【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料成型，尤其涉及一种基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法。
技术介绍
1、本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、碳纤维复合材料是一种以碳纤维为增强体，树脂为基体的高性能复合材料，具有轻质、高强、高模、耐高温、耐腐蚀等优异特性，广泛应用于航空航天、军工、汽车、建筑、体育等领域。热塑性树脂基碳纤维复合材料是指以热塑性树脂为基体的碳纤维复合材料，如聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮等。热塑性树脂基碳纤维复合材料具有加工周期短、成型温度低、回收利用容易、可塑性好等特点。
3、热压成型是热塑性树脂基碳纤维复合材料的主要成型方式之一，然而，传统的热压成型加工制备的热塑性树脂基碳纤维复合材料难以对成型过程中碳纤维的分布状态进行有效控制，导致成型品的质量不稳定，力学性能较低，表面缺陷较多。另外，传统热压成型过程温度和压力较高，时间较长，因此能耗高。
4、因此，如何提供一种热塑性树脂基碳纤维复合材料的成型方法以提高碳纤维复合材料的成型质量，提高其力学性能、降低表面缺陷，同时提高热压成型过程的效率，是亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，该方法在热压成型过程中引入超声波振动，并严格控制超声波振动参数，最大限度提高碳纤维复合材料的成型质量，表面缺陷少，且
2、本专利技术提供了一种基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，包括如下步骤：
3、将预浸料切割成所需形状和尺寸，层叠在热压模具上；
4、将热压模具放入热压机中，施加预设压力，升温至树脂的熔融温度；在升温过程中向热压模具施加周期性的超声波振动，超声波的频率为20～120khz，超声波的功率为50～500w；
5、然后在超声波振动作用下保温保压10～20min；然后撤去超声波振动，停止加热和施压，冷却至室温，取出碳纤维复合材料成型件。
6、本专利技术的热压成型过程，在升温过程中引入超声波振动，由于超声具有机械效应、热效应和化学效应，其能够加速树脂内部的升温和熔融过程。升温至熔融温度后继续在超声波振动作用下保温保压，该过程中，超声能够影响树脂内部的碳纤维分布状态，使碳纤维分布均匀；同时，在超声作用下，能够降低树脂的粘度和内摩擦，提高树脂的流动性和充模性，并且促进模具内的排气和填充，减少内部缺陷和表面缺陷的产生。冷却的过程中停止超声作用，避免超声对树脂的固化过程产生影响。
7、超声波的参数对碳纤维复合材料成型件的成型质量具有较为关键的影响，超声波功率过高，超声波在材料内部空化产生气泡，将造成内部缺陷及表面缺陷的增多，影响最终材料的性能，甚至降低材料的质量。因此，需要严格控制超声过程的参数，进而既能确保降低传统热压成型工艺的能耗和时间，又能够保证最终产品的质量良好。
8、另外，保温保压的时间不低于10min，如果时间过短，树脂可能尚未完全熔融，并且碳纤维的分布状态无法得到有效调控，也会造成最终产品质量下降。保温保压时间过长，会增加能耗，甚至可能造成制品出现裂纹。
9、优选的，所述树脂选自聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚丙烯或热塑性聚氨酯中的任意一种。
10、优选的，所述碳纤维复合材料还包括其它纤维增强体；所述其它纤维增强体包括玻璃纤维、芳纶纤维、uhmwpe纤维、玄武岩纤维或尼龙纤维中的任意一种。其它纤维增强体的引入可以进一步提高碳纤维复合材料的性能，例如，uhmwpe纤维的引入能够进一步提高制品的韧性，从而扩展碳纤维复合材料的适用范围。
11、进一步的，所述碳纤维复合材料中，碳纤维的体积分数为35～70％，其它纤维增强体的体积分数为0～35％，碳纤维和其它纤维增强体的总体积分数低于70％。合适的纤维增强体添加量能够确保复合材料的性能，如果添加量过少，则难以起到增强效果；如果添加量过多，纤维增强体和树脂间的相容性差，树脂无法对纤维增强体进行有效包裹，从而难以有效发挥二者复合的优势。
12、优选的，所述预设压力为2～10mpa。合适的压力确保了层叠铺设的预浸料之间具有较强的相互作用，从而提高层与层之间的结合性能，同时促进了树脂的流动。
13、优选的，所述升温速率为5～15℃/min。升温速率过低将导致达到熔融温度的时间过长，降低生产效率以及增加能耗；升温速率过高将影响复合材料成型件的质量。
14、优选的，所述周期性的超声波振动具体为：一个周期内，超声波振动开启时间为100～150s，关闭时间为150～200s。周期性超声波振动而非持续性超声，一方面避免长时间的超声对超声设备造成损害，另一方面也避免了树脂内部温度过热或局部温度过热造成树脂分解等影响。
15、优选的，所述超声波的振幅为0.01～0.1mm。
16、优选的，所述超声波的频率为20～40khz，超声波的功率为300～500w。在上述超声波的参数范围下，成型件具有较高的质量。
17、优选的，所述热压模具包括上模和下模，所述超声波振动施加于下模。上模为动模，用于加压，下模为定模，用于施加超声作用，避免模具移动对超声造成影响，同时也便于设备安装。
18、与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：
19、本专利技术在碳纤维复合材料热压成型的升温过程以及保温保压过程引入超声波振动，严格控制超声波振动参数，使热塑性树脂在超声波场的作用下产生微观塑性变形，降低树脂的粘度和内摩擦，提高树脂的流动性和充模性，并确保碳纤维在树脂内部的均匀分布，同时也有利于材料内部的排气和填充，减少缺陷的产生；此外，超声波振动可以产生额外热能，从而提高树脂内部温度，进一步降低树脂的粘度和内应力，促进树脂固化和结晶，提高复合材料的强度和韧性，减小变形程度。此外，本专利技术的成型方法，能够在确保成型质量的前提下保证成型效率，相对于传统热压成型工艺而言具有更短的成型时间和更低的能耗。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述树脂选自聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚丙烯或热塑性聚氨酯中的任意一种。
3.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述碳纤维复合材料还包括其它纤维增强体；所述其它纤维增强体包括玻璃纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维、玄武岩纤维或尼龙纤维中的任意一种。
4.如权利要求3所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述碳纤维复合材料中，碳纤维的体积分数为35～70％，其它纤维增强体的体积分数为0～35％，碳纤维和其它纤维增强体的总体积分数低于70％。
5.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述预设压力为2～10MPa。
6.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述升温速率为5～15℃/min。
7.如权利要求
8.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述超声波的振幅为0.01～0.1mm。
9.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述超声波的频率为20～40kHz，超声波的功率为300～500W。
10.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述热压模具包括上模和下模，所述超声波振动施加于下模。
...【技术特征摘要】
1.一种基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述树脂选自聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亚胺、聚丙烯或热塑性聚氨酯中的任意一种。
3.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述碳纤维复合材料还包括其它纤维增强体；所述其它纤维增强体包括玻璃纤维、芳纶纤维、uhmwpe纤维、玄武岩纤维或尼龙纤维中的任意一种。
4.如权利要求3所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征在于，所述碳纤维复合材料中，碳纤维的体积分数为35～70％，其它纤维增强体的体积分数为0～35％，碳纤维和其它纤维增强体的总体积分数低于70％。
5.如权利要求1所述的基于超声波辅助的碳纤维复合材料热压成型方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵英男，李慧颖，侯帅昌，吕淑扬，邓文超，
申请(专利权)人：中车成型科技青岛有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。