一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法

本发明属于材料科学，具体涉及一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法。

背景技术：

1、随着航天技术的不断发展，对航天设备材料的性能要求日益提高，碳纤维复合材料因其具有高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀等优异特性，在航天领域得到了广泛应用，然而，在实际生产和使用中，碳纤维复合材料仍存在一些有待改进的方面，传统的碳纤维复合材料制备方法在某些性能上存在局限性，例如，碳纤维表面的杂质可能会影响其与树脂基体的结合效果，导致复合材料的整体性能受到影响，未经充分处理的碳纤维与树脂基体的界面结合力较弱，使得复合材料的力学性能难以达到更高的要求，如拉伸强度和弯曲强度可能无法满足日益严苛的航天设备使用标准，在航天环境中，设备需要承受极端的温度变化和各种力学载荷，现有的碳纤维复合材料在热稳定性方面也有提升的空间，当面临高温环境时，其性能可能会出现下降，无法保证航天设备在高温等复杂工况下的可靠运行，此外，在实际生产中，如何优化碳纤维复合材料的制备工艺，以提高生产效率和产品质量的一致性，也是亟待解决的问题。

2、随着航天任务的多样化和复杂化，对航天设备用碳纤维复合材料的性能提出了更高的要求，不仅需要其在力学性能上有显著提升，还需要在热稳定性等方面有更好的表现，以适应太空环境的特殊需求，因此，研发一种新的碳纤维复合材料性能优化方法，对于提高航天设备的性能和可靠性具有重要意义，本案的航天设备用碳纤维复合材料性能优化方法正是在这样的背景下应运而生。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，旨在解决现有技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，包括以下步骤：

4、对碳纤维进行表面处理，采用等离子体处理技术，在特定的功率范围和处理时间内，去除碳纤维表面的杂质并增加其表面活性，其中等离子体处理功率为50w至100w，处理时间为15分钟至30分钟。

5、将经过表面处理的碳纤维与特定的树脂基体进行混合，所述树脂基体为耐高温环氧树脂，其在混合时的温度控制在80℃至100℃，且碳纤维与树脂基体的质量比为3:7。

6、采用特定的成型工艺对混合后的材料进行成型，所述成型工艺为热压罐成型，热压罐的压力设定为2mpa至4mpa，温度设定为150℃至180℃，成型时间为3小时至5小时。

7、作为本发明一种优选的方案，在对碳纤维进行表面处理时，等离子体处理的气体氛围为氩气与氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为3:1。

8、作为本发明一种优选的方案，在将碳纤维与树脂基体混合过程中，还添加有纳米级增强颗粒，所述纳米级增强颗粒为碳化硅，其质量占碳纤维与树脂基体总质量的2％至5％。

9、作为本发明一种优选的方案，热压罐成型后，对成型的复合材料进行后处理，后处理包括在特定温度和时间下的退火处理，退火温度为200℃至250℃，退火时间为1小时至2小时。

10、作为本发明一种优选的方案，通过该方法优化后的碳纤维复合材料，其拉伸强度相比未优化前提高至少30％，弯曲强度提高至少25％，热稳定性在温度达到500℃时相比未优化前提高至少20％。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

12、首先，通过采用特定功率范围(50w至100w)和处理时间(15分钟至30分钟)的等离子体处理技术对碳纤维进行表面处理，能有效去除碳纤维表面杂质，提高其表面活性，这使得碳纤维与树脂基体的结合效果显著增强，从根本上解决了传统制备方法中因碳纤维表面杂质影响结合效果的问题，在实际生产中，这种改进能提高产品质量的一致性，减少因结合不良导致的次品率，降低生产成本，其次，将处理后的碳纤维与特定的耐高温环氧树脂基体在80℃至100℃温度下按3:7的质量比混合，并添加质量占比为2％至5％的纳米级碳化硅增强颗粒，极大地增强了复合材料的力学性能，相比未优化前，拉伸强度至少提高30％，弯曲强度至少提高25％，这意味着在航天设备的实际应用中，材料能够更好地承受各种力学载荷，如在航天器发射和飞行过程中所受到的振动、冲击等，即使面对日益多样化和复杂化的航天任务，也能保证设备的结构完整性和可靠性，再者，热压罐成型工艺中，设定2mpa至4mpa的压力、150℃至180℃的温度以及3小时至5小时的成型时间，并且在成型后进行200℃至250℃温度下1小时至2小时的退火处理，使得复合材料的热稳定性在温度达到500℃时相比未优化前至少提高20％，在航天环境中，设备经常面临极端的温度变化，这种热稳定性的提升能确保航天设备在高温等复杂工况下可靠运行，避免因温度变化导致材料性能下降而影响设备的正常功能和使用寿命，总之，该优化方法为航天设备用碳纤维复合材料的性能提升提供了切实有效的途径，对推动航天技术的发展具有重要意义。

1.一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，其特征在于：在对碳纤维进行表面处理时，等离子体处理的气体氛围为氩气与氧气的混合气体，其中氩气与氧气的体积比为3:1。

3.根据权利要求2所述的一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，其特征在于：在将碳纤维与树脂基体混合过程中，还添加有纳米级增强颗粒，所述纳米级增强颗粒为碳化硅，其质量占碳纤维与树脂基体总质量的2％至5％。

4.根据权利要求3所述的一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，其特征在于：热压罐成型后，对成型的复合材料进行后处理，后处理包括在特定温度和时间下的退火处理，退火温度为200℃至250℃，退火时间为1小时至2小时。

5.根据权利要求4所述的一种航天设备用碳纤维复合材料的性能优化方法，其特征在于：通过该方法优化后的碳纤维复合材料，其拉伸强度相比未优化前提高至少30％，弯曲强度提高至少25％，热稳定性在温度达到500℃时相比未优化前提高至少20％。