一种基于3D打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法与流程

文档序号:25544028发布日期:2021-06-18 20:42阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

s1、准备打印原料,所述打印原料包括打印浆料和碳纤维布,打印浆料包括热固性酚醛树脂颗粒、石墨粉、丁腈橡胶颗粒、铜纳米颗粒、增强纤维和光敏树脂;所有打印原料的质量百分比为:碳纤维布15%-25%、热固性酚醛树脂颗粒20%-30%、石墨粉15%-25%、丁腈橡胶颗粒3%-6%、铜纳米颗粒8%-15%、增强纤维10%-20%和光敏树脂15%-25%,其中增强纤维包括硅灰石纤维和短碳纤维,二者质量比为1:0.5-1:2;

s2、构建所需制备碳滑板的三维模型并将其输入3d打印编辑软件中,编辑后进行二维化处理,确定每个打印层面的二维切片数据,将二维切面数据和碳纤维布厚度导入3d打印设备,设定3d打印工艺参数,包括打印路径、打印层面厚度和光照时间;

s3、在成型缸的成型基板上方设置温度控制装置和温度监控装置,密封3d打印设备的工作区域并充入氩气保护;在成形缸逐层填入打印浆料并铺设碳纤维布,开始光固化成型3d打印碳滑板坯件,具体打印方式是:

s31、预热成型基板后,在成型缸内填入一层打印浆料;

s32、3d打印设备的光源按照预先设定打印路径,选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描,光敏树脂固化,完成坯件第一个打印层面的打印;

s33、在完成打印的坯件打印层面上铺设一层预热至碳纤维布设定温度的碳纤维布;然后在碳纤维布上填入一层打印浆料,并通过温度控制装置加热打印浆料温度至浆料设定温度;

s34、3d打印设备的光源按照预先设定打印路径,选择性地对成型基板上的打印浆料进行扫描,光敏树脂固化,完成坯件当前打印层面的打印;

s35、重复步骤s33-s34至坯件打印完成,去除多余的碳纤维布及打印浆料,得到成形的碳滑板坯件;

s4、对碳滑板坯件依次进行脱脂处理、焙烧处理,洗涤并烘干后进行预热和浸铜处理,即完成碳纤维增强受电弓碳滑板的制备;

所述浸铜处理采用真空压力浸铜方法,浸铜压力8-12mpa、浸铜温度1300-1400℃,浸铜时间10-30min。

2.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述打印浆料中短切碳纤维的直径为3μm-15μm,长度为200μm-600μm,热固性酚醛树脂粒径分布范围为300μm-600μm,丁腈橡胶颗粒粒径分布范围为300μm-600μm。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述打印浆料的制备方法如下:

s13、对短切碳纤维进行刻蚀处理,然后将刻蚀处理的短切碳纤维、石墨粉、铜纳米颗粒和硅灰石纤维加入用于溶解热固性酚醛树脂的溶剂中,超声分散并充分搅拌混合,得到混合均匀的固液混合物;将热固性酚醛树脂颗粒与六亚甲基四胺充分搅拌混合,得到固体混合物;

s14、将步骤s13得到固液混合物和固体混合物同时加入反应容器中,搅拌使固体混合物充分溶解,然后干燥得到混合物块体;随后将混合物块体破碎成300-600μm直径的混合颗粒备用;

s15、将步骤s14破碎后的混合颗粒和丁腈橡胶颗粒加入气相二氧化硅,搅拌1-3h,得到打印粉料;

s16、将打印粉料与光敏树脂混合,搅拌得到混合均匀的打印浆料。

4.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述打印原料中的热敏树脂按质量百分比,包括以下组分:三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯20%,3,3-﹝氧基双亚甲基﹞-双﹝3-乙基﹞氧杂环丁烷20%,双酚a型环氧树脂20%,脂环族环氧树脂30%,1-羟基环己基苯甲酮3%,三芳基硫鎓六氟锑酸盐4%,3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅2%。

5.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述打印原料所用的碳纤维布为硫氮共掺杂碳纤维布,硫氮共掺杂碳纤维布的制备方法是:将碳纤维布置入装有硫脲溶液的反应容器中,然后边搅拌边向溶液中滴入酸碱调节剂,调节溶液的ph至ph=7.8-8.5,密封反应容器并在170℃-220℃温度下加热10h-14h,自然冷却后取出碳纤维布,洗涤并干燥。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述设置在成型基板上方的温度控制装置包括一系列微小等距均匀布置的惰性气体通道,通过调节喷出的惰性保护气体的温度,实现对成型基板或打印浆料的冷却处理或加热处理;温度监控装置为红外测温仪,用于实时监控成型基板或打印浆料的温度。

7.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述步骤s2中设定的3d打印工艺参数还包括各打印层面中增强纤维的排布方向;在打印过程中,每次填入的打印浆料比该打印层面需要的打印浆料厚,填入一层打印浆料后,先通过温度控制装置加热打印浆料温度至浆料设定温度,再采用刮板沿着设定的当前打印层面中增强纤维的排布方向从一侧匀速刮至另一侧,在刮掉多余打印浆料的同时,增强纤维因剪切诱导性沿其受到刮板的剪切力方向排布。

8.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述步骤s4中对碳滑板坯件进行脱脂处理、焙烧处理是在真空热压烧结炉中进行,脱脂处理工艺根据热敏树脂的失重曲线设计,焙烧处理工艺根据热固性酚醛树脂的失重曲线设计。

9.根据权利要求1所述的一种基于3d打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,其特征在于:所述步骤s4浸铜之前预热的预热温度为800℃-1200℃,预热时间为10-30min。


技术总结
一种基于3D打印的碳纤维增强受电弓碳滑板的制备方法,包括以下步骤:S1、准备打印原料,包括打印浆料和碳纤维布,打印浆料包括热固性酚醛树脂颗粒、石墨粉、丁腈橡胶颗粒、铜纳米颗粒、增强纤维和光敏树脂;S2、构建三维模型并将其输入3D打印编辑软件中,设定3D打印工艺参数;S3、在成型缸的成型基板上方设置温度控制装置和温度监控装置,密封3D打印设备的工作区域并充入氩气保护;在成型缸逐层填入打印浆料并铺设碳纤维布,开始光固化成型3D打印碳滑板坯件;S4、对碳滑板坯件依次进行脱脂处理、焙烧处理,洗涤并烘干后进行预热和浸铜处理,即完成制备。该方法可实现碳滑板的快速制备,原料利用率高,所制备的碳滑板具有优良的综合性能。

技术研发人员:文蓉;苟国庆
受保护的技术使用者:攀枝花容则钒钛有限公司
技术研发日:2021.02.25
技术公布日:2021.06.18
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