一种碳纤维复合材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及复合材料制备，更具体的说是一种碳纤维复合材料及其制备工艺。

背景技术

例如公开号CN109518309A碳纤维束以及碳纤维束的制造方法，该发明提供即使单纤维纤度大，结节强度也高，操作性、加工性也优异的碳纤维束以及碳纤维束的制造方法；所述碳纤维束的单纤维纤度为1.69dtex以上2.5dtex以下，结节强度为298N/mm2以上；结节强度为298N/mm2以上以上的碳纤维束的制造方法，其具有下述热处理工序：将说明书所记载的特定的聚丙烯腈系前体纤维束，在220～300℃的温度范围内升温的氧化性气氛下，进行大于90分钟且为150分钟以下的热处理；该发明的缺点是不能将碳纤维和其它材料组合制备管材。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料及其制备工艺，可以将碳纤维和其它材料组合制备管材。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种碳纤维复合材料制备工艺，该工艺包括以下步骤：

S1；将多根碳纤维穿过装置支架Ⅱ和拉扯机构Ⅱ连接在拉扯机构Ⅰ上；

S2；拉扯机构Ⅰ拉扯多根碳纤维经过两个注塑机构之间，成孔机构插入两个注塑机构之间，两个注塑机构闭合进行注塑，拉扯机构Ⅰ将注塑成型的碳纤维复合管拉出；

S3；冷却机构对成型的碳纤维复合管进行冷却；

上述一种碳纤维复合材料制备工艺中还涉及一种碳纤维复合材料制备装置，碳纤维复合材料制备装置包括装置支架Ⅰ、装置支架Ⅱ、转动机构、注塑机构、拉扯机构Ⅰ、拉扯机构Ⅱ、成孔机构、切割机构和冷却机构，所述装置支架Ⅰ和装置支架Ⅱ之间连接有转动机构，转动机构上固定连接有两个注塑机构，装置支架Ⅰ上连接有拉扯机构Ⅰ，装置支架Ⅱ上连接有拉扯机构Ⅱ，拉扯机构Ⅱ上固定连接有成孔机构，装置支架Ⅱ上固定连接有两个切割机构，装置支架Ⅰ上连接有冷却机构。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述装置支架Ⅰ包括安装环Ⅰ、支撑板Ⅰ、滑动支架Ⅰ和连接环，安装环Ⅰ的左右两侧均固定连接有支撑板Ⅰ，两个支撑板Ⅰ上均固定连接有滑动支架Ⅰ，两个滑动支架Ⅰ的前端之间固定连接有连接环，装置支架Ⅱ包括安装环Ⅱ、支撑板Ⅱ、滑动支架Ⅱ和限位环，安装环Ⅱ的左右两侧均固定连接有支撑板Ⅱ，两个支撑板Ⅱ上均固定连接有滑动支架Ⅱ，两个滑动支架Ⅱ的后端之间固定连接有限位环，限位环上设置有多个限位孔。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述转动机构包括转动环、转动轴和转动电机，转动环转动连接在安装环Ⅰ和安装环Ⅱ之间，转动轴转动连接在支撑板Ⅰ和支撑板Ⅱ之间，转动轴和转动环之间传动连接，转动电机固定连接在一侧的支撑板Ⅰ上，转动电机的输出轴和转动轴固定连接。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述注塑机构包括伸缩机构Ⅰ、注塑圆板、注塑管道、插拔和插槽，伸缩机构Ⅰ的伸缩端固定连接有注塑圆板，注塑圆板上固定连接有注塑管道，注塑圆板的下端固定连接有多个插拔，注塑圆板上设置有多个插槽，转动环的上下两侧均固定连接有伸缩机构Ⅰ，上下两侧的多个插拔相互交错设置，插拔可插入对应的插槽内。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述拉扯机构Ⅰ包括拉扯底板Ⅰ、限位柱Ⅰ、横移电机Ⅰ、夹紧内环、伸缩机构Ⅱ和夹紧弧板，拉扯底板Ⅰ的一侧滑动连接在限位柱Ⅰ上，限位柱Ⅰ固定连接在一侧的滑动支架Ⅰ上，拉扯底板Ⅰ的另一侧通过螺纹连接在横移电机Ⅰ的输出轴上，横移电机Ⅰ固定连接在另一侧的滑动支架Ⅰ上，拉扯底板Ⅰ上固定连接有夹紧内环，夹紧内环上设置有多个圆弧孔Ⅰ，拉扯底板Ⅰ上固定连接有多个伸缩机构Ⅱ，多个伸缩机构Ⅱ的伸缩端均固定连接有夹紧弧板，多个夹紧弧板的内侧均设置有多个圆弧孔Ⅱ。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述拉扯机构Ⅱ包括拉扯底板Ⅱ、限位柱Ⅱ、横移电机Ⅱ、后端挡板和穿孔，拉扯底板Ⅱ的一侧滑动连接在限位柱Ⅱ上，限位柱Ⅱ固定连接在一侧的滑动支架Ⅱ上，拉扯底板Ⅱ的另一侧通过螺纹连接在横移电机Ⅱ的输出轴上，横移电机Ⅱ固定连接在另一侧的滑动支架Ⅱ上，拉扯底板Ⅱ上固定连接有后端挡板，后端挡板上设置有多个穿孔。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述成孔机构包括伸缩机构Ⅲ、成孔底板、成孔电机和成孔柱，伸缩机构Ⅲ的伸缩端固定连接有成孔底板，成孔底板上固定连接有成孔电机，成孔电机的输出轴上固定连接有成孔柱，伸缩机构Ⅲ固定连接在拉扯底板Ⅱ上，成孔柱滑动连接在后端挡板上。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述切割机构包括伸缩机构Ⅳ和切割刀具，两个滑动支架Ⅱ的上下两端之间均固定连接有伸缩机构Ⅳ，两个伸缩机构Ⅳ的伸缩端均固定连接有切割刀具。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种碳纤维复合材料制备工艺，所述冷却机构包括升降丝杆、升降滑块、伸缩机构Ⅴ、冷却腔体、冷却管道Ⅰ和冷却管道Ⅱ，升降丝杆设置有两个，两个升降丝杆之间传动连接，两个升降丝杆分别转动连接在两个滑动支架Ⅰ上，两个升降丝杆上均通过螺纹连接有升降滑块，两个升降滑块上均固定连接有伸缩机构Ⅴ，两个伸缩机构Ⅴ的伸缩端均固定连接有冷却腔体，两个冷却腔体上均固定连接有冷却管道Ⅰ和冷却管道Ⅱ，两个冷却腔体的后端和注塑圆板接触。

一种碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维复合管，碳纤维复合管由注塑材料和碳纤维构成，注塑材料注塑形成管，碳纤维穿插在管内。

本发明一种碳纤维复合材料及其制备工艺的有益效果为：

本发明一种碳纤维复合材料及其制备工艺，可以将多根碳纤维穿过装置支架Ⅱ和拉扯机构Ⅱ连接在拉扯机构Ⅰ上；拉扯机构Ⅰ拉扯多根碳纤维经过两个注塑机构之间，成孔机构插入两个注塑机构之间，两个注塑机构闭合进行注塑，拉扯机构Ⅰ将注塑成型的碳纤维复合管拉出；冷却机构对成型的碳纤维复合管进行冷却；切割机构对碳纤维进行切割，使得碳纤维复合管和装置脱离，碳纤维复合管保留了碳纤维和注塑物的材料性质，根据使用需求的不同设置不同的注塑材料，使得注塑材料的材料性质和碳纤维的材料性质结合。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的碳纤维复合材料制备装置整体结构示意图；

图2是本发明的碳纤维复合材料制备装置局部结构示意图一；

图3是本发明的碳纤维复合材料制备装置局部结构示意图二；

图4是本发明的碳纤维复合材料制备装置局部结构示意图三；

图5是本发明的装置支架Ⅰ结构示意图；

图6是本发明的拉扯机构结构示意图；

图7是本发明的冷却机构结构示意图；

图8是本发明的碳纤维复合管结构示意图。

图中：装置支架Ⅰ1；安装环Ⅰ101；支撑板Ⅰ102；滑动支架Ⅰ103；连接环104；装置支架Ⅱ2；安装环Ⅱ201；支撑板Ⅱ202；滑动支架Ⅱ203；限位环204；转动机构3；转动环301；转动轴302；转动电机303；注塑机构4；伸缩机构Ⅰ401；注塑圆板402；注塑管道403；插拔404；插槽405；拉扯机构Ⅰ5；拉扯底板Ⅰ501；限位柱Ⅰ502；横移电机Ⅰ503；夹紧内环504；伸缩机构Ⅱ505；夹紧弧板506；拉扯机构Ⅱ6；拉扯底板Ⅱ601；限位柱Ⅱ602；横移电机Ⅱ603；后端挡板604；穿孔605；成孔机构7；伸缩机构Ⅲ701；成孔底板702；成孔电机703；成孔柱704；切割机构8；伸缩机构Ⅳ801；切割刀具802；冷却机构9；升降丝杆901；升降滑块902；伸缩机构Ⅴ903；冷却腔体904；冷却管道Ⅰ905；冷却管道Ⅱ906。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明的描述中,需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中,除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

具体实施方式一：

下面结合图1至8说明本实施方式，一种碳纤维复合材料制备工艺，该工艺包括以下步骤：

S1；将多根碳纤维穿过装置支架Ⅱ2和拉扯机构Ⅱ6连接在拉扯机构Ⅰ5上；

S2；拉扯机构Ⅰ5拉扯多根碳纤维经过两个注塑机构4之间，成孔机构7插入两个注塑机构4之间，两个注塑机构4闭合进行注塑，拉扯机构Ⅰ5将注塑成型的碳纤维复合管拉出；

S3；冷却机构9对成型的碳纤维复合管进行冷却；

上述一种碳纤维复合材料制备工艺中还涉及一种碳纤维复合材料制备装置，碳纤维复合材料制备装置包括装置支架Ⅰ1、装置支架Ⅱ2、转动机构3、注塑机构4、拉扯机构Ⅰ5、拉扯机构Ⅱ6、成孔机构7、切割机构8和冷却机构9，所述装置支架Ⅰ1和装置支架Ⅱ2之间连接有转动机构3，转动机构3上固定连接有两个注塑机构4，装置支架Ⅰ1上连接有拉扯机构Ⅰ5，装置支架Ⅱ2上连接有拉扯机构Ⅱ6，拉扯机构Ⅱ6上固定连接有成孔机构7，装置支架Ⅱ2上固定连接有两个切割机构8，装置支架Ⅰ1上连接有冷却机构9。

具体实施方式二：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述装置支架Ⅰ1包括安装环Ⅰ101、支撑板Ⅰ102、滑动支架Ⅰ103和连接环104，安装环Ⅰ101的左右两侧均固定连接有支撑板Ⅰ102，两个支撑板Ⅰ102上均固定连接有滑动支架Ⅰ103，两个滑动支架Ⅰ103的前端之间固定连接有连接环104，装置支架Ⅱ2包括安装环Ⅱ201、支撑板Ⅱ202、滑动支架Ⅱ203和限位环204，安装环Ⅱ201的左右两侧均固定连接有支撑板Ⅱ202，两个支撑板Ⅱ202上均固定连接有滑动支架Ⅱ203，两个滑动支架Ⅱ203的后端之间固定连接有限位环204，限位环204上设置有多个限位孔。

具体实施方式三：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述转动机构3包括转动环301、转动轴302和转动电机303，转动环301转动连接在安装环Ⅰ101和安装环Ⅱ201之间，转动轴302转动连接在支撑板Ⅰ102和支撑板Ⅱ202之间，转动轴302和转动环301之间传动连接，转动电机303固定连接在一侧的支撑板Ⅰ102上，转动电机303的输出轴和转动轴302固定连接。

具体实施方式四：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述注塑机构4包括伸缩机构Ⅰ401、注塑圆板402、注塑管道403、插拔404和插槽405，伸缩机构Ⅰ401的伸缩端固定连接有注塑圆板402，注塑圆板402上固定连接有注塑管道403，注塑圆板402的下端固定连接有多个插拔404，注塑圆板402上设置有多个插槽405，转动环301的上下两侧均固定连接有伸缩机构Ⅰ401，上下两侧的多个插拔404相互交错设置，插拔404可插入对应的插槽405内。

具体实施方式五：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式四作进一步说明，所述拉扯机构Ⅰ5包括拉扯底板Ⅰ501、限位柱Ⅰ502、横移电机Ⅰ503、夹紧内环504、伸缩机构Ⅱ505和夹紧弧板506，拉扯底板Ⅰ501的一侧滑动连接在限位柱Ⅰ502上，限位柱Ⅰ502固定连接在一侧的滑动支架Ⅰ103上，拉扯底板Ⅰ501的另一侧通过螺纹连接在横移电机Ⅰ503的输出轴上，横移电机Ⅰ503固定连接在另一侧的滑动支架Ⅰ103上，拉扯底板Ⅰ501上固定连接有夹紧内环504，夹紧内环504上设置有多个圆弧孔Ⅰ，拉扯底板Ⅰ501上固定连接有多个伸缩机构Ⅱ505，多个伸缩机构Ⅱ505的伸缩端均固定连接有夹紧弧板506，多个夹紧弧板506的内侧均设置有多个圆弧孔Ⅱ。

具体实施方式六：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述拉扯机构Ⅱ6包括拉扯底板Ⅱ601、限位柱Ⅱ602、横移电机Ⅱ603、后端挡板604和穿孔605，拉扯底板Ⅱ601的一侧滑动连接在限位柱Ⅱ602上，限位柱Ⅱ602固定连接在一侧的滑动支架Ⅱ203上，拉扯底板Ⅱ601的另一侧通过螺纹连接在横移电机Ⅱ603的输出轴上，横移电机Ⅱ603固定连接在另一侧的滑动支架Ⅱ203上，拉扯底板Ⅱ601上固定连接有后端挡板604，后端挡板604上设置有多个穿孔605。

具体实施方式七：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式六作进一步说明，所述成孔机构7包括伸缩机构Ⅲ701、成孔底板702、成孔电机703和成孔柱704，伸缩机构Ⅲ701的伸缩端固定连接有成孔底板702，成孔底板702上固定连接有成孔电机703，成孔电机703的输出轴上固定连接有成孔柱704，伸缩机构Ⅲ701固定连接在拉扯底板Ⅱ601上，成孔柱704滑动连接在后端挡板604上。

具体实施方式八：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式七作进一步说明，所述切割机构8包括伸缩机构Ⅳ801和切割刀具802，两个滑动支架Ⅱ203的上下两端之间均固定连接有伸缩机构Ⅳ801，两个伸缩机构Ⅳ801的伸缩端均固定连接有切割刀具802。

具体实施方式九：

下面结合图1至8说明本实施方式，本实施方式对实施方式八作进一步说明，所述冷却机构9包括升降丝杆901、升降滑块902、伸缩机构Ⅴ903、冷却腔体904、冷却管道Ⅰ905和冷却管道Ⅱ906，升降丝杆901设置有两个，两个升降丝杆901之间传动连接，两个升降丝杆901分别转动连接在两个滑动支架Ⅰ103上，两个升降丝杆901上均通过螺纹连接有升降滑块902，两个升降滑块902上均固定连接有伸缩机构Ⅴ903，两个伸缩机构Ⅴ903的伸缩端均固定连接有冷却腔体904，两个冷却腔体904上均固定连接有冷却管道Ⅰ905和冷却管道Ⅱ906，两个冷却腔体904的后端和注塑圆板402接触。

一种碳纤维复合材料，所述碳纤维复合材料为碳纤维复合管，碳纤维复合管由注塑材料和碳纤维构成，注塑材料注塑形成管，碳纤维穿插在管内。

本发明的一种碳纤维复合材料及其制备工艺，其工作原理为：

使用时将多根碳纤维穿过限位环204上设置的多个限位孔，多根碳纤维穿过后端挡板604上设置的多个穿孔605，启动横移电机Ⅰ503，横移电机Ⅰ503的输出轴开始转动，横移电机Ⅰ503的输出轴转动时通过螺纹推动拉扯底板Ⅰ501进行运动，拉扯底板Ⅰ501带动夹紧内环504、伸缩机构Ⅱ505和夹紧弧板506进行运动，夹紧内环504穿过两个注塑圆板402之间，夹紧内环504顶在后端挡板604上，多根碳纤维分别位于夹紧内环504上设置的多个圆弧孔Ⅰ内，启动伸缩机构Ⅱ505，伸缩机构Ⅱ505、伸缩机构Ⅰ401、伸缩机构Ⅲ701、伸缩机构Ⅳ801和伸缩机构Ⅴ903可以是液压缸或者电动推杆，伸缩机构Ⅱ505的伸缩端带动夹紧弧板506进行运动，多个夹紧弧板506闭合对多根碳纤维进行挤压；反向转动横移电机Ⅰ503，横移电机Ⅰ503的输出轴带动拉扯底板Ⅰ501进行运动，拉扯底板Ⅰ501拉动多根碳纤维穿过两个注塑圆板402之间；转动升降丝杆901，两个升降丝杆901一起进行转动，两个升降丝杆901在转动时通过螺纹分别带动对应的升降滑块902进行运动，两个升降滑块902分别带动对应的伸缩机构Ⅴ903进行运动，同时启动伸缩机构Ⅴ903，伸缩机构Ⅴ903的伸缩端带动冷却腔体904进行运动，两个冷却腔体904闭合，使得两个冷却腔体904闭合后和夹紧内环504的轴线重合；启动伸缩机构Ⅰ401，伸缩机构Ⅰ401的伸缩端进行运动，伸缩机构Ⅰ401的伸缩端带动注塑圆板402进行运动，两个注塑圆板402闭合，多个插拔404分别插入对应的插槽405内，使得两个注塑圆板402形成圆柱形的闭合空间，同时两个冷却腔体904的后端分别均和两个注塑圆板402接触，防止注塑物掉落；同时向冷却管道Ⅰ905内通入冷却水或者冷却空气，冷却水或者冷却空气从冷却管道Ⅱ906流出对冷却腔体904进行冷却，同时将注塑材料通入注塑管道403内，启动伸缩机构Ⅲ701，伸缩机构Ⅲ701的伸缩端带动成孔底板702进行运动，成孔底板702带动成孔柱704进行运动，使得成孔柱704穿过两个注塑圆板402之间，成孔柱704运动到两个冷却腔体904之间，启动横移电机Ⅱ603，横移电机Ⅱ603的输出轴开始转动，限位柱Ⅱ602的输出轴通过螺纹带动拉扯底板Ⅱ601进行运动，使得后端挡板604的前端和两个注塑圆板402接触，同时启动成孔电机703，成孔电机703的输出轴带动成孔柱704进行转动，增加注塑材料在两个注塑圆板402之间的流动性，减少注塑成型物的气泡产生，进一步的可以启动转动电机303，转动电机303的输出轴带动转动轴302进行转动，转动轴302带动转动环301进行转动，转动环301带动两个注塑机构4进行转动，进一步增加注塑材料在两个注塑圆板402之间的流动性，进一步减少注塑成型物的气泡产生，注塑材料可以是橡胶或者塑料，或者根据使用需求设置注塑材料；在注塑的同时启动横移电机Ⅰ503，横移电机Ⅰ503的输出轴开始转动，横移电机Ⅰ503的输出轴带动拉扯底板Ⅰ501进行运动，拉扯底板Ⅰ501拉扯碳纤维进行运动，同时注塑成型物在注塑压力下会流入冷却机构9进行成型，碳纤维拉扯注塑成型物经过冷却机构9，碳纤维复合管由注塑材料和碳纤维构成，注塑材料注塑形成管，碳纤维穿插在管内，根据使用需求的不同设置不同的注塑材料，使得注塑材料的材料性质和碳纤维的材料性质结合，碳纤维复合管的结构如图8所示；当碳纤维复合管伸出指定的长度时，启动伸缩机构Ⅲ701和成孔电机703，使得成孔柱704退出两个注塑圆板402之间，后端挡板604不再和两个注塑圆板402接触，启动伸缩机构Ⅳ801，伸缩机构Ⅳ801的伸缩端带动切割刀具802进行运动，切割刀具802可以时现有技术中可以有效切割碳纤维的刀具，切割刀具802在后端挡板604前端的一定位置对碳纤维进行切割，使得多跟碳纤维在后端挡板604的前端留有一定的长度，方便下次加工时拉扯机构Ⅰ5对其进行挤压装夹。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。