CN112157929B - 一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法，包括如下内容：(1)热压成型脱模用65Mn隔板表面C、N共渗技术，采用滴甲醇通氨气的方法对65Mn隔板进行碳氮共渗；(2)热压成型脱模用脱模剂，其具体成分为10％‑30％鳞片状石墨粉、20％‑40％纳米级立方氮化硼粉、30％‑50％纳米级氧化锆粉的混合粉末，采用聚乙二醇作为粘结剂组成。本发明工艺过程简单，工艺参数易控，提升了热压成型用隔板磨抛后的光洁度、抗热压压入镶嵌性能和抗热压粘模性能，显著提升了热压短纤维增强碳/树脂复合材料的表面质量和生产效率。

Description

一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法
技术领域
本发明涉及一种碳/碳复合材料及其制备技术，特别指一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法。
背景技术
炭纤维增强炭基复合材料具有密度低、高导热性、高比强度、比模量、低热膨胀系数、耐烧蚀及耐热冲击等特点，一直被广泛应用于火箭喷管、航天飞机等高温耐磨的航空航天技术领域中。目前，随着对炭/炭复合材料研究的不断推进，其应用范围逐渐扩大到核能、化工、医用、民品材料等各个领域。由于炭/炭复合材料的优异性能，所以将其广泛应用是我们的一个理想目标。
电解二氧化锰的生产工艺主要采用铜、石墨或者碳棒作为阴极，铜阴极容易被腐蚀，会吸附进入电解产品当中，影响产品质量。石墨阴极和碳棒阴极因为材料脆性高，在使用过程中容易发生断裂，需要不断的更换。而且石墨阴极和碳棒阴极无法大型化，只能应用于小型电解槽的生产。短纤维增强碳/树脂复合材料可以通过模压成型制备大尺寸板材。再依次通过碳化、石墨化、CVI等过程制成高强高韧的碳/碳复合材料以作为电解二氧化锰用阴极材料。
然而，在大尺寸短纤维增强碳/树脂复合材料成型时，树脂极易粘附于模具表面，固化后造成脱模阻力大，且脱模后影响坯体表面质量。模具在反复使用过程中需要不断对上下模冲和阴模内壁进行抛光，长期使用将影响模具的配合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述脱模技术的不足，提供一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法。通过在坯体与上下模冲之间加入经过表面处理的65Mn隔板，避免坯体与上下模冲直接接触，同时由于经过了表面处理的65Mn隔板具有更高的硬度，使其具有优良的抗热压嵌入性能且抛光后具有更好的表面光洁度。除此之外，还在阴模内壁和65Mn隔板与坯体接触面上使用脱模剂，提升阴模和隔板的抗热压粘膜性能。
本发明采取的技术方案如下：
一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法，包括(1)在热压成型时，在坯体与上下模冲之间加入经过表面处理的65Mn隔板及(2)在阴模内壁和65Mn隔板与坯体接触面上使用脱模剂。
进一步地，65Mn隔板采用碳氮(C、N)共渗方法进行表面处理，具体包括如下步骤：
(a)在井式炉内，以70-100滴/min的速度滴入甲醇，以300-500L/h的速度通入氨气，控制温度为820～840℃，时间为2-3h；
(b)碳氮共渗后采用油冷至室温并进行淬火+中温回火，淬火温度为800～850℃，保温15～25min后油冷至室温，并在400～450℃回火1.5～2.5h。
进一步地，所述脱模剂包含按质量百分比计的如下成分：10％-30％鳞片状石墨粉、20％-40％纳米级立方氮化硼粉、30％-50％纳米级氧化锆粉的混合粉末，采用聚乙二醇作为粘结剂组成。
进一步地，所述脱模剂的制备方法，包括如下步骤：(A)按质量百分比分别称取10％-30％鳞片状石墨粉、20％-40％纳米级立方氮化硼粉、30％-50％纳米级氧化锆粉的混合粉末；
(B)将称量的粉末采用V型混料混合3-5h，制成均匀混合粉；
(C)将聚乙二醇与酒精按1：3～5的体积比配成溶液；
(D)将(B)中的混合粉末与(C)中的溶液按照1：1.5～3的质量比混合，制成浆料；
(E)将(D)中的浆料在烘箱中进行干燥，干燥时间3-5小时，即可得到脱模剂。
本发明的有益效果在于：
(1)采用本发明的方法，明显提升了热压成型用65Mn隔板磨抛后的光洁度以及抗热压压入镶嵌性能，使得65Mn隔板和模具具有优异的抗热压粘模性能。极大的提升了热压成型效率和热压坯体的表面质量。
(2)特定脱模剂的使用，能够明显减小脱模阻力，不仅脱模容易，而且脱模后坯体表面质量也不会受到影响。
附图说明
图1是65Mn隔板碳氮共渗层金相，由含碳氮的马氏体、残余奥氏体和少量碳氮化合物组成。
图2是碳氮共渗层与65Mn之间过渡层金相，由含碳氮的高碳马氏体、铁素体和残余奥氏体组成。
图3是65Mn隔板心部金相，由铁素体和少量低碳马氏体组成。
图4是未使用脱模剂的热压坯脱模效果，由于热压粘模，使得脱模过程中产生裂纹。
图5是使用脱模剂后的热压坯脱模效果，由于脱模剂优秀的抗热压粘模效果，避免了脱模裂纹的产生。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明并不限于此。
实施例1
一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法，包括(1)在热压成型时，在坯体与上下模冲之间加入经过表面处理的65Mn隔板及(2)在阴模内壁和65Mn隔板与坯体接触面上使用脱模剂；
65Mn隔板采用碳氮(C、N)共渗方法进行表面处理，具体包括如下步骤：
(a)在井式炉内，以80滴/min的速度滴入甲醇，以350L/h的速度通入氨气，控制温度为830℃左右，时间为3h；
(b)碳氮共渗后采用油冷至室温并进行淬火+中温回火，淬火温度为830℃，保温20min后油冷至室温，并在430℃回火2h。
所述脱模剂包含按质量百分比计的如下成分：20％鳞片状石墨粉、30％纳米级立方氮化硼粉、50％纳米级氧化锆粉的混合粉末，采用聚乙二醇作为粘结剂组成，具体包括如下步骤：
(A)按质量百分比分别称取20％鳞片状石墨粉、30％纳米级立方氮化硼粉、50％纳米级氧化锆粉的混合粉末；
(B)将称量的粉末采用V型混料混合4h，制成均匀混合粉；
(C)将聚乙二醇与酒精按1：4的体积比配成溶液；
(D)将(B)中的混合粉末与(C)中的溶液按照1：2的质量比混合，制成浆料；
(E)将(D)中的浆料在烘箱中进行干燥，干燥时间4小时，即可得到脱模剂。
实施例2
一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法，包括(1)在热压成型时，在坯体与上下模冲之间加入经过表面处理的65Mn隔板及(2)在阴模内壁和65Mn隔板与坯体接触面上使用脱模剂；
65Mn隔板采用碳氮(C、N)共渗方法进行表面处理，具体包括如下步骤：
(a)在井式炉内，以100滴/min的速度滴入甲醇，以500L/h的速度通入氨气，控制温度为830℃左右，时间为2h；
(b)碳氮共渗后采用油冷至室温并进行淬火+中温回火，淬火温度为830℃，保温20min后油冷至室温，并在430℃回火2h。
所述脱模剂包含按质量百分比计的如下成分：30％鳞片状石墨粉、40％纳米级立方氮化硼粉、30％纳米级氧化锆粉的混合粉末，采用聚乙二醇作为粘结剂组成，具体包括如下步骤：
(A)按质量百分比分别称取30％鳞片状石墨粉、40％纳米级立方氮化硼粉、30％纳米级氧化锆粉的混合粉末；
(B)将称量的粉末采用V型混料混合4h，制成均匀混合粉；
(C)将聚乙二醇与酒精按1：5的体积比配成溶液；
(D)将(B)中的混合粉末与(C)中的溶液按照1：3的质量比混合，制成浆料；
(E)将(D)中的浆料在烘箱中进行干燥，干燥时间4小时，即可得到脱模剂。
实施例1脱模剂使用前、后的板材表面质量如图4(未使用脱模剂)、图5(使用脱模剂)所示。由图4和图5可知，使用脱模剂，可提升物料的抗热压粘模性，避免了脱模过程中由于热压粘模产生的裂纹，使热压坯表面质量明显提升。实施例2的结果与实施例1基本一致。

Claims (1)

1.一种短纤维增强碳/树脂复合材料热压成型脱模方法，其特征在于，包括（1）在热压成型时，在坯体与上下模冲之间加入经过表面处理的65Mn隔板及（2）在阴模内壁和65Mn隔板与坯体接触面上使用脱模剂；
65Mn隔板采用碳氮共渗方法进行表面处理，具体包括如下步骤：
（a）在井式炉内，以70-100滴/min的速度滴入甲醇，以300-500L/h的速度通入氨气，控制温度为820~840℃，时间为2-3h；
（b）碳氮共渗后采用油冷至室温并进行淬火+中温回火，淬火温度为800~850℃，保温15~25min后油冷至室温，并在400~450℃回火1.5~2.5h；
所述脱模剂包含按质量百分比计的如下成分：10%-30%鳞片状石墨粉、20%-40%纳米级立方氮化硼粉、30%-50%纳米级氧化锆粉的混合粉末，采用聚乙二醇作为粘结剂组成；
所述脱模剂的制备方法，包括如下步骤：
（A）按质量百分比分别称取10%-30%鳞片状石墨粉、20%-40%纳米级立方氮化硼粉、30%-50%纳米级氧化锆粉的混合粉末；
（B）将称量的粉末采用V型混料混合3-5h，制成均匀混合粉；
（C）将聚乙二醇与酒精按1：3~5的体积比配成溶液；
（D）将（B）中的混合粉末与（C）中的溶液按照1：1.5~3的质量比混合，制成浆料；
（E）将（D）中的浆料在烘箱中进行干燥，干燥时间3-5小时，即可得到脱模剂。
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