CN104552727B - 一种碳纤维制品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种碳纤维制品的制备方法，其包括以下步骤：将线性低密度聚乙烯和包裹碳氢化合物的热塑性塑料可膨胀微球按照比例均匀混合形成芯材粉末；将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具的模腔内；密闭发泡模具，加热到110~130℃，并持续该温度10‑30分钟；经冷却泄压后打开发泡模具，得到第一次发泡模型；将裁剪好的碳纤维预浸布贴至上述第一次发泡模型上；将贴好碳纤维预浸布的第一次发泡模型置入制品模具的模腔内；密闭制品模具，加热到100~180℃，并持续该温度30‑60分钟；经冷却泄压后打开制品模具，得到第二次发泡模型，即碳纤维制品。利用本发明所涉及的方法制作的碳纤维制品结构牢固、密度低、由于内力的作用使制品无死角、制作成本低、生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维制品的制备方法。
背景技术
碳纤维（carbon fiber，简称CF），是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。
碳纤维制品在制造过程中需要利用发泡技术进行发泡成型，所谓发泡技术就是利用物理发泡或者化学交联发泡使塑料材料发泡（开孔或闭孔型）达到轻量、缓冲、吸音、吸震、保温、过滤、包装等功能的技术。
现有技术中针对碳纤维制品的发泡技术包括聚氨酯发泡技术，具体做法是将聚氨酯A料和B料均匀混合后形成发泡模型，并将其作为碳纤维制品的模芯在制品模具腔内压制成型。这种技术的缺点在于聚氨酯的发泡密度不易掌握；不宜制作形状复杂的工件。
气囊技术也是碳纤维制品中经常用到的技术，具体做法是将预制好的气囊包裹碳纤维预浸布，如图1中的（a）图所示，其中整个碳纤维制品的制造装置包括制品模具1，模腔2，碳纤维预浸布3，气囊5以及压缩气泵6。将上述包裹碳纤维预浸布3的气囊5置入模腔2中，利用压缩气泵6进行充气0.2~0.6Mpa，使碳纤维预浸布3紧贴模腔2加温固化成型，如图1中的（b）图所示。但是这种技术也存在缺点：结构不牢固、制品中容易存在缺陷、制品成品率低等。
发明内容
本发明提出了一种碳纤维制品的制备方法，以便使利用本发明所涉及的方法制作的碳纤维制品结构牢固、密度低、由于内力的作用使得制品无死角、制作成本低、生产效率高。
为了实现上述目的，本发明提出了一种碳纤维制品的制备方法，所述方法包括以下步骤：将线性低密度聚乙烯和包裹碳氢化合物的热塑性塑料可膨胀微球按照比例均匀混合形成芯材粉末，其中所述热塑性塑料可膨胀微球包括温度值设置在80~135℃范围内的未膨胀的中温微球；温度值设置在120~190℃范围内的未膨胀的高温微球以及温度值设置在120~190℃范围内的已膨胀的高温微球；所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30~65份，未膨胀的中温微球15~25份，未膨胀的高温微球15~25份，已膨胀的高温微球0~40份；将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具的模腔内；密闭发泡模具，加热到110~130℃，并持续该温度10-30分钟；经冷却泄压后打开发泡模具，得到第一次发泡模型；将碳纤维预浸布裁剪成与所述第一次发泡模型的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型上；将贴好碳纤维预浸布的第一次发泡模型置入制品模具的模腔内；密闭制品模具，加热到100~180℃，并持续该温度30-60分钟；经冷却泄压后打开制品模具，得到第二次发泡模型，即碳纤维制品。
本发明的该方案的有益效果在于利用上述方法制作的碳纤维制品结构牢固、密度低、由于内力的作用使得制品无死角、制作成本低、生产效率高。
优选的是，所述芯材粉末占据所述发泡模具的模腔体积的二分之一。
优选的是，所述发泡模具的尺寸小于所述制品模具1~5mm。
优选的是，所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯50份，未膨胀的中温微球25份，未膨胀的高温微球25份，以用于制作滑雪板时达到最佳的力学要求。
优选的是，所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯65份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球20份，以用于制作船桨时达到最佳的力学要求。
优选的是，所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球15份，已膨胀的高温微球40份，以用于制作无人机尾翼时达到最佳的力学要求。
附图说明
图1示出了利用气囊技术的碳纤维制品的制造装置示意图。
图2示出了利用本发明所涉及的发泡技术的碳纤维制品的制造装置示意图。
图3示出了本发明所涉及的碳纤维制品的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图2所示，本发明所涉及碳纤维制品的制造装置包括制品模具1，模腔2，碳纤维预浸布3，发泡模型4，发泡模具7以及发泡模具的模腔8。其中所述发泡模型4包括第一次发泡模型401以及第二次发泡模型402。所述发泡模具7的尺寸小于所述制品模具1~5mm，具体的尺寸可以指直径、长度等。具体的制品模具1，模腔2，发泡模具7以及发泡模具的模腔8的形状根据实际制作的碳纤维制品的形状而定。
具体的碳纤维制品的制造工艺流程图如图3所示，首先将线性低密度聚乙烯和包裹碳氢化合物的热塑性塑料可膨胀微球按照比例均匀混合形成芯材粉末，如图3中步骤S101所示，其中所述热塑性塑料可膨胀微球包括温度值设置在80~135℃范围内的未膨胀的中温微球；温度值设置在120~190℃范围内的未膨胀的高温微球以及温度值设置在120~190℃范围内的已膨胀的高温微球；所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30~65份，未膨胀的中温微球15~25份，未膨胀的高温微球15~25份，已膨胀的高温微球0~40份；之后将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具7的模腔8内，并且所述芯材粉末占据发泡模具7的模腔8体积的二分之一，如图3中步骤S102所示；密闭发泡模具7，加热到110~130℃，并持续该温度10~30分钟，如图3中步骤S103所示；经冷却泄压后打开发泡模具7，得到第一次发泡模型401，如图3中步骤S104所示，具体的示意图如图2（a）所示；之后将碳纤维预浸布3裁剪成与所述第一次发泡模型401的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型401上，如图3中步骤S105所示；将贴好碳纤维预浸布3的第一次发泡模型401置入制品模具1的模腔2内，如图3中步骤S106所示，具体的示意图如图2（b）所示；密闭制品模具1，加热到100~180℃，并持续该温度30~60分钟，如图3中步骤S107所示；最后经冷却泄压后打开制品模具1，得到第二次发泡模型402，即碳纤维制品，如图3中步骤S108所示，具体的示意图如图2（c）所示。
实施例1：制作碳纤维制品------滑雪板
所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯50份，未膨胀的中温微球25份，未膨胀的高温微球25份，以达到制作滑雪板时最佳的力学要求，按照上述配比制作的滑雪板耐冲击性较好。
具体做法是将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具7的模腔8内，并且所述芯材粉末占据发泡模具7的模腔8体积的二分之一；密闭发泡模具7，加热到120℃，并持续该温度10分钟；经冷却泄压后打开发泡模具7，得到第一次发泡模型401，即滑雪板的半成品；之后将碳纤维预浸布3裁剪成与所述第一次发泡模型401的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型401上；将贴好碳纤维预浸布3的第一次发泡模型401置入制品模具1的模腔2内；密闭制品模具1，加热到150℃，并持续该温度30分钟；最后经冷却泄压后打开制品模具1，得到第二次发泡模型402，即滑雪板。
实施例2：制作碳纤维制品-----船桨
所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯65份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球20份，以达到制作船桨时最佳的力学要求，按照上述配比制作的船桨的刚性较好。
具体做法是将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具7的模腔8内，并且所述芯材粉末占据发泡模具7的模腔8体积的二分之一；密闭发泡模具7，加热到120℃，并持续该温度20分钟；经冷却泄压后打开发泡模具7，得到第一次发泡模型401，即船桨的半成品；之后将碳纤维预浸布3裁剪成与所述第一次发泡模型401的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型401上；将贴好碳纤维预浸布3的第一次发泡模型401置入制品模具1的模腔2内；密闭制品模具1，加热到150℃，并持续该温度40分钟；最后经冷却泄压后打开制品模具1，得到第二次发泡模型402，即船桨。
实施例3：制作碳纤维制品----无人机尾翼
所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球15份，已膨胀的高温微球40份，以达到制作无人机尾翼时最佳的力学要求，按照上述配比制作的无人机尾翼的韧性较好。
具体做法是将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具7的模腔8内，并且所述芯材粉末占据发泡模具7的模腔8体积的二分之一；密闭发泡模具7，加热到120℃，并持续该温度30分钟；经冷却泄压后打开发泡模具7，得到第一次发泡模型401，即无人机尾翼的半成品；之后将碳纤维预浸布3裁剪成与所述第一次发泡模型401的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型401上；将贴好碳纤维预浸布3的第一次发泡模型401置入制品模具1的模腔2内；密闭制品模具1，加热到150℃，并持续该温度60分钟；最后经冷却泄压后打开制品模具1，得到第二次发泡模型402，即无人机尾翼。
本发明所涉及的碳纤维制品的制备方法采用二次发泡技术，在第二次发泡过程中，当将制品模具1加热到预定的温度范围时，第一次发泡模型401会产生内力，并且不同碳纤维制品采用按照相应的比例混合形成的芯材粉末，会达到最佳的内力要求。上述内力会将碳纤维预浸布3紧贴模腔2固化成型，形成碳纤维制品。
利用本发明所涉及的方法制作的碳纤维制品结构牢固、密度低、由于内力的作用使得制品无死角、制作成本低、生产效率高。
Claims (6)
1.一种碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： 将线性低密度聚乙烯和包裹碳氢化合物的热塑性塑料可膨胀微球按照比例均匀混合形成芯材粉末，其中所述热塑性塑料可膨胀微球包括温度值设置在80~135℃范围内的未膨胀的中温微球、温度值设置在120~190℃范围内的未膨胀的高温微球以及温度值设置在120~190℃范围内的已膨胀的高温微球；所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30~65份，未膨胀的中温微球15~25份，未膨胀的高温微球15~25份，已膨胀的高温微球0~40份； 将上述混合后的芯材粉末置入发泡模具的模腔内； 密闭发泡模具，加热到110~130℃，并持续该温度10-30分钟； 经冷却泄压后打开发泡模具，得到第一次发泡模型； 将碳纤维预浸布裁剪成与所述第一次发泡模型的形状相对应的形状，并将其贴至上述第一次发泡模型上； 将贴好碳纤维预浸布的第一次发泡模型置入制品模具的模腔内； 密闭制品模具，加热到100~180℃，并持续该温度30-60分钟； 经冷却泄压后打开制品模具，得到第二次发泡模型，即碳纤维制品。
2.根据权利要求1所述的碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述芯材粉末占据所述发泡模具的模腔体积的二分之一。
3.根据权利要求1所述的碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述发泡模具的尺寸小于所述制品模具1~5mm。
4.根据权利要求1所述的碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯50份，未膨胀的中温微球25份，未膨胀的高温微球25份。
5.根据权利要求1所述的碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯65份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球20份。
6.根据权利要求1所述的碳纤维制品的制备方法，其特征在于：所述芯材粉末的重量份数配比为线性低密度聚乙烯30份，未膨胀的中温微球15份，未膨胀的高温微球15份，已膨胀的高温微球40份。
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