一种碳纤维针刺预制体及其制备方法技术

本申请涉及碳纤维技术领域，具体公开了一种碳纤维针刺预制体及其制备方法。一种碳纤维针刺预制体的制备方法包括如下步骤：步骤一，制备碳纤维平纹布和碳纤维网胎；步骤二，车削层单元层由一层碳纤维平纹布铺层完成后用12K碳纤维进行斜向固定，之后覆盖上网胎后进行针刺；步骤三，成品层单元层由一层碳纤维平纹布铺层完成后用12K碳纤维进行斜向固定，再用12K碳纤维进行环向缠绕，最后覆盖网胎进行针刺；步骤四，车削层由车削层单元层依次叠置通过针刺得到，成品层由成品层单元层依次叠置通过针刺得到，车削层与成品层通过针刺得到碳纤维针刺预制体。本申请制备的碳纤维针刺预制体具有获得高密度的碳/碳复合材料的优点。获得高密度的碳/碳复合材料的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维针刺预制体及其制备方法


[0001]本申请涉及碳纤维
，更具体地说，它涉及一种碳纤维针刺预制体及其制备方法。

技术介绍

[0002]高性能碳纤维针刺预制体，经化学气相沉积工艺处理后，具有耐摩擦、耐高温、质量轻等性能，是现代发展新兴的高科技新型材料，是航空航天、交通、军事的人等领域应用广泛的新型材料。
[0003]传统工艺制备的预制体为保证层间连接强度，针刺密度较高。采用该预制体在制备碳/碳复合材料的过程中，因气相沉积过程中气体是由外向内扩散的，碳纤维预制体的增密过程是一种非均匀增密过程，体现在表面比芯部增密速度快，外部气流通道容易被堵死，影响内部沉积效果，需通过机加工将表面密度较高，堵塞通道的一部分取掉，由此经多次反复沉积、机加工工艺，方可制备满足密度要求的碳/碳复合材料产品，或者保证制件的高密度和均匀性，通过低温、低气流浓度来增进渗透作用，导致致密化周期很长，生产成本很高，且制备的产品密度难以达到使用要求。因此急需研发一种碳纤维针刺预制体降低化学气相沉积的周期，提高化学气相沉积增密效率，获得高密度的碳/碳复合材料。

技术实现思路

[0004]为了获得高密度的碳/碳复合材料，本申请提供一种碳纤维针刺预制体及其制备方法。
[0005]第一方面，本申请提供一种碳纤维针刺预制体的制备方法，采用如下的技术方案：一种碳纤维针刺预制体的制备方法，包括如下的制备步骤：步骤一，采用12K碳纤维制备碳纤维平纹布和碳纤维网胎；步骤二，设计车削层单元层：车削层单元层为一层碳纤维平纹布在环状芯模上铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，之后覆盖上网胎后进行针刺；步骤三，设计成品层单元层：成品层单元层为一层碳纤维平纹布在环状芯模上铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，再利用12K碳纤维进行环向缠绕，最后覆盖上网胎进行针刺；步骤四，车削层由车削层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，成品层由成品层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，根据预制体的厚度要求，将车削层与成品层通过针刺复合即得到碳纤维针刺预制体。
[0006]通过采用上述技术方案，由于碳纤维针刺预制体制备过程中成品层利用K12碳纤维先经过斜向固定再经过环向缠绕，因此，在化学气相沉积过程中，层间密度和强度较高，难以达到密度均匀和致密性良好的碳/碳复合材料。由此，通过采用碳纤维平纹布作为车削层的一层，平纹编制使经纱和纬纱以一上一下的规律交织，平纹编制的密度较低，形成的眼孔均匀，由于形成上下起伏的状态，纤维弯曲点较多，再在碳纤维平纹布的表面针刺一层碳
纤维网胎，碳纤维网胎比较疏松，密度较低碳纤维网胎和碳纤维平纹布进行复合，借助碳纤维网胎的疏松和碳纤平纹布均匀的眼孔，形成了一层带有均匀分布孔隙的车削层，预制体由外至内密度依次增加，外层孔隙较内层大，利于反应气体在预制体内部由外至内进行沉积，可有效地解决预制体表面孔隙容易封闭的问题。进而，在化学气相沉积过程中，气流可以顺畅的通过成品层，进而进入预制体的芯部，得到致密均匀的碳/碳复合材料。
[0007]优选的，所述步骤四中车削层由车削层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，其中针刺密度为20
‑
30针/cm2。
[0008]通过采用上述技术方案，车削层单元层通过针刺，将每个单元层复合在一起，车削层的针刺密度较低，减少车削层的致密性，使车削层疏松均匀的孔隙结构，提高气相沉积效率，使制备的碳/碳复合材料的内外密度一致。
[0009]优选的，所述步骤四中成品层由成品层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，针刺密度为35
‑
45针/cm2。
[0010]通过采用上述技术方案，成品层单元层通过针刺，将每个单元层复合在一起，依据作业要求成品层的针刺密度较高，使获得的成品层的强度和致密性达到一定的要求。
[0011]优选的，所述12K碳纤维线密度为780
‑
800g/km。
[0012]通过采用上述技术方案，采用上述12K碳纤维的线密度，碳纤维的强度和韧度达到制备碳/碳复合材料的要求。
[0013]优选的，所述碳纤维平纹布面密度为300
‑
340g/m2。
[0014]通过采用上述技术方案，碳纤维平纹布强度高，密度低，厚度薄，表面编制形成的孔隙，更利于气流的通过。
[0015]优选的，所述碳纤维网胎面密度为50
‑
90g/m2。
[0016]通过采用上述技术方案，碳纤维网胎结构疏松，密度低，适合于作为车削层，能够提供气流通道，使车削层产品的密度整体降低。
[0017]优选的，所述烘箱的温度为220
‑
280℃。
[0018]通过采用上述技术方案，将预制体放置于高温烘箱中，通过硬化得到复合要求的碳纤维针刺预制体。
[0019]第二方面，本申请提供一种碳纤维针刺预制体，由上述任一所述的碳纤维针刺预制体制备得到。
[0020]通过采用上述的技术方案，本申请制备的碳纤维针刺预制体，采用碳纤维网胎在预制体表面设置车削层，同时降低针刺密度，实现气相沉积过程中气流的顺利通过，从而制备内外密度均匀一致碳/碳复合材料产品。
[0021]综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用碳纤维平纹布作为车削层的一层，平纹编制使经纱和纬纱以一上一下的规律交织，平纹编制的密度较低，形成的眼孔均匀，由于形成上下起伏的状态，纤维弯曲点较多，形成的表面均匀的疏松孔隙为化学气相沉积气流通过提供了通道。
[0022]2、本申请的方法，通过密度较低碳纤维网胎和碳纤维平纹布进行复合，借助碳纤维网胎的疏松胎和碳纤平纹布均匀的眼孔，形成了一层带有均匀分布孔隙的车削层，进而，在化学气相沉积过程中，气流可以顺畅的通过成品层，进而进入抑制体的内部，得到致密均匀的碳/碳复合材料。
具体实施方式
[0023]以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。实施例
[0024]实施例1一种碳纤维针刺预制体的制备方法，包括如下的制备步骤：步骤一，采用12K碳纤维制备碳纤维平纹布和碳纤维网胎，其中碳纤维平纹布面密度为330g/m2，碳纤维网胎面密度为70g/m2；步骤二，设计车削层单元层：环状芯模为石墨筒，以石墨筒为受力件，车削层单元层铺层结构为一层碳纤维平纹布在石墨筒环向铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，12K碳纤维斜向绕丝编织与轴向编织夹角为60
°
，之后覆盖上网胎后进行针刺，针刺密度为20针/cm2；步骤三，设计成品层单元层：成品层单元层铺层结构为一层碳纤维平纹布在石墨筒铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，12K碳纤维斜向绕丝编织与轴向编织夹角为60
°
，再利用12K碳纤维沿石墨筒进行环向缠绕，最后覆盖上网胎进行针刺，针刺密度为40针/cm2；步骤四，车削层由车削层单元层依次叠置通过针刺得到，针刺密度为25针/cm2，成品层由成品层单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维针刺预制体的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：步骤一，采用12K碳纤维制备碳纤维平纹布和碳纤维网胎；步骤二，设计车削层单元层：车削层单元层为一层碳纤维平纹布在环状芯模上铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，之后覆盖上网胎后进行针刺；步骤三，设计成品层单元层：成品层单元层为一层碳纤维平纹布在环状芯模上铺层完成后利用12K碳纤维对铺层完成后的碳布进行斜向固定，再利用12K碳纤维进行环向缠绕，最后覆盖上网胎进行针刺；步骤四，车削层由车削层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，成品层由成品层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，根据预制体的厚度要求，将车削层与成品层通过针刺复合即得到碳纤维针刺预制体。2.根据权利要求1所述的一种碳纤维针刺预制体的制备方法，其特征在于：所述步骤四中车削层由车削层单元层逐层叠加，逐层针刺得到，其中针刺密度为20
‑
30针/cm2。3.根据权利要求1所述的一种碳纤维针刺预制体的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雄，何鹏飞，杨明杰，贾武林，侯光远，孙勇，樊乾国，
申请(专利权)人：西安美兰德新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：