在復(fù)合材料中形成通道的犧牲纖維的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料的制造。
【背景技術(shù)】
[0002]在一些預(yù)制件和碳-碳復(fù)合材料制造工藝中，在正在處理的預(yù)制件或預(yù)制件母體內(nèi)部可能產(chǎn)生氣體，或者，這些制造工藝可能利用氣體或液體從外部穿透預(yù)制件。氣體可以穿透或撤出預(yù)制件的速度能夠尤其取決于氣體擴散速度和預(yù)制件的孔隙度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]總的來說，本發(fā)明描述了在碳-碳復(fù)合材料的母體中采用犧牲纖維的技術(shù)，這些犧牲纖維可以大體上從纖維混合物中清除，通過加熱到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度。在一些示例中，該犧牲纖維可以混合、結(jié)合成絲束、刺或以其它方式與碳纖維母體纖維或碳纖維結(jié)合形成工件，例如預(yù)制件、紡織或無紡織物、復(fù)合部件或其中間物。犧牲纖維的加熱可以導(dǎo)致在工件中形成通道形式的附加孔隙度。增大的孔隙度可以允許氣體、液體或其它揮發(fā)物相對于正在處理的工件的內(nèi)部部分的增強進和/或出。
[0004]在一些示例中，本發(fā)明的技術(shù)可以包括加熱包含犧牲纖維和多個碳纖維母體纖維的纖維混合物到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度，以大體上從纖維混合物中清除犧牲纖維并且在預(yù)制件母體中在多個碳纖維母體纖維之間在犧牲纖維的位置處形成多個通道。這個示例技術(shù)還可以包括碳化該多個碳纖維母體纖維以形成包含多個通道的多孔碳纖維預(yù)制件。
[0005]在本發(fā)明的另一示例中，一種技術(shù)包括加熱包含犧牲纖維和碳纖維的纖維混合物到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度，以大體上從混合物中清除犧牲纖維并且在碳纖維預(yù)制件中在碳纖維之間在犧牲纖維的位置處形成多個通道。這個示例技術(shù)同時可以包括滲透致密劑到碳纖維預(yù)制件的至少多個通道中。
[0006]在本發(fā)明的另一示例中，一種物品包括纖維混合物，該纖維混合物包含多個犧牲纖維，和多個碳纖維母體纖維或多個碳纖維，其中，每個犧牲纖維具有在約170攝氏度與約400攝氏度之間的大體清除溫度。
[0007]在下面的附圖和描述中闡述本發(fā)明的一個或多個實施例的詳細內(nèi)容。本發(fā)明的其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點通過這個描述和附圖并且通過權(quán)利要求將變得顯而易見。
【附圖說明】
[0008]圖1是流程圖，示出形成多孔碳纖維預(yù)制件的示例技術(shù)。
[0009]圖2是概念圖，示出具有圓盤形幾何結(jié)構(gòu)的示例多孔預(yù)制件母體。
[0010]圖3是概念圖，示出圖2的示例多孔預(yù)制件母體的橫向剖視圖。
[0011]圖4是特寫概念圖，示出圖3中標(biāo)出的示例預(yù)制件母體的區(qū)段A。
[0012]圖5是特寫概念圖，示出圖3中標(biāo)出的示例預(yù)制件母體在清除了犧牲纖維之后的區(qū)段A。
[0013]圖6是概念圖，示出示例多孔碳纖維預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0014]圖7是特寫概念圖，示出圖6中標(biāo)出的示例多孔碳纖維預(yù)制件的區(qū)段A。
[0015]圖8是特寫概念圖，示出圖6中標(biāo)出的示例多孔碳纖維預(yù)制件的區(qū)段A，在滲透了致密劑到預(yù)制件內(nèi)形成的多個通道和多個氣孔之后。
[0016]圖9是流程圖，示出形成滲透碳纖維預(yù)制件的示例技術(shù)。
[0017]圖10是概念圖，示出示例多孔碳纖維預(yù)制件的橫向剖視圖。
[0018]圖11是概念圖，示出示例滲透碳預(yù)制件的橫向剖視圖。
【具體實施方式】
[0019]總的來說，本發(fā)明描述了采用犧牲纖維的技術(shù)，犧牲纖維可以被加熱以大體上從碳-碳復(fù)合材料的母體中清除。在一些示例中，該犧牲纖維可以混合、結(jié)合成絲束、刺或以其它方式與碳纖維母體纖維或碳纖維結(jié)合以形成工件，例如預(yù)制件、紡織或無紡織物、復(fù)合部件或其中間物。犧牲纖維的加熱以大體上清除它們可以導(dǎo)致在工件中形成通道形式的附加孔隙度。相對于正在處理的工件的內(nèi)部部分，增大的孔隙度可以允許氣體、液體或其它揮發(fā)物的增強進和/或出。
[0020]在一些示例中，一種技術(shù)可以包括加熱包含犧牲纖維和碳纖維母體材料的纖維的纖維混合物，其中，通過以約170攝氏度與400攝氏度之間的溫度加熱，犧牲纖維可以大體上被清除(例如熔化或燃燒)。例如，預(yù)制件母體可以包括含有聚合材料的纖維，該聚合材料具有約170攝氏度與約400攝氏度之間的軟化溫度，例如聚乙烯或聚丙烯纖維。作為其他的示例，犧牲纖維可以包括大麻纖維、草纖維、木材纖維、棉纖維、含有有機材料的纖維等等。在這樣的示例中，一旦被加熱到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度，犧牲纖維可以灰化或燃燒，從而，可以忽略的灰或沒有灰保留在犧牲纖維所在的地方。該犧牲纖維可以例如與碳纖維母體編織來形成織物，以無紡的形式與碳纖維母體結(jié)合，可以刺入紡織或無紡織物或短碳纖維母體中，或者所有纖維可以被切短并且混合以形成預(yù)制件。合適的碳纖維母體纖維可以包括聚丙烯腈(PAN)纖維或瀝青纖維。
[0021]當(dāng)碳纖維母體纖維正在碳化時，或在處理預(yù)制件的在先步驟中，犧牲纖維可以被加熱從而使它們大體上從纖維混合物中清除。這可以在預(yù)制件中留下增大的孔隙度，其可以縮短氣體在預(yù)制件或預(yù)制件母體內(nèi)的擴散路徑。在一些示例中，增大的孔隙度(例如，在清除了的犧牲纖維的位置處的通道)可有利于后續(xù)的穩(wěn)定和/或致密步驟。例如，如果瀝青使用本文公開的技術(shù)滲入已經(jīng)形成的預(yù)制件的氣孔和通道中，當(dāng)預(yù)制件被加熱以穩(wěn)定瀝青時，瀝青可能在通道、氣孔或這兩者內(nèi)收縮，形成裂隙網(wǎng)，氧氣能夠流過這個裂隙網(wǎng)來參與該穩(wěn)定反應(yīng)，相比于不是根據(jù)本文公開的技術(shù)所制造的預(yù)制件而言。在一些示例中，采用包括犧牲纖維的預(yù)制件可以縮短穩(wěn)定過程和制造碳-碳復(fù)合材料的整體伴隨時間。
[0022]在一些示例中，一種技術(shù)可以包括加熱包含犧牲纖維和碳纖維的纖維混合物到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度以大體上清除犧牲纖維(例如通過熔化或燒掉)，在碳纖維預(yù)制件中在碳纖維之間在犧牲纖維的位置處留下通道。在一些示例中，犧牲纖維可以包括具有約170攝氏度與約400攝氏度之間的軟化溫度的聚合材料。在一些示例中，與這個示例中的犧牲纖維混合的碳纖維可以涂覆有樹脂，例如酚醛樹脂。這個示例技術(shù)可以包括滲透致密劑(例如瀝青)到至少碳纖維預(yù)制件的通道中。在一些示例中，瀝青例如通過經(jīng)由多個通道中的至少一些暴露于氧氣可以被穩(wěn)定，然后碳化。包含所描述通道的碳纖維預(yù)制件可以防止在最終的復(fù)合部件中形成裂縫或空隙，可以縮短穩(wěn)定過程和制造碳-碳復(fù)合材料的整體時間，或這兩者。
[0023]圖1是流程圖，示出形成多孔碳纖維預(yù)制件的示例技術(shù)。在一些示例中，技術(shù)包括加熱含有犧牲纖維22和多個碳纖維母體纖維24的纖維混合物18到約170攝氏度與約400攝氏度之間的溫度以大體上清除犧牲纖維并且形成多個通道(4)，如下文更詳細描述的(見圖 3-5)0
[0024]圖2是概念圖，示出具有圓盤形幾何結(jié)構(gòu)的示例多孔預(yù)制件母體8。在一些示例中，如圖2所示，多孔預(yù)制件母體8可以具有大致圓盤形幾何結(jié)構(gòu)，從而，由多孔預(yù)制件母體8形成的碳-碳復(fù)合材料可以是大致圓盤形，例如，用作制動盤。在其它示例中，多孔預(yù)制件母體8和由此制造的多孔預(yù)制件可以限定出不同的幾何結(jié)構(gòu)。例如，多孔預(yù)制件母體8的幾何結(jié)構(gòu)可以類似于或大體上相同于由碳-碳復(fù)合材料形成的成品的期望幾何結(jié)構(gòu)。
[0025]多孔預(yù)制件母體8包括圓盤形多孔體10，帶有貫穿圓盤形多孔體10的軸向厚度的中央孔12。在一個示例中，多孔預(yù)制件母體8具有在孔12處的內(nèi)徑ID、在外緣14處的外徑0D和軸向厚度T，軸向厚度的測量是在大體上垂直于測量內(nèi)徑ID和外徑0D的方向的方向上。多孔預(yù)制件母體8包括纖維混合物18 (見圖4)，例如，犧牲纖維22和碳纖維母體纖維24或碳纖維的混合物。
[0026]在一些示例中，圖2的多孔預(yù)制件母體8的表面可以由模具16限定。例如，模具16可以包括限定出圓盤形凹陷的一個或多個部分，從而，當(dāng)纖維混合物18布置在模具16內(nèi)時，纖維混合物18通常限定出三維的圓盤，其輪廓線在圖2中示出。在一些示例中，模具16可以包括第一部分，其包括形成多孔預(yù)制件母體8的底面和外緣14的表面，以及厚度為T的中央定位的圓柱體，在其位置處留下預(yù)制件母體8的孔12。在多孔預(yù)制件母體8限定出不同幾何結(jié)構(gòu)的一些示例中，模具16還可以限定出不同的幾何結(jié)構(gòu)，例如，與多孔預(yù)制件