着广泛的社会效益和丰厚的经济效益降低机械设备重量是非常客观的。在卫星和导弹的重量就显得更加重要，卫星和导弹在设计制造时均要求每一个部件都要力争以毫克减轻重量，在1枚导弹的总体重量能减少1公斤重，就可以多射程16公里。在一枚卫星的重量减少1公斤就可以节约燃料费10万元以上。如果将车船、机械、工程设备和建筑用的轻重钢结构材料等采用新型复合材料，突显出材料的优越性能；金属材料比重7.85以上与碳纤维复合材料比重1.8相比，对节约能源、有效的利用能源，提高装备技术各个行业技术水平与经济效益上档次、不仅有广阔的运用空间，而且对节能环保及其上规模等均有十分重要意义。碳纤维复合材料制造的机动车、船舶、飞机和工程机械以优异性能，可提高发动机功率，加快运行速度，仅此材料的改变对节能环保与经济价值的作用就是非常客观的技术进步。因此，我们发明制造采用碳纤维复合材料机动车、船舶、飞机和工程机械机、船舶及风扇叶片、机械设备、鱼雷动力铲等装备带来新的革命。

本发明的适用范围是本发明适用于各种机动车辆(大小型货车厢(包括自卸车)、大小型客车厢、特殊罐车、混凝土浇灌车输送管道、车缝、驾驶楼、机器盖、轮毂、车架、结构、车门等)，船舶和游艇(填充材料、结构材料、门窗结构材料)，飞机(填充材料、结构材料、门窗结构材料)和工程设备制造所需要的结构材料及填充材料，建筑材料(轻重刚建筑结构材料、填充材料)。

本发明优点这项技术的发明不仅给普通工业材料技术带来更新换代的发展，更重要的给航空航天、海洋船舶工业机械制造业将带来机遇和优越的发展空间。可全面提高国家机械装备制造业技术水平的全面提升。根据新型复合材料其具有的功能和掌握复合材料的先进技术为基础，根据所需要的机动车、船舶、飞机机械设备及风扇叶片技术参数及具体要求，采用模具方式，减少传统繁杂的工艺技术，其发挥新型复合材料自身优势；耐温、耐磨、质轻、坚固、易成形、加工工艺流程简单，减少诸多工艺环节，制造周期时间短，适应产业化能力强，降低制造成本等优点，不仅材料本身应用广泛，其经济效益也非常可观，而且具有节能环保等广泛的社会效益。

附图说明

图1-9是本发明的立体示意简图

具体实施方式在图1：1-7碳纤维布预浸材料金属合成材料所示的一种新型复合材料。1金属材料，2碳纤维布预浸材料，3特制单面有形状金属材料板。4由1-3有序复合成一体即成。5是碳纤维布预浸材料，6是特制单面有形状金属材料板，7由5-6有序复合成一体即成。在图2：1-7短切碳纤维预制料与金属、橡胶合成材料所示的立体示意简图中。1金属材料，2短切碳纤维预浸材料，3特制单面有形状金属材料板。4由1-3有序复合成一体即成。5是短切碳纤维预浸材料，6是特制单面有形状金属材料板，7由5-6有序复合成一体即成。在图3：1-3碳纤维布与高温熔化金属浇灌合成材料所示的立体示意简图中。1是碳纤维布，2是待熔化金属，3是由1-2合成材料。在图4：1-4短切碳纤维首先制成2蜂窝状材料，再用1-3板型材在2蜂窝状材料进行双面复合碳纤维预浸材料所示的立体示意简图中。在图5：1-5短切碳纤维蜂窝状材料单面复合碳纤维预浸材料所示的立体示意简图中，单面金属合成材料，1是碳纤维预浸材料，2是碳纤维蜂窝预浸材料，3是碳纤维预浸材料，4是特纸单面有形橡胶板材，5是1-4有序合成的复合材料。在图6：1-4用于车辆领域所示的立体示意简图中，在图7：1-4用于工程机械设备领域所示的立体示意简图中，在图8：1-3用于建筑结构领域所示的立体示意简图中，在图9：1-2用于高速列车和飞机结构及填充领域所示的立体示意简图中。本发明的规格形状与传统的基本相似，只是在材料和制造工艺上所有较大的改进，是采用碳纤维作为增强材料与树脂、金属材料复合采用现代工艺技术制造而成，是将树脂、金属材料采用压型、固定、抽真空、加压、高温熔化后与碳纤维的网状、布状、及短切丝在特殊气体的保护下进行复合，经模具加温压模固化成型，也可采用碳纤维长丝缠绕或短丝压模注塑，再进行焙烧，然后送进负高压容器中进行浸质，反复需要数个过程，致使整体结构材料体积密度均达到1.8以上。然后进行气象物理沉积致密，最后进行表面处理，根据不同产品，采用不同工艺来满足设备整体性能、结构的质量要求，最后达到国家现有的相关产品质量标准的要求。在此基础上逐步完善制定新产品、新工艺质量标准。

Claims (1)

1.本发明适用于各种机动车辆(大小型货车厢(包括自卸车)、大小型客车厢、特殊罐车、混凝土浇灌车输送管道、车缝、驾驶楼、机器盖、轮毂、车架、结构、车门等，均能做到压膜、缠绕、焊接等方式一次成型)，船舶和游艇(填充材料、结构材料、门窗结构材料)，飞机(填充材料、结构材料、门窗结构材料)和工程设备制造所需要的结构材料及填充材料，建筑材料(轻重刚建筑结构材料、填充材料)。 

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