一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預(yù)制體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預(yù)制體，該預(yù)制體由三層碳纖維針刺預(yù)制體多角度逐層交叉連續(xù)針刺而成，其中中間層預(yù)制體的密度比上下兩層的密度大，各層預(yù)制體由一層0°/90°鋪層的無緯碳布與一層網(wǎng)胎復(fù)合，逐層連續(xù)針刺而成。采用本發(fā)明生產(chǎn)的預(yù)制體在碳/碳沉積工藝過程中具有制備周期短、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，得到的碳/碳復(fù)合材料具有耐磨、耐高溫、膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高、耐熱沖擊性能好、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能。高性能碳纖維針刺預(yù)制體是新興的功能性復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝決定了高性能碳纖維預(yù)制體在航空、航天、土木建筑、軍事等領(lǐng)域中的廣闊應(yīng)用前景。
【專利說明】一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預(yù)制體
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氈體的制備方法，特別是涉及一種體密度梯度變化的碳纖維針刺預(yù)制體。
【背景技術(shù)】
[0002]高性能碳纖維針刺預(yù)制體，經(jīng)高技術(shù)的碳/碳沉積工藝處理后，具有耐摩擦、耐高溫、質(zhì)量輕等性能，是現(xiàn)代發(fā)展新興的高科技新型材料，是航空航天、交通、軍事的人等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的新型材料。
[0003]碳纖維預(yù)制體的原有結(jié)構(gòu)是采用碳纖維無緯布與碳纖維網(wǎng)胎經(jīng)多層針刺制成密度恒密度的預(yù)制體。工藝步驟主要包括:1.將產(chǎn)給50-60的短纖維梳理成厚為l_2mm、面密度為40-600g/m2的網(wǎng)胎:2.將網(wǎng)胎與碳纖維復(fù)合，并連續(xù)針刺成立體預(yù)制體。
[0004]上述原有碳纖維針刺預(yù)制體在后續(xù)高溫碳化、石墨化等沉積工藝中存在預(yù)制體表面孔隙容易封閉的問題，為保證制件的高密度和均勻性，只能通過低溫、低氣流濃度來增進(jìn)滲透作用，導(dǎo)致致密化周期很長，生產(chǎn)成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了克服上述的技術(shù)不足，提供一種內(nèi)層密度比外層密度高的碳纖維針刺預(yù)制體，該碳纖維針刺預(yù)制體在后續(xù)沉積工藝中有利于反應(yīng)氣體在預(yù)制體內(nèi)部由內(nèi)至外地沉積，可有效地解決預(yù)制體表面孔隙容易封閉的問題，不僅保證了產(chǎn)品的高密度和均勻性，而且大大縮短了制備周期，從而大幅度降低了生產(chǎn)成本。
[0006]本發(fā)明所述的碳纖維針刺預(yù)制體，該預(yù)制體由三層碳纖維針刺預(yù)制體多角度逐層交叉連續(xù)針刺而成，其中中間層預(yù)制體的密度比上下兩層的密度大，各層預(yù)制體由一層0° /90°鋪層的無緯碳布與一層網(wǎng)胎復(fù)合，逐層連續(xù)針刺而成。
[0007]上述碳纖維針刺預(yù)制體單層厚度為5_50mm，碳纖維針刺預(yù)制體單層層間密度為16±1層/cm，上下層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.25-0.5，中間層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.5-0.75，針刺密度是40-45針/cm3。
[0008]本發(fā)明采用碳纖維無緯布與碳纖維網(wǎng)胎制備高性能碳纖維針刺預(yù)制體，預(yù)制體中層密度比外層密度高。在后續(xù)沉積工藝中使用這種預(yù)制體比舊工藝生產(chǎn)成本節(jié)約20%左右，不但節(jié)約了人力、物力，而且大大縮短了生產(chǎn)周期。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，本發(fā)明所述的碳纖維針刺預(yù)制體，該預(yù)制體由三層碳纖維針刺預(yù)制體多角度逐層交叉連續(xù)針刺而成，其中中間層預(yù)制體的密度比上下兩層的密度大，各層預(yù)制體由一層0° /90°鋪層的無緯碳布與一層網(wǎng)胎復(fù)合，逐層連續(xù)針刺而成。預(yù)制體單層厚度為5-50mm，碳纖維針刺預(yù)制體單層層間密度為16± I層/cm，上下層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.25-0.5，中間層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.5-0.75。[0010]復(fù)合材料針刺預(yù)制體的制備方法，主要包括以下步驟:
[0011]I)將碳纖維切制成長度為38-48mm，而密度30_38g/m2的短纖維，噴灑水使短纖維保持3-5%濕度，之后放入烘箱內(nèi)加熱到30攝氏度，保溫28-30小時(shí)，取出短纖維后經(jīng)開松機(jī)開松形成分離物料，再將分離后的短纖維鋪設(shè)成網(wǎng)胎。
[0012]2)將碳纖維長排列成0° /90°鋪層的無緯碳布，與網(wǎng)胎復(fù)合并逐層進(jìn)行連續(xù)針刺形成單層復(fù)合材料，單層厚度控制在5-50mm。
[0013]3)以步驟2)制備的單層復(fù)合材料為產(chǎn)品的基本單元，將三層復(fù)合材料復(fù)合并經(jīng)多角度逐層交叉連續(xù)針刺形成復(fù)合針刺預(yù)制體，控制上下層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.25-0.5，中間層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.5-0.75，層間密度為16±1層/cm，預(yù)刺密度為40-45針/cm3進(jìn)針深度為15-150mm。
[0014]本發(fā)明采用碳纖維網(wǎng)胎有益于提高預(yù)制體層間結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。通過交叉針刺使預(yù)制體上下層一體化，確保碳/碳沉積工藝中滲碳率高，結(jié)構(gòu)均勻。這種碳纖維針刺預(yù)制體與密度恒定的針刺預(yù)制體相比，因預(yù)制體由外至內(nèi)密度增加，外層孔隙較內(nèi)層大，在后續(xù)沉積工藝中有利于反應(yīng)氣體在預(yù)制體內(nèi)部由內(nèi)至外地沉積，可有效地解決預(yù)制體表面孔隙容易封閉的問題，使用這種預(yù)制體比舊工藝生產(chǎn)成本節(jié)約20%左右，不但節(jié)約了人力、物力，而且大大縮短了生產(chǎn)周期。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，價(jià)格與國外的同類產(chǎn)品具有競爭力。
【權(quán)利要求】
1.一種碳纖維針刺預(yù)制體，該預(yù)制體由三層碳纖維針刺預(yù)制體多角度逐層交叉連續(xù)針刺而成，其特征是:中間層預(yù)制體的密度比上下兩層的密度大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳纖維針刺預(yù)制體，其特征是:各層預(yù)制體由一層0°/90°鋪層的無緯碳布與一層網(wǎng)胎復(fù)合，逐層連續(xù)針刺而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的碳纖維針刺預(yù)制體，其特征是:碳纖維針刺預(yù)制體單層厚度為5-50mm，碳纖維針刺預(yù)制體單層層間密度為16± I層/cm，上下層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.25-0.5，中間層碳纖維針刺預(yù)制體體積密度為0.5-0.75。
【文檔編號(hào)】B32B7/08GK103909691SQ201410159117
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】盧雪峰, 錢坤, 張潔, 孫潔, 曹海建, 俞科靜 申請人:江南大學(xué)