一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法，属于复合材料管领域，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。本发明专利技术自重较轻，且耐高温，加工过程尺寸稳定性好。

Carbon fiber reinforced high temperature resistant composite material pipe and preparation method thereof

The invention discloses a carbon fiber reinforced high temperature resistant composite material tube and its preparation method, which belongs to the field of composite material pipe, from inside to outside, including the stainless steel inner layer, the high temperature insulation composite layer, the axial strength layer and the most external rigid layer. The fiber and ceramic fiber are mixed with the structure impregnated modified resin of the preform, and the axial strength layer is composed of carbon fiber and high temperature resistant resin outside the heat insulation composite layer. The carbon fiber is used in axial arrangement structure, and the most outer rigid layer is reinforced by high modulus carbon fiber with two dimensional braided structure. High temperature resistant resin impregnated and composite. The invention has light weight and high temperature resistance, and has good dimensional stability during processing.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法
本专利技术涉及复合材料管
，特别是指一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法。
技术介绍
高温环境下的结构材料是现代工业生产设备以及军工设备或航空航天器中重要的承载部件，其中高温环境下的高速气流冲蚀和磨损是影响设备和部件寿命以及稳定性的主要情况，高温气相和固相冲蚀主要是小且松散的流动粒子冲击材料表面产生破坏，例如航空发动机的粉尘和沙粒对发动机材料表面的冲蚀，高温气流物料对高温管路的冲蚀，发电厂的微尘煤灰气体对换热器管道的冲蚀等。现代高温耐热材料不仅要求耐热性，而且要求低密度、密封性以及高温的综合力学强度。传统的材料采用特种金属，自身的刚度和强度较差，生产成本高而且耐热性较差。为了解决这一问题，新型的多种材质综合运用的复合结构是解决这一问题的主要方法。
技术实现思路
本专利技术提供一种一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法，其自重较轻，且耐高温，加工过程尺寸稳定性好。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一方面，本专利技术提供一种碳纤维增强耐高温复合材料管，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。进一步的，所述不锈钢内层的厚度为2-5mm，所述高温隔热复合材料层的厚度为2-5mm，所述轴向强度层的厚度为4-5mm，所述最外刚性层的厚度为4-5mm。另一方面，本专利技术还提供一种上述碳纤维增强耐高温复合材料管的制备方法，包括：步骤1：不锈钢内层的制备：采用特种合金钢制备不锈钢内层，特种合金钢为310S奥氏体铬镍不锈钢、800N8800镍铁铬合金或600N06600镍铬系镍基合金；步骤2：高温隔热复合材料层的制备：在步骤1制备的不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织高温隔热复合材料层预制体结构浸渍改性树脂复合而成，采用改性树脂在-0.06～-0.1MPa真空度浸渍高温隔热复合材料层预制体，固化一定时间成型；步骤3：轴向强度层的制备：在步骤2得到的高温隔热复合材料层的表面采用碳纤维轴向排布结构在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，加热固化一定时间成型；步骤4：最外刚性层的制备：在步骤2得到的轴向强度层的表面采用高模量碳纤维二维编织结构，在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，热固化成型。进一步的，步骤2中，高温隔热复合材料层的碳纤维为T300、T700、T800、T1000或T1200；陶瓷纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硼纤维或氮化硼纤维。进一步的，步骤2中，预制体结构采用三维四向、三维五向、三维七向或2.5维结构。进一步的，步骤2中，改性树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或环氧树脂；改性树脂中添加隔热石英或氧化铝陶瓷空心球进行隔热改性，空心球的比例为5-20％。进一步的，步骤2中，空心球为混级球或分级球，所述混级球的粒径为0.2-5mm，所述分级球的粒径分别为0.2-1mm、1-2mm、2-3mm、3-5mm。进一步的，步骤2中，高温隔热复合材料层的制备过程中固化温度为120-150℃，固化时间为1-4小时。进一步的，步骤3中，碳纤维为T300、T700、T800、T1000或T1200，耐高温树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或环氧树脂；固化温度为120-150℃，固化时间为1-4小时。进一步的，步骤4中，高模量碳纤维为M35J、M40J、M45J、M55J或M60J，耐高温树脂为酚醛树脂、呋喃树脂或环氧树脂；固化温度为120-150℃，固化时间为1-4小时。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，本专利技术由多层多材质层状结构、多种碳纤维排布组合而成，高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成，具有较好的耐高温性和隔热性；轴向强度层和最外刚性层中均通过耐高温树脂浸渍而成，加工过程尺寸稳定，四层结构有机组合，有效综合了材料的强度和刚度，解决了金属材质的高温刚性不足，加工过程尺寸不稳定的问题，同时自重较轻。附图说明图1为本专利技术的碳纤维增强耐高温复合材料管的整体结构示意图，其中，1-不锈钢内层，2-高温隔热复合材料层，3-轴向强度层，4-最外刚性层。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。一方面，本专利技术提供一种碳纤维增强耐高温复合材料管，如图1所示，由内到外依次包括不锈钢内层1、高温隔热复合材料层2、轴向强度层3和最外刚性层4，其中：高温隔热复合材料层2在不锈钢内层1表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；轴向强度层3在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，碳纤维采用轴向排布结构；最外刚性层4采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。本专利技术的碳纤维增强耐高温复合材料管，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，本专利技术由多层多材质层状结构、多种碳纤维排布组合而成，高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成，具有较好的耐高温性和隔热性；轴向强度层和最外刚性层中均通过耐高温树脂浸渍而成，加工过程尺寸稳定，四层结构有机组合，有效综合了材料的强度和刚度，解决了金属材质的高温刚性不足，加工过程尺寸不稳定的问题，同时自重较轻。进一步的，不锈钢内层1的厚度为2-5mm，高温隔热复合材料层2的厚度为2-5mm，轴向强度层3的厚度为4-5mm，最外刚性层4的厚度为4-5mm，其各层厚度也可以根据产品要求灵活调整，并不限于上述尺寸范围。另一方面，本专利技术还提供一种上述的碳纤维增强耐高温复合材料管的制备方法，包括：步骤1：不锈钢内层1的制备：采用特种合金钢制备不锈钢内层，特种合金钢为310S奥氏体铬镍不锈钢、800N8800镍铁铬合金或600N06600镍铬系镍基合金；步骤2：高温隔热复合材料层2的制备：在步骤1制备的不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织高温隔热复合材料层预制体结构浸渍改性树脂复合而成，采用改性树脂在-0.06～-0.1MPa真空度浸渍高温隔热复合材料层预制体，固化一定时间成型；步骤3：轴向强度层3的制备：在步骤2得到的高温隔热复合材料层的表面采用碳纤维轴向排布结构在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，加热固化一定时间成型；步骤4：最外刚性层4的制备：在步骤2得到的轴向强度层的表面采用高模量碳纤维二维编织结构，在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，热固化成型。下面结合具体实施例进行进一步说明本制备方法的特征和细节，但所列过程和数据并不意味着对本专利技术范围的限制。实施例1：一种耐高温多层多材质层状结构碳纤维复合材料管，包括：不锈钢内层、高温隔热复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强耐高温复合材料管，其特征在于，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强耐高温复合材料管，其特征在于，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强耐高温复合材料管，其特征在于，所述不锈钢内层的厚度为2-5mm，所述高温隔热复合材料层的厚度为2-5mm，所述轴向强度层的厚度为4-5mm，所述最外刚性层的厚度为4-5mm。3.一种权利要求1-2任一所述的碳纤维增强耐高温复合材料管的制备方法，其特征在于，包括：步骤1：不锈钢内层的制备：采用特种合金钢制备不锈钢内层，特种合金钢为310S奥氏体铬镍不锈钢、800N8800镍铁铬合金或600N06600镍铬系镍基合金；步骤2：高温隔热复合材料层的制备：在步骤1制备的不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织高温隔热复合材料层预制体结构浸渍改性树脂复合而成，采用改性树脂在-0.06～-0.1MPa真空度浸渍高温隔热复合材料层预制体，固化一定时间成型；步骤3：轴向强度层的制备：在步骤2得到的高温隔热复合材料层的表面采用碳纤维轴向排布结构在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，加热固化一定时间成型；步骤4：最外刚性层的制备：在步骤2得到的轴向强度层的表面采用高模量碳纤维二维编织结构，在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，热固化成型。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，乔琨，张敏，刘玉兰，周亮，
申请(专利权)人：山东中恒景新碳纤维科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37