复合材料制造设备的制作方法

本发明涉及一种制造设备，尤其涉及复合材料的制造设备。

背景技术：

1、随着科技发展与环保意识的提升，电工、电子、化工、交通、机械等产业领域所需材料的导电、导热、机械强度、耐候、制造成本等性质的要求也越来越高。以导电材料为例，铜的导电度高于铝，但铜的机械强度及高温抗变形能力较差；再以航空器机壳材料为例，铝具有低密度、高强度及高延展性，但铝的抗腐蚀性、抗冲击能力较差；因此，现有技术通过合金、添加剂、热处理等方法来制造所需特性的复合材料。

2、复合材料是指连续相基材(例如：金属、合金、高分子)与强化相材料(例如：纳米碳管、石墨烯、纳米无机材料)混合炼制而成，其兼具连续相基材与强化相材料的优点。以金属基复合材料为例，工业上常使用粉末冶金、压铸等制造方法，粉末冶金主要是使用机械混拌金属粉末及粉体强化相材料，再以无压烧结、真空热压烧结、高压扭转、热挤压、热轧等方式处理混合材料形成金属基复合材料。

3、图1示出现有复合材料制造设备的示意图。如图1所示，现有复合材料制造设备1制造金属基复合材料包含下列步骤：粉状的金属基材m与强化相材料s分别装填于二料桶11,12，以抽取机13将金属基材m与强化相材料s送入加热装置14，在加热装置14内加热及搅拌金属基材m与强化相材料s形成混合材料的浆体p，以喷嘴15将浆体p喷入压铸模具16，形成金属基复合材料c。

4、然而纳米尺寸的强化相材料与连续相基材的表面性质不同，以致强化相纳米材料难以均匀分散在基材，导致其复合材料无法达到预期的特性。特别是受到极高的关注与研究的石墨烯。由于石墨烯的二维晶体在热力学性质上的不稳定性，不管是在自由态存在或沉积在基材，石墨烯都不是完全平整，其表面存在微观三维尺度的皱褶，此皱褶会经由凡得瓦力(van der waals force)导致石墨烯团聚，而石墨烯与金属、合金、树脂等基材之间的湿润性差，石墨烯更难以在基材中均匀分散。现有复合材料制造设备无法有效解决强化相纳米材料在基材中团聚的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术的种种问题，本发明提供一种复合材料制造设备，包含原料缸、油压活塞以及旋转模具，原料缸具有原料室及位于原料室相对二侧的入料口及出料口，原料室可装填基材及强化相材料，其中基材为柱状，强化相材料为粉状；油压活塞设置于原料缸的入料口侧，用以推挤基材及强化相材料朝出料口移动；旋转模具设置于原料缸的出料口侧，包含外模及位于外模内的旋转流道，外模可旋转摩擦基材而塑化基材，旋转流道可分散及混合经塑化的基材与强化相材料形成复合材料。

2、于一实施例，上述基材为金属、合金或高分子，强化相材料为石墨烯片。

3、于一实施例，上述外模具有摩擦部、隔热部及成形部，隔热部夹置于摩擦部与成形部之间，上述旋转流道通过摩擦部、隔热部及成形部，上述旋转流道的入口位于摩擦部，上述旋转流道的出口位于成形部，摩擦部可旋转摩擦上述基材，隔热部可阻隔摩擦部旋转摩擦上述基材所产生的热，成形部可冷却上述复合材料。

4、于一实施例，上述摩擦部的表面形成螺旋导沟，螺旋导沟连通上述旋转流道。

5、于一实施例，上述旋转模具进一步包含设置于上述外模内的内模，上述旋转流道位于上述外模与内模之间。

6、于一实施例，上述外模的内表面具有内凸耳，上述内模的外表面具有外凸耳，内凸耳及外凸耳交错设置，当上述外模相对上述内模旋转时，内凸耳及外凸耳产生剪切力分散及混合经塑化的上述基材与上述强化相材料。

7、于一实施例，上述外模及上述内模为锥形体，上述旋转流道与水平方向成15-30°的夹角。

8、于一实施例，上述内模接触上述基材的一侧为锥状面，锥状面上形成螺旋导沟。

9、于本发明的复合材料制造设备，原料缸的原料室可装填柱状的基材及粉状的强化相材料，油压活塞可推挤基材及强化相材料朝出料口移动，旋转模具的外模可旋转摩擦基材使基材塑化，旋转模具的旋转流道分散及混合经塑化的基材与强化相材料形成复合材料，制造过程不需加热，强化相材料在基材中均匀分散，所得的复合材料不会相分离，可供各产业后续加工应用。

技术特征：

1.一种复合材料制造设备，包含：

2.根据权利要求1所述复合材料制造设备，其中所述基材为金属、合金或高分子，所述强化相材料为石墨烯。

3.根据权利要求1所述复合材料制造设备，其中所述外模具有摩擦部、隔热部及成形部，所述隔热部夹置于所述摩擦部与所述成形部之间，所述旋转流道通过所述摩擦部、所述隔热部及所述成形部，所述旋转流道的入口位于所述摩擦部，所述旋转流道的出口位于所述成形部，所述摩擦部可旋转摩擦所述基材，所述隔热部可阻隔所述摩擦部旋转摩擦所述基材所产生的热，所述成形部可冷却所述复合材料。

4.根据权利要求3所述复合材料制造设备，其中所述摩擦部的表面形成螺旋导沟，所述螺旋导沟连通所述旋转流道。

5.根据权利要求1所述复合材料制造设备，其中所述旋转模具进一步包含设置于所述外模内的内模，所述旋转流道位于所述外模与所述内模之间。

6.根据权利要求5所述复合材料制造设备，其中所述外模的内表面具有内凸耳，所述内模的外表面具有外凸耳，所述内凸耳及所述外凸耳交错设置，当所述外模相对所述内模旋转时，所述内凸耳及所述外凸耳产生剪切力分散及混合经塑化的所述基材与所述强化相材料。

7.根据权利要求5所述复合材料制造设备，其中所述外模及所述内模为锥形体，所述旋转流道与水平方向成15-30°的夹角。

8.根据权利要求5所述复合材料制造设备，其中所述内模接触所述基材的一侧为锥状面，所述锥状面上形成螺旋导沟。

技术总结
本发明提供一种复合材料制造设备，包含：原料缸、油压活塞以及旋转模具，原料缸具有原料室及位于原料室相对二侧的入料口及出料口，原料室可装填基材及强化相材料；油压活塞设置于原料缸的入料口侧，用以推挤基材及强化相材料朝出料口移动；旋转模具设置于原料缸的出料口侧，包含外模及位于外模内的旋转流道，外模可旋转摩擦基材而塑化基材，旋转流道可分散及混合经塑化的基材与强化相材料形成复合材料。

技术研发人员：吴以舜
受保护的技术使用者：安炬科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15