CN1394979A - 铝基混合连续碳纤维复合材料及制备 - Google Patents

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赵浩峰
王念兴
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Taiyuan University of Technology
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Abstract

一种铝基混合连续碳纤维复合材料及制备属于复合材料的领域，具体讲是一种混合长纤维增强的铝基复合材料及制备方法，其特征在于是一种高强度碳纤维和高模量碳纤维混合增强的铝基复合材料，碳纤维均匀分布在铝或铝合金基体中，纤维所占体积比为30－60％，其中高模量碳纤维占混合碳纤维的体积百分比为5－50％，复合材料可通过特殊溶剂辅助浸渗连续制备。

Description

铝基混合连续碳纤维复合材料及制备
技术领域
本发明属于复合材料领域，涉及一种导电用高强度以铝或铝合金为基体的由混合碳连续纤维束增强的复合材料。
背景技术
目前，纤维束增强铝基复合材料线丝已用于做杆状、环状或线状零件的增强，常见的有铝基Al2O3纤维增强线丝或碳化硅纤维束增强线丝。如US Patent6245425描述了一种以铝合金为基的α-Al2O3纤维增强的丝线，其基体材料为Al中含有2wt％左右的Cu，基体中含有的杂质小于0.05wt％，其纤维所占体积量为30-70％，其平均抗拉强度在1.38Gpa以上。但是这种α-Al2O3纤维或碳化硅纤维增强体的比重仍然较大，材料的成本也较高，另外α-Al2O3复合材料线丝的热膨胀系数仍较高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种既具有较高比强度、比刚度又具有较低热膨胀系数的低成本复合材料及其型材制备方法。
本发明铝基混合连续碳纤维复合材料是一种铝基纤维增强复合材料，其特征在于该复合材料是一种以高强度碳纤维和高模量碳纤维混合增强的以铝及铝合金为基体的复合材料，含碳纤维的百分比为30-60％，纤维是连续的，纤维直径为3-7μm，其中高模量碳纤维占混合纤维的体积百分比为5-50％，复合材料的基体特征为铝或铝合金，铝合金中的合金元素含量为：Mg(0-3wt％)，Cu(0-3wt％)，Mn、Sr、Re(0.2-0.4wt％)，抗拉强度为1200-1650MPa，热膨胀系数为2-10×10-6，密度为2.3-2.6g/mm2。
本发明铝基混合连续碳纤维复合材料的制备，其特征在于，先将含碳纤维浸于80-100℃的复合盐水溶液中保持1-2分钟取出烘干，然后将这种干燥的纤维浸入到熔融的铝或铝合金液体中10-30秒，接着再抽取带有铝液的纤维使其通过模具，待铝液凝固后便形成复合材料，复合盐水溶液有含锆钾盐和钠盐，含锆钾盐和钠盐的相对比率为(1-2)∶1。
本发明的优点之一是，新型复合材料制成的线丝的比强度与比刚度比Al2O3纤维增强的线丝高，热膨胀系数比Al2O3增强的铝线丝低。此外，本发明的另一优点是所用原材料来源广、成本低。
本发明混合碳纤维增强铝基复合材料可直接用于制备快速机械上的杆件零件、环状零件以及用于电线电缆的增强线丝，线丝本体也可直接用做零件。
具体实施实施例1：在铝基混合碳连续纤维复合材料矩形型材制备时，先将含碳纤维浸于100℃的复合盐水溶液中1分钟便取出烘干；然后将这种干燥的纤维浸入到熔融的铝合金液体中保持10秒，接着抽取带有铝液的纤维使其通过内腔尺寸为10mm×30mm方口模具，待附着在纤维上的铝液凝固后便形成复合材料型材，复合盐水溶液含有含锆钾盐和钠盐，钾盐和钠盐的相对比率为1∶1。
碳纤维增强的以铝及铝合金为基体的复合材料型材，含碳纤维的体积百分比为30％，纤维是连续的，纤维直径为3μm，其中高模量碳纤维占混合纤维的体积百分比为5％，复合材料的基体特征为铝合金，铝合金中的合金元素含量为：Cu 1wt％，Mn、Sr、Re中至少含一种，含量为0.2wt％，复合材料的抗拉强度为1200MPa，热膨胀系数为7×10-6，密度为2.6g/mm3。实施例2：在铝基混合碳连续纤维复合材料线丝制备时，先将含碳纤维浸于80℃的复合盐水溶液中保持2分钟取出烘干；然后将这种干燥的纤维浸入到熔融的铝或铝合金液体中30秒，接着抽取带有铝液的纤维使其通过直径为3mm管模具，待铝液凝固后便形成复合材料线丝，复合盐水溶液含有含锆钾盐和钠盐，钾盐和钠盐的相对比率为2∶1。
碳纤维增强的以铝及铝合金为基体的复合材料线丝，含碳纤维的百分比为60％，纤维是连续的，纤维直径为7μm，其中高模量纤维占碳纤维的50％，复合材料的基体特征为铝合金，铝合金中的合金元素含量为：Mg 1wt％，Cu 1wt％，Mn、Sr、Re中至少含一种，含量为0.3wt％，复合材料丝线的直径为3mm，抗拉强度为1650MPa，热膨胀系数为2×10-6，密度为2.3g/mm2。实施例3：在铝基混合碳连续纤维复合材料线丝制备时，先将含碳纤维浸于90℃的复合盐水溶液中2分钟便取出烘干；其次将这种干燥的纤维浸入到熔融的铝或铝合金液体中30秒，然后抽取带有铝液的纤维使其通过直径为3.8mm管模具，待铝液凝固后便形成复合材料线丝，复合盐水溶液含锆钾盐和钠盐，钾盐和钠盐的相对比率为2∶1。
碳纤维增强的以铝及铝合金为基体的复合材料线丝，含碳纤维的百分比为50％，纤维是连续的，纤维直径为7μm，其中高模量碳纤维占混合纤维的体积百分比为20％，复合材料的基体特征为铝或铝合金，铝合金中的合金元素含量为：Mn、Sr、Re中至少含一种，含量为0.4wt％，复合材料丝线的直径为3.8mm，抗拉强度为1400MPa，热膨胀系数为5×10-6，密度为2.4g/mm3。

Claims (2)

1.一种铝基混合连续碳纤维复合材料，其特征在于该复合材料是一种高强度碳纤维和高模量碳纤维混合增强的以铝或铝合金为基体的复合材料，碳纤维的百分比为30-60％，纤维是连续的，其中高模量碳纤维占混合纤维的体积百分比为5-50％，复合材料的基体特征为铝或铝合金，铝合金中的合金元素含量为：Mg(0-3wt％)，Cu(0-3wt％)，Mn、Sr、Re(0.1-0.3wt％)，抗拉强度为1200-1650MPa，热膨胀系数为2-7×10-6，密度为2.0-2.6g/cm3。
2.按照权利1要求所述的铝基混合连续碳纤维复合材料的制备，其特征在于，先将含碳纤维浸入80-100℃的复合盐水溶液中保持1-2分钟后取出烘干；其次是将这种干燥的纤维浸入到熔融的铝或铝合金液体中10-30秒，然后抽取带有铝液的纤维使其通过模具，待铝液凝固后便形成复合材料，复合盐水为含锆钾盐和钠盐，钾盐和钠盐的相对比率为(1-2)∶1。
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