[發明專利]一種準三維預制件

在審

• 申請號: 201410092438.7
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103835067A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 蔣洪亮;謝美琴
• 申請（專利權）人: 宜興市宜泰碳纖維織造有限公司
• 主分類號: D04H1/4242
• 分類號: D04H1/4242;D04H1/46
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

技術領域

本發明提供了一種準三維預制件，尤其是一種碳纖維整體結構的準三維預制件，特別適用于隨后直接沉積碳加工成用于飛機碳剎車盤的C/C結構材料。

背景技術

飛機碳剎車是一種圓形超高強的摩擦材料，英、美、法三國早在二十世紀六十年代中期就開始了對飛機碳剎車材料的開發，在增強材料性能和生產工藝上不斷改進和提高，至二十世紀八十年代初，只有美國B.F.Goodrich公司、Goodyer公司、Honeywell公司、英國Dunlop公司和法國Messier-Bugatti公司為波音公司、空中客車公司提供飛機碳剎車盤。飛機碳剎車盤的預制件技術主要包括預氧化纖維針刺預制件技術、碳纖維連續長纖維編織技術、碳纖維短切纖維與樹脂或瀝青復合熱模壓固化技術。制備各種高性能C/C復合材料，均需先制備炭纖維三維預制件，炭纖維三維預制件是指X向、Y向、Z向均有期望的結構強度。

預氧化纖維針刺預制件技術為目前國際上主流技術，包括聚丙烯腈預氧化長纖維（PANOF）與短切聚丙烯腈預氧化纖維（PANOF）網胎層疊形成三維織物，經過針刺、碳化等工藝過程。但是聚丙烯腈預氧化纖維（PANOF）制作的預制件必須進行碳化工序轉化為碳纖維結構。聚丙烯腈預氧化纖維導熱系數低、碳化可控性差、工藝難度大、對設備及工藝要求高，且預氧化預制件在高溫碳化過程中，預制件內部的長、短纖維產生不同應力而蠕動造成整體收縮變形，易分層；碳化過程中若控制不好工藝還容易造成結焦，復合成C/C復合材料后結集處易形成不均勻低密度區，對最終產品各層面的摩擦磨損性能均勻性會有一定影響。而且在碳化過程中釋放出大量易揮發的帶有刺鼻氣味的白色氫氰酸胺有毒結晶體，對操作者和環境造成一定的影響。

碳纖維連續長纖維編織技術是利用聚丙烯腈基長碳纖維（PANCF）編織而成的平面織物，疊層至所需的一定厚度，然后進行樹脂或瀝青浸漬熱模壓固化，經碳化工藝，依靠碳化過程樹脂碳或熱解碳來粘合。該技術由于垂直方向沒有纖維連接，純粹依靠碳化過程中的樹脂碳或熱解碳來粘合，制成的飛面碳剎車盤，垂直方向力學性能不會很高，導熱系數也會受到一定影響，如果工藝控制不好，產品容易分層。平面(X、Y向)通常采用昂貴的1K和3K碳纖維制作，工序復雜，制作周期長、纖維利用率低、成本高。

碳纖維短切纖維與樹脂或瀝青復合熱模壓固化技術采用聚丙烯腈基短切碳纖維(PANCF)與樹脂復合熱模壓固化技術，由聚丙烯腈基短切碳纖維進行樹脂或瀝青浸漬熱模壓固化，經碳化工藝，依靠碳化過程樹脂碳或熱解碳來粘合。該技術存在的主要缺陷與碳纖維連續長纖維編織技術的主要缺陷類似。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種對X、Y方向纖維損傷小，對平面性能基本無影響，且Z向纖維引入容易，Z向增強纖維含量高，層間密度一致的準三維預制件。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種準三維預制件，它包括無緯織物和網胎交替疊層，經雙向喂料針刺機在無緯織物和網胎交替疊層的垂直方向連續針刺滲透若干固定層次，在層間產生垂直方向纖維連接相鄰若干層，制得一種碳纖維整體結構的準三維預制件，所述的準三維預制件的體積密度為0.45～0.70g/cm³。

本發明所述的可針刺無緯織物，是由聚丙烯腈基長碳纖維徑向疊合針刺制成的厚度0.15～0.3mm、面密度20～300g/m²的薄層無緯織物，所述的無緯織物有利于后續針刺得到永久轉移的Z向纖維。

本發明所述的網胎，是由聚丙烯腈基短切碳纖維經蒸汽或化學柔性處理、機械開松、梳理成厚度0.15～0.3mm、面密度20～300g/m²的薄形網氈織物。所述的聚丙烯腈基短切碳纖維的長度為60～90mm。

聚丙烯腈基短切碳纖維蒸汽處理為：聚丙烯腈基短切碳纖維加入水分使保持短切碳纖維保持40～70%濕度，25～30℃保溫1～5小時。

本發明所述的聚丙烯腈基短切碳纖維的機械開松是利用傳動系統，沿著單輥開松機輥軸方向，形成“S”型布針方式，達到了對開松的纖維損傷小，松散性更好的目的。

本發明所述的網胎，經過蒸汽或化學柔性改性、開松處理后，增強了短切碳纖維的柔軟性，并在成網過程中使之產生一定的抱和性，網胎形式具有隨機分布的多孔，不僅為后續碳沉積提供足夠空間，有利于沉積更多炭，提高了C/C復合體殘炭；而且沉積C結構分布性能好，有利于提高制成材料的整體性能。

無緯織物間鋪設網胎，所述的相鄰無緯織物層間優選以0度/90度夾角交錯鋪層，有利于節省物料。