1.本發(fā)明涉及一種以工件的車削料及邊角料為主，商用短切碳纖維為增強相制備碳纖維復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)：

2.隨著技術(shù)水平的不斷提高和資源的不斷消耗，人們對于循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展要求越來越迫切。在我國，每年生產(chǎn)的碳/碳復(fù)合材料數(shù)以萬噸，同時在制備過程中也會伴隨有大量含有碳纖維的加工廢棄料產(chǎn)生。這些碳纖維復(fù)合材料如果直接廢棄，由于其機械強度高、耐熱性、摩擦性優(yōu)良及耐腐蝕性能好等特性導(dǎo)致廢棄物的處理和利用難度較大，碳纖維復(fù)合材料廢棄物對環(huán)境的污染已引起廣泛關(guān)注。因此如何對這些材料進行循環(huán)再利用，成為碳/碳復(fù)合材料行業(yè)發(fā)展亟待解決的重要課題。

3.目前國內(nèi)外常用的回收碳纖維復(fù)合材料廢棄物的方法主要包括化學(xué)回收、能量回收和物理回收的三種方式，其中利用物理法回收能實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。由于車削料及邊角料主要是碳纖維及碳粉組成，物理法是指將這些碳材料作為增強體和填充材料，然后與樹脂混合，通過熱壓模壓成型制備碳纖維增強樹脂 (cfrp)復(fù)合材料。這種短切碳纖維復(fù)合材料再經(jīng)過熱處理可以制成耐高溫的爐內(nèi)材料和隔熱的光伏材料，同時在抗摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)也有著廣泛的應(yīng)用。

4.專利201910284823.4詳細(xì)的介紹了一種利用邊料生產(chǎn)碳碳復(fù)合板材的工藝，主要通過預(yù)制體編制、邊料填充和熱壓的工藝來實現(xiàn)對邊角料的回收利用，但是這種方法需要進行預(yù)制體的編制，費時費工，且熱壓過程采用粉末樹脂與邊角料直接混合的方式進行，這不僅會產(chǎn)生大量粉塵，還會造成部分料的混合不均勻，導(dǎo)致每批次產(chǎn)品性能差異較大。

5.專利201180007837.3介紹了一種利用再利用碳纖維從碳材料制備模制件的方法，但其在制備過程中進行了液相浸漬處理，操作過程復(fù)雜且產(chǎn)生的廢液對環(huán)境污染嚴(yán)重，同時在模制件的制備過程也會產(chǎn)生大量粉塵，對環(huán)境影響較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.為了解決上述背景中的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種資源有效回收再利用，且工作環(huán)境友好的制備碳纖維復(fù)合材料的方法。具體涉及一種以碳/碳復(fù)合材料加工過程中的車削料及邊角料為主，商用短切碳纖維為增強相，熱固性樹脂為成型劑，經(jīng)過前處理改性、混料、干燥、冷壓成型及熱處理制備碳纖維復(fù)合材料的方法。

7.本發(fā)明具體包括以下步驟

8.步驟一)固廢材料的前期處理：

9.破碎篩分

→

酸堿洗滌

→

干燥

→

氧化處理

→

表面機械改性

10.原料(碳/碳復(fù)合材料加工過程中的車削料及邊角料)首先經(jīng)過破碎篩分，然后通過酸堿洗滌除去收集過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)并進行表面活化，洗滌完后進行干燥和表面氧化處理，最后通過機械改性得到前處理回收料，所述前處理回收料為樹脂改性包覆的碳粉和/或

樹脂改性包覆的短切碳纖維粉料；

11.步驟二)濕法混料：將步驟一所得物料、商用短切碳纖維、熱固性樹脂和溶解劑按一定的比例放入混料機中混合均勻；

12.步驟三)干燥：將步驟二所得物料在干燥箱中進行烘干，得到干燥混料；

13.步驟四)冷壓成型：將步驟三所得的干燥混料裝入模具，放入模壓機中，在室溫環(huán)境下，分段控制壓制壓力和保壓時間冷壓成型；

14.步驟五)將步驟四冷壓成型壓坯進行高溫?zé)崽幚恚?br />
15.步驟六)機加工處理。

16.進一步的，所述步驟一中，所用的篩網(wǎng)大小為20-100目，過篩時間為5-30min，篩分后的材料其纖維的平均長度小于0.5mm，直徑小于0.8mm。

17.進一步的，所述步驟一中，酸堿洗滌的時間為5-30min；干燥的溫度為 100-200℃，時間為2-6h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣或臭氧，處理溫度為 200-500℃，時間為1-6h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9： 0.8-1.5、優(yōu)選為9:1的比例混合均勻?；旌暇鶆驎r，可以采用高速機械混合機中以650-1300轉(zhuǎn)/min的速度進行混合。

18.進一步的，所述步驟二中，混料中，以回收料碳纖維、商用碳纖維束、熱固性樹脂作為一個整體；則回收料碳纖維的占比為55-80％wt、商用碳纖維束 5-10％wt、熱固性樹脂15-35％wt，溶解劑與樹脂的質(zhì)量比為1/1-3/1。

19.進一步的，所述步驟二中，所使用的商用碳纖維束的平均長度為5-30mm，直徑小于1mm；所使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種或多種，使用的潤濕劑甲醇、乙醇或糠醇中的一種或多種。

20.進一步的，所述步驟三中，干燥的溫度為120℃-200℃，保溫時間為2-6h。

21.進一步的，所述步驟四中，冷壓過程中的壓力為100-200mpa，保壓時間為 2-5min。冷壓過程分段保壓，具體為：壓制壓力為5-10mpa時，保壓1-2分鐘；壓制壓力為10-20mpa時，保壓1-2分鐘；壓制壓力為100-200mpa時保壓1-2 分鐘。分段保壓能排除原料顆粒之間的空氣，消除應(yīng)力，便于更好的成型。

22.進一步的，所述步驟五中，高溫?zé)崽幚戆ㄌ蓟?、cvd化學(xué)氣相沉積及石墨化(根據(jù)產(chǎn)品需求決定是否進行石墨化)，具體為：碳化溫度為800℃-1200℃，所需的時間為2-10h；化學(xué)氣相沉積溫度為1200℃-1800℃，所需的時間為8-20h；石墨化溫度2400℃-3000℃，保溫時間2-10h。

23.進一步的，所制備的碳纖維復(fù)合材料的的密度為1.4-1.7g/cm3，彎曲強度大于60mpa，抗壓強度大于120mpa，在光伏和抗摩擦領(lǐng)域內(nèi)有較高的應(yīng)用價值。

24.作為較優(yōu)方案：

25.步驟一中，酸堿洗滌的時間為5min；干燥的溫度為150℃，時間為2h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣，處理溫度為300℃，時間為2h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9：1的比例在高速機械混合機中混合均勻，得到樹脂改性包覆的碳粉和短切碳纖維粉料；；

26.步驟二中，混料中回收料碳纖維占比為70％wt、商用碳纖維束5％wt、熱固性樹脂25％wt，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2；步驟二中，所使用的商用短切碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的潤濕劑乙醇；

27.步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。

28.步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為5mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為10mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為100mpa時保壓2分鐘。

29.步驟五中，材料炭化的溫度為900℃，所需的時間為5h；

30.步驟五中，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次；

31.所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.42g/cm3，增密材料的密度為 1.53g/cm

3，

，彎曲強度為73.4mpa，抗壓強度為131.4mpa，

32.作為較優(yōu)方案：

33.步驟一中，酸堿洗滌的時間為5min；干燥的溫度為150℃，時間為2h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣，處理溫度為300℃，時間為2h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按9：1的比例在高速機械混合機中混合均勻，得到樹脂改性包覆的碳粉和短切碳纖維粉料；；

34.步驟二中，混料中回收料碳纖維占比為60％wt、商用短切碳纖維10％wt、改性懸浮樹脂30％wt，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2.5；

35.步驟二中，所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇；

36.步驟三中，干燥時的溫度為140℃，保溫時間為3h；

37.步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為8mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為15mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為200mpa時保壓1分鐘；

38.步驟五中，材料炭化的溫度為1000℃，所需的時間為5h；

39.步驟五中，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次；

40.所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.52g/cm3，增密材料的密度為 1.54g/cm3，彎曲強度為75.42mpa，抗壓強度為148.4mpa。

41.本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

42.第一，本發(fā)明所涉及的碳纖維原料來自于碳/碳復(fù)合材料生產(chǎn)過程中車削料及邊角料，不僅節(jié)約了大量的成本，而且減少了碳廢棄物的排放，有效的減少了資源的浪費和環(huán)境的污染問題。

43.第二，本發(fā)明采用了一系列的前期處理工作對固廢回收料進行改性，首先利用不同濃度的酸堿溶液處理可以清除碳纖維表面的憎水性污染物，增大了纖維的比表面積，并且氧化改性會提高纖維和樹脂結(jié)合強度，而經(jīng)過樹脂改性包覆的前處理粉料其分散性和穩(wěn)定性都得到了大幅提高，能進一步提高合成材料的機械強度。

44.第三，本發(fā)明采用濕法混料的方法，不僅使原料混合更均勻充分，同時還避免了粉末及揚塵，工作環(huán)境友好。

45.第四，本發(fā)明采用了分段冷壓的方法模壓成型，能夠更加快速的處理原料，工藝簡單，制備周期短。

46.第五，本發(fā)明為了進一步提高復(fù)合材料的產(chǎn)品性能，使用商用短切碳纖維作為增強相，極大的提高了產(chǎn)品的力學(xué)性能。

47.最后，本發(fā)明通過熱處理的方式使短切碳纖維復(fù)合材料的熱物理性能和機械性能大大提高，材料在光伏、熱處理、摩擦等領(lǐng)域能夠得到廣泛的應(yīng)用。

附圖說明

48.附圖1為本發(fā)明制備碳纖維復(fù)合材料的工藝流程圖；

49.附圖2為本發(fā)明所用車削邊角料的電鏡形貌結(jié)構(gòu)圖；

50.附圖3為實施例1所得產(chǎn)品的金相顯微結(jié)構(gòu)；

51.附圖4為實施例1合成的碳纖維復(fù)合材料的實物圖。

具體實施方式

52.實施例1

53.取一定量碳/碳復(fù)合材料的車削料，經(jīng)過以下制備過程得到一種碳纖維復(fù)合材料。

54.步驟一)固廢材料的前期處理：

55.破碎篩分

→

酸堿洗滌

→

干燥

→

氧化處理

→

表面機械改性

56.車削固廢材料首先經(jīng)過破碎篩分，篩網(wǎng)大小為50目，然后通過酸堿洗滌除去收集過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)并進行表面活化，洗滌完后進行干燥和表面氧化處理，最后通過機械改性方法做最終處理，得到樹脂改性包覆的碳粉和短切碳纖維粉料；

57.步驟二)濕法混料：將篩分所得的短切碳纖維回收料、商用短切碳纖維、熱固性樹脂和溶解劑按一定的比例放入混料機中混合均勻；

58.步驟三)干燥：將混合料放入干燥箱中進行烘干，得到干燥混料；

59.步驟四)冷壓成型：將干燥混料裝入模具，然后將模具放入冷壓機中，在室溫環(huán)境下，控制一定的壓力和時間將混料冷壓成型；

60.步驟五)進行碳化、cvd高溫?zé)崽幚恚?br />
61.步驟六)機加工處理。

62.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟一中，酸堿洗滌的時間為5min；干燥的溫度為150℃，時間為2h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣，處理溫度為300℃，時間為2h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9：1的比例在高速機械混合機中以850轉(zhuǎn)/min的速度混合均勻，得到樹脂改性包覆的碳粉和短切碳纖維粉料；

63.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟二中，混料中回收料碳纖維的占比為70％、商用碳纖維束5％、熱固性樹脂25％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2。

64.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟二中，所使用的商用短切碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的潤濕劑為乙醇。

65.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。

66.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為5mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為10mpa時，保壓1.5 分鐘；壓制壓力為100mpa時保壓2分鐘。

67.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟五中，材料炭化的溫

度為900℃，所需的時間為5h。

68.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所述步驟五中，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次。

69.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.42g/cm3，增密材料的密度為1.53g/cm

3，

，彎曲強度為 73.4mpa，抗壓強度為131.4mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

70.對比例1：

71.保持實施例1中所有試驗過程其他試驗參數(shù)不發(fā)生改變，僅改變混料比例的不同，混料中不添加商用碳纖維，回收料碳纖維的占比為75％、酚醛樹脂25％，酚醛樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2。所制備的短切碳纖維復(fù)合板材其最終密度為1.51g/cm3，，彎曲強度為58.2mpa，抗壓強度為115.3mpa。

72.實施例2

73.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

74.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1。

75.所述步驟二中，混料中回收料碳纖維的占比為60％、商用短切碳纖維10％、改性懸浮樹脂30％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2.5，所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

76.所述步驟三中，干燥時的溫度為140℃，保溫時間為3h。

77.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為8mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為15mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為200mpa時保壓1分鐘。

78.所述步驟五中，材料炭化的溫度為1000℃，所需的時間為5h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次。

79.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.52g/cm3，增密材料的密度為1.54g/cm3，，彎曲強度為75.42 mpa，抗壓強度為148.4mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

80.對比例2：

81.保持實施例2中所有試驗過程其他試驗參數(shù)不發(fā)生改變，僅改變混料比例的不同，混料中不添加商用碳纖維，回收料碳纖維的占比為70％、酚醛樹脂30％，酚醛樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2.5。所制備的短切碳纖維復(fù)合板材其最終密度為1.58g/cm3，，彎曲強度為52.37mpa，抗壓強度為110.2mpa。

82.實施例3

83.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

84.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1；

85.所述步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的占比為60％、商用短切碳纖維 5％、改性懸浮樹脂35％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：3。所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

86.所述步驟三中，干燥時的溫度為140℃，保溫時間為3h。

87.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為10mpa時，保壓1分鐘；壓制壓力為20mpa時，保壓1分鐘；壓制壓力為150mpa時保壓1分鐘。

88.所述步驟五中，材料炭化的溫度為950℃，所需的時間為6h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1500℃，所需的時間為15h，同樣方法增密2次。

89.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的密度為1.49g/cm3，，彎曲強度為67.29mpa，抗壓強度為122.1mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

90.對比例3：

91.保持實施例3中所有試驗過程其他試驗參數(shù)不發(fā)生改變，僅改變復(fù)合材料的模壓方式，采用熱壓的方式進行壓制，壓制溫度為120℃，時間為3min，壓力為 150mpa。所制備的短切碳纖維復(fù)合板材其最終密度為1.46g/cm3，彎曲強度為 49.55mpa，抗壓強度為89.2mpa。

92.實施例4

93.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

94.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1；

95.所述步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的占比為65％、商用短切碳纖維 10％、改性懸浮樹脂25％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2。所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

96.所述步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。

97.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為5mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為15mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為180mpa時保壓2分鐘。

98.所述步驟五中，材料炭化的溫度為1100℃，所需的時間為5h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1600℃，所需的時間為18h，同樣方法增密2次。

99.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的密度為1.52g/cm3，，彎曲強度為69.78mpa，抗壓強度為130.7mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

100.對比例4：

101.保持實施例4中所有試驗過程其他試驗參數(shù)不發(fā)生改變，僅改變復(fù)合材料的模壓方式，采用一次冷壓成型的方式進行壓制，壓制的時間為6min，壓力為 180mpa。所制備的短切碳纖維復(fù)合板材其最終密度為1.24g/cm3，，彎曲強度為 38.7mpa，抗壓強度為76.4mpa。

102.實施例5

103.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

104.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1；

105.所述步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的占比為70％、商用短切碳纖維 5％、改性懸浮樹脂25％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2。所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

106.所述步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。

107.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為8mpa時，保壓1分鐘；壓制壓力為12mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為150mpa時保壓2分鐘。

108.所述步驟五中，材料炭化的溫度為1000℃，所需的時間為4h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為15h，同樣方法增密3次，石墨化處理的溫度為2300℃，時間為3h。

109.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的密度為1.58g/cm3，，彎曲強度為61.45mpa，抗壓強度為128.6mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

110.對比例5

111.保持實施例5中所有試驗過程其他試驗參數(shù)不發(fā)生改變，但是不對原材料固廢不做任何機械和包覆改性的處理。所制備的短切碳纖維復(fù)合板材其最終密度為 1.31g/cm3，，彎曲強度為72.9mpa，抗壓強度為41.3mpa。

112.實施例6

113.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

114.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1；

115.所述步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的占比為75％、商用短切碳纖維 10％、改性懸浮樹脂15％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：1。所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

116.所述步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為2h。

117.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為10mpa時，保壓1分鐘；壓制壓力為15mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為180mpa時保壓2分鐘。

118.所述步驟五中，材料炭化的溫度為1000℃，所需的時間為5h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1500℃，所需的時間為16h，同樣方法增密3次，石墨化處理的溫度為2300℃，時間為3h。

119.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的密度為1.60g/cm3，，彎曲強度為59.68mpa，抗壓強度為122.7mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用

120.實施例7

121.根據(jù)實施例1中的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法

122.所述步驟一中，固廢處理的前處理過程同實施例1；

123.所述步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的占比為80％、商用短切碳纖維 5％、改性懸浮樹脂15％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：1。所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇。

124.所述步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。

125.所述步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為8mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為12mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為150mpa時保壓2分鐘。

126.所述步驟五中，材料炭化的溫度為950℃，所需的時間為5h，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1600℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次，石墨化處理的溫度為2300℃，時間為3h。

127.根據(jù)上述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的密度為1.57g/cm3，，彎曲強度為57.22mpa，抗壓強度為121.2mpa，具有非常優(yōu)異的耐熱性能和機械強度，在光伏絕熱材料領(lǐng)域和耐摩擦材料領(lǐng)域內(nèi)可以進行有效利用。

128.表1

129.130.

技術(shù)特征：

1.一種碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：以碳/碳復(fù)合材料加工過程中的車削料及邊角料為原料，商用短切碳纖維作為增強相，熱固性樹脂為成型劑，混料時加入一定量的溶解劑，經(jīng)過干燥、冷壓成型及熱處理得到碳纖維復(fù)合材料的方法；主要包括以下步驟：步驟一固廢材料的前期處理：破碎篩分

→

酸堿洗滌

→

干燥

→

氧化處理

→

表面機械改性原料首先經(jīng)過破碎篩分，然后通過酸堿洗滌除去收集過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)并進行表面活化，洗滌完后進行干燥和表面氧化處理，最后通過機械改性得到前處理回收料，所述前處理回收料為樹脂改性包覆的碳粉和/或樹脂改性包覆的短切碳纖維粉料；步驟二濕法混料將步驟一所得前處理回收料、商用短切碳纖維、熱固性樹脂和溶解劑按一定的比例放入混料機中混合均勻；步驟三干燥將步驟二所得混料放入干燥箱中進行烘干，得到干燥混料；步驟四冷壓成型將步驟三所得干燥混料裝入模具，然后將模具放入冷壓機中，在室溫環(huán)境下，分段控制壓力和時間將混料冷壓成型；步驟五將步驟四冷壓成型壓坯進行高溫?zé)崽幚?；步驟六機加工處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述步驟一中，酸堿洗滌的時間為5-30min；干燥的溫度為100-200℃，時間為2-6h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣或臭氧，處理溫度為200-500℃，時間為1-6h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9：0.8-1.5、優(yōu)選為9:1的比例在高速機械混合機中以650-1300轉(zhuǎn)/min的速度混合均勻。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，混料中，以回收料碳纖維、商用碳纖維束、熱固性樹脂作為一個整體；則回收料碳纖維的占比為55-80％wt、商用碳纖維束5-10％wt、熱固性樹脂15-35％wt；樹脂與溶解劑質(zhì)量比為1：3～1:1。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟二中，所使用的商用碳纖維束的平均長度為10-30mm，直徑小于1mm；所使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂中的一種或多種，所使用的溶解劑為甲醇、乙醇或糠醇中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟三中，干燥的溫度為120℃-200℃，保溫時間為2-6h。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟四中，冷壓過程分段保壓，具體為：壓制壓力為5-10mpa時，保壓1-2分鐘；壓制壓力為10-20mpa時，保壓1-2分鐘；壓制壓力為100-200mpa時保壓1-2分鐘。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟五中，高溫?zé)崽幚戆ㄌ蓟?、cvd化學(xué)氣相沉積及石墨化，具體為：碳化的溫度為800℃-1200℃，所需的時間為2-10h；化學(xué)氣相沉積溫度為900℃-1800℃，所需的時間為8-20h；石墨化溫度2400℃-3000℃，保溫時間2-10h。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的方法制備的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，所制備的碳纖維復(fù)合材料的的密度為1.4-1.7g/cm3，彎曲強度為大于60mpa抗壓強度大于120mpa。9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的方法制備的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于，步驟一中，酸堿洗滌的時間為5min；干燥的溫度為150℃，時間為2h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣，處理溫度為300℃，時間為2h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9：1的比例混合均勻，得到樹脂改性包覆的碳粉和/或短切碳纖維粉料；步驟二中，混料中前處理回收料碳纖維的質(zhì)量占比為70％、商用碳纖維束5％、熱固性樹脂25％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2；步驟二中，所使用的商用短切碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的潤濕劑為乙醇；步驟三中，干燥時的溫度為120℃，保溫時間為3h。步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為5mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為10mpa時，保壓1.5分鐘；壓制壓力為100mpa時保壓2分鐘。步驟五中，材料炭化的溫度為900℃，所需的時間為5h；步驟五中，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次；所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.42g/cm3，增密材料的密度為1.53g/cm3，，彎曲強度為73.4mpa，抗壓強度為131.4mpa。10.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的方法制備的碳纖維復(fù)合材料，其特征在于：步驟一中，酸堿洗滌的時間為5min；干燥的溫度為150℃，時間為2h；氧化處理過程中的氧化劑為空氣，處理溫度為300℃，時間為2h；機械改性方法具體是將氧化物粉料與樹脂按質(zhì)量比9：1的比例混合均勻，得到樹脂改性包覆的碳粉和短切碳纖維粉料；步驟二中，混料中回收料碳纖維的質(zhì)量占比為60％、商用短切碳纖維10％、改性懸浮樹脂30％，樹脂與溶解劑的質(zhì)量比為1：2.5；步驟二中，所使用的商用碳纖維的平均長度為12mm，直徑為0.5mm，使用的熱固性樹脂為酚醛樹脂，使用的溶解劑為甲醇；步驟三中，干燥時的溫度為140℃，保溫時間為3h；步驟四中，冷壓具體過程為：壓制壓力為8mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為15mpa時，保壓2分鐘；壓制壓力為200mpa時保壓1分鐘；步驟五中，材料炭化的溫度為1000℃，所需的時間為5h；步驟五中，材料增密的化學(xué)氣相沉積溫度為1400℃，所需的時間為12h，同樣方法增密3次；所制備的短切碳纖維復(fù)合板材的壓坯密度為1.52g/cm3，增密材料的密度為1.54g/cm3，，彎曲強度為75.42mpa，抗壓強度為148.4mpa。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明主要針對碳/碳復(fù)合材料在生產(chǎn)過程中資源的回收與再利用問題，主要涉及了一種以碳/碳復(fù)合材料的車削料為主要原料，商用短切碳纖維為增強相制備碳纖維復(fù)合材料的方法。該方法以工件車削過程中產(chǎn)生的車削料及邊角料為主要原料，原料經(jīng)過前處理改性、濕法混合、烘干、冷壓成型及熱處理等步驟，制備了一種具有高機械性能的碳/碳復(fù)合材料，該材料在光伏領(lǐng)域、熱處理領(lǐng)域、摩擦領(lǐng)域等有著廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明不僅實現(xiàn)了資源的有效利用，降低了生產(chǎn)成本，而且有效的減少了生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，環(huán)境污染問題也得到了很好的改善。環(huán)境污染問題也得到了很好的改善。環(huán)境污染問題也得到了很好的改善。

技術(shù)研發(fā)人員：廖寄喬 褚勝林 滕向桂 詹榮華 王華 李軍

受保護的技術(shù)使用者：湖南金博碳素股份有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.29

技術(shù)公布日：2022/4/5