CN105835258A - 一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架 - Google Patents

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Abstract

本发明设计一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架，碳纤维棒骨架有七组，其中三组由一组垂直一组横向一组纵向组成，另有四组碳纤维棒，每组碳纤维棒相互平行且相邻碳纤维棒均等距离，以斜角***到前述三组碳纤维棒组成的立方体中的一个侧面，面面相对的两组碳纤维棒分别插在垂直纤维棒的左右或前后。本发明的优点是基本单元呈四棱锥包围在一个三维结构体上，结构体不易扭曲、变形，无论从哪个方向切入，均构成网状，因此承受力平均，能多方位抵抗冲击力，所有的碳纤维棒骨架之间存在有开放通道，所以空间占空比较大，占30%——40%，延续到CVD工序中，能使工艺处理非常顺利。

Description

一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架
技术领域
本发明涉及一种碳纤维棒结构复合材料，尤其是涉及一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架。
背景技术
目前，三维碳纤维棒复合材料因其耐高温、耐腐蚀、抗冲击力等优良性能，人们已广泛地将其应用在航空航天、高端产业等各领域中。但是在实际应用过程中，三维碳纤维棒复合材料因采用的碳纤维为三维的水平垂直及纵向结构，导致存在以下缺陷：
其一：由于不是多角度增强受力，因此受力强度不够均匀（剖截面上受力强度不一致），不能多方位抵抗冲击力；
其二：由于本身由短切碳纤维棒构成，因此限制了碳纤维棒本身的固特性，其耐高温、耐腐蚀、抗冲击力等优势得不到充分体现；
其三：因三维碳纤维棒复合材料内部的三维碳纤维棒骨架占空比比较大,其之间的空隙较小，当三维碳纤维棒骨架放入模具中进行增强聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚芳基乙炔硅树脂、增强聚醚醚酮的浇铸时，会产生阻力，导致所浇铸的增强聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚芳基乙炔硅树脂、增强聚醚醚酮等产生气泡，因而所制成的复合材料存在有瑕疵，当复合材料用语高科技及高端的航空航天领域时，遇到高温高压时，小小的瑕疵就会带来整个结构的崩溃，从而带来不能承受的损失，现在有了新型四维碳纤维棒结构复合材料，其四维碳纤维棒构成了类金字塔结构，其碳纤维棒的占比很高，其稳定性更强，做成的复合材料个项指标非常高，但是当需要制作金属基、陶瓷基的复合材料时，由于留下渗入空间有限，直接影响了复合材料的性能，因此亟待开发出具有较大渗入空间的七维碳纤维棒结构复合材料。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的三维、四维碳纤维棒复合材料所存在的上述问题,提供一种结构稳定牢固、受力强度均匀、能多方位抵抗冲击力且有较大渗入空间的一种七维碳纤维棒结构复合材料。本发明设计一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架，碳纤维棒骨架有七组，其中三组由一组垂直一组横向一组纵向组成，横向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒和横向的碳纤维棒上下交替设置，纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之间等距离平行设置，所有纵向的碳纤维棒在垂直投影面上的投影重叠，所有横向的碳纤维棒在水平投影面上的投影重叠，纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面上构成一正方形，垂直一组的碳纤维棒位于纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面构成正方形的中心线上；另有四组碳纤维棒，每组碳纤维棒相互平行且相邻碳纤维棒均等距离，以斜角***到前述三组碳纤维棒组成的立方体中的一个侧面，面面相对的两组碳纤维棒分别插在垂直纤维棒的左右或前后。横向、纵向的碳纤维棒相互之间的距离至少4根碳纤维棒的直径。纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之的距离至少4根碳纤维棒的直径。
本发明由于采用上述技术方案，取得了如下效果：
其一：针对三维碳纤维棒复合材料受力强度不够均匀的问题，由于采用了七维结构体，其形成的基本单元呈四棱锥包围在一个三维结构体上，结构体不易扭曲、变形，无论从哪个方向切入，均构成网状，因此承受力平均，能多方位抵抗冲击力。
其二：针对三维碳纤维棒复合材料多数由短切碳纤维棒构成的问题，由于将碳纤维棒长条束整合成了碳纤维棒棒，因此拉伸性良好，能保持碳纤维棒本身耐高温、耐腐蚀等特性。
其三：针对三维碳纤维棒复合材料对后续CVD工序带来阻力的问题，本发明因为所有的碳纤维棒骨架之间存在有开放通道，所以空间占空比较大，占30%——40%，延续到CVD工序中，能使工艺处理非常顺利。
附图说明
下面结合附图和本发明的具体实施例对本发明作进一步详细描述：
图 1 是本发明的单个单元的结构示意图（垂直水平横向三组碳纤维棒），
图 2 是本发明的图1的单个单元加了一组斜插的碳纤维棒结构示意图，
图 3是本发明的图2的右侧结构示意图，（在图2的基础上，再加了一组斜插的碳纤维棒结构示意图，构成有两组面对面的斜插的碳纤维棒）。
具体实施方式
图中一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架，碳纤维棒骨架有七组，其中三组由一组垂直1一组横向2一组纵向3组成，横向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒和横向的碳纤维棒上下交替设置，纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之间等距离平行设置，所有纵向的碳纤维棒在垂直投影面上的投影重叠，所有横向的碳纤维棒在水平投影面上的投影重叠，纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面上构成一正方形，垂直一组的碳纤维棒位于纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面构成正方形的中心线上；另有四组碳纤维棒4、5（另两组图中未画），每组碳纤维棒相互平行且相邻碳纤维棒均等距离，以斜角***到前述三组碳纤维棒组成的立方体中的一个侧面，面面相对的两组碳纤维棒分别插在垂直纤维棒的左右或前后。横向、纵向的碳纤维棒相互之间的距离至少4根碳纤维棒的直径。纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之的距离至少4根碳纤维棒的直径。
制作碳纤维棒复合材料时，可先制备长方体的模具，为了保证碳纤维棒的穿行顺利，必须保证非常精度的加工精度，一般先制备碳纤维棒，将长丝碳纤维浸渍然后，经过预成型，然后分多级加热制成碳纤维棒，为了能够在穿碳纤维棒时的稳定，必须保证制成的碳纤维棒公差一致，并保持一定的精度范围，然后依此分组将碳纤维棒按照每层放置在模具中，先放置水平面上的纵向碳纤维棒，然后放置横向碳纤维棒，交替上述过程，直到全部放置好所有的纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒，然后依靠模具放置垂直的碳纤维棒，再将其余的四组碳纤维棒一组一组先放置在模具中，以一斜角从前述构成的三组碳纤维棒组成的立方体中的一个侧面***，面面相对的两组碳纤维棒分别插在垂直纤维棒的左右或前后。待所有的碳纤维棒全部放置后形成了碳纤维棒骨架，由于在进行增强聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚芳基乙炔硅树脂、增强聚醚醚酮等的浇铸时容易在模具内形成气泡，因此可以采用先对模具抽真空，然后浇铸，进行后续CVD工序，所有的碳纤维棒构成的碳纤维棒骨架之间存在所有的空间均存在有开放通道，无任何的死角，并且整个碳纤维棒骨架每层的所有通道均等，因此当进行上述填料的浇铸时，可以保证浇铸到所有的空间，不会存在气泡，保证复合材料的质量。也同时由于整个碳纤维棒骨架每层的所有通道较宽畅，因此可以在浇铸增强聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚芳基乙炔硅树脂、增强聚醚醚酮时掺入金属粉或陶瓷粉，最后烧结成金属基或陶瓷基或金属陶瓷复合的碳纤维复合材料。

Claims (3)

1.一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架，其特征在于：碳纤维棒骨架有七组，其中三组由一组垂直一组横向一组纵向组成，横向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒相互之间等距离平行设置，纵向的碳纤维棒和横向的碳纤维棒上下交替设置，纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之间等距离平行设置，所有纵向的碳纤维棒在垂直投影面上的投影重叠，所有横向的碳纤维棒在水平投影面上的投影重叠，纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面上构成一正方形，垂直一组的碳纤维棒位于纵向碳纤维棒和横向碳纤维棒在垂直投影面构成正方形的中心线上；另有四组碳纤维棒，每组碳纤维棒相互平行且相邻碳纤维棒均等距离，以斜角***到前述三组碳纤维棒组成的立方体中的一个侧面，面面相对的两组碳纤维棒分别插在垂直纤维棒的左右或前后。
2.按权利要求1所述的一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架， 其特征在于：横向、纵向的碳纤维棒相互之间的距离至少4根碳纤维棒的直径。
3.按权利要求1所述的一种七维碳纤维棒结构复合材料的碳纤维棒骨架， 其特征在于：纵向的碳纤维棒组成的面和横向的碳纤维棒组成的面相互之的距离至少4根碳纤维棒的直径。
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