一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架制造技术

本发明专利技术公开了一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，包括一组横向设置的碳纤维，一组纵向设置的碳纤维，以及一组垂直设置的碳纤维；所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维上下交替设置，所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维在垂直投影面上的投影相交形成正方形，所述垂直设置的碳纤维在垂直投影面上的投影位于所述正方形的中心位置。该用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架的结构体相互交叉、不易扭曲、强度高，可以复制扩大且结构均匀，因此在一定方向上受力均匀；密度高；长丝占有率高；所有长丝或者线材之间存在开放性通道，能使后续CVD或CVI工艺处理非常顺利。

【技术实现步骤摘要】
一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架
本专利技术涉及一种碳纤维复合材料，尤其涉及一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架。
技术介绍
目前，三维编织碳纤维复合材料凭借其超强韧性、能量吸收性能、轻柔性、结构稳定、耐腐蚀与耐高温等特性，已经广泛应用在航空航天、高端产业等领域中，但在实际应用中，特别在使用条件较为苛刻的环境中，现有的碳碳复合材料存在以下缺陷：其一：现有的大多数碳碳复合材料骨架一是用无纺针刺工艺制成的针刺毡，此法是用聚丙烯腈(PAN)的大丝束原丝，经预氧化工艺设备制成的预氧化丝束，经后续拉断法或切断法成为预氧化短纤维(不是碳纤维)。然后将预氧短纤维经过无纺针刺工艺设备流程，制成有限厚度的预氧针刺毡，即成为骨架材料。因受针刺工艺条件的限制，针刺毡松软，密度较低在0.26g/cm3左右，且预氧纤维强度较差。二是由碳纤维织成的二维(经、纬)平面布，或者由碳纤维无纺预浸布(片)，在平面方向层与层之间以0°/90°角度或其他角度铺层，并在其间充填短碳纤维，以此增加其密度，叠合成所需厚度，然后在垂直方向(Z向)，再由碳纤维长丝连续贯穿缝合(类似手工扎鞋底的方法)所构成的三向骨架材料，密度在0.3～0.4g/cm3。所以，碳纤维骨架密度不高，在经后续气相沉积或液相浸渍高温增强处理后强度不高，特别是针刺工艺方法，所用的预氧纤维更显强度不足。其二：用针刺毡制成的骨架，因针刺毡的长度受到钢针材料长度和刚度的制约，针刺毡的厚度一般不超过50毫米，要得到所需厚度，则要一层一层用粘合剂粘结叠加，厚度500毫米(50毫米x10层)，因此易分层强度差。而用层铺的方法制成的骨架，因受细长扎针长度和刚度的制约，此种骨架在长度方向最大不超过360毫米。所以，这两种方法都无法制成大体积的碳纤维复合材料骨架。其三：用针刺毡或者层铺的方法制成的碳纤维复合材料骨架，骨架内部路径混乱，容易产生阻力，导致渗入不深，而且骨架内部的气体不易排出，因而制成的复合材料内部会形成气包，不易排出，当遇到高温高压时，会带来产品的破坏。其四：用针刺毡或者层铺的方法制成的碳纤维复合材料骨架，只能采用单一的原材料，应用范围有限，不能根据特殊的应用特性而采用混编的方式来提高性能。因此，针对上述现有技术所存在的问题，本领域技术人员亟待开发出能够克服上述缺点的碳纤维棒骨架结构。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中用针刺毡或层铺的方法制成碳纤维复合材料所存在的上述问题，提供一种结构稳固、受力均匀、抗冲击力强、能制成大体积的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，包括一组横向设置的碳纤维，一组纵向设置的碳纤维，以及一组垂直设置的碳纤维；所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维上下交替设置，所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维在垂直投影面上的投影相交形成正方形，所述垂直设置的碳纤维在垂直投影面上的投影位于所述正方形的中心位置。进一步地，每组碳纤维均由若干排组成，每排碳纤维位于同一平面上，排与排所处的平面相互平行，每排由多根碳纤维构成，根与根之间相互平行。进一步优选地，所述一组横向设置的碳纤维中，各排碳纤维长丝或者碳纤维线材在垂直投影面上的投影重叠。进一步优选地，所述一组纵向设置的碳纤维中，各排碳纤维长丝或者碳纤维线材在垂直投影面上的投影重叠。进一步优选地，所述每组碳纤维中，相邻两排所处的平面之间的间距相等；每排碳纤维中，相邻两根碳纤维之间的间距相等。进一步优选地，所述一组横向设置的碳纤维中，相邻两排碳纤维所处的平面之间的间距至少为碳纤维直径的2倍。进一步较为优选地，在每排横向设置的碳纤维中，相邻两根碳纤维之间的间距至少为碳纤维直径的2倍。进一步优选地，所述一组纵向设置的碳纤维中，相邻两排碳纤维所处的平面之间的间距至少为碳纤维直径的2倍。进一步较为优选地，在每排纵向设置的碳纤维中，相邻两根碳纤维之间的间距至少为碳纤维直径的2倍。进一步地，所述碳纤维为碳纤维长丝和/或碳纤维线材。进一步优选地，所述碳纤维长丝和/或碳纤维线材的截面为圆形或方形。进一步地，所述垂直设置的碳纤维采用预制刚性碳纤维长丝线材。进一步优选地，所述一组横向设置的碳纤维、一组纵向设置的碳纤维、以及一组垂直设置的碳纤维均为碳纤维长丝或碳纤维线材；或者所述一组横向设置的碳纤维、一组纵向设置的碳纤维、以及一组垂直设置的碳纤维均为碳纤维长丝均为预制刚性碳纤维长丝和/或碳纤维线材；以及或者所述一组横向设置的碳纤维和所述一组纵向设置的碳纤维采用碳纤维长丝或碳纤维线材，所述一组垂直设置的碳纤维采用预制刚性碳纤维长丝和/或碳纤维线材。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：1)该用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，采用三组碳纤维长丝或者碳纤维线材，相互平行、相互交叉，密度可达0.5～0.8g/cm3，得到各向同质均匀等强度碳碳复合材料所需的骨架；2)利用大型立体编织机，编织长丝碳纤维长丝占有率最高可达100％的大规格整体性立体，特别是长大的立体，长度可达10米以上；3)针对CVD或CVI容易遇到阻力且碳纤维骨架内部的气体排出不畅的问题，该立体骨架由于平行碳纤维长丝或者碳纤维线材之间存在开放通道，使得CVD或CVI更加容易，内部气体的排出基本能在垂直方向排出，所以进出阻力较小，更容易生产大尺寸的骨架。4)该用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架可根据应用所需，编织成柔性编织立体、刚性编织立体、以及刚柔混编立体；5)该用于编织细观碳纤维复合材料的立体骨架中各组碳纤维在细观尺度上形成各自的三维空间连续网络结构，互相交织在一起，相互交叉，互不干涉。综上，本专利技术提供的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架的结构体相互交叉、不易扭曲、强度高，可以复制扩大且结构均匀，因此在一定方向上受力均匀；密度高；长丝占有率高；所有长丝或者线材之间存在开放性通道，能使后续CVD或CVI工艺处理非常顺利。附图说明图1为本专利技术一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架单个单元的结构图；图2为本专利技术一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架单个单元的俯视图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本专利技术，但是下述实施例并不限制本专利技术范围。实施例1如图1和图2所示，本实施例提供一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其由三组碳纤维长丝组成，分别为一组横向设置(X向)的碳纤维长丝1，一组纵向设置(Y向)的碳纤维长丝2，以及一组垂直设置(Z向)的碳纤维长丝3，所述的横向设置的碳纤维长丝1和纵向设置的碳纤维长丝2上下交替设置，横向设置的碳纤维长丝1和纵向设置的碳纤维长丝2在垂直投影面上的投影相交形成多个正方形，垂直设置的碳纤维长丝3在垂直投影面上的投影位于该正方形的中心。横向设置(X向)的碳纤维长丝1与纵向设置(Y向)的碳纤维长丝2之间相互垂直设置，垂直设置(Z向)的碳纤维长丝3与横向设置(X向)的碳纤维长丝1和纵向设置(Y向)的碳纤维长丝2皆垂直。每组碳纤维长丝由若干排组成，每排碳纤维长丝位于同一平面上，排与排所处的平面相互平行，每排由多根碳纤维长丝构成，根与根之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，包括一组横向设置的碳纤维，一组纵向设置的碳纤维，以及一组垂直设置的碳纤维；所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维上下交替设置，所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维在垂直投影面上的投影相交形成正方形，所述垂直设置的碳纤维在垂直投影面上的投影位于所述正方形的中心位置。

【技术特征摘要】
1.一种用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，包括一组横向设置的碳纤维，一组纵向设置的碳纤维，以及一组垂直设置的碳纤维；所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维上下交替设置，所述横向设置的碳纤维和所述纵向设置的碳纤维在垂直投影面上的投影相交形成正方形，所述垂直设置的碳纤维在垂直投影面上的投影位于所述正方形的中心位置。2.根据权利要求1所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，每组碳纤维均由若干排组成，每排碳纤维位于同一平面上，排与排所处的平面相互平行，每排由多根碳纤维构成，根与根之间相互平行。3.根据权利要求2所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，所述一组横向设置的碳纤维中，各排碳纤维长丝或者碳纤维线材在垂直投影面上的投影重叠。4.根据权利要求2所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，所述一组纵向设置的碳纤维中，各排碳纤维长丝或者碳纤维线材在垂直投影面上的投影重叠。5.根据权利要求2所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，所述每组碳纤维中，相邻两排所处的平面之间的间距相等；每排碳纤维中，相邻两根碳纤维之间的间距相等。6.根据权利要求2所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立体骨架，其特征在于，所述一组横向设置的碳纤维中，相邻两排碳纤维所处的平面之间的间距至少为碳纤维直径的2倍。7.根据权利要求6所述的用于编织细观结构碳纤维复合材料的立...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚妙福，陈丹鹰，商思善，张国良，刘素琴，李晟，陈来，钟琪，
申请(专利权)人：上海钐顺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31