CN104029401A - 利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法 - Google Patents

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张向阳
还大军
文立伟
肖军
褚奇奕
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Abstract

一种利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法，其特征在于：Z-pin拉挤成型所用增强材料为捻度为80~100捻/米的加捻碳纤维。该种方法利用加捻纤维对树脂基体产生压力抑制酚醛树脂内部气泡的生长，改善了酚醛树脂固化产物挥发造成Z-pin制品内部产生的气孔缺陷。所得Z-pin制品可用于碳纤维\酚醛树脂体系耐烧蚀防热复合材料的增强，显著改善其抗剥离、抗冲刷性能。

Description

利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法
技术领域
本发明涉及碳纤维\酚醛树脂体系Z-pin的制备方法，属于复合材料制造方法技术领域。
背景技术
酚醛树脂基复合材料是目前常用的热防护材料，广泛应用于各种载人飞船的返回舱、火箭和导弹端头，但复合材料层间结合薄弱导致多层复合热防护材料层间抗剥离、抗冲刷能力很难达到较高的使用要求。为了解决这个问题，李宁（李宁. Z-pin增强酚醛层合板制备工艺及性能研究[D]. 南京航空航天大学, 2012.）发表论文，利用石英\酚醛体系Z-pin能够提高石英\酚醛树脂体系复合材料的层间结合强度。但对于碳纤维体系耐烧蚀复合材料，由于模量、热膨胀系数和耐温性等材料属性不匹配，石英纤维增强Z-pin无法满足使用，必须开发碳纤维增强酚醛树脂体系Z-pin。热固性酚醛树脂固化产物挥发在碳纤维/酚醛体系Z-pin拉挤制品中留下大量气孔缺陷，气孔的存在导致Z-pin无法作为增强体植入到复合材料坯料中，从而无法实现层间增强作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维\酚醛树脂体系Z-pin的制造方法，利用对碳纤维进行加捻处理以解决Z-pin制备过程中酚醛树脂固化挥发物造成的气泡缺陷，为碳纤维\酚醛树脂体系耐烧蚀防热复合材料提供增强体。
一种利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法，采用拉挤工艺成型，依次纤维在线加捻工序、浸胶工序、模具成形工序、后固化工序、牵引工序及收卷工序，其特征在于：浸胶工序前添加在线加捻工序，实现碳纤维加捻处理。
所述的利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法，其特征在于：加捻工序的捻度为80~100捻/米。
利用加捻碳纤维改善Z-pin内部气孔缺陷的原理如下，加捻纤维单丝所形成的螺旋线沿纱束圆周分布，在拉挤牵引力作用下，纤维单丝发生变形，距轴心距离越远，变形越大，相邻的两层纤维单丝由于变形差异而对它们之间的树脂产生挤压作用。利用该挤压力作用抵消酚醛树脂固化产物挥发对孔隙生长提供的驱动力，从而抑制Z-pin制品中产生气泡缺陷，改善纤维与树脂界面结合状态。
利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的优点在于：（1）排除了Z-pin中的气泡缺陷，可实现碳纤维\酚醛树脂Z-pin的连续、稳定生产；（2）Z-pin中纤维与树脂结合状态良好，避免了后续植入过程中Z-pin发生端部粉碎或者失稳，提高了最大植入深度，从而提高了可增强复合材料的最大厚度。
附图说明
图1是碳纤维\酚醛树脂Z-pin拉挤过程示意图；
图2是Z-pin超声植入示意图；
图中标号名称：1、纤维在线加捻装置2、纤维导向装置，3、浸胶装置，4、拉挤模具，5、后固化装置，6、牵引装置，7、收卷装置，8、超声植入枪，9、Z-pin植入预制体，10预浸料坯料。
具体实施例
该实施例说明本发明提供的加捻碳纤维增强酚醛树脂体系Z-pin的制备方法。
① 选用T300碳纤维置于图1中的在线加捻装置上，将纤维依次穿过图1中的纤维导向装置2、浸胶装置3、拉挤模具4、后固化装置5、牵引装置6、和收卷装置7，设置纤维在线加捻装置1中转轴转速与拉挤模具4的拉挤速度，得到纤维捻度为80捻/米。
② 将B30酚醛树脂置于真空烘箱中进行60℃、1h脱泡处理后，倒入胶槽中待使用。
③ 设置模具温度为90℃，后固化装置温度为180℃。
④ 等待***稳定后，开启牵引装置。
⑤ 检测Z-pin直径为0.5±0.01mm，内部无明显气泡，按图2所示超声植入方法进行超声植入实验，得到Z-pin最大植入深度为10mm。

Claims (2)

1.一种利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法，采用拉挤工艺成型，依次纤维在线加捻工序、浸胶工序、模具成形工序、后固化工序、牵引工序及收卷工序，其特征在于：
浸胶工序前添加在线加捻工序，实现碳纤维加捻处理。
2. 根据权利要求1所述的利用加捻碳纤维制备酚醛树脂体系Z-pin的方法，其特征在于：加捻工序的捻度为80~100捻/米。
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