CN112694374B - 一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，涉及含能材料的技术领域。一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括药柱本体，上述药柱本体外侧壁上设置有第一凯夫拉丝层，上述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置有第二凯夫拉丝层，该材料通过缠绕凯夫拉纤维来增强其力学性能，且不会影响到铝/聚四氟乙烯活性材料的原有性能，实用价值高。此外本发明还提出一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，该工艺流程简单，易于生产，实用价值高。
Description
技术领域
本发明涉及含能材料的技术领域，具体而言，涉及一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料及其制备工艺。
背景技术
铝/聚四氟乙烯活性材料是一种能够在冲击载荷/热载荷作用下发生强烈爆燃反应并释放大量化学能的活性材料，传统铝/聚四氟乙烯含能材料释放化学能能力强，且密度较小，但其力学性能不足，传统铝/聚四氟乙烯材料在霍普金森压杆(SHPB)实验下获得的压缩强度普遍低于100MPa，难以满足实用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，该材料通过缠绕凯夫拉纤维来增强其力学性能，且不会影响到铝/聚四氟乙烯活性材料的原有性能，实用价值高。
本发明的另一目的在于提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，该工艺流程简单，易于生产，实用价值高。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一方面，本发明实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括药柱本体，上述药柱本体外侧壁上设置有第一凯夫拉丝层，上述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置有第二凯夫拉丝层。
另一方面，本发明实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：
药粉混合：将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm的丝段，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层，然后将上述一级药柱放入二级模具中，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层，然后将上述二级药柱放入三级模具中，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，烧结完成后进行冷却，得到成品。
相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
针对第一方面，本发明实施例提供了一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括药柱本体，上述药柱本体外侧壁上设置有第一凯夫拉丝层，上述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置有第二凯夫拉丝层。
在上述实施例中，通过在上述药柱本体外侧壁上设置第一凯夫拉丝层，在上述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置第二凯夫拉丝层，可以向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值。
针对第二方面，本发明实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：药粉混合、药柱一级压制、药柱二级压制、药柱三级压制、药柱烧结。
在上述实施例中，首先通过上述药粉混合步骤制备混合药粉，将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm的丝段，有利于使锆丝和凯夫拉丝与其他原料结合的更加紧密，有利于提升产品的力学性能，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉一同放入混料机中混合，通过添加钨粉有利于进一步提升产品的动态压缩强度等力学性能，从而进一步提升产品的实用价值；然后通过上述药柱一级压制步骤将上述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，将铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉和裁剪好的锆丝及凯夫拉丝压制结合在一起，有利于各组分之间相互配合，协同增效，从而提升产品铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，提高其实用价值；通过上述药柱二级压制步骤在在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层，从而向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值，通过用上述混合药粉填充药柱与模具之间的空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，有利于将药柱和缠绕好的凯夫拉丝更加紧密的结合在一起，从而进一步提升铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，进一步提升其实用价值；通过上述药柱三级压制步骤在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层，有助于进一步向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而进一步提高其整体的力学性能，再用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，从而进一步将药柱和凯夫拉丝紧密的结合在一起，从而进一步提升产品的力学性能，进一步提升产品的实用价值；最后通过上述药柱烧结步骤将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，将各个组分在高温条件下充分烧结在一起，从而更好的提升产品的力学性能，提高产品的品质，提升其实用价值。整个制备工艺流程简单，易于生产，所生产的产品实用价值高。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的断面结构示意图；
图2为本发明试验例中实施例6提供的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料检测结果图；
图3为本发明试验例中传统铝/聚四氟乙烯活性材料的检测结果图。
图标：1-药柱本体；2-第一凯夫拉丝层；3-第二凯夫拉丝层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考具体实施例来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其包括药柱本体1，上述药柱本体1外侧壁上设置有第一凯夫拉丝层2，上述第一凯夫拉丝层2外侧壁上设置有第二凯夫拉丝层3。
在上述实施例中，通过在上述药柱本体1外侧壁上设置第一凯夫拉丝层2，在上述第一凯夫拉丝层2外侧壁上设置第二凯夫拉丝层3，可以向铝 /聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱本体1包括如下组分：铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉、锆丝、凯夫拉丝。
在上述实施例中，通过在铝/聚四氟乙烯活性材料的药柱本体1中添加钨粉、锆丝和凯夫拉丝，可提高材料抗压强度等力学性能，且不会影响铝/ 聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述铝粉的粒径为3-10μm，上述聚四氟乙烯粉的粒径为30-40μm，上述钨粉的粒径为95-110μm，上述锆丝的直径为0.05-0.2mm，上述凯夫拉丝的直径为0.1-0.3mm。
在上述实施例中，通过控制铝粉、聚四氟乙烯粉和钨粉的粒径，以及锆丝和凯夫拉丝的直径，有利于各组分在后续压制过程中能够更加紧密的压制结合在一起，从而进一步提升产品的力学性能，提高产品的品质，提升产品实用价值；也能避免因原料粒径或直径不合适而使各组分在压制结合的过程中产生空隙，影响产品的性能。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱本体1各组分重量份分别为：上述铝粉为5-10重量份，上述聚四氟乙烯粉为10-30重量份，上述钨粉为60-80重量份，上述锆丝为0.3-1重量份，上述凯夫拉丝为2-3 重量份。
在上述实施例中，通过控制各组分的重量份数，有助于在后续压制过程中将各组分压制结合的更加紧密，有利于使各组分之间相互配合，协同增效，从而进一步提升产品的力学性能，提高产品的实用价值。
本发明实施例还提供了一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺，其包括如下步骤：
药粉混合：将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm的丝段，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉、锆丝一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，烧结完成后进行冷却，得到成品。
在上述实施例中，首先通过上述药粉混合步骤制备混合药粉，将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm的丝段，有利于使锆丝和凯夫拉丝与其他原料结合的更加紧密，有利于提升产品的力学性能，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉一同放入混料机中混合，通过添加钨粉有利于进一步提升产品的动态压缩强度等力学性能，从而进一步提升产品的实用价值；然后通过上述药柱一级压制步骤将上述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，将铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉和裁剪好的锆丝及凯夫拉丝压制结合在一起，有利于各组分之间相互配合，协同增效，从而提升产品铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，提高其实用价值；通过上述药柱二级压制步骤在在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，从而向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值，通过用上述混合药粉填充药柱与模具之间的空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，有利于将药柱和缠绕好的凯夫拉丝更加紧密的结合在一起，从而进一步提升铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，进一步提升其实用价值；通过上述药柱三级压制步骤在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，有助于进一步向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而进一步提高其整体的力学性能，再用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，从而进一步将药柱和凯夫拉丝紧密的结合在一起，从而进一步提升产品的力学性能，进一步提升产品的实用价值；最后通过上述药柱烧结步骤将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，将各个组分在高温条件下充分烧结在一起，从而更好的提升产品的力学性能，提高产品的品质，提升其实用价值。整个制备工艺流程简单，易于生产，所生产的产品实用价值高。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述一级模具的内径为3-8mm，上述二级模具内径至少比上述一级模具内径大1mm，上述三级模具内径至少比上述二级模具内径大1mm。
在上述实施例中，通过控制各级模具的内径，有助于更好的压制药柱，避免在压制缠有凯夫拉丝的药柱时因模具尺寸不合适而使药柱遭到损害，有利于进步一提升产品的品质，提高其实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱一级压制过程中，压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以 20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱。
在上述实施例中，先通过压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至100MPa，将上述混合药粉初步压制，然后再以20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，进行进一步压制，通过控制增压速率和压制压力，以及采用分级压制，可以保护材料在压制的过程中不会因增压速率过快或压力过大而对材料造成破坏，同时也能够更好的将各组分紧密的压制结合在一起，有利于进一步提升产品的力学性能，提高产品的实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱二级压制过程中，压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以 20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱。
在上述实施例中，压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至 100MPa进行初步压制，再以20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，进行进一步压制，通过控制增压速率和压制压力，以及采用分级压制，可以保护材料在压制的过程中不会因增压速率过快或压力过大而对材料造成破坏，同时也能够更好的将各组分紧密的压制结合在一起，有利于进一步提升产品的力学性能，提高产品的实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱三级压制过程中，压药机压制时以100-500MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱。
在上述实施例中，通过控制增压速率和压制压力，可以保护材料在压制的过程中不会因增压速率过快或压力过大而对材料造成破坏，同时也能够更好的将各组分紧密的压制结合在一起，有利于进一步提升产品的力学性能，提高产品的实用价值。
进一步的，在本发明的一些实施例中，上述药柱烧结过程中，马弗炉先以1-3℃/min的升温速率升温至325℃，再以0.5-2℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以4-6℃/min的降温速率降温至325℃，再以0.5-2℃/min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
在上述实施例中，马弗炉先以1-3℃/min的升温速率升温至325℃，进行初步烧结，再以0.5-2℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，进行进一步烧结，然后以4-6℃/min的降温速率降温至325℃，再以0.5-2℃ /min的降温速率降温至100℃，通过控制升温速率和烧结温度，采用多级升温烧结，可以避免药柱在烧结过程中不会因升温速率过快或烧结温度过高而使药柱结构遭到破坏，通过控制降温速率及采用多级降温能够使产品在升温烧结后更加稳定，有利于进一步提升产品的品质，提高其力学性能和实用价值。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其通过以下步骤制备而成：
药粉混合：将直径为0.05mm的锆丝和直径为0.1mm的凯夫拉丝裁剪成 2mm的丝段，裁剪后的锆丝取0.3g，裁剪后的凯夫拉丝取2g，然后与粒径为3μm的铝粉5g、粒径为30μm的聚四氟乙烯粉10g、粒径为95μm的钨粉60g一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入内径为3mm的一级模具中，然后将一级模具放入压药机内，压药机压制时先以30MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以20MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，二级模具的内径比一级模具的内径大1mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机进行压制，压药机压制时先以30MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以20MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，三级模具的内径比二级模具的内径大1mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压药机压制时以100MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，马弗炉先以1℃/min的升温速率升温至325℃，再以0.5℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以4℃/min的降温速率降温至325℃，再以0.5℃ /min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
实施例2
本实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其通过以下步骤制备而成：
药粉混合：将直径为0.2mm的锆丝和直径为0.3mm的凯夫拉丝裁剪成 5mm的丝段，裁剪后的锆丝取1g，裁剪后的凯夫拉丝取3g，然后与粒径为 10μm的铝粉10g、粒径为40μm的聚四氟乙烯粉30g、粒径为110μm的钨粉80g一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入内径为8mm的一级模具中，然后将一级模具放入压药机内，压药机压制时先以60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，二级模具的内径比一级模具的内径大2mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机进行压制，压药机压制时先以60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，三级模具的内径比二级模具的内径大2mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压药机压制时以500MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，马弗炉先以3℃/min的升温速率升温至325℃，再以2℃/min的升温速率升温至 375℃，保温30min，然后以6℃/min的降温速率降温至325℃，再以2℃/min 的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
实施例3
本实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其通过以下步骤制备而成：
药粉混合：将直径为1.2mm的锆丝和直径为0.2mm的凯夫拉丝裁剪成 3mm的丝段，裁剪后的锆丝取0.5g，裁剪后的凯夫拉丝取2.5g，然后与粒径为7μm的铝粉8g、粒径为35μm的聚四氟乙烯粉20g、粒径为100μm 的钨粉70g一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入内径为5mm的一级模具中，然后将一级模具放入压药机内，压药机压制时先以45MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以30MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，二级模具的内径比一级模具的内径大1.5mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机进行压制，压药机压制时先以45MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以30MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，三级模具的内径比二级模具的内径大1.5mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压药机压制时以300MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，马弗炉先以2℃/min的升温速率升温至325℃，再以1.5℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以5℃/min的降温速率降温至325℃，再以1.5℃ /min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
实施例4
本实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其通过以下步骤制备而成：
药粉混合：将直径为0.18mm的锆丝和直径为0.25mm的凯夫拉丝裁剪成4mm的丝段，裁剪后的锆丝取0.8g，裁剪后的凯夫拉丝取2.5g，然后与粒径为8μm的铝粉8g、粒径为37μm的聚四氟乙烯粉25g、粒径为105μm 的钨粉75g一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入内径为7mm的一级模具中，然后将一级模具放入压药机内，压药机压制时先以52MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以35MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，二级模具的内径比一级模具的内径大2mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机进行压制，压药机压制时先以55MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以35MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，三级模具的内径比二级模具的内径大2mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压药机压制时以400MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，马弗炉先以2.5℃/min的升温速率升温至325℃，再以1.5℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以5.5℃/min的降温速率降温至325℃，再以1.5℃/min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
实施例5
本实施例提供一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其通过以下步骤制备而成：
药粉混合：将直径为0.1mm的锆丝和直径为0.2mm的凯夫拉丝裁剪成 3mm的丝段，裁剪后的锆丝取0.4g，裁剪后的凯夫拉丝取2.6g，然后与粒径为5μm的铝粉7g、粒径为34μm的聚四氟乙烯粉20g、粒径为100μm 的钨粉70g一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将上述混合药粉放入内径为5mm的一级模具中，然后将一级模具放入压药机内，压药机压制时先以50MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以30MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层2，然后将上述一级药柱放入二级模具中，二级模具的内径比一级模具的内径大9mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机进行压制，压药机压制时先以50MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以30MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层3，然后将上述二级药柱放入三级模具中，三级模具的内径比二级模具的内径大1.5mm，用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压药机压制时以350MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，马弗炉先以1.5℃/min的升温速率升温至325℃，再以1℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以5.5℃/min的降温速率降温至325℃，再以 0.8℃/min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
试验例
采用霍普金森加载***对本发明实施例5提供的一种短纤维增强型铝/ 聚四氟乙烯活性材料进压缩实验，加载速度为14.8m/s，测得动态压缩强度为25.17MPa，得到的结果如图2所示，其动态压缩强度为150MPa。
采用霍普金森加载***对传统的铝/聚四氟乙烯活性材料进压缩实验，加载速度为14.8m/s，测得动态压缩强度为25.17MPa，得到的结果如图3 所示，其动态压缩强度为25.17MPa。
根据实验结果可知，本发明实施例5提供的一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度远远大于传统铝/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩强度，性能优越。
综上所述，本发明实施例提供的一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料及其制备工艺，该材料通过在上述药柱本体外侧壁上设置第一凯夫拉丝层，在上述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置第二凯夫拉丝层，可以向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值。该制备工艺首先通过上述药粉混合步骤制备混合药粉，将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm 的丝段，有利于使锆丝和凯夫拉丝与其他原料结合的更加紧密，有利于提升产品的力学性能，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉一同放入混料机中混合，通过添加钨粉有利于进一步提升产品的动态压缩强度等力学性能，从而进一步提升产品的实用价值；然后通过上述药柱一级压制步骤将上述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，将铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉和裁剪好的锆丝及凯夫拉丝压制结合在一起，有利于各组分之间相互配合，协同增效，从而提升产品铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，提高其实用价值；通过上述药柱二级压制步骤在在上述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层，从而向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而提高其整体的力学性能，且不会影响铝/聚四氟乙烯活性材料原有的特性，有利于提高其实用价值，通过用上述混合药粉填充药柱与模具之间的空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，有利于将药柱和缠绕好的凯夫拉丝更加紧密的结合在一起，从而进一步提升铝/聚四氟乙烯活性材料的力学性能，进一步提升其实用价值；通过上述药柱三级压制步骤在上述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆上述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层，有助于进一步向铝/聚四氟乙烯活性材料提供径向约束从而进一步提高其整体的力学性能，再用上述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，从而进一步将药柱和凯夫拉丝紧密的结合在一起，从而进一步提升产品的力学性能，进一步提升产品的实用价值；最后通过上述药柱烧结步骤将上述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，将各个组分在高温条件下充分烧结在一起，从而更好的提升产品的力学性能，提高产品的品质，提升其实用价值。整个制备工艺流程简单，易于生产，所生产的产品实用价值高。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，其包括药柱本体，所述药柱本体外侧壁上设置有第一凯夫拉丝层，所述第一凯夫拉丝层外侧壁上设置有第二凯夫拉丝层；
所述短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料的制备工艺包括如下步骤：
药粉混合：将锆丝和凯夫拉丝裁剪成2-5mm的丝段，然后与铝粉、聚四氟乙烯粉、钨粉一同放入混料机中混合，得到混合药粉；
药柱一级压制：将所述混合药粉放入一级模具中，然后将一级模具放入压药机内进行压制，压制完成后退模得到一级药柱；
药柱二级压制：在所述一级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆所述一级药柱侧壁，形成第一凯夫拉丝层，然后将所述一级药柱放入二级模具中，用所述混合药粉填充空隙，然后将二级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到二级药柱；
药柱三级压制：在所述二级药柱的侧壁上紧密缠绕一层凯夫拉丝，使凯夫拉丝完全包覆所述二级药柱侧壁，形成第二凯夫拉丝层，然后将所述二级药柱放入三级模具中，用所述混合药粉填充空隙，然后将三级模具放入压药机中进行压制，压制完成后退模得到三级药柱；
药柱烧结：将所述三级药柱放入管式马弗炉中，升温进行烧结，烧结完成后进行冷却，得到成品。
2.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于：所述铝粉的粒径为3-10um，所述聚四氟乙烯粉的粒径为30-40um，所述钨粉的粒径为95-110um，所述锆丝的直径为0.05-0.2mm，所述凯夫拉丝的直径为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述药柱本体各组分重量份分别为：所述铝粉为5-10重量份，所述聚四氟乙烯粉为10-30重量份，所述钨粉为60-80重量份，所述锆丝为0.3-1重量份，所述凯夫拉丝为2-3重量份。
4.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述一级模具的内径为3-8mm，所述二级模具内径至少比所述一级模具内径大1mm，所述三级模具内径至少比所述二级模具内径大1mm。
5.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述药柱一级压制过程中，压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到一级药柱。
6.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述药柱二级压制过程中，压药机压制时先以30-60MPa/min的增压速率增压至100MPa，再以20-40MPa/min的增压速率增压至200MPa，保压1min，压制完成后退模得到二级药柱。
7.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述药柱三级压制过程中，压药机压制时以100-500MPa/min的增压速率增压至500MPa，保压1min，压制完成后退模得到三级药柱。
8.根据权利要求1所述的短纤维增强型铝/聚四氟乙烯活性材料，其特征在于，所述药柱烧结过程中，马弗炉先以1-3℃/min的升温速率升温至325℃，再以0.5-2℃/min的升温速率升温至375℃，保温30min，然后以4-6℃/min的降温速率降温至325℃，再以0.5-2℃/min的降温速率降温至100℃，从管式马弗炉中取出，自然冷却至室温，得到成品。
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