本發(fā)明屬于材料科學(xué)，具體涉及一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
1、隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，對航天設(shè)備材料的性能要求日益提高，碳纖維復(fù)合材料因其具有高比強度、高比模量、耐疲勞、耐腐蝕等優(yōu)異特性，在航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，然而，在實際生產(chǎn)和使用中，碳纖維復(fù)合材料仍存在一些有待改進的方面，傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合材料制備方法在某些性能上存在局限性，例如，碳纖維表面的雜質(zhì)可能會影響其與樹脂基體的結(jié)合效果，導(dǎo)致復(fù)合材料的整體性能受到影響，未經(jīng)充分處理的碳纖維與樹脂基體的界面結(jié)合力較弱，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能難以達到更高的要求，如拉伸強度和彎曲強度可能無法滿足日益嚴苛的航天設(shè)備使用標準，在航天環(huán)境中，設(shè)備需要承受極端的溫度變化和各種力學(xué)載荷，現(xiàn)有的碳纖維復(fù)合材料在熱穩(wěn)定性方面也有提升的空間，當面臨高溫環(huán)境時，其性能可能會出現(xiàn)下降，無法保證航天設(shè)備在高溫等復(fù)雜工況下的可靠運行，此外，在實際生產(chǎn)中，如何優(yōu)化碳纖維復(fù)合材料的制備工藝，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，也是亟待解決的問題。
2、隨著航天任務(wù)的多樣化和復(fù)雜化，對航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能提出了更高的要求，不僅需要其在力學(xué)性能上有顯著提升，還需要在熱穩(wěn)定性等方面有更好的表現(xiàn)，以適應(yīng)太空環(huán)境的特殊需求，因此，研發(fā)一種新的碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)化方法，對于提高航天設(shè)備的性能和可靠性具有重要意義，本案的航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料性能優(yōu)化方法正是在這樣的背景下應(yīng)運而生。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
3、一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，包括以下步驟：
4、對碳纖維進行表面處理，采用等離子體處理技術(shù)，在特定的功率范圍和處理時間內(nèi)，去除碳纖維表面的雜質(zhì)并增加其表面活性，其中等離子體處理功率為50w至100w，處理時間為15分鐘至30分鐘。
5、將經(jīng)過表面處理的碳纖維與特定的樹脂基體進行混合，所述樹脂基體為耐高溫環(huán)氧樹脂，其在混合時的溫度控制在80℃至100℃，且碳纖維與樹脂基體的質(zhì)量比為3:7。
6、采用特定的成型工藝對混合后的材料進行成型，所述成型工藝為熱壓罐成型，熱壓罐的壓力設(shè)定為2mpa至4mpa，溫度設(shè)定為150℃至180℃，成型時間為3小時至5小時。
7、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的方案，在對碳纖維進行表面處理時，等離子體處理的氣體氛圍為氬氣與氧氣的混合氣體，其中氬氣與氧氣的體積比為3:1。
8、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的方案，在將碳纖維與樹脂基體混合過程中，還添加有納米級增強顆粒，所述納米級增強顆粒為碳化硅，其質(zhì)量占碳纖維與樹脂基體總質(zhì)量的2％至5％。
9、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的方案，熱壓罐成型后，對成型的復(fù)合材料進行后處理，后處理包括在特定溫度和時間下的退火處理，退火溫度為200℃至250℃，退火時間為1小時至2小時。
10、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的方案，通過該方法優(yōu)化后的碳纖維復(fù)合材料，其拉伸強度相比未優(yōu)化前提高至少30％，彎曲強度提高至少25％，熱穩(wěn)定性在溫度達到500℃時相比未優(yōu)化前提高至少20％。
11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
12、首先，通過采用特定功率范圍(50w至100w)和處理時間(15分鐘至30分鐘)的等離子體處理技術(shù)對碳纖維進行表面處理，能有效去除碳纖維表面雜質(zhì)，提高其表面活性，這使得碳纖維與樹脂基體的結(jié)合效果顯著增強，從根本上解決了傳統(tǒng)制備方法中因碳纖維表面雜質(zhì)影響結(jié)合效果的問題，在實際生產(chǎn)中，這種改進能提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，減少因結(jié)合不良導(dǎo)致的次品率，降低生產(chǎn)成本，其次，將處理后的碳纖維與特定的耐高溫環(huán)氧樹脂基體在80℃至100℃溫度下按3:7的質(zhì)量比混合，并添加質(zhì)量占比為2％至5％的納米級碳化硅增強顆粒，極大地增強了復(fù)合材料的力學(xué)性能，相比未優(yōu)化前，拉伸強度至少提高30％，彎曲強度至少提高25％，這意味著在航天設(shè)備的實際應(yīng)用中，材料能夠更好地承受各種力學(xué)載荷，如在航天器發(fā)射和飛行過程中所受到的振動、沖擊等，即使面對日益多樣化和復(fù)雜化的航天任務(wù)，也能保證設(shè)備的結(jié)構(gòu)完整性和可靠性，再者，熱壓罐成型工藝中，設(shè)定2mpa至4mpa的壓力、150℃至180℃的溫度以及3小時至5小時的成型時間，并且在成型后進行200℃至250℃溫度下1小時至2小時的退火處理，使得復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性在溫度達到500℃時相比未優(yōu)化前至少提高20％，在航天環(huán)境中，設(shè)備經(jīng)常面臨極端的溫度變化，這種熱穩(wěn)定性的提升能確保航天設(shè)備在高溫等復(fù)雜工況下可靠運行，避免因溫度變化導(dǎo)致材料性能下降而影響設(shè)備的正常功能和使用壽命，總之，該優(yōu)化方法為航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能提升提供了切實有效的途徑，對推動航天技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。
1.一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，其特征在于：在對碳纖維進行表面處理時，等離子體處理的氣體氛圍為氬氣與氧氣的混合氣體，其中氬氣與氧氣的體積比為3:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，其特征在于：在將碳纖維與樹脂基體混合過程中，還添加有納米級增強顆粒，所述納米級增強顆粒為碳化硅，其質(zhì)量占碳纖維與樹脂基體總質(zhì)量的2％至5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，其特征在于：熱壓罐成型后，對成型的復(fù)合材料進行后處理，后處理包括在特定溫度和時間下的退火處理，退火溫度為200℃至250℃，退火時間為1小時至2小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種航天設(shè)備用碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)化方法，其特征在于：通過該方法優(yōu)化后的碳纖維復(fù)合材料，其拉伸強度相比未優(yōu)化前提高至少30％，彎曲強度提高至少25％，熱穩(wěn)定性在溫度達到500℃時相比未優(yōu)化前提高至少20％。