本发明专利技术公开了一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置、制备方法及产品，属于复合材料技术领域，所述双螺杆挤出装置包括机筒和螺杆，所述螺杆位于机筒内，所述双螺杆挤出装置包括进料段、混合段、剪切段、排气段和出料段；其中，所述混合段的螺杆包括啮合块；所述剪切段的螺杆包括反螺纹；所述排气段的机筒包括排气口。本发明专利技术同时公开了利用上述装置制备碳纤维增强树脂基复合材料的方法以及碳纤维增强树脂基复合材料产品。本发明专利技术充分考虑到材料混合不均匀以及排气等问题，通过多段区域的配合，达到混合均匀，孔隙少以及短切碳纤维长度均一的技术效果。并且，本发明专利技术中的装置及制备方法利于进行推广使用。的装置及制备方法利于进行推广使用。的装置及制备方法利于进行推广使用。
【技术实现步骤摘要】
一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置、制备方法及产品
[0001]本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置、制备方法及产品。
技术介绍
[0002]碳纤维是一种纤维状微晶石墨材料，具有很高的含碳量。与普通材料相比，碳纤维具有耐腐蚀，耐高温，抗疲劳，高强度，高模量，导电以及尺寸稳定性高等优点，目前已被广泛应用于航空航天，交通运输，体育休闲等各个领域。但碳纤维因为其纤维状的特点，无法直接使用，多数情况下是与陶瓷，金属，树脂等基体复合制成复合材料，最后通过加工成型制成需要的结构来进行使用。其中，目前研究与应用最多的是以碳纤维为增强体，合成树脂为基体复合而成的碳纤维增强树脂基复合材料，这种材料在现有的结构材料中的综合性最优，且这种高性能的复合材料在现代先进复合材料中所处的位置是无可替代的，因此被誉为21世纪最具有生命力的成型材料。
[0003]但是，现有技术中对短切碳纤维增强树脂基复合材料的制备工艺还不够成熟，容易出现混合不均匀，碳纤维取向性差，碳纤维长短不一以及出现气泡孔洞的问题，大大的降低了复合材料的力学性能，达不到预期的技术效果。
[0004]因此，如何提供一种能够提高短切碳纤维增强树脂基复合材料的力学性能的方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置、制备方法及产品，以解决上述混合不均匀、出现孔洞以及碳纤维长短不一等问题。<br/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，包括机筒和螺杆，所述螺杆位于机筒内，所述双螺杆挤出装置包括进料段、混合段、剪切段、排气段和出料段；
[0008]其中，
[0009]所述混合段的螺杆包括啮合块；
[0010]所述剪切段的螺杆包括反螺纹；
[0011]所述排气段的机筒包括排气口。
[0012]更为优选的，所述螺杆的旋转方向为顺时针，且螺杆内径为16mm，螺杆外径为25mm，两根螺杆的中心距为21mm，啮合块的轴向间隙为0.5mm，机筒内径为26mm。
[0013]本专利技术中螺杆的顺时针旋转利于碳纤维与树脂材料的输送。
[0014]优选的，所述进料段的机筒包括进料口，螺杆包括螺距依次降低的第一双头螺纹、第二双头螺纹和第三双头螺纹。
[0015]更为优选的，所述第一双头螺纹的螺距为25mm,第二双头螺纹的螺距为20mm，第三
双头螺纹的螺距为15mm。
[0016]上述进料段主要用于喂料并输送材料至下一部分。
[0017]优选的，所述啮合块数量为5块，且依次旋转排列，所述旋转角为45
°
，旋转方向与所述进料段螺杆螺纹方向相同。
[0018]更为优选的，所述啮合块的宽度为5mm，高度与螺杆外径相等。
[0019]本专利技术中的啮合块有利于碳纤维与树脂材料的熔融混合。
[0020]优选的，所述反螺纹数量为2，螺距为15mm。
[0021]本专利技术中的反螺纹螺距小，压力大，剪切作用强，能够用于碳纤维的剪切与两种材料的高度混合。
[0022]优选的，所述排气段还包括螺距依次增加的第四双头螺纹和第五双头螺纹。
[0023]更为优选的，第四双头螺纹的螺距为20mm，第五双头螺纹的螺距为30mm。
[0024]上述较大螺距用于减小压力，增加碳纤维与树脂材料与装置接触的表面积，利于排气。
[0025]优选的，所述出料段的机筒包括出料口，螺杆包括螺距依次递减的第六双头螺纹、第七双头螺纹和第八双头螺纹。
[0026]更为优选的，第六双头螺纹螺距为25mm,第七双头螺纹的螺距为20mm，第八双头螺纹的螺距为15mm。
[0027]本专利技术中的出料段螺距逐渐减小，能够达到增压的效果，利于复合材料的挤出。
[0028]一种碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法，利用上述用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置进行制备，具体包括以下步骤：
[0029](1)将碳纤维加入烧杯，按600ml水/g碳纤维加入水溶液，超声振荡10min，在此过程中，振动过程中，碳纤维在超声波产生的大量微气泡的作用下趋于单丝化。再加入分散剂，搅拌均匀后继续超声振荡10min，然后滴加消泡剂至气泡消失，然后向其中加入水稀释、过滤、干燥，得到处理后的短切碳纤维；
[0030](2)将树脂材料进行干燥脱水，得到干燥后的树脂材料；
[0031](3)将所述处理后的短切碳纤维和干燥后的树脂材料混合后，从进料口加入至上述用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置进行挤出造粒，再依次进行注塑、液氮中冷冻脆断、断裂表面喷金处理，得到碳纤维增强树脂基复合材料。
[0032]优选的，所述碳纤维、分散剂和干燥后的树脂材料的质量比为(10
‑
40):1:(59
‑
89)。
[0033]所述树脂材料包括尼龙66(聚己二酰己二胺)；
[0034]所述分散剂包括甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种；
[0035]所述消泡剂包括磷酸三丁酯。
[0036]有益效果：在加入分散剂之前用超声波振荡进行预分散，之后在加入分散剂进行进一步的搅拌振荡，能够使碳纤维达到充分分散的效果，便于后续与尼龙66充分混合；本专利技术在挤出造粒后，对其进行注塑，冷冻脆断以及喷金工作，便于结果的观察。
[0037]优选的，步骤(1)中所述超声振荡温度为38
‑
44℃；
[0038]所述干燥温度为280
‑
290℃，时间为5
‑
6h；
[0039]步骤(2)中所述干燥温度为120
‑
130℃，时间为6
‑
7h；
[0040]步骤(3)中所述挤出温度为250℃
‑
300℃，入口压力为0.1MPa,出口为自由出口；
[0041]所述注塑为：按照ISO
‑
527
‑
1标准尺寸进行注塑，注塑温度为320℃；
[0042]所述冷冻脆断时间为：在液氮中冷冻5min后将样品取出折断；
[0043]所述喷金处理为：用喷金仪(离子溅射仪)在断面表面额外镀一层导电薄层材料(铂、银、铬等)，防止扫描时结构被破坏，起到保护作用。
[0044]一种碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法制备得到的碳纤维增强树脂基复合材料。
[0045]本专利技术公开了一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置、制备方法及产品。本专利技术中的挤出装置采用了啮合块和反螺纹组合使用的方式，其中，啮合块能将两种材料进行熔融混合，而反螺纹能够利用其高剪切强度的优势将较长的碳纤维切断，是碳纤维在长度方面较均一，更加利本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，包括机筒和螺杆，所述螺杆位于机筒内，其特征在于，所述双螺杆挤出装置包括进料段、混合段、剪切段、排气段和出料段；其中，所述混合段的螺杆包括啮合块；所述剪切段的螺杆包括反螺纹；所述排气段的机筒包括排气口。2.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，其特征在于，所述进料段的机筒包括进料口，螺杆包括螺距依次降低的第一双头螺纹、第二双头螺纹和第三双头螺纹。3.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，其特征在于，所述啮合块数量为5块，且依次旋转排列，所述旋转角为45
°
，旋转方向与所述进料段螺杆螺纹方向相同。4.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，其特征在于，所述反螺纹数量为2，螺距为15mm。5.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，其特征在于，所述排气段还包括螺距依次增加的第四双头螺纹和第五双头螺纹。6.根据权利要求1所述的一种用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置，其特征在于，所述出料段的机筒包括出料口，螺杆包括螺距依次递减的第六双头螺纹、第七双头螺纹和第八双头螺纹。7.一种碳纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，利用权利要求1
‑
6任一项所述的用于制备碳纤维增强树脂基复合材料的双螺杆挤出装置进行制备，具体包括以下步骤：(1)将碳纤维浸入水中，超声振荡10min，然后加入分散剂，搅拌均匀后继续超声振荡10min，再滴加消泡剂，然后向其中加入水稀...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘江林，杨冬冬，梁建国，郑仁辉，李志鹏，赵润田，杨磊，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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