一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，属于复合材料管技术领域，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，其中：所述耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，所述碳纤维由三维或二维叠层结构织物制备而成，所述碳基体为高分子材料高温裂解成碳制备而成；所述耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成；所述高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成；所述保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成。本实用新型专利技术的重量轻，且耐高温、耐冲蚀性能好。

A High Temperature and Erosion Resistant Carbon Fiber Composite Pipe

The utility model discloses a high temperature and erosion resistant carbon fiber composite pipe, which belongs to the technical field of composite pipe, and comprises an ablation resistant layer, an erosion resistant layer, a high temperature strength layer and a thermal insulation layer from inside to outside. The ablation resistant layer is composed of carbon fiber reinforced carbon matrix composite material, and the carbon fiber is prepared from three-dimensional or two-dimensional laminated fabric. The matrix is prepared by pyrolysis of polymer material into carbon at high temperature, and the erosion resistant layer is made of ceramic matrix carbon fiber or ceramic fiber reinforced composite material; the high-temperature strength layer is prepared from carbon fiber reinforced high-temperature resistant resin composite material; and the insulation layer is prepared by foam matrix reinforced fiber composite material. The utility model has the advantages of light weight, high temperature resistance and good erosion resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管
本技术涉及复合材料管
，特别是指一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管。
技术介绍
高温环境下的冲蚀和磨损是现代高温工业生产设备和军用设备以及航天设备中耐温结构部件和功能部件的主要破坏形式，由于在高温环境下的腐蚀性气流的作用，各种烧蚀和磨损现象长时间存在，严重影响设备的使用稳定性和寿命。其中高温冲蚀磨损在高温结构部件中占到了较高的比例，冲蚀高温问题是材料收到高温小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类现象。而高温气固两相的冲蚀作为破坏的主要形式，广泛存在于现代工业生产中。例如航空发动机的粉尘和沙粒对发动机的冲蚀，气流运输物料在高温下对管路的冲蚀，火力发电厂粉煤尾气对换热器管路的高温冲蚀等。现代高温耐冲蚀材料主要为高温合金中添加W、Co、Mo等元素基础上制备，不但生产成本高、承受温度相对较低，耐高温腐蚀性相对较差，而且重量大、自身的抵抗变形和破坏的能力相对也较弱。面对这种问题，新型复合材料尤其是碳纤维为增强纤维的复合材料逐渐被各种高温环境结构部件研发者所重视，而采用耐高温和高比强度、高比模量综合性能于一体的多种复合材料结构组合使用，是新型耐温部件发展的趋势。
技术实现思路
本技术提供一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，其重量轻，耐高温、耐冲蚀。为解决上述技术问题，本技术提供技术方案如下：本技术提供一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，其中：所述耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，所述碳纤维由三维或二维叠层结构织物制备而成，所述碳基体为高分子材料高温裂解成碳制备而成；所述耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成；所述高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成；所述保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成。进一步的，所述耐烧蚀层的碳纤维为T300、T700、T800或T1000；所用的高温裂解成碳的高分子树脂为酚醛树脂、工业煤沥青、石油沥青、芳基乙炔树脂、呋喃树脂或缩合多核芳香树脂。进一步的，所述耐烧蚀层的体密度为大于1.8g/cm3，孔隙率小于0.2％，形成的碳基体的含量为30％-50％。进一步的，所述耐冲刷层中陶瓷基体为氮化硅、碳化硅、石英、碳化硼或氮化硼；陶瓷纤维为氧化铝、碳化硼、氮化硼、碳化硅或氧化锆；碳纤维为T300、T700、T800或T1000。进一步的，所述高温强度层中碳纤维为T300、T700、T800或T1000。进一步的，所述高温强度层中耐高温树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚苯硫醚树脂或聚醚醚酮树脂。进一步的，保温层的碳纤维为T300、T700、T800或T1000，泡沫为PMI、泡沫金属铝、泡沫金属镍或泡沫金属铜。本技术具有以下有益效果：本技术的耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，各层间通过三维或二维编织连接，耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成，高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成，保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成，四层结构综合在一起，具有重量轻、刚度大、抗破坏、耐高温、耐冲蚀的综合优异性能，可以广泛用于耐火管道、火箭喷管和武器发射筒状部件等。附图说明图1为本技术的耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管的整体结构示意图，其中，1-耐烧蚀层，2-耐冲刷层，3-高温强度层，4-保温层。具体实施方式为使本技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本技术提供一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，如图1所示，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，其中：耐烧蚀层1采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，碳纤维由三维或二维叠层结构织物制备而成，碳基体为高分子材料高温裂解成碳制备而成；耐冲刷层2由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成；高温强度层3由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成；保温层4采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成。本技术的耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，各层间通过三维或二维编织连接，耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成，高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成，保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成，四层结构综合在一起，具有重量轻、刚度大、抗破坏、耐高温、耐冲蚀的综合优异性能，可以广泛用于耐火管道、火箭喷管和武器发射筒状部件等。进一步的，耐烧蚀层1的碳纤维为T300、T700、T800或T1000；所用的高温裂解成碳的高分子树脂为酚醛树脂、工业煤沥青、石油沥青、芳基乙炔树脂、呋喃树脂或缩合多核芳香树脂。进一步的，耐烧蚀层1的体密度为大于1.8g/cm3，孔隙率小于0.2％，形成的碳基体的含量为30％-50％。优选的，耐冲刷层2中陶瓷基体为氮化硅、碳化硅、石英、碳化硼或氮化硼；陶瓷纤维为氧化铝、碳化硼、氮化硼、碳化硅或氧化锆；碳纤维为T300、T700、T800或T1000。优选的，高温强度层3中碳纤维为T300、T700、T800或T1000。本技术中，高温强度层3中耐高温树脂为酚醛树脂、环氧树脂、聚苯硫醚树脂或聚醚醚酮树脂；保温层4的碳纤维为T300、T700、T800或T1000，泡沫为PMI、泡沫金属铝、泡沫金属镍或泡沫金属铜。下面结合具体实施例进行进一步说明本技术的结构和制备方法，但所列过程和数据并不意味着对本技术范围的限制。实施例1：采用耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层、保温层四层结构组成碳纤维耐高温耐冲蚀管状结构，其中耐烧蚀层采用酚醛树脂浸渍三维四向编织T300碳纤维织物，酚醛树脂经过多次浸渍碳化，碳化温度为2000℃，最终成碳基体含量在40％，孔隙率控制在0.1％，整体耐烧蚀层的体密度在1.8g/cm3；在耐烧蚀层制备完毕后，在其表面采用T800碳纤维二维叠层结构织物增强氮化硅陶瓷制备复合材料，其中陶瓷基体的含量最终控制在50％，整个制备在真空环境下高温烧结，烧结温度在1700℃；在耐冲刷层表面采用二维缠绕T1000碳纤维浸渍复合聚醚醚酮树脂制备高温强度层，在180℃固化2小时成型，其中最终的强度层的树脂含量控制在40％范围；最后在强度层表面制备金属泡沫铝添加NH4Cl发泡剂烧结的T300碳纤维增强泡沫复合材料，其中泡沫基体的含量为40％，其中，管的整体厚度为80mm，内径为50mm，管长为1.6m。实施例2：采用耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层、保温层四层结构组成碳纤维耐高温耐冲蚀管状结构，其中耐烧蚀层采用呋喃树脂浸渍三维四向编织T800碳纤维织物，酚醛树脂经过多次浸渍碳化，碳化温度为1800℃，最终成碳基体含量在42％，孔隙率控制在0.2％，整体耐烧蚀层的体密度在1.8g/cm3；在耐烧蚀层制备完毕后，在其表面采用T700碳纤维二维叠层结构织物增强碳化硅陶瓷制备复合材料，其中碳化硅基体的含量最终控制在40％，整个制备在真空环境下高温烧结，烧结温度在1800℃；在耐冲刷层表面采用三维四向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，其特征在于，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，其中：所述耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，所述碳纤维由三维或二维叠层结构织物制备而成，所述碳基体为高分子材料高温裂解成碳制备而成；所述耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成；所述高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成；所述保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，其特征在于，由内到外依次包括耐烧蚀层、耐冲刷层、高温强度层和保温层，其中：所述耐烧蚀层采用碳纤维增强碳基体复合材料组成，所述碳纤维由三维或二维叠层结构织物制备而成，所述碳基体为高分子材料高温裂解成碳制备而成；所述耐冲刷层由陶瓷基体碳纤维或陶瓷纤维增强复合材料制备而成；所述高温强度层由碳纤维增强耐高温树脂复合材料制备而成；所述保温层采用泡沫基体增强纤维复合材料制备而成。2.根据权利要求1所述的耐高温耐冲蚀碳纤维复合材料管，其特征在于，所述耐烧蚀层的碳纤维为T300、T700、T800或T1000；所用的高温裂解成碳的高分子树脂为酚醛树脂、工业煤沥青、石油沥青、芳基乙炔树脂、呋喃树脂或缩合多核芳香树脂。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高学平，朱波，王强，赵大涌，乔琨，郝继刚，孟祥梅，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：新型
国别省市：山东,37