CN103909691B - 一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体，该预制体由三层碳纤维针刺预制体多角度逐层交叉连续针刺而成，其中中间层预制体的密度比上下两层的密度大，各层预制体由一层0°/90°铺层的无纬碳布与一层网胎复合，逐层连续针刺而成。采用本发明生产的预制体在碳/碳沉积工艺过程中具有制备周期短、生产成本低的优点，得到的碳/碳复合材料具有耐磨、耐高温、膨胀系数低、热导率高、耐热冲击性能好、质量轻等优良性能。高性能碳纤维针刺预制体是新兴的功能性复合结构产品，其独特的结构和先进的生产工艺决定了高性能碳纤维预制体在航空、航天、土木建筑、军事等领域中的广阔应用前景。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种毡体的制备方法，特别是涉及一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体。
背景技术
高性能碳纤维针刺预制体，经高技术的碳/碳沉积工艺处理后，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。
碳纤维预制体的原有结构是采用碳纤维无纬布与碳纤维网胎经多层针刺制成密度恒密度的预制体。工艺步骤主要包括：1.将产给50-60的短纤维梳理成厚为1-2mm、面密度为40-600g/m2的网胎：2.将网胎与碳纤维复合，并连续针刺成立体预制体。
上述原有碳纤维针刺预制体在后续高温碳化、石墨化等沉积工艺中存在预制体表面孔隙容易封闭的问题，为保证制件的高密度和均匀性，只能通过低温、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。
发明内容
本发明为了克服上述的技术不足，提供一种内层密度比外层密度高的碳纤维针刺预制体，该碳纤维针刺预制体在后续沉积工艺中有利于反应气体在预制体内部由内至外地沉积，可有效地解决预制体表面孔隙容易封闭的问题，不仅保证了产品的高密度和均匀性，而且大大缩短了制备周期，从而大幅度降低了生产成本。
本发明所述的碳纤维针刺预制体，该预制体由三层碳纤维针刺预制体多角度逐层交叉连续针刺而成，其中中间层预制体的密度比上下两层的密度大，各层预制体由一层0°/90°铺层的无纬碳布与一层网胎复合，逐层连续针刺而成。
上述碳纤维针刺预制体单层厚度为5-50mm，碳纤维针刺预制体单层层间密度为16±1层/cm，上下层碳纤维针刺预制体体积密度为0.25-0.5，中间层碳纤维针刺预制体体积密度为0.5-0.75，针刺密度是40-45针/cm3。
本发明采用碳纤维无纬布与碳纤维网胎制备高性能碳纤维针刺预制体，预制体中层密度比外层密度高。在后续沉积工艺中使用这种预制体比旧工艺生产成本节约20％左右，不但节约了人力、物力，而且大大缩短了生产周期。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的碳纤维针刺预制体，该预制体由三层碳纤维针刺预制体多角度逐层交叉连续针刺而成，其中中间层预制体的密度比上下两层的密度大，各层预制体 由一层0°/90°铺层的无纬碳布与一层网胎复合，逐层连续针刺而成。预制体单层厚度为5-50mm，碳纤维针刺预制体单层层间密度为16±1层/cm，上下层碳纤维针刺预制体体积密度为0.25-0.5，中间层碳纤维针刺预制体体积密度为0.5-0.75。
复合材料针刺预制体的制备方法，主要包括以下步骤：
1)将碳纤维切制成长度为38-48mm，而密度30-38g/m2的短纤维，喷洒水使短纤维保持3-5％湿度，之后放入烘箱内加热到30摄氏度，保温28-30小时，取出短纤维后经开松机开松形成分离物料，再将分离后的短纤维铺设成网胎。
2)将碳纤维长排列成0°/90°铺层的无纬碳布，与网胎复合并逐层进行连续针刺形成单层复合材料，单层厚度控制在5-50mm。
3)以步骤2)制备的单层复合材料为产品的基本单元，将三层复合材料复合并经多角度逐层交叉连续针刺形成复合针刺预制体，控制上下层碳纤维针刺预制体体积密度为0.25-0.5，中间层碳纤维针刺预制体体积密度为0.5-0.75，层间密度为16±1层/cm，预刺密度为40-45针/cm3进针深度为15-150mm。
本发明采用碳纤维网胎有益于提高预制体层间结构的强度。通过交叉针刺使预制体上下层一体化，确保碳/碳沉积工艺中渗碳率高，结构均匀。这种碳纤维针刺预制体与密度恒定的针刺预制体相比，因预制体由外至内密度增加，外层孔隙较内层大，在后续沉积工艺中有利于反应气体在预制体内部由内至外地沉积，可有效地解决预制体表面孔隙容易封闭的问题，使用这种预制体比旧工艺生产成本节约20％左右，不但节约了人力、物力，而且大大缩短了生产周期。在保证产品质量的前提下，价格与国外的同类产品具有竞争力。
Claims (3)
1.一种碳纤维针刺预制体，该针刺预制体由三层体密度不同的碳纤维单层预制体多角度逐层交叉连续针刺而成，其特征是：中间碳纤维单层预制体比上下层碳纤维单层预制体的体密度大。
2.根据权利要求1所述的碳纤维针刺预制体，其特征是：所有单层预制体均由一层0°/90°铺层的无纬碳布与一层网胎复合，逐层连续针刺而成。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维针刺预制体，其特征是：所有碳纤维单层预制体的厚度为5-50mm，碳纤维单层预制体之间的层间密度为16±1层/cm，上、下层碳纤维单层预制体体积密度为0.25-0.5g/cm3，中间层碳纤维单层预制体体积密度为0.4-0.75g/cm3。
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