CN113263665B - 一种锥形碳纤维管的热固化成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75‑85℃，所述第二保温阶段的第二保温温度为137‑147℃。本发明所述热固化成型方法，采用热固化的方式，并进一步限定升温过程中包括两个保温阶段，控制第一保温阶段的第一保温温度为75‑85℃，第二保温阶段的第二保温温度为137‑147℃，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

Description

一种锥形碳纤维管的热固化成型方法

技术领域

本发明涉及碳纤维管技术领域，具体涉及锥形碳纤维管，尤其涉及一种锥形碳纤维管的热固化成型方法。

背景技术

碳纤维是一种含碳量在90％以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首。用腈纶和黏胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。碳纤维属于一维结构碳材料，具有一定的活性，主要包括PAN基与粘胶丝基两种类型。

碳纤维机器人手臂是机器人技术领域实际应用最广泛的自动化机械装置，尽管它们的形态各有不同，但都有一个共同的特点，即通过接受指令，精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。机械手臂一般有伸缩、旋转和升降这三种运动，其中旋转、升降运动是由横臂和产柱去完成的，手臂的基本作用则是将手爪移动到所需位置以及承受抓取工件的最大重量和手臂自身的重量等。此外，管路、冷却装置、行程定位装置和自动检测装置等，一般也都装在手臂上。因此，手臂的结构、工作范围、承载能力和动作精度都会直接影响整个机械的工作性能。碳纤维制成的支撑手臂具有以下几个优点：1.材质轻，操作灵活准确；2.强度高；3.耐温性好；4.性价比好。

碳纤维等高性能复合材料的固化过程，是一个复杂的热效应、化学性能和力学性能急剧变化的过程。由于热效应和化学反应效应会导致残余应力和变形产生，严重影响碳纤维的产品质量，因此高性能碳纤维的固化相当重要。

目前，在半导体产业用搬运支撑手臂中，需要用到锥形碳纤维管，即一种两端直径不同的不规则碳纤维管。碳纤维管的制备方法主要包括：在模芯上涂覆离型剂和/或贴覆离型膜，在处理后的模芯表面卷覆碳纤维预浸布，并在所述碳纤维预浸布外侧贴覆离型膜，经固化成型后，脱去模芯并去掉最外层离型膜即可得到碳纤维管。现有技术中一般采用热压成型的固化方法，例如CN111605226A公开了一种纤维材料的成型方法及由其制得的纤维材料和用途，所述方法通过控制离型剂和离型膜的涂覆和贴覆温度，能够解决现有纤维材料成型时遇到的脱芯困难、产品变形以及表面质量差等问题；该方法通过辅助选用OPP离型膜和硅油型离型剂，更有益于脱模的进行，能够较好地制得半导体FORK用纤维材料，针对不规则较长的纤维材料管同样具有成型效果佳和脱模容易的优势。其中，采用热压成型的方法进行固化过程，热压成型的压力为20～50T/m²。虽然热压成型的方法可以达到锥形碳纤维管的质量要求，但是操作过程中需要用到热压设备，单批次只能实现十根左右的生产量，不仅设备投资成本较大，还存在生产效率低、操作繁琐等问题。

综上所述，目前亟需开发一种锥形碳纤维管的热固化成型方法。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，采用热固化的方式，并进一步限定升温过程中包括两个保温阶段，控制第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的在于提供一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，所述第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃。

本发明所述热固化成型方法，采用热固化的方式，并进一步限定升温过程中包括两个保温阶段，控制第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，可以在批量生产时，有效提高同炉次各产品的温度均匀性，降低了对设备精密度的依赖，控制第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，可以确保产品充分固化，降低了对设备精密度的依赖。本发明所述热固化成型方法不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

作为本发明优选的技术方案，所述热固化成型方法在升温过程中，从室温升至所述第一保温温度的时间为28-32min，例如28min、28.5min、29min、29.5min、30min、30.5min、31min、31.5min或32min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述第一保温阶段的保温时间为28-32min，例如28min、28.5min、29min、29.5min、30min、30.5min、31min、31.5min或32min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述热固化成型方法在升温过程中，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为28-32min，例如28min、28.5min、29min、29.5min、30min、30.5min、31min、31.5min或32min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述第二保温阶段的保温时间为18-22min，例如18min、18.5min、19min、19.5min、20min、20.5min、21min、21.5min或22min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温。

本发明所述热固化成型方法中，在降温过程中先采用控温降温，可以保证产品实现充分固化，有效提高产品一致性。

作为本发明优选的技术方案，所述控温降温的目标温度为120-125℃，例如120℃、120.5℃、121℃、121.5℃、122℃、122.5℃、123℃、123.5℃、124℃、124.5℃或125℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选为，所述控温降温的降温时间为8-12min，例如8min、8.5min、9min、9.5min、10min、10.5min、11min、11.5min或12min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述锥形碳纤维管的一端直径为9-12mm，例如9mm、9.5mm、10mm、10.5mm、11mm、11.5mm或12mm等，另一端直径为22-26mm，例如22mm、22.5mm、23mm、23.5mm、24mm、24.5mm、25mm、25.5mm或26mm等，长度为1700-1800mm，例如1700mm、1710mm、1730mm、1750mm、1760mm、1780mm或1800mm等，但并不仅限于所列举的数值，上述数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，所述热固化成型方法在烘箱中进行，所述锥形碳纤维管被垂直吊挂，且直径为22-26mm的一端位于上方。

值得说明的是，本发明所述待热固化成型处理的锥形碳纤维管为长径比很大的锥形材料，将直径较大的一端向上垂直吊挂，可以有效防止包裹的纤维布、离型膜等发生位移，而且还可以节省空间，大大提高单批次的生产量。

作为本发明优选的技术方案，所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为28-32min，所述第一保温阶段的保温时间为28-32min；所述第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为28-32min，所述第二保温阶段的保温时间为18-22min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为120-125℃，降温时间为8-12min；

其中，所述锥形碳纤维管的一端直径为9-12mm，另一端直径为22-26mm，长度为1700-1800mm，所述热固化成型方法在烘箱中进行，所述锥形碳纤维管被垂直吊挂，且直径为22-26mm的一端位于上方。

与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明所述热固化成型方法，采用热固化的方式，并进一步限定升温过程中包括两个保温阶段，控制第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

附图说明

图1是本发明实施例1所述热固化成型方法中锥形碳纤维管的状态示意图；

图中：1-锥形碳纤维管；2-吊挂板；3-烘箱。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

本实施例提供了一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，所述锥形碳纤维管的一端直径为10.92mm，另一端直径为24.92mm，长度为1768mm，按照现有技术公开的方法先在锥形铁芯上涂覆GF700氟素溶剂型离型剂，后卷覆上7层纤维布(依次为型号为GF100的玻璃纤维布、型号为PAN125的PAN基碳纤维布、型号为C02000的玻璃纤维布、型号为PAN250的PAN基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为GF100的玻璃纤维布)，随后在卷覆好的纤维布外侧贴覆离型膜，将整体放入烘箱中进行热固化成型，具体内容如下：

所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为80℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为30min，所述第一保温阶段的保温时间为30min；所述第二保温阶段的第二保温温度为142℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为30min，所述第二保温阶段的保温时间为20min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为125℃，降温时间为10min；当烘箱内的温度降至125℃后，打开烘箱门，让锥形碳纤维管进行自然降温；

其中，如图1所示，在烘箱3中进行，所述锥形碳纤维管1被垂直吊挂在吊挂板2上，且直径为24.92mm的一端位于上方。

本实施例所述热固化成型方法单批次的生产量为60-100根锥形碳纤维管，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

实施例2

本实施例提供了一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，所述锥形碳纤维管的一端直径为10.92mm，另一端直径为24.92mm，长度为1768mm，按照现有技术公开的方法先在锥形铁芯上涂覆GF700氟素溶剂型离型剂，后卷覆上7层纤维布(依次为型号为GF100的玻璃纤维布、型号为PAN125的PAN基碳纤维布、型号为C02000的玻璃纤维布、型号为PAN250的PAN基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为GF100的玻璃纤维布)，随后在卷覆好的纤维布外侧贴覆离型膜，将整体放入烘箱中进行热固化成型，具体内容如下：

所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为28min，所述第一保温阶段的保温时间为28min；所述第二保温阶段的第二保温温度为137℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为28min，所述第二保温阶段的保温时间为18min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为120℃，降温时间为8min；当烘箱内的温度降至120℃后，打开烘箱门，让锥形碳纤维管进行自然降温；

其中，本实施例所述锥形碳纤维管的状态示意图与实施例1中的图1相似。

本实施例所述热固化成型方法单批次的生产量为60-100根锥形碳纤维管，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

实施例3

本实施例提供了一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，所述锥形碳纤维管的一端直径为10.92mm，另一端直径为24.92mm，长度为1768mm，按照现有技术公开的方法先在锥形铁芯上涂覆GF700氟素溶剂型离型剂，后卷覆上7层纤维布(依次为型号为GF100的玻璃纤维布、型号为PAN125的PAN基碳纤维布、型号为C02000的玻璃纤维布、型号为PAN250的PAN基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为Pitch34的沥青基碳纤维布、型号为GF100的玻璃纤维布)，随后在卷覆好的纤维布外侧贴覆离型膜，将整体放入烘箱中进行热固化成型，具体内容如下：

所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为85℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为32min，所述第一保温阶段的保温时间为32min；所述第二保温阶段的第二保温温度为147℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为32min，所述第二保温阶段的保温时间为22min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为125℃，降温时间为12min；当烘箱内的温度降至125℃后，打开烘箱门，让锥形碳纤维管进行自然降温；

其中，本实施例所述锥形碳纤维管的状态示意图与实施例1中的图1相似。

本实施例所述热固化成型方法单批次的生产量为60-100根锥形碳纤维管，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

对比例1

本对比例提供了一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，将实施例1所述贴覆离型膜得到的整体，采用热压设备进行热压成型处理。

本对比例所述热压成型的方法可以保证锥形碳纤维管的质量要求，但是单批次的生产量为10-20根，不仅设备投资成本较大，还存在生产效率低、操作繁琐等问题。

综上所述，本发明所述热固化成型方法，采用热固化的方式，并进一步限定升温过程中包括两个保温阶段，控制第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，不仅可以保证锥形碳纤维管的质量要求，还可以实现大批量生产，并且具有设备投资小、生产效率高、操作简单等优点。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种锥形碳纤维管的热固化成型方法，其特征在于，所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为28-32min，所述第一保温阶段的保温时间为28-32min；所述第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为28-32min，所述第二保温阶段的保温时间为18-22min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为120-125℃，降温时间为8-12min。

2.根据权利要求1所述的热固化成型方法，其特征在于，所述锥形碳纤维管的一端直径为9-12mm，另一端直径为22-26mm，长度为1700-1800mm。

3.根据权利要求2所述的热固化成型方法，其特征在于，所述热固化成型方法在烘箱中进行，所述锥形碳纤维管被垂直吊挂，且直径为22-26mm的一端位于上方。

4.根据权利要求1所述的热固化成型方法，其特征在于，所述热固化成型方法在升温过程中包括第一保温阶段与第二保温阶段，所述第一保温阶段的第一保温温度为75-85℃，从室温升至所述第一保温温度的时间为28-32min，所述第一保温阶段的保温时间为28-32min；所述第二保温阶段的第二保温温度为137-147℃，从所述第一保温温度升至所述第二保温温度的时间为28-32min，所述第二保温阶段的保温时间为18-22min；

所述热固化成型方法在降温过程中，先采用控温降温，再采用自然降温；所述控温降温的目标温度为120-125℃，降温时间为8-12min；

其中，所述锥形碳纤维管的一端直径为9-12mm，另一端直径为22-26mm，长度为1700-1800mm，所述热固化成型方法在烘箱中进行，所述锥形碳纤维管被垂直吊挂，且直径为22-26mm的一端位于上方。

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