一种碳纤维复合材料制造技术

本发明专利技术属于复合材料领域，其公开了一种碳纤维复合材料，所述的碳纤维复合材料为由短切碳纤维和有机材料的混合物形成的一体式结构，所述的碳纤维复合材料的密度为50～1000kg/m

A Carbon Fiber Composite Material

The invention belongs to the field of composite materials, and discloses a carbon fiber composite material. The carbon fiber composite material is an integral structure formed by a mixture of short carbon fibers and organic materials. The density of the carbon fiber composite material is 50-1000kg/m.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料
本专利技术涉及复合材料领域，具体为一种碳纤维复合材料。
技术介绍
随着飞机、轨道交通、新型船舶和新能源汽车的发展和节能环保的需求，对交通工具(汽车、飞机、轨道机车和游轮)的轻量化和舒适性提出了更高的要求，越来越重视交通工具的NVH(噪声、振动与声振粗糙度)问题。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20％的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题，NVH处理不好，直接影响乘客的体验。目前，提高交通工具NVH性能的常规做法是在车厢内部隔层骨架中铺设矿物棉，用于吸声、减震、隔热。由于矿物棉的成分中含有石棉，石棉纤维容易吸入人体内并沉积在肺部，造成肺部疾病。同时矿物棉的抗水性不好，长期使用后会吸附水蒸气，大大降低了矿物棉材料的吸声、减震降噪和隔热保温性能。因此，寻找一种环保无石棉，同时具有优异隔音、减震降噪和保温防寒的新型材料成为人们研究的重点。常熟市鼎新碳材料有限公司提出一种解决方案，具体为：中国专利申请CN201810067434.1一种碳纤维吸音防寒保温棉的制备方法，其实施例中记载：先将聚丙烯腈纤维的表面经防水涂料表面处理，制备得到氧指数45％的碳纤维，以质量百分比计碳纤维为90％，低熔点聚酯纤维为10％，将碳纤维和低熔点聚酯纤维，经过梳理后进行热处理，热处理温度为50℃，通过非织造方式结合为一体，制备得到密度为13kg/m3的碳纤维复合材料层。其有益效果部分记载：通过非织造方式生产碳纤维吸音防寒保温棉，制得的碳纤维吸音防寒保温棉密度低，导热系数低，隔热保温性好，隔音吸音性能好，在明火中不燃不熔，无滴落物，无烟毒气体产生，同时还具有防水等特点。由于其为低密度材料，其为蓬松的材料，类似于玻璃棉(密度为10-48Kg/m3)，其保温、隔音效果自然好，但是不容忽视的问题是：实际应用中需在背面涂覆胶粘剂，使得棉与车体骨架贴合，粘附性能不好的胶粘剂容易脱胶，同时胶水易渗入到棉中，后期更换维护时，易产生脱胶、残胶等现象。同时，胶粘剂也存在着环保问题。并且从现在的技术发展来看，采用碳纤维和聚酯材料制作防火、隔音、保温材料只有这一条路径。因为采用有机材料和碳纤维制备保温、防火、隔热材料从现在来看具有一对矛盾项，即如果有机材料多，则防火、烟雾、隔音、保温则受影响；如果有机材料少，则只能通过蓬松的结构实现防火、隔音、保温的目的，并且任何试图将低比例的有机材料和碳纤维材料制备成为具有较大密度的材料的尝试都是失败的。所以，上述的矛盾就是本方案提出的基础和出发点。而本方案解决该矛盾的直接工业应用的目的在于，在保留低密度复合材料的优点的前提下，提高密度，实现可打孔安装。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纤维复合材料，该材料具有优良的隔音阻燃隔热效果，同时可用钻孔打孔安装，固定牢靠，无污染。同时，本专利技术还公开了该材料可选的制造方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种碳纤维复合材料，所述的碳纤维复合材料为由短切碳纤维和有机材料的混合物形成的一体式结构，所述的碳纤维复合材料的密度为50～1000kg/m3，短切碳纤维和有机材料的重量比为95～99.5：0.5～5。优选地，所述的碳纤维复合材料的密度为50-350kg/m3。在上述的碳纤维复合材料中，所述的有机材料的熔点为80-110℃。需要说明的是：在试验过程中，采用高熔点的有机纤维依然也是可行的，比如通用的尼龙6系列的聚酰胺纤维，其熔点高达200℃以上，如果要采用高熔点的有机材料，对于预热温度、热压温度都要进行相应的调整。本专利技术选择低熔点的有机材料的出发点在于，能够通过低熔点有机材料制备出高密度材料，就没必要采用高熔点的有机材料。但是，本专利技术并不将高熔点的有机材料排斥在本专利技术的保护范围外，本专利技术的有机材料的熔点的选择主要还是基于生产成本、工艺难度的选择。同理，本专利技术也可以选择熔点为80℃以下的有机材料，只不过熔点温度太低，则在加工过程中温度控制、材料在高温情况下的性能可能会有轻微的劣化。在上述的碳纤维复合材料中，所述的有机材料为聚酰胺树脂。在本专利技术中，低熔点有机材料优选为LMPA低熔点尼龙，LMPA低熔点尼龙在大量的文献中均有报道，如CN103525357，其制备的尼龙熔点为120-135℃之间；Cavus等(Cavus，S,GurkaynakMA.Influenceofmonofunctionalreactantsonthephysicalpropertiesofdimeracid-basedpolyamindes【J】.polymersforAdvancedTechnologies，2006，17(1)：30-36制备的熔点为102.4℃的低熔点尼龙等。并且在本专利技术中，有机材料的选择并不仅仅局限于聚酰胺树脂，采用聚酯树脂等依然也是可行的。在上述的碳纤维复合材料中，所述的短切碳纤维的直径为5～8μm，密度为1.76～1.80g/cm3。在上述的碳纤维复合材料中，所述的短切碳纤维的长度为2-10cm；优选为3-7cm。在上述的碳纤维复合材料中，碳纤维复合材料通过以下方法制备得到：将短切碳纤维和有机材料混合后热压成型即可；所述的热压成型过程中热压温度等于或大于有机材料的熔点，热压成型过程中模压板间距根据碳纤维复合材料的密度进行调整。在上述的碳纤维复合材料中，所述的方法包括如下步骤：步骤1：将碳纤维和有机材料混合，得到混合物；步骤2：将混合物进行预热；步骤3：将预热后的混合物进行热压成型。在上述的碳纤维复合材料中，所述的步骤1具体为：步骤S11：将一定比例丝状的碳纤维和丝状的有机纤维经过混合、排列并通过切割机构切割成为预设长度的短切碳纤维和短切有机纤维；步骤S12：所述的短切碳纤维和短切有机纤维形成混合纱并逐层叠加形成具有一定厚度的层叠物。本文所述的碳纤维和有机纤维混合、排列的目的是使碳纤维和有机纤维能在切割过程中均匀混合分布，这是实现高品质的复合材料的一种有效的改进措施。短切有机纤维的直径和长度优选与短切碳纤维的规格一致，当然短切有机纤维也可以比短切碳纤维更细或更粗，优选更细，这样短切碳纤维和短切有机纤维可以混合更为均匀。在上述的碳纤维复合材料中，所述的步骤S11中，所述的切割机构的下方设置传送带；经过切割机构切割形成的短切碳纤维和短切有机纤维掉落在传送带上并逐层叠加形成层叠物。层叠物的形成可以通过外设的振动筛设备收集传送带上的纤维丝形成，也可以使传送带在小范围内进行往复运动使碳纤维丝进行叠加形成层叠物。在上述的碳纤维复合材料中，所述的步骤2中，预热操作的预热温度低于有机材料的熔点20-30℃，预热时间为1-10min。在上述的碳纤维复合材料中，所述的步骤3中，模压温度高于有机材料的熔点温度10-20℃，模压时间为1-10min，优选1-3min。本专利技术的预热操作的目的是使层叠物在进入模压机之前尽可能的缩小和热压温度的差距，这样热压效果会更好。所以预热时间和预热温度可以进行灵活调节，只要能够尽可能的降低与模压温差即可。可以理解的，模压温度略高于熔点温度，其目的是用于使有机纤维能够熔融使碳纤维之间能够紧密结合。在上述的碳纤维复合材料中，所述的步骤3中，热压成型步骤采用模压机实施，所述的混合物的厚度和模压板设本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于，所述的碳纤维复合材料为由短切碳纤维和有机材料的混合物形成的一体式结构，所述的碳纤维复合材料的密度为50～1000kg/m

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于，所述的碳纤维复合材料为由短切碳纤维和有机材料的混合物形成的一体式结构，所述的碳纤维复合材料的密度为50～1000kg/m3，短切碳纤维和有机材料的重量比为95～99.5：0.5～5。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料，其特征在于，所述的有机材料的熔点为80-1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨克俭，杨淦锋，杨金，刘霖，宋庭柏，
申请(专利权)人：广东航科新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44