7、密封板8和前门组装而成，可四面拆卸，便于装置检修;所述真空罩7、8、10装有可视化窗口，便于观测热压过程;所述真空罩7、8、10真空度可控制在IKPa以下，有利于复合材料纤维束内部及层间气体的析出，使熔融的聚醚醚酮树脂更好的占据这些空间，大幅减少树脂中的气泡含量，提高试件表面的光洁度及制件性能。
[0038]所述成型模具100除包含隔热板101、109、上下模座110、113、上下固定板103、107、下凹模105、凹模垫块106、上凸模104组成，还包含加热单元，冷却单元。
[0039]所述成形模具100的上凸模104与下凹模105分别通过上下模座110、113固定在液压机的上下工作台5、9上，通过工作台5、9的上下运动带动上下模的合模，成型所需板材。
[0040]所述加热单元为在模具100上下模座110、113上个打有多个加热孔用来安装加热管102、108，快速加热模具100，从常温加热至410°C的加热时间在30min以内。
[0041]所述加热单元的温度控制是通过内嵌在工作台5、9和固定板103、107中的温度传感器将温度信号传至控制箱6的可编程温度控制器中，通过PID算法，精确控制温度的变化，可控温度为23-410°C，温度精度为2°C。
[0042]所述冷却单元为模具100上下固定板103、107上各打有多个冷却通道111、112，通过流量计和调节阀与空冷机15相连，通过改变冷气流量以及温度，达到5-20°C/min的可调冷速。冷却速度影响聚合物的结晶。聚合物结晶时，要通过链段运动使高分子向晶核表面扩散和排列；当冷却速度较快时，高分子链段向晶核表面扩散和排列的时间短，结晶能力差，基体结晶度降低，拉伸强度下降，韧性提高；当冷却速度较慢时，高分子链段向晶核表面扩散和排列的时间长，结晶能力强，基体结晶度增加，分子链排列紧密，基体树脂的孔隙率下降，模量和硬度增加。
[0043]所述冷却单元的上凸模104、下凹模105及固定板103、107内开设的各个冷却通道111、112的进气口和出气口，分别通过耐高温软管17、18汇接成一路进气口 20和一路出气口16，使冷却管道111、112直接与外界联通，保证了冷却过程中真空罩7、8、10内真空度不受影响。图3给出了冷气进出示意图。
[0044]基于以上成型装置，碳纤维增强聚醚醚酮复合材料的热压成型工艺步骤如下(如图1示):
[0045](I)放料:将裁剪好的预浸料11放入成型模具100中；
[0046](2)抽真空:将模具100温度升至200°C左右后，在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩7、8、10内的绝对真空度达到IKPa以下；
[0047](3)热压:将模具100温度升至390_410°C，液压机驱动上凸模104下移，对下凹模105内的预浸料11施加10-30ton的压力，并保温15-30min;
[0048](4)冷却:停止加热和抽真空，以5-20°C/min冷却速度冷至100°C，取出制品，完成成型。
[0049]实际应用中，步骤(I)所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料是通过静电粉末喷涂制备的预浸料，含胶量为40-80 %左右。所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的碳纤维布为一般T300平纹或斜纹编织碳纤维布。所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的聚醚醚酮优选上海威格斯公司提供的Vicote 702的聚醚醚酮精细粉末，并混合2-3%体积分数的PTFE粉末，PTFE粉末有助于气体的排出。
[0050]实施例1:
[0051]将预处理过的纤维布与聚醚醚酮和PTFE混合粉末经静电粉末喷涂工艺制成预浸料，树脂体积含量达50%左右。模具100清洗及涂抹高温脱模剂后，在可拆卸下凹模105中放入6片面积裁剪为140mm X140mm的方形预浸料11;加热模具100，使其升温至200°C后，同时在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩7、8、10内的绝对真空度达到IKPa以下；将模具10温度升至390°C，液压机驱动上凸模104下移，对下凹模105内的预浸料施加20ton的压力，并保温15min;停止加热和抽真空，以5°C/min冷却速度冷至100°C，取出制品，完成成型。
[0052]实施例2:
[0053]将预处理过的纤维布与聚醚醚酮和PTFE混合粉末经静电粉末喷涂工艺制成预浸料，树脂体积含量达55%左右。模具100清洗及涂抹高温脱模剂后，在可拆卸下凹模105中放入7片面积裁剪为140mm X140mm的方形预浸料11;加热模具100，使其升温至220°C后，同时在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩7、8、10内的绝对真空度达到IKPa以下；将模具10温度升至400°C，液压机驱动上凸模104下移，对下凹模105内的预浸料施加25ton的压力，并保温25min;停止加热和抽真空，以10°C/min冷却速度冷至100°C，取出制品，完成成型。
[0054]实施例3:
[0055]将预处理过的纤维布与聚醚醚酮和PTFE混合粉末经静电粉末喷涂工艺制成预浸料，树脂体积含量达60%左右。模具100清洗及涂抹高温脱模剂后，在可拆卸下凹模105中放入8片面积裁剪为140mm X140mm的方形预浸料11;加热模具100，使其升温至250°C后，同时在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩7、8、10内的绝对真空度达到IKPa以下；将模具10温度升至410°C，液压机驱动上凸模104下移，对下凹模105内的预浸料施加30ton的压力，并保温30min;停止加热和抽真空，以15°C/min冷却速度冷至100°C，取出制品，完成成型。
[0056]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，包括液压机、成型模具和真空系统，其特征在于: 所述成型模具包括上凸模和与之相匹配的下凹模，上凸模和下凹模均通过模座安装在液压机的工作台上；上凸模和下凹模相对设置，下凹模位于上凸模之下，用于存放预浸料；上凸模、下凹模内部设有冷却单元，与之相连的模座内部设有加热单元;模座与工作台之间设有隔热板，与装置其余部分隔热； 所述真空系统包括真空罩和真空栗，真空罩设在所述成型模具和液压机外部，用于抽出成型模具工作空间的空气，形成负压。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，其特征在于，所述真空罩装有可视化窗口，便于观测热压过程;所述真空罩可四面拆卸，便于装置检修;所述真空罩真空度可控制在IKPa以下，有利于复合材料纤维束内部及层间气体的析出。3.根据权利要求1或2所述的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，其特征在于，加热单元为在上凸模、下凹模的模座内埋设的多个加热管，与液压机分离，不仅实现模具的快速加热，从常温加热至410°C所需时间在30min之内；并且将加热系统从液压机中剥离出来，有效避免因液压油沸点及密封圈熔点限制只能进行200°C以下的热压成型的缺陷。4.根据权利要求1或2所述的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，其特征在于，冷却单元还包括上凸模、下凹模固定板内开设的多个冷却通道，与上凸模、下凹模内设的冷却单元一并，通过流量计和调节阀与空冷机相连，通过改变冷气流量和温度，达到5-20°C/min的可调冷速。5.根据权利要求1或2所述的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，其特征在于，所述冷却单元的上凸模、下凹模及固定板内开设的各个冷却通道的进气口和出气口，分别通过耐高温软管汇接成一路进气口和一路出气口，使冷却管道直接与外界联通，保证了冷却过程中真空罩内真空度不受影响。6.—种基于权利要求1的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)投料:将碳纤维增强聚醚醚酮预浸料放入装置的成型模具的下凹模中； (2)抽真空:将模具温度升至200°C左右后，同时在非压紧状态下开始抽真空，使真空罩内的绝对真空度达到IKPa以下； (3)热压:将模具温度升至390-410°C，液压机驱动上凸模下移，对下凹模内的预浸料施加1-3Oton的压力，并保温I5-3Omin; (4)冷却:停止加热和抽真空，以5-20°C/min冷却速度冷至100°C，取出制品，完成成型。7.根据基于权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料是通过静电粉末喷涂制备的预浸料，含胶量为40-80%左右。8.根据基于权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料优选T300平纹或斜纹编织碳纤维布。9.根据基于权利要求6或7所述的方法，其特征在于，步骤(I)所述碳纤维增强聚醚醚酮预浸料的喷涂粉末为聚醚醚酮精细粉末，并混合2-3 %体积份数的PTFE粉末。
【专利摘要】本发明提出一种碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型装置，包括液压机、成型模具和真空系统。本装置将加热单元从液压机中剥离出来，使用加热管对模具加热，实现高温热压功能；通过在真空环境中热压成型，大幅减少树脂中的气泡含量，提高试件表面的光洁度及制件性能；在模具中设置冷却单元，通过调节高压冷气的流量和温度来调节冷却速度，以此来控制基体树脂的结晶度，实现高强度与高韧性之间灵活选择。相应地，本发明还提出一种碳纤维增强聚醚醚酮复合板材热压成型方法。采用本发明的装置和方法热压成型的碳纤维增强聚醚醚酮复合板材，生产设备简单，解决了高熔点、高粘度聚醚醚酮树脂生产过程中材料内部孔隙率大，树脂浸渍纤维不充分，试样性能不足，成型周期长等问题。
【IPC分类】B29C43/52, B29C43/04, B29C43/56
【公开号】CN105538577
【申请号】CN201510963788
【发明人】黄志高, 周华民, 张云, 郑兵, 高西萍, 张逸, 侯斌魁
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月21日