碳纤维表面改性方法及碳纤维增强复合材料的制备方法技术

本发明专利技术属于碳纤维增强复合材料技术领域，公开了一种碳纤维表面改性方法及碳纤维增强复合材料的制备方法。本发明专利技术通过加热容器控制方法依次进行的模糊控制阶段、档位切换阶段以及神经网络控制阶段，通过模糊控制阶段迅速确定较为合适的目标档位，减少调节时间，提高加热效率；同时，通过对碳纤维增强复合材料硬度进行检测采用纳米压痕的方法获得同一状态下单一材料的纳米压痕数据和维氏硬度值，通过理论分析及数据拟合建立宏观维氏硬度与纳米压痕之间的数学关系模型，通过该数学关系模型把超薄的纳米压痕数据转化成宏观维氏硬度值，从而为多层碳纤维增强复合材料的性能预测提供有效可靠准确的数据。有效可靠准确的数据。有效可靠准确的数据。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维表面改性方法及碳纤维增强复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维增强复合材料
，尤其涉及一种碳纤维表面改性方法及碳纤维增强复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳纤维指的是含碳量在90％以上的高强度高模量纤维。耐高温居所有化纤之首。用腈纶和粘胶纤维做原料，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；碳纤维主要由碳元素组成，具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。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；然而，现有碳纤维增强复合材料的制备方法对原料加热效率低；同时，对复合材料硬度检测不准确。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有碳纤维增强复合材料的制备方法对原料加热效率低。
[0005](2)对复合材料硬度检测不准确。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种碳纤维表面改性方法及碳纤维增强复合材料的制备方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种碳纤维增强复合材料的制备方法包括：
[0008]步骤一，纯度不低于99.99％的金属铝熔化后得到的熔融铝雾化喷射到纯水中得到氢氧化铝，再经过陈化、过滤、干燥、煅烧、气流粉碎获得氧化铝粉；按重量计，取纳米碳纤碳化硅粉体80份、氧化铝粉体20份、二氧化硅16份和纳米氧化钛粉体6份放入模具置于高温加热容器中煅烧，煅烧时间3h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；
[0009]步骤二，用质量浓度为60％的硝酸处理碳纤维，室温下处理lh，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维：将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1：2，在研磨机中加入95％酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；
[0010]步骤三，按重量份计，取双酚A型环氧树脂80份、酚醛环氧树脂22份、固化剂50份、硅烷偶联剂15份、聚丙烯酸酯12份、硫化异丁烯7份和混合粉体15份，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料；
[0011]步骤四，对碳纤维增强复合材料硬度进行检测。
[0012]进一步，所述加热容器控制方法如下：
[0013](1)模糊控制阶段：确认原料的第一温度以及原料的单位时间内的流量；获取预设的设定温度；根据所述第一温度、所述流量以及所述设定温度，确定加热容器的目标档位；
[0014](2)档位切换阶段：根据每一所述档位对应预设数量的燃烧头开启数量和预设的
燃烧头喷油压力，将当前档位切换至目标档位；
[0015](3)神经网络控制阶段：获取原料单位时间内的流量；将所述流量输入神经网络，以确定加热周期F；所述加热周期F为单位体积的原料由加热容器的入口端进入加热容器的盘管加热，并从加热容器的出口端流出所用的时间值；
[0016]进一步，所述模糊控制阶段中，所述根据所述第一温度、所述流量以及所述设定温度，确定加热容器的目标档位，包括：
[0017]根据所述第一温度以及所述设定温度，计算得到第一温差值；
[0018]根据所述第一温差值以及所述流量计算得到原料所需热量；获取当前档位的燃油放出热量；通过所述原料所需热量以及所述燃油放出热量确定热需求比值率；
[0019]生成模糊控制表；
[0020]根据所述第一温差值确定对应的目标控制周期，查询与所述目标控制周期匹配的模糊控制表；
[0021]根据所述第一温差值和所述热需求比值率查询所述模糊控制表得到对应的第一燃油需求系数；
[0022]根据所述第一燃油需求系数确定所述目标档位。
[0023]进一步，所述生成模糊控制表，包括：
[0024]获取所述第一温差值变化范围，并设置其对应的第一模糊语言集；
[0025]获取所述热需求比值率的变化范围，并设置其对应的第二模糊语言集；
[0026]根据预设控制规则、所述第一模糊语言集以及所述第二模糊语言集，生成对应的模糊控制表。
[0027]进一步，所述档位切换阶段中，所述根据每一所述档位对应预设数量的燃烧头开启数量和预设的燃烧头喷油压力，将当前档位切换至所述目标档位，包括：
[0028]获取当前档位的燃烧头开启数量与燃烧头喷油压力；获取目标档位的燃烧头开启数量与燃烧头喷油压力；其中，所述当前档位和所述目标档位至少具有不同的燃烧头开启数量；
[0029]按照预设控制规则从当前档位切换至所述目标档位；所述预设控制规则为：切换过程途经的各个档位中，相邻两个档位的燃烧头喷油压力相同，该相邻两个档位的燃烧头开启数量不同；或者是，切换过程途经的各个档位中，相邻两个档位的燃烧头喷油压力不同，该相邻两个档位的燃烧头开启数量相同。
[0030]进一步，所述神经网络控制阶段中，所述神经网络为单层感知器神经网络；
[0031]所述神经网络的算法模型采用对数S形传输函数：
[0032]f(n)＝1/(1+e
‑
n)＝Wp+b＝[W1,W2
…
,Wn]+b；
[0033]其中，f(n)为第二燃油需求系数、W为时间误差值、b为手动修正值；
[0034]所述当前档位和所述目标档位具有不同的燃烧头开启数量，所述当前档位和所述目标档位具有相同的燃烧头喷油压力；
[0035]所述按照预设控制规则从当前档位切换至所述目标档位的步骤具体包括：
[0036]调整燃烧头开启数量以从所述当前档位切换至所述目标档位；
[0037]所述当前档位和所述目标档位具有不同的燃烧头开启数量，所述当前档位和所述目标档位具有不同的燃烧头喷油压力；
[0038]所述按照预设控制规则从当前档位切换至所述目标档位的步骤具体包括：
[0039]选择多个档位中的一个档位作为过渡档位；其中，所述当前档位的燃烧头开启数量与所述过渡档位的燃烧头开启数量相同；所述目标档位的燃烧头喷油压力与所述过渡档位的燃烧头喷油压力相同；
[0040]调整燃烧头喷油压力，以从所述当前档位切换至所述过渡档位；
[0041]调整燃烧头开启数量，以从所述过渡档位切换至所述目标档位；
[0042]或者，所述按照预设控制规则从当前档位切换至所述目标档位的步骤具体包括：
[0043]选择多个档位中的一个档位作为过渡档位；其中，所述当前档位的燃烧头喷油压力与所述过渡档位的燃烧头喷油压力相同；所述目标档位的燃烧头开启数量与所述过渡档位的燃烧头开启数量相同；
[0044]调整燃烧头开启数量，以从所述当前档位切换至所述过渡档位；
[0045]调整燃烧头喷油压力，以从所述过渡档位切换至所述目标档位。
[0046]进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维增强复合材料的制备方法包括以下步骤：步骤一，纯度不低于99.99％的金属铝熔化后得到的熔融铝雾化喷射到纯水中得到氢氧化铝，再经过陈化、过滤、干燥、煅烧、气流粉碎获得氧化铝粉；按重量计，取纳米碳纤碳化硅粉体80份、氧化铝粉体20份、二氧化硅16份和纳米氧化钛粉体6份放入模具置于高温加热容器中煅烧，煅烧时间3h，冷却后取出破碎，过200目筛，得到陶瓷微粉；步骤二，用质量浓度为60％的硝酸处理碳纤维，室温下处理lh，经水洗烘干，得到刻蚀碳纤维：将刻蚀碳纤维与陶瓷微粉置于研磨机中，两者的质量之比为1：2，在研磨机中加入95％酒精，研磨1h后烘干，得到混合粉体；步骤三，按重量份计，取双酚A型环氧树脂80份、酚醛环氧树脂22份、固化剂50份、硅烷偶联剂15份、聚丙烯酸酯12份、硫化异丁烯7份和混合粉体15份，搅拌均匀，在室温下固化，即制备得到碳纤维增强复合材料；步骤四，对碳纤维增强复合材料硬度进行检测。2.如权利要求1所述碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热容器控制方法如下：(1)模糊控制阶段：确认原料的第一温度以及原料的单位时间内的流量；获取预设的设定温度；根据所述第一温度、所述流量以及所述设定温度，确定加热容器的目标档位；(2)档位切换阶段：根据每一所述档位对应预设数量的燃烧头开启数量和预设的燃烧头喷油压力，将当前档位切换至目标档位；(3)神经网络控制阶段：获取原料单位时间内的流量；将所述流量输入神经网络，以确定加热周期F；所述加热周期F为单位体积的原料由加热容器的入口端进入加热容器的盘管加热，并从加热容器的出口端流出所用的时间值。3.如权利要求2所述碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述模糊控制阶段中，根据所述第一温度、所述流量以及所述设定温度，确定加热容器的目标档位，包括：根据所述第一温度以及所述设定温度，计算得到第一温差值；根据所述第一温差值以及所述流量计算得到原料所需热量；获取当前档位的燃油放出热量；通过所述原料所需热量以及所述燃油放出热量确定热需求比值率；生成模糊控制表；根据所述第一温差值确定对应的目标控制周期，查询与所述目标控制周期匹配的模糊控制表；根据所述第一温差值和所述热需求比值率查询所述模糊控制表得到对应的第一燃油需求系数；根据所述第一燃油需求系数确定所述目标档位。4.如权利要求3所述碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述生成模糊控制表，包括：获取所述第一温差值变化范围，并设置其对应的第一模糊语言集；获取所述热需求比值率的变化范围，并设置其对应的第二模糊语言集；根据预设控制规则、所述第一模糊语言集以及所述第二模糊语言集，生成对应的模糊控制表。
5.如权利要求2所述碳纤维增强复合材料的制备方法，其特征在于，所述档位切换阶段中，根据每一所述档位对应预设数量的燃烧头开启数量和预设的燃烧头喷油压力，将当前档位切换至所述目标档位，包括：获取当前档位的燃烧头开启数量与燃烧头喷油压力；获取目标档位的燃烧头开启数量与燃烧头喷油压力；其中，所述当前档位和所述目标档位至少具有不同的燃烧头开启数量；按照预设控制规则从当前档位切换至所述目标档位；所述预设...

【专利技术属性】
技术研发人员：王剑磊，吴立新，
申请(专利权)人：宁波北仑中科海西产业技术创新中心，
类型：发明
国别省市：