利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法
【專利摘要】一種利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法，其特征在于：Z-pin拉擠成型所用增強(qiáng)材料為捻度為80~100捻/米的加捻碳纖維。該種方法利用加捻纖維對(duì)樹脂基體產(chǎn)生壓力抑制酚醛樹脂內(nèi)部氣泡的生長，改善了酚醛樹脂固化產(chǎn)物揮發(fā)造成Z-pin制品內(nèi)部產(chǎn)生的氣孔缺陷。所得Z-pin制品可用于碳纖維\酚醛樹脂體系耐燒蝕防熱復(fù)合材料的增強(qiáng)，顯著改善其抗剝離、抗沖刷性能。
【專利說明】利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及碳纖維\酚醛樹脂體系Z-Pin的制備方法，屬于復(fù)合材料制造方法【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0003]酚醛樹脂基復(fù)合材料是目前常用的熱防護(hù)材料，廣泛應(yīng)用于各種載人飛船的返回艙、火箭和導(dǎo)彈端頭，但復(fù)合材料層間結(jié)合薄弱導(dǎo)致多層復(fù)合熱防護(hù)材料層間抗剝離、抗沖刷能力很難達(dá)到較高的使用要求。為了解決這個(gè)問題，李寧(李寧.Z-pin增強(qiáng)酚醛層合板制備工藝及性能研究[D].南京航空航天大學(xué)，2012.)發(fā)表論文，利用石英\酚醛體系Z-pin能夠提高石英\酚醛樹脂體系復(fù)合材料的層間結(jié)合強(qiáng)度。但對(duì)于碳纖維體系耐燒蝕復(fù)合材料，由于模量、熱膨脹系數(shù)和耐溫性等材料屬性不匹配，石英纖維增強(qiáng)Z-pin無法滿足使用，必須開發(fā)碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂體系Z-pin。熱固性酚醛樹脂固化產(chǎn)物揮發(fā)在碳纖維/酚醛體系Z-pin拉擠制品中留下大量氣孔缺陷，氣孔的存在導(dǎo)致Z-pin無法作為增強(qiáng)體植入到復(fù)合材料坯料中，從而無法實(shí)現(xiàn)層間增強(qiáng)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維\酚醛樹脂體系Z-pin的制造方法，利用對(duì)碳纖維進(jìn)行加捻處理以解決Z-pin制備過程中酚醛樹脂固化揮發(fā)物造成的氣泡缺陷，為碳纖維\酚醛樹脂體系耐燒蝕 防熱復(fù)合材料提供增強(qiáng)體。
[0005]一種利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法，采用拉擠工藝成型，依次纖維在線加捻工序、浸膠工序、模具成形工序、后固化工序、牽引工序及收卷工序，其特征在于:浸膠工序前添加在線加捻工序，實(shí)現(xiàn)碳纖維加捻處理。
[0006]所述的利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法，其特征在于:加捻工序的捻度為80-100捻/米。
[0007]利用加捻碳纖維改善Z-pin內(nèi)部氣孔缺陷的原理如下，加捻纖維單絲所形成的螺旋線沿紗束圓周分布，在拉擠牽引力作用下，纖維單絲發(fā)生變形，距軸心距離越遠(yuǎn)，變形越大，相鄰的兩層纖維單絲由于變形差異而對(duì)它們之間的樹脂產(chǎn)生擠壓作用。利用該擠壓力作用抵消酚醛樹脂固化產(chǎn)物揮發(fā)對(duì)孔隙生長提供的驅(qū)動(dòng)力，從而抑制Z-pin制品中產(chǎn)生氣泡缺陷，改善纖維與樹脂界面結(jié)合狀態(tài)。
[0008]利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的優(yōu)點(diǎn)在于:(I)排除了 Z-pin中的氣泡缺陷，可實(shí)現(xiàn)碳纖維\酚醛樹脂Z-pin的連續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)；(2)Z-pin中纖維與樹脂結(jié)合狀態(tài)良好，避免了后續(xù)植入過程中Z-pin發(fā)生端部粉碎或者失穩(wěn)，提高了最大植入深度，從而提高了可增強(qiáng)復(fù)合材料的最大厚度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0009]圖1是碳纖維\酚醛樹脂Z-pin拉擠過程示意圖；
圖2是Z-pin超聲植入示意圖；
圖中標(biāo)號(hào)名稱:1、纖維在線加捻裝置2、纖維導(dǎo)向裝置，3、浸膠裝置，4、拉擠模具，5、后固化裝置，6、牽引裝置，7、收卷裝置，8、超聲植入槍，9、Z-pin植入預(yù)制體，10預(yù)浸料坯料。
具體實(shí)施例
[0010]該實(shí)施例說明本發(fā)明提供的加捻碳纖維增強(qiáng)酚醛樹脂體系Z-Pin的制備方法。
[0011]①選用T300碳纖維置于圖1中的在線加捻裝置上，將纖維依次穿過圖1中的纖維導(dǎo)向裝置2、浸膠裝置3、拉擠模具4、后固化裝置5、牽引裝置6、和收卷裝置7，設(shè)置纖維在線加捻裝置I中轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速與拉擠模具4的拉擠速度，得到纖維捻度為80捻/米。
[0012]②將B30酚醛樹脂置于真空烘箱中進(jìn)行60°C、Ih脫泡處理后，倒入膠槽中待使用。
[0013]③設(shè)置模具溫度為90°C,后固化裝置溫度為180°C。
[0014]④等待系統(tǒng)穩(wěn)定后，開啟牽引裝置。
[0015]⑤檢測Z-pin直徑為0.5±0.0lmm,內(nèi)部無明顯氣泡，按圖2所示超聲植入方法進(jìn)行超聲植入實(shí)驗(yàn)，得到Z-pin最大植入深度為10_。
【權(quán)利要求】
1.一種利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-Pin的方法，采用拉擠工藝成型，依次纖維在線加捻工序、浸膠工序、模具成形工序、后固化工序、牽引工序及收卷工序，其特征在于: 浸膠工序前添加在線加捻工序，實(shí)現(xiàn)碳纖維加捻處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用加捻碳纖維制備酚醛樹脂體系Z-pin的方法，其特征在于:加捻工序的捻度為8(Tl00捻/米。
【文檔編號(hào)】B29C70/52GK104029401SQ201410236717
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】李勇, 張向陽, 還大軍, 文立偉, 肖軍, 褚奇奕 申請人:南京航空航天大學(xué)