用于加工复合零件的纤维预成型料的复合纱线及其制备方法技术

一种用于加工复合零件的纤维预成型料的纱线，该纱线包括不连续的平行纤维，这些纤维是没有被加捻的，并且被包绕着纤维的损失材料的包绕纱线握持在一起；其特征在于：所述纱线是一种复合纱线，其中纤维包括从以下纤维中选出的至少两种不同性质的纤维的一种紧密复合物；这些纤维是：预氧化的聚丙烯腈基的碳纤维或碳母体纤维，各向异性树脂基的碳纤维或碳母体纤维，酚醛基的碳纤维或碳母体纤维，纤维素基的碳纤维或碳母体纤维，以及陶瓷纤维或者陶瓷母体纤维；并且还在于：纤维复合物包括碳纤维或碳母体纤维，这些纤维在碳态下，包括重量至少占１５％的纤维的复合物并且构成抗拉强度至少为１５００ＭＰａ，模量至少为１５０Ｇｐａ的高强碳纤维。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加工复合材料零件的纤维预成型料，尤其是一种用于此类加工的纱线。本专利技术的一个应用领域是应用于诸如离合盘，并主要是闸盘的复合材料摩擦盘的纤维预成型料。目前赛车使用碳-碳(C-C)复合材料闸盘，飞机的转子和定子多盘闸系统中也大规模地应用。复合C-C闸盘的制造包括加工碳纤维的纤维预成型料以及用一种碳基质致密预成型料，该碳基质填充预成型料中大部分的可初始接近的内孔。传统的致密是通过化学蒸汽或化学液体的渗透来实现的，也就是说通过热处理进行液态碳母体浸渍和碳母体转化来实现的。通常，通过叠置两维纤维织物形成的线网和交织针刺来制造纤维预成型料。两维纤维织物可以是机织物或预针刺的单向针布。线网在叠加的地方针刺起来，最好是如法国专利FR-A-2 584 106所描述的那样保持均匀的针刺厚度。线网被叠平并被缝成平片，环形闸盘预成型料从该处被切割。为了避免浪费大量材料，由两维纤维织物切割得到的并列的环形段形成线网，分隔环形区的线从一个线网偏离到下一个线网。由碳纤维制成的机织物式的或者单向针布式的两维纤维织物不适合针刺，事实上，露出倒刺或分叉的织针有使连续的或加捻的碳长丝断裂的趋势，它们形成纱线而不是把纤维横向放置在叠置的线网上。解决这个问题的一个方法是把一个碳纤维网与两维织物联结起来，该网提供的纤维能被织针携带。另一方案包括针刺由纤维形成的两维织物，这些纤维不是碳纤维而是更适合针刺的碳母体纤维。碳母体通过对针刺的预成型料的热处理得以转换。欧洲专利EP-A-0 489 637描述了制造用于加工预成型料的两维纤维织物，该预成型料必须是由不连续的并且彼此平行的未加捻纤维(短纤)复合成的一种纱线形成的，纱线完整性是通过损失材料的包绕纱线来保证的。通过溶解或加热清除包绕纱线以放开不连续纤维并且使之可以针刺，即使当纤维处在碳状态时也是这样。而且，放开纤维可以使它们延伸进入整个预成型料容积，从而使得在致密阶段孔隙更容易且更均匀地接近基质。这样致密会更彻底和更均匀。对于闸盘，纤维的材质构成了预成型料，用于加工预成型料的两维织物的结构，这些织物形成线网被连到了一起，尤其是针刺参数，致密前预成型料经过的热处理，基质的性质，致密模量，都显著地影响盘的机械和摩擦性能。尤其是在飞机制动的情况中，使用的盘不仅要具有能经受住冷热状态下的应力的机械性能，而且具有能使它们在不同环境中工作良好的摩擦性能，这些不同的环境包括滑行冷态时制动(起飞前跑道上滑行)，滑行热态时制动(着陆后跑道上滑行)，在正常着陆过程中制动，以及紧急制动(在起飞跑道的尽端阻止起飞)。然而，在能量吸收更适中的应用中，理想情况是，盘的摩擦表面能非常迅速地达到足够的温度，这样，复合材料的导热系数比飞机在紧急制动所需要的导热系数更有限。由申请人进行的试验台试验已经证实，预成型料中纤维性质对闸盘的性能影响很大，本专利技术的目的就是提供一种纱线，它尤其适合加工复合材料零件的纤维预成型料，但并不只是闸盘。本专利技术的进一步目的是提供一种加工这种纱线的方法。本专利技术的一个方面，用于加工复合材料零件的纤维预成型料的一种纱线包括不连续的平行纤维，这些纤维是无捻度的，并且通过包绕着纤维的损失材料的包绕纱线被握持在一起，其特征在于，该纱线是一种复合纱线，其中的纤维包括至少由两种不同性质纤维组成的相似的复合物。这两种不同性质的纤维是从以下物质中选出来的，它们是聚丙烯腈基的碳纤维或碳母体纤维，各向异性树脂基的碳纤维或碳母体纤维，各向同性基的碳纤维或碳母体纤维，酚醛基的碳纤维或碳母体纤维，纤维素基的碳纤维或碳母体纤维以及陶瓷纤维或陶瓷母体纤维，并且其特征在于，纤维的复合物包括碳纤维或碳母体纤维，在碳态下，它们包括重量至少占15％而且最好至少为30％的纤维复合物，构成高强碳纤维，其抗拉强度，至少1500MPa，模量至少150GPa，最好至少是200GPa。“碳纤维或碳母体纤维”这里指的是处于初始母体状态的纤维，例如处在聚丙烯腈状态或通过碳化完成母体转换后处于碳态的纤维，或者处于初始母体状态和碳态的中间状态，例如预氧化(pre-oxidized)或半碳化(Semi-carbonized)的纤维。类似的，“陶瓷纤维或陶瓷母体纤维”指的是处于初始母体状态或者在完成母体的转换后处于陶瓷状态的纤维，或者是处于初始母体状态和陶瓷状态的中间状态，例如在半陶瓷化(Semi-ceramized)状态的纤维。具有不同性质的纤维复合物使得纤维预成型料更好地用作复合材料零件。本专利技术的一个必要特征在于，复合作用不是通过使用不同性质的纱线生产纤维预成型料来完成的，而是在组成纱线的纤维状态，通过使用它们的一种紧密复合物完成的。例如对于闸盘，纤维的紧密复合物指“第三体”，在整个表面上是均匀的并且最有效地融合了不同性质纤维的各种性能，该“第三体”是摩擦过程中在不同摩擦表面的界面处产生的。通过至少部分来自一种复合纱线形成一个两维纤维织物，并通过叠置由纤维织物形成的线网，以及在清除包绕纱线后针刺叠置的线网，产生了一种用于复合材料零件的纤维预成型料。在叠置前或者在叠置过程中，清除包绕纱线从而放置在每层线网后，能连续完成针刺，如前引述的FR-A-2 584 106所述。当用来生产纤维预成型料的复合纱线包括处于初始状态的纤维或者是处于初始状态和最后的碳或陶瓷状态之间的中间状态时，通过热处理，纤维被转换成了碳或陶瓷。在致密工艺前，加工针刺预成型料的任何阶段，在复合纱线上，在完成的预成型料上，在任何中间阶段都可以进行热处理。当复合纱线为碳态的纤维时，针刺纤维预制成型料在高于1300℃，到2300℃的温度下进行热处理。这种热处理通过化学变化稳定纤维，尤其是，通过消除剩余的氮稳定了纤维的组分；通过结构变化，即完善石墨平板到更大或更小的范围；通过组织变化，即这些针布相对纤维轴线的定向以及这些针布和它们的转曲相对纤维表面的设置，稳定了纤维。热处理最好是在大约1600℃进行。应用高强度碳纤维提供了复合材料所需的机械性能。这些纤维的重量百分比最好不低于30％。比较有利的情况是，纤维的复合物包括碳纤维或者碳母体纤维，它们在碳态下又包括重量至少占15％的纤维的复合物并构成杨氏模量最大为100GPa的低模量纤维。低模量碳纤维选自酚醛母体碳纤维，各向同性树脂母体碳纤维和纤维素母体碳纤维。在碳态下，低模量碳纤维的重量百分比最好不低于30％。对碳态的纤维而不是母体状态的纤维进行针刺时，正如申请人已证实的那样，使用低模量碳纤维是有利的，这些纤维被优选地并主要是通过织针被拉过叠置的线网。在它应用到闸盘范围内，当预成型线网平行于摩擦表面时，大量存在的低模量纤维直接垂直于摩擦表面，这意味着盘的横向刚度不太高。这意味着当这些表面不是几何平面和平行，例如伴随着不平整的磨损的时候，盘能产生足够的弹性变形来保证整个摩擦表面，而不只是局部范围内的摩擦。事实上，低模量碳纤维被织针移动，这可能产生另一情况，当高模量碳纤维-如那些预氧化聚丙烯腈碳母体纤维或者那些各向异性树脂碳母体纤维在不连续并且无捻度时，有断裂的趋势。当高模量碳纤维的直径更大时，这种情况就更明显。这样，当复合纱线中高模量碳纤维直径大于8μm，最好是大于10μm时，低模量碳纤维几乎独家选择针刺。这样就保证了纤维预成型料的较低的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔·奥尔里，多米尼克·库佩，勒诺·迪瓦尔，阿米纳·泽杜克，
申请(专利权)人：航空发动机的结构和研究公司，
类型：发明
国别省市：