[發明專利]預氧化絲長纖維/碳纖維網胎復合針刺預制體及制備方法

無效

• 申請號: 200910024903.2
• 申請日: 2009-03-02
• 公開（公告）號: CN101503844A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 繆伯承
• 申請（專利權）人: 宜興市飛舟高新科技材料有限公司
• 主分類號: D04H5/02
• 分類號: D04H5/02;D04H5/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙）
• 代理人: 柏尚春

技術領域：

本發明涉及一種復合針刺預制體，尤其是由PAN(聚丙烯腈纖維)預氧化絲長纖維與碳纖維網胎制成的復合針刺預制體，本發明還涉及該復合針刺預制體的制備方法。

背景技術：

復合針刺預制體，經現代化的化學高溫、高壓力、各項碳/碳沉積工藝處理后，具有耐高溫、耐摩擦、質地輕等特性，是現代化發展公認的高科新材，是航空航天重要結構件的新型制品。

復合針刺預制體的原有工藝是采用聚丙烯腈基碳纖維長纖維與短纖維網胎經多層針刺制成立體預制體。工藝步驟主要包括：1.將長為50-60mm的短纖維梳理成厚為1-2mm、面密度為40-600g/m²的網胎；2.將網胎鋪設成面層；3.將網胎與碳纖維長纖維逐層針刺構成立體預制體。

上述為原有工藝生產碳纖維預制體的過程，其中采用的纖維是經過碳化工藝的纖維，其制品在后續沉積工藝中需重新經過高溫、碳化等一系列的重復處理，需額外消耗大量的人力、物力，使生產成本比國外市場要高30％以上，并且使生產周期大大延長，無論是生產成本還是生產效率都無法與國外產品相競爭。

發明內容：

本發明為了克服上述的技術不足，提供一種PAN預氧化絲長纖維與碳纖維網胎結合制成的復合針刺預制體，該復合針刺預制體將纖維的亂層結構變為三維有序的結構，使模量、強度大幅度提高，且制造成本大幅下降，此外，本發明還涉及該復合針刺預制體的制備方法。

本發明所述的一種預氧化絲長纖維/碳纖維網胎復合針刺預制體，為分層復合材料，各層為預氧化絲長纖維和碳纖維網胎制成的單層復合料，該單層復合料由預氧化絲無緯長纖維排列在碳纖維網胎上行成徑向纖維經連續針制而成，多個的單層復合料再經針刺形成復合針刺預制體。

上述網胎厚度為0.42-0.8mm，連續預氧化絲無緯長纖維/網胎結合層為1.2-1.5mm。針刺密度是40-45針/cm³。

上述預氧化絲長纖維/碳纖維網胎復合針刺預制體的制備方法，包括以下步驟：

1)將碳化絲纖維切制成長度為38-48mm，面密度30-38g/m²的短纖維，噴灑水分使短纖維保持3～5％濕度，之后放入烘箱內加熱到30度，保溫28-30小時，取出短纖維后經開松機開松形成分離物料，再將分離后的短纖維鋪設成網胎，網胎的表面密度為30-38g/m²，網胎厚度為0.42-0.8mm；

2)將PAN預氧化長纖維在網胎上排列成徑向纖維進行針刺形成單層復合料，其中的長纖維含量為85％，長纖維厚度為0.8-0.9mm，面密度300g-348g/m²，體積密度為0.5-0.6g/cm³；

3)以步驟2)制備的單層復合料為基本單元，經多角度逐層交叉連續針刺形成復合針刺預制體，層間密度控制在14±1層/cm，預刺密度為36-40針/cm³，進針深度為16-20mm。

本發明采用PAN預氧化絲無緯長纖維與碳纖維網胎制備高性能復合針刺預制體，而PAN預氧化絲無緯長纖維未經過碳化工藝，是碳纖維的前身材料。使用這兩種材料生產的高性能復合針刺預制體比舊工藝所需的材料成本節約30％左右，實現了后續產品經過現代化碳/碳化與沉積三合一(高溫、碳化、沉積)的工藝制成立體預制體成為可能。不但節約了人力、物力，而且大大縮減了生產周期。

本發明不僅在原材料上得到了更新，在生產工藝上更是得到了提高。為克服原生產工藝技術上的不足，采用自動化機械設備開松與梳理纖維的結構綜合面層，并分散在設備表面層(纖維不能用任何化學處理劑，否則要影響制品的后續質量指標，采用多角度逐層交叉針刺，實現纖維結構的動態印對，使纖維的亂層結構變為三維有序的結構，制成的纖維網胎有360度的平面亂層次斷面結構，大幅度提高了后續碳化工藝后產品的模量和強度。

本發明采用碳纖維網胎有益于提高預制體層間結構的強度。通過交叉針刺使預制體上下層一體化，確保碳/碳化、沉積工藝中滲碳率高，結構均勻。PAN預氧化絲無緯長纖維/碳纖維網胎復合預制體與全用碳纖維制成預制體相比，因全用碳纖維的預制體是沉積工藝過程中前面碳化材料，在后續沉積工藝中需經過高溫、碳化、沉積等重復處理工藝，需要大量的電力資源與物力、人力投入，這樣加重產品的成本，再加碳纖維原料價格是PAN預氧化纖維絲的3倍左右，在現代高科技沉積工藝制成的成品降低了成本30％左右。在保證質量的前題下，價格上與國外的同類產品具有競爭力。

具體實施方式