连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法

摘要

本发明涉及一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，包括模具，模具包括用于形成内部型腔的上部型腔板和下部型腔板、用于形成模具外框的底板和模框框板、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块；上部型腔板为由楔形块及其两边的边板相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板位于T形的左右两部分，楔形块位于T形的正中间部分；该模具的应用是：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，将预浸料置于内部型腔中，并采用高温高压工艺一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料且为90°折弯的支撑搭扣。本发明借助组合模具，上下型腔板的异型结构，实现复合材料制品从普通的平板型材部件到异型产品的转变，并且一体一步成型。

权利要求

1.一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征是：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相的预浸料为原料，将其置于组装式模具的内部型腔中成型；所述组装式模具包括用于形成内部型腔且为凹凸配合结构的上部型腔板和下部型腔板(6)、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块(1)；用于容纳下部型腔板(6)、上部型腔板和压块(1)的模框框板(2)以及用于支撑下部型腔板(6)的底板(7)；

上部型腔板为由楔形块(4)及其两边的边板(3)相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板(3)位于T形的左右两部分，楔形块(4)位于T形的正中间部分；楔形块(4)的纵剖面为类等腰三角形或者类等腰梯形，类等腰三角形由等腰三角形及等腰三角形的底边向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，类等腰梯形由等腰梯形及等腰梯形的下底向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底构成所述T形的一横的中间部分，T形的一横所在的表面即为上部型腔板与压块(1)接触的表面。

2.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，等腰三角形的底角为40°～85°，等腰梯形的下底对应的内角为40°～85°；

等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的边长的20％～60％；

等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度为所述T形一横的长度的20％～70％，压块(1)的宽度为等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度的150％～300％；

等腰梯形的上底的长度为所述T形一竖的宽度的25％～60％。

3.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，底板(7)上背向下部型腔板(6)的一侧设相互垂直的两道凹槽，两道凹槽的交点位于模具外框的竖直中心轴上；两道凹槽的交点处设圆形槽，圆形槽内部镶嵌圆形金属。

4.根据权利要求3所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，两道凹槽的开槽方向相互垂直，且其中一个开槽方向与底板(7)的正投影面上的任意一个边长平行。

5.根据权利要求3所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，圆形槽的直径为10mm～100mm；

两道凹槽的宽度均为10～100mm，高度均为5～20mm。

6.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，安装后，下部型腔板(6)、上部型腔板和压块(1)与模框框板(2)的内侧壁的间距为0.02mm～1mm。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)制作产品预制毛坯：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，将预浸料依次置于下部型腔板(6)中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入指定位置，去除多余的铺层毛坯，压型一段时间后，得到产品预制毛坯；

(2)模具组装：将底板(7)和模框框板(2)组装成模具外框；再将下部型腔板(6)固定在底板上；然后放入产品预制毛坯；再将上部型腔板分块滑入将产品预制毛坯置于内部型腔中，再然后将模具外框置于压机下压板中心部位，并置入压块；

(3)一步成型：采用高温高压工艺一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣；

高温高压工艺是指温度为350℃～410℃，加压的单位压力为4MPa～15MPa；

所述连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣。

8.根据权利要求7所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，压型一段时间是指在常温条件下，1～3MPa的压力下压型10～30min。

9.根据权利要求7所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，制作产品预制毛坯之前，还将所述支撑搭扣用模具的各个部分进行抛光，并喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜。

10.根据权利要求7所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，采用高温高压工艺一步成型是指：先在不超过4Mpa的压力下进行冷压，然后带压升温，待温度升至所需温度后，保温，逐步加压至设定的压力，保温保压10min～

150min后，降温至200℃以下进行脱模，即得到支撑搭扣。

说明书

连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法

技术领域

[0001] 本发明属于复合材料技术领域，应用于航空航天、军工行业和医疗领域，应用于抗疲劳、抗磨损的关键部位，涉及一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方
法，包括模具及其相应的成型方法。

背景技术

[0002] 连续CF/PAEK热塑性复合材料是指碳纤维以连续纤维(长纤维)或者织物形式增强PAEK树脂基的热塑性复合材料。树脂基体赋予了其优良的力学性能、热性能、耐化学腐蚀性
和易成型加工性能；CF则主要决定了复合材料的机械性能。通过合理的设计优化，弥补单纯
PAEK材料性能的不足，可以应用于航飞航天军工飞行器、特殊行业的耐磨损件抗疲劳件、医
疗器械或者植入性骨组织结构等领域。

[0003] 支撑搭扣，又称支撑扣、角片或者链接角片，是连续CF/PAEK热塑性复合材料在航空飞机上典型的应用，用于桁梁或者桁条的搭接部位，要求该材料的耐冲击、耐疲劳、抗磨
损、耐高低温性能好，另外，在摩擦生热过程中，要求材料具有一定的导热性，可以将热量尽
快传输出去。一般而言，一架大飞机上面需要数千个支撑搭扣。

[0004] 连续CF/PAEK热塑性复合材料的成型工艺，可使用铺放后进热压罐成型、铺丝原位固结成型、缠绕原位固结成型、高温热压成型或者将毛坯板材进行冲压成型。针对连续CF/
PAEK热塑性复合材料的成型设备，国内研究尚处于开发和验证阶段，除了个别军工单位，具
有连续CF/PAEK热塑性复合材料批量化生产能力的企业和单位很少，异型构件更是少之又
少。针对异型构件制品，一方面可以通过毛坯板材进行机加工，即耗费加工时间，又浪费材
料，机加工过程中，需要将连续纤维裁断，连续纤维增强作用大打折扣；另一方面，先制作复
合材料板材，再可以通过一定的加热方式进行折弯冲压形式实现，冲压需要专门的设备，需
要实现高温、高压、保压功能，成品板材进行二次处理，纤维和树脂涉及高温下重新排布，否
则很容易出现局部富胶、局部胶不足、局部出现纤维断裂、纤维褶皱等问题。鉴于此，异型结
构复合材料产品作为一种非平板普通型材，折弯的角度都有一定限制，弯折的角度必须大
于90°，多多少少一般以钝角形式存在，相对角度越大，折弯越容易。

[0005] 现有技术中公开过一种制备热塑性复合材料飞机机翼翼肋的方法，其使用CFF和PPS材料先模压成板材，再升温至一定温度，放置飞机机翼翼肋模具中，进行冲压成制品，需
要两道工序成型，两步加热降温程序等，比较耗时间。

[0006] 因此，开发出一种可以实现一体一步成型且带有90°折弯的支撑搭扣的方法具有十分重要的意义。

发明内容

[0007] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法；具体是：一方面，将型腔模具嵌在框状模具之内，两套模具同时
使用，避免了单独使用型腔模具存在模压溢料、承压有限的弊端，两套模具同时使用，可以
实现支撑件一体一步成型，工艺简单，避免二次冲压成型；另一方面，材料选用可以根据预
浸料、纤维片材和树脂粉、纤维和树脂片材、纤维织物和树脂粉或者树脂片材料组合，纤维
和树脂细丝织物等，材料选择多样，不局限于一种材料形式的使用。

[0008] 为达到上述目的，本发明采用的方案如下：

[0009] 一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相的预浸料为原料，将其置于组装式模具的内部型腔中成型；所述
组装式模具包括用于形成内部型腔的上部型腔板和下部型腔板(支撑搭扣受上部型腔板和
下部型腔板的相互挤压成型，上部型腔板和下部型腔板为凹凸配合结构)、用于与压机接触
并给上部型腔板施压的压块；用于容纳下部型腔板、上部型腔板和压块的模框框板以及用
于支撑下部型腔板的底板；(底板和模框框板通过螺丝孔沉头螺栓进行固定)；

[0010] 上部型腔板为由楔形块及其两边的边板相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构，由于上部型腔板和下部型腔板为凹凸配合结构，且上部型腔板的纵剖面呈T形，
因而采用该模具可以制得的带有折弯的支撑搭扣，且最大折弯角度可以达到90°；两边的边
板位于T形的左右两部分，楔形块位于T形的正中间部分；楔形块的纵剖面为类等腰三角形
或者类等腰梯形(优选)，类等腰三角形由等腰三角形及等腰三角形的底边向两侧外部延伸
一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，类等腰梯形由等腰梯形及等腰梯形的下
底(即长度更长的底边)向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，
所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底构成所述T形的一横的中间部分，T形的一横所
在的表面(平面)即为上部型腔板与压块接触的表面；楔形结构有助于力的传递，确保受压
下，支撑件底部受力，两侧翼边也有受力，产品各处受力均匀，浸胶量均匀，制件性能均匀；

[0011] 本发明的上部型腔板由楔形块及其两边的边板相互拼接构成，考虑压机是油缸上下移动单方向受力，压力分布在上下两个平面部位，侧面部位左右方向不受力，复合材料产
品属于是层压成品，侧面不受力情况下，侧面部位层间结合强度必定很低，容易分层。考虑
增加侧面分力，使用楔形组合的模具结构。随着模具温度的升高，材料受热软化，在恒定的
升温压力下，中部楔形组件慢慢下移，下移过程中，往模具两侧分力，楔形组件的上底逐渐
接触产品平面，凹部的型腔部位逐渐承受压力。整体依靠楔形结构的移动，实现压机压力方
向和侧面左右方向同时间受力，实现制品的成型。

[0012] 模具均有一定的厚度要求，确保高压下，模具的配件不容易受挤压飞出，造成事故发生，则模框框板厚度设定在50mm～100mm之间，上下部型腔板的厚度设定在15mm～50mm之
间；

[0013] 压块属于本发明中模具的一部分，位于上型腔板上面，部分在模具外框内，部分处于模具外框上部区域，结构相对简单，根据模具外框确定，压块和模框框板的配合间隙控制
在0.2mm～2mm之间，作用主要为满足力的传递，确保压机施压时，力可以从下压板传到上压
板。

[0014] 作为优选的技术方案：

[0015] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，等腰三角形的底角为40°～85°，等腰梯形的下底(即较长的一个底边)对应的内角为40°～85°；

[0016] 等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的边长的20％～60％(目的是
使压力更加均匀)；

[0017] 等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度为所述T形一横的长度的20％～70％，压块的宽度为等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度的150％～300％；

[0018] 等腰梯形的上底的长度为所述T形一竖的宽度的25％～60％。

[0019] 这些参数如此设置是为了确保力的均匀传递，以防局部受力，纤维局部受损，影响产品的强度。

[0020] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，底板上背向下部型腔板的一侧设相互垂直的两道凹槽，两道凹槽的交点位于模具外框内的竖直
中心轴上；两道凹槽的交点处设圆形槽，圆形槽内部镶嵌圆形金属。板材中间属于热量的富
集区，除了中间本身加热外，边缘加热的热量也会向中间部位富集，所以在中间部位开槽。
设置主体原因有二，一方面散热降温考虑，开槽后，中心部位接触压板区域减小，相对热量
富集度减少，产品冷却速度加快，利于一体一次成型；另一方面，减小底板变形，金属特性就
是热胀冷缩，中间涉及热量集中，没有开槽情况下，中心部位膨胀很厉害，外围温度低，膨胀
程度相对减弱，中心部位高温受压情况下，中心部位压力最大，变形更严重，开槽或者镶嵌
另一块金属，不是一体，存在配合间隙，一定程度情况下，减弱变形，延长底板的服务期。

[0021] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，两道凹槽的开槽方向相互垂直，且其中一个开槽方向与底板的正投影面上的任意一个边长平行
(当所述底板的正投影面为矩形时，两道凹槽的开槽方向分别与底板的正投影面上相互垂
直的边平行)，以防中心部位热量富集。

[0022] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，圆形槽的直径为10mm～100mm，确保有一定的组合区域，通孔尺寸偏小时，消除热量富集的效果
并不明显，通孔尺寸很大时，可能影响施压的均匀性。

[0023] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，根据模具大小，产品状态，开槽形式存在变动，开槽形式可以是普通长条形，梯形等，槽宽也有不
等，两道凹槽的宽度均为10～100mm，高度均为5～20mm(即凹槽开口所在平面与凹槽底部所
在平面之间的距离)，降温状态下，确保模具底部积蓄的热量可以及时散出，PAEK各部结晶
度尽量均一。

[0024] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，安装后，下部型腔板、上部型腔板和压块与模框框板的内侧壁的间距为0.02mm～1mm。确保一定
的间距，既保证内部型腔板方便装入模框中，又要确认一定的间隙，确保在压力下，富余的
胶和纤维可以有存储的空间。

[0025] 如上所述一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，包括如下步骤：

[0026] (1)制作产品预制毛坯：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，将预浸料依次置于下部型腔板中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入指指定位置，去除多余的铺层毛
坯，压型一段时间后，得到产品预制毛坯；

[0027] (2)模具组装：将底板和模框框板组装成模具外框；再将下部型腔板固定在底板上；然后放入产品预制毛坯；再将上部型腔板分块滑入将产品预制毛坯置于内部型腔中(左
右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，再将楔形块从一端慢慢滑入相应
位置)，再然后将模具外框置于压机下压板(下压板属于公知结构，压机下底座，与模具直接
接触，是一块金属平板)中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，
两者重合的一块区域)，并置入压块；

[0028] (3)一步成型：采用高温高压工艺一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣；

[0029] 高温高压工艺是指温度为350℃～410℃，加压的单位压力(或者说压强)为4MPa～15MPa；

[0030] 所述连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣。

[0031] 具体制备连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣时还进行材料准备，具体如下：

[0032] 材料准备：从避光密封干燥的包装袋中，将原材料展开，依据支撑搭扣的尺寸放大20％的余量进行裁剪，裁剪完成的片层材料置于洁净空间中放置，密封备用。其中，连续碳
纤维CF为增强相，以PAEK为基体相。连续碳纤维CF的存在形式可以是单向纤维展开形式，也
可以编织物形式，例如平纹、斜纹、缎纹或者无屈曲织物中一种；基体相指大分子苯环主链
上含有醚键、酮键等基团的树脂基体，包括聚醚醚酮PEEK、聚醚酮PEK、聚醚酮酮PEKK、聚醚
醚酮酮PEEKK等聚芳醚酮类PEAK聚合物。预浸料可以是纤维和树脂预浸料半成品、纤维织物
和树脂粉组合、或者纤维织物和树脂片层组合中的一种或者多种组合，其中树脂体积含量
在30％～70％之间，质量含量在30％～60％之间；

[0033] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，制作产品预制毛坯之前，还将所述支撑搭扣用模具的各个部分使用软质工具进行处理，处理掉
表面胶渣、污渍或者锈斑等，再使用2000目砂纸进行抛光，并喷涂一层防粘模液体试剂和膏
状胶膜。模框框板的内部粗糙度等级要求达到RA1.6以下；内部型腔中与预浸料接触的表面
要求是精抛、镜面或者镀铬、氮化处理中的一种或者多种组合。以防PEEK材料高温熔融状态
下，粘金属，损伤模具。防粘模材料包括高温防粘模液体、固体、膏状或者粉末中一种或者多
种组合。

[0034] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，采用高温高压工艺一步成型是指：先在不超过4MPa的压力下进行冷压，然后带压升温，待温度升
至所需温度后，保温，逐步加压至设定的压力，保温保压10min～150min后，降温至200℃以
下进行脱模，即得到支撑搭扣。冷压对于粉料压制产品是一个常规操作，冷压主要作用是排
气，让每层材料接触，方便热传导。对于普通材料未必，复材产品设定的冷压压力不能大，特
种是做支撑搭扣，否则冷压将会碳纤维切断，无法进行成型。

[0035] 本发明的原理是：

[0036] 本发明基于模压成型技术，将含有热塑性树脂为基体的复合材料通过一定的温度将热塑性树脂进行熔融，借助熔融温度下施压排气，最终成为致密的复合材料制品，孔隙率
低于0.2％；

[0037] 本发明借助组合模具，上下型腔板的异型结构，实现复合材料制品从普通的平板型材部件到异型产品的转变；

[0038] 本发明借助上部型腔板的组合结构，中间采用楔形结构，在高温高压下，确保支撑搭扣除了上下两个平面部位受力外，两面侧面部位也受到左右方向的分力，同步受力，确保
两侧部位质量稳定(即本发明制得的支撑搭扣产品裁切后进行剖面观察，对侧面部位和上
下表面的剖面情况进行一致性对比，且无损检测内部缺陷得到本发明中的支撑搭扣的两侧
部位质量稳定)；

[0039] 本发明借助楔形结构及其具体的结构设计确保在产品90°折弯棱边部位不会出现胶的富集，或者高压力下纤维断裂，导致性能降低的情况，最终实现一步成型制品；

[0040] 本发明借助特定的模具设计，结合特定的工艺方法，最终实现支撑搭扣的一步成型制作。

[0041] 有益效果

[0042] 本发明公开了一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制备方法，以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，采用高温高压工艺，一步成型。本发明的成型工
艺实施简单，材料成型周期较短，适用于小批量产品制作。最终制得的复合材料成品性能突
出，纤维与基体的结合力强，孔隙率低，层间韧性好，耐热温度高，抗疲劳性好，拉伸强度为
680～800MPa(测试方法为ASTM D3039)，弯曲强度为860～920MPa(测试方法为ASTM 
D7264)，热变形温度为325～335℃(测试方法为ASTM D648)，层间剪切强度为78～85MPa(测
1/2
试方法为ASTM D3518)，Ⅰ型层间断裂韧性为1380～1410MPa/m (测试方法为ASTM D5528)，
冲击后压缩强度为225～237MPa(测试方法为ASTM D7317)。最终制得的复合材料可代替金
属合金材料和传统的热固性复合材料，用于航空航天、军工行业和医疗领域，应用于抗疲
劳、抗磨损的关键部位。

[0043] 本发明考虑产品的特定结构，设计的模具包括用于形成内部型腔的上部型腔板和下部型腔板组成，上部型腔板为三分组合式模具，中间采用类似等腰三角形或者类似等腰
梯形结构，确保压机除了油缸上下移动单方向受力，左右两侧也有分力。确保产品除了上下
平面受力外，左右两个侧面同步受力，产品受力均匀，质量稳定。

附图说明

[0044] 图1为实施例1的连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具与支撑搭扣的装配关系示意图；

[0045] 图2为实施例1的连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具与支撑搭扣的装配关系爆炸示意图；

[0046] 图3为实施例1的不含模框框板时的模具与支撑搭扣的装配关系示意图；

[0047] 图4为实施例1的下部型腔板与支撑搭扣的装配关系图；

[0048] 图5为实施例1的边板与支撑搭扣的装配关系图；

[0049] 图6为实施例1的底板的仰视图；

[0050] 图7为实施例1的底板的左视图；

[0051] 图8为实施例1的下部型腔板的仰视图；

[0052] 图9为实施例1的下部型腔板的左视图；

[0053] 图10为实施例1的两个边板和楔形块的组合结构的俯视图；

[0054] 图11为实施例1的两个边板和楔形块的组合结构的左视图；

[0055] 图12为实施例1的支撑搭扣的俯视图；

[0056] 图13为实施例1的支撑搭扣的主视图；

[0057] 图14为实施例1的支撑搭扣的结构示意图；

[0058] 图15为实施例1的模框框板的俯视图；

[0059] 图16为实施例1的模框框板的主视图；

[0060] 其中，1‑压块，2‑模框框板，3‑边板，4‑楔形块，5‑支撑搭扣，6‑下部型腔板，7‑底板。

具体实施方式

[0061] 下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术
人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限
定的范围。

[0062] 一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，为组装式模具；包括用于形成内部型腔且为凹凸配合结构的上部型腔板和下部型腔板6、用于与压机接触并给上
部型腔板施压的压块1；用于容纳下部型腔板6、上部型腔板和压块1的模框框板2以及用于
支撑下部型腔板6的底板7；

[0063] 上部型腔板为由楔形块4及其两边的边板3相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板3位于T形的左右两部分，楔形块4位于T形的正中间部分；楔形块4
的纵剖面为类等腰三角形或者类等腰梯形，类等腰三角形由等腰三角形及等腰三角形的底
边向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，类等腰梯形由等腰梯
形及等腰梯形的下底向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，所
述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底构成所述T形的一横的中间部分，T形的一横所在
的表面即为上部型腔板与压块1接触的表面。

[0064] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，等腰三角形的底角为40°～85°，等腰梯形的下底对应的内角为40°～85°；

[0065] 等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的边长的20％～60％；

[0066] 等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度为所述T形一横的长度的20％～70％，压块1的宽度为等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度的150％～300％；

[0067] 等腰梯形的上底的长度为所述T形一竖的宽度的25％～60％。

[0068] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，底板7上背向下部型腔板6的一侧设相互垂直的两道凹槽，两道凹槽的交点位于模具外框的竖直中心
轴上；两道凹槽的交点处设圆形槽，圆形槽内部镶嵌圆形金属。

[0069] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，两道凹槽的开槽方向相互垂直，且其中一个开槽方向与底板7的正投影面上的任意一个边长平行。

[0070] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，圆形槽的直径为10mm～100mm。

[0071] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，两道凹槽的宽度均为10～100mm，高度均为5～20mm。

[0072] 如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，安装后，下部型腔板6、上部型腔板和压块1与模框框板2的内侧壁的间距为0.02mm～1mm。

[0073] 应用如上所述一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具制作支撑搭扣的方法，包括如下步骤：

[0074] (1)制作产品预制毛坯：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，将预浸料依次置于下部型腔板中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入指指定位置，去除多余的铺层毛
坯，压型一段时间后，得到产品预制毛坯；

[0075] (2)模具组装：将底板和模框框板组装成模具外框；再将下部型腔板固定在底板上；然后放入产品预制毛坯；再将上部型腔板分块滑入将产品预制毛坯置于内部型腔中(左
右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，再将楔形块从一端慢慢滑入相应
位置)，再然后将模具外框置于压机下压板(下压板属于公知结构，压机下底座，与模具直接
接触，是一块金属平板)中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，
两者重合的一块区域)，并置入压块；

[0076] (3)一步成型：采用高温高压工艺一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣；

[0077] 高温高压工艺是指温度为350℃～410℃，加压的单位压力为4MPa～15MPa；

[0078] 所述连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣。

[0079] 如上所述的方法，制作产品预制毛坯之前，还将所述支撑搭扣用模具的各个部分进行抛光，并喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜。

[0080] 如上所述的方法，采用高温高压工艺一步成型是指：设置程序进行升温，待温度升至所需温度后，逐步加压至设定的压力，保压10min～150min后，降温至200℃以下进行脱
模，即得到支撑搭扣。

[0081] 实施例1

[0082] 一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，为组装式模具，且支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣；如图1～16所示，包括用于形成内部型腔且为凹凸配合结构的
上部型腔板和下部型腔板6、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块1；用于容纳下部
型腔板6、上部型腔板和压块1的模框框板2以及用于支撑下部型腔板6的底板7；

[0083] 下部型腔板6、上部型腔板和压块1依次位于模具外框内，且下部型腔板6、上部型腔板和压块1与模框框板2的内侧壁的间距为0.02mm～1mm；模具制得的支撑搭扣5位于下部
型腔板6和上部型腔板之间；

[0084] 上部型腔板为由楔形块4及其两边的边板3相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板3位于T形的左右两部分；

[0085] 楔形块4位于T形的正中间部分；楔形块4的纵剖面为类等腰梯形；类等腰梯形由下底对应的内角为65°的等腰梯形及等腰梯形的下底(即长度更长的底边)向两侧外部延伸一
定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，等腰梯形的下底构成T形的一横的中间部
分，T形的一横所在的表面(平面)即为上部型腔板与压块1)接触的表面；

[0086] 等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占等腰梯形的下底的边长的20％；等腰梯形的下底的长度为T形一横的长度的50％，压块1的宽度为
等腰梯形的下底的长度的200％；等腰梯形的上底的长度为T形一竖的宽度的35％；

[0087] 底板7上背向下部型腔板6的一侧设相互垂直的两道凹槽，底板7的正投影面为矩形，两道凹槽的开槽方向分别与底板7的正投影面上相互垂直的边平行，两道凹槽的宽度均
为10～100mm，深度均为5～20mm，两道凹槽的交点位于模具外框内的竖直中心轴上；两道凹
槽的交点处设有直径为10mm～100mm的圆形槽，圆形槽内部镶嵌圆形金属。

[0088] 实施例2

[0089] 一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具，基本同实施例1，不同之处仅在于楔形块4的纵剖面为类等腰三角形，类等腰三角形由底角为60°的等腰三角形及
等腰三角形的底边向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，等腰
三角形的底边构成所述T形的一横的中间部分；等腰三角形的底边向两侧外部延伸的一定
长度形成的延长线加和的长度占等腰三角形的底边的边长的25％；等腰三角形的底边的长
度为T形一横的长度的40％，压块1的宽度为等腰三角形的底边长度的250％。

[0090] 实施例3

[0091] 采用实施例1制得的一种连续碳纤维CF/PEEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具制作支撑搭扣的方法，其具体步骤如下：

[0092] (1)预浸料的准备：连续CF/PEEK预浸料以连续碳纤维CF为增强相，以PEEK为基体相(PEEK树脂的质量含量为60％)，先按照毛坯尺寸要求进行裁剪，备料；

[0093] 模具的预处理：将模具使用软质工具进行处理，处理掉表面胶渣、污渍或者锈斑等，再使用2000目砂纸进行抛光，喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜，模具等待组装；

[0094] (2)将裁剪的预浸料依次铺放置于模具下型腔6中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入下部型腔板中，用胶锥稍微敲打，确保上型腔板放置位置合理，距离下部型腔板6四
边位置接近。铺层毛坯进一步修剪，多余的尺寸进行裁剪去除。在25℃条件下，2MPa的压力
下压型15min后，型腔板与产品预制毛坯分离；

[0095] (3)对模具进行组装，将底板7和模框框板2组装成模具外框；再将下部型腔板6投入到模框中，投放位置，固定在底板上；然后将产品预制毛坯放入下部型腔板6上；再将上部
型腔板分块滑入(左右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，边滑动，边要
注意预浸料的移动，以防移动错位，产品表面出现乱纹，两次边板3放入预定位置后，再将楔
形块4从上面小心放入中心位置)，接着置入压块1，模具组装结束，将整体模具置于压机下
压板中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，两者重合的一块区
域)；

[0096] (4)将模具进行冷压，2MPa适当排气；采用高温高压工艺，设置程序进行升温，压机能正常启动保压的低压状态，例如0.5～2MPa，待温度升至390℃后，逐步加压至10MPa，保压
80min后，降温至198℃进行脱模，从而一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣
5。

[0097] 制得的连续CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣，拉伸强度为720MPa，弯曲强度为800MPa，热变形温度为330℃，层间剪切强度85MPa，Ⅰ型层间断裂韧性
1/2
1430MPa/m ，冲击后压缩强度230MPa。

[0098] 实施例4

[0099] 采用实施例1制得的一种连续碳纤维CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭扣用模具制作支撑搭扣的方法，其具体步骤如下：

[0100] (1)预浸料的准备：连续CF/PEKK预浸料以连续碳纤维CF为增强相，以PEKK为基体相(PEKK树脂的质量含量为60％)，先按照毛坯尺寸要求进行裁剪，备料；

[0101] 模具的预处理：将模具使用软质工具进行处理，处理掉表面胶渣、污渍或者锈斑等，再使用2000目砂纸进行抛光，喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜，模具等待组装；

[0102] (2)将裁剪的预浸料依次铺放置于模具下型腔6中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入下部型腔板中，用胶锥稍微敲打，确保上型腔板放置位置合理，距离下部型腔板6四
边位置接近。铺层毛坯进一步修剪，多余的尺寸进行裁剪去除。在26℃条件下，3MPa的压力
下压型12min后，型腔板与产品预制毛坯分离；

[0103] (3)对模具进行组装，将底板7和模框框板2组装成模具外框；再将下部型腔板6投入到模框中，投放位置，固定在底板上；然后将产品预制毛坯放入下部型腔板6上；再将上部
型腔板分块滑入(左右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，边滑动，边要
注意预浸料的移动，以防移动错位，产品表面出现乱纹，两次边板3放入预定位置后，再将楔
形块4从上面小心放入中心位置)，接着置入压块1，模具组装结束，将整体模具置于压机下
压板中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，两者重合的一块区
域)；

[0104] (4)将模具进行冷压，3MPa适当排气；采用高温高压工艺，设置程序进行升温，压机能正常启动保压的低压状态，例如0.5～2MPa，待温度升至365℃后，逐步加压至8MPa，保压
60min后，降温至199℃进行脱模，从而一步成型制得连续CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭扣
5。

[0105] 制得的连续CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣，拉伸强度为725MPa，弯曲强度为830MPa，热变形温度为332℃，层间剪切强度83MPa，Ⅰ型层间断裂韧性
1/2
1400MPa/m ，冲击后压缩强度232MPa。

[0106] 实施例5

[0107] 采用实施例2制得的一种连续碳纤维CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭扣用模具制作支撑搭扣的方法，其具体步骤如下：

[0108] (1)预浸料的准备：连续CF/PEKK预浸料以连续碳纤维CF为增强相，以PEKK为基体相(PEKK树脂的质量含量为60％)，先按照毛坯尺寸要求进行裁剪，备料；

[0109] 模具的预处理：将模具使用软质工具进行处理，处理掉表面胶渣、污渍或者锈斑等，再使用2000目砂纸进行抛光，喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜，模具等待组装；

[0110] (2)将裁剪的预浸料依次铺放置于模具下型腔6中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入下部型腔板中，用胶锥稍微敲打，确保上型腔板放置位置合理，距离下部型腔板6四
边位置接近。铺层毛坯进一步修剪，多余的尺寸进行裁剪去除。在28℃条件下，2.5MPa的压
力下压型20min后，型腔板与产品预制毛坯分离；

[0111] (3)对模具进行组装，将底板7和模框框板2组装成模具外框；再将下部型腔板6投入到模框中，投放位置，固定在底板上；然后将产品预制毛坯放入下部型腔板6上；再将上部
型腔板分块滑入(左右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，边滑动，边要
注意预浸料的移动，以防移动错位，产品表面出现乱纹，两次边板3放入预定位置后，再将楔
形块4从上面小心放入中心位置)，接着置入压块1，模具组装结束，将整体模具置于压机下
压板中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，两者重合的一块区
域)；

[0112] (4)将模具进行冷压，4MPa适当排气；采用高温高压工艺，设置程序进行升温，压机能正常启动保压的低压状态，例如0.5～2MPa，待温度升至350℃后，逐步加压至15MPa，保压
10min后，降温至200℃℃进行脱模，从而一步成型制得连续CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭
扣5。

[0113] 制得的连续CF/PEKK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣，拉伸强度为730MPa，弯曲强度为832MPa，热变形温度为331℃，层间剪切强度80MPa，Ⅰ型层间断裂韧性
1/2
1420MPa/m ，冲击后压缩强度229MPa。

[0114] 实施例6

[0115] 采用实施例2制得的一种连续碳纤维CF/PEEK热塑性复合材料支撑搭扣用模具制作支撑搭扣的方法，其具体步骤如下：

[0116] (1)预浸料的准备：连续CF/PEEK预浸料以连续碳纤维CF为增强相，以PEEK为基体相(PEEK树脂的质量含量为60％)，先按照毛坯尺寸要求进行裁剪，备料；

[0117] 模具的预处理：将模具使用软质工具进行处理，处理掉表面胶渣、污渍或者锈斑等，再使用2000目砂纸进行抛光，喷涂一层防粘模液体试剂和膏状胶膜，模具等待组装；

[0118] (2)将裁剪的预浸料依次铺放置于模具下型腔6中，完成初步铺设，上部型腔板分块划入下部型腔板中，用胶锥稍微敲打，确保上型腔板放置位置合理，距离下部型腔板6四
边位置接近。铺层毛坯进一步修剪，多余的尺寸进行裁剪去除。在25℃条件下，3MPa的压力
下压型30min后，型腔板与产品预制毛坯分离；

[0119] (3)对模具进行组装，将底板7和模框框板2组装成模具外框；再将下部型腔板6投入到模框中，投放位置，固定在底板上；然后将产品预制毛坯放入下部型腔板6上；再将上部
型腔板分块滑入(左右两侧的边板沿着下部型腔的边界，慢慢滑到相应位置，边滑动，边要
注意预浸料的移动，以防移动错位，产品表面出现乱纹，两次边板3放入预定位置后，再将楔
形块4从上面小心放入中心位置)，接着置入压块1，模具组装结束，将整体模具置于压机下
压板中心部位(以压机下压板表面中心为中心，以模具外框为外围轮廓，两者重合的一块区
域)；

[0120] (4)将模具进行冷压，3.5MPa适当排气；

[0121] 采用高温高压工艺，设置程序进行升温，压机能正常启动保压的低压状态，例如0.5～2MPa，待温度升至410℃后，逐步加压至4MPa，保压15min后，降温至195℃进行脱模，从
而一步成型制得连续CF/PEEK热塑性复合材料支撑搭扣5。

[0122] 制得的连续CF/PEEK热塑性复合材料支撑搭扣为90°折弯的支撑搭扣，拉伸强度为718MPa，弯曲强度为835MPa，热变形温度为330℃，层间剪切强度86MPa，Ⅰ型层间断裂韧性
1/2
1428MPa/m ，冲击后压缩强度235MPa。