[發(fā)明專利]一種提高纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911422008.6
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開（公告）號(hào): CN111169031B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙松;程皓;黨瑞萍;彭志剛;張靈玉;代麗娜;張永輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安超碼科技有限公司
• 主分類號(hào): B29C70/32
• 分類號(hào): B29C70/32;B29C70/38;B29C70/54
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務(wù)所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發(fā)明公開了一種提高纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法，該方法包括以下步驟：一、選擇芯模清潔后鋪放脫模布并刷涂脫模劑，再鋪放軟質(zhì)耐溫材料；二、將預(yù)先浸漬樹脂的連續(xù)炭纖維在鋪放軟質(zhì)耐溫材料的芯模纏繞形成帶膠纖維層并鋪放網(wǎng)胎和針刺，在芯模上形成纏繞?針刺件；三、將纏繞?針刺件固化脫模后去除軟質(zhì)耐溫材料，得到固化件；四、將固化件炭化得到炭化件；五、將炭化件進(jìn)行高溫純化處理；六、對(duì)經(jīng)高溫純化處理后的炭化件機(jī)加處理，得到纏繞成型炭/炭復(fù)合材料。本發(fā)明通過(guò)在帶膠纖維層中鋪放網(wǎng)胎并結(jié)合針刺處理在徑向方向上引入炭纖維，實(shí)現(xiàn)了纏繞工藝成型?致密一體化，提高了纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料纏繞成型技術(shù)已成為復(fù)合材料加工的一種重要工藝，纏繞成型可充分發(fā)揮復(fù)合材料的組分材料本性，并且纖維增強(qiáng)材料鋪放方向準(zhǔn)確，纖維體積含量高且強(qiáng)度發(fā)揮率好。因此，應(yīng)用纏繞成型制備炭/炭復(fù)合材料產(chǎn)品，能保持纖維連續(xù)鋪放的質(zhì)量，有利于提高產(chǎn)品的環(huán)向拉伸性能。但是，纏繞成型炭/炭復(fù)合材料產(chǎn)品在纖維增強(qiáng)材料之間僅靠基體材料結(jié)合，在制備及應(yīng)用過(guò)程中由于層間結(jié)合強(qiáng)度較弱，容易導(dǎo)致分層、鼓包、掉紗缺陷產(chǎn)生，極大地影響了纏繞成型炭/炭復(fù)合材料產(chǎn)品的應(yīng)用效果。

申請(qǐng)?zhí)枮?01280038583.6的專利中公開了一種提高纏繞成型復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法，通過(guò)不同層的纏繞角度變化，使層間纖維發(fā)生鑲嵌從而實(shí)現(xiàn)層間結(jié)合強(qiáng)度的提高；該方法為了使纖維發(fā)生鑲嵌，需要對(duì)纏繞角度進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使得材料的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性受到了限制。申請(qǐng)?zhí)枮?01310314805.9的專利中公開了一種纏繞成型碳納米管增強(qiáng)復(fù)合材料成型方法，通過(guò)在纏繞成型過(guò)程中引入碳納米管，有效增強(qiáng)其面內(nèi)及層間的力學(xué)強(qiáng)度；但該方法采用碳納米管進(jìn)行面內(nèi)及層間增強(qiáng)，提高了原料成本。申請(qǐng)?zhí)枮?01310301505.7的專利中采用多層長(zhǎng)纖層與短纖層交錯(cuò)而成的方法，其層間結(jié)合強(qiáng)度高，使得玻璃鋼管整體強(qiáng)度和剛度較強(qiáng)。該技術(shù)通過(guò)多層長(zhǎng)纖層與短纖層交錯(cuò)實(shí)現(xiàn)層間增強(qiáng)，從原理上可以看出，僅通過(guò)單純的交替鋪放難以顯著提高長(zhǎng)纖層與短纖層的相互作用，層間增強(qiáng)效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法。該方法通過(guò)在帶膠纖維層中鋪放網(wǎng)胎并結(jié)合針刺處理工藝在徑向方向上引入炭纖維，實(shí)現(xiàn)了纏繞工藝成型-致密一體化，顯著提高了纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度，最終得到的纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度不低于10MPa，且無(wú)分層、鼓包和掉紗明顯缺陷。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種提高纏繞成型炭/炭復(fù)合材料層間結(jié)合強(qiáng)度的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、芯模準(zhǔn)備：選擇外表面結(jié)構(gòu)和尺寸均與目標(biāo)產(chǎn)物炭/炭復(fù)合材料的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)和尺寸相似的芯模進(jìn)行裝配，并對(duì)裝配后的芯模的外表面進(jìn)行清潔，然后在清潔后的芯模的外表面上鋪放脫模布并刷涂脫模劑，再鋪放軟質(zhì)耐溫材料；所述芯模的外徑比目標(biāo)產(chǎn)物炭/炭復(fù)合材料的內(nèi)徑小10mm～60mm；

步驟二、帶膠連續(xù)纏繞和針刺成型：采用纏繞機(jī)將預(yù)先浸漬樹脂的連續(xù)炭纖維在步驟一中鋪放軟質(zhì)耐溫材料的芯模的外表面進(jìn)行纏繞，形成帶膠纖維層，纏繞過(guò)程中每纏繞單層或多層后在纏繞形成的帶膠纖維層上鋪放網(wǎng)胎，并對(duì)網(wǎng)胎與網(wǎng)胎下層的帶膠纖維層進(jìn)行針刺處理，在芯模上形成準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)的纏繞-針刺件；所述準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)的纏繞-針刺件的厚度不小于目標(biāo)產(chǎn)物炭/炭復(fù)合材料的厚度；

步驟三、固化處理：將步驟二中在芯模上形成的纏繞-針刺件放置在固化爐中進(jìn)行固化處理，然后脫模并去除軟質(zhì)耐溫材料，得到準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)的固化件；所述準(zhǔn)三向結(jié)構(gòu)的固化件的密度為1.30g/cm³～1.50g/cm³；