一种碳纤维-PMI复合管道及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种碳纤维‑PMI复合管道及其制备方法，碳纤维‑PMI复合管道包括管壁和中空腔体，其管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层，所述PMI膜的厚度不超过1mm。本发明专利技术采用呈多层三明治夹心结构的碳纤维‑PMI复合材料作为管壁构建中空的管道结构，由此形成的管道结构具有优异的比刚度、比强度以及耐腐蚀性能。可以合理利用本发明专利技术提供的碳纤维‑PMI复合管道的中空管腔的内部空间收纳同一设计中的零部件，另一方面，碳纤维‑PMI复合管道的外壁也能够为置于中空管腔内的零部件提供保护作用，降低了零部件受撞击、侵蚀、光照老化的可能性，延长了零部件的使用寿命。

A carbon fiber PMI composite pipe and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维-PMI复合管道及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，具体地，涉及一种碳纤维-PMI复合管道及其制备方法。
技术介绍
碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。在现有技术中，碳纤维的主要用途是作为增强材料与泡沫、树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一种交联的、孔径分布均匀的泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比强度、比模量、耐热性和耐湿热性能，以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性。PMI是目前世界上比强度(强度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有优异的耐高温性能和尺寸稳定性能，是制造轻质高强复合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的闭孔率高，孔径分布均匀，吸湿率低，使其作为芯材的夹芯复合材料具有远优于蜂窝复合材料的耐久性和耐环境性。然而，PMI作为一种硬质泡沫塑料，在常温下不具有可弯折性，这种特性限制了PMI在构建异形结构上的应用。在现有技术中，若需要将PMI复合到曲面基材或者弯折基材的表面，一般需要在高温下将PMI板贴合基材或模具，制得具有异形轮廓的PMI预成型件，或者，采用切割器械，按照所需的异形轮廓对PMI的表面进行切割加工。在上述的PMI预成型方式中：前者一般需要借助额外的、具有特定形状的预成型模具，预成型模具的投入增加了生产成本；而后者则需要根据实际的加工需要编辑特定的表面机械加工参数，这种预成型方式也不适于连续性的批量生产，而且会产生很多下脚料，造成原材料的浪费，以及产生下脚料的处理或回收工序。此外，通过上述方法制得的PMI预成型件具有较低的灵活普适性，只能与特定的模具或基材相匹配。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纤维-PMI复合管道及其制备方法，以得到一种具有良好力学性能的复合材料管道。根据本专利技术的一个方面，提供一种碳纤维-PMI复合管道：包括管壁和中空腔体，其管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层，且PMI膜的厚度不超过1mm本专利技术采用呈多层三明治夹心结构的碳纤维-PMI复合材料作为管壁构建中空的管道结构，由此形成的管道结构具有优异的比刚度、比强度和耐腐蚀性能，可以将其广泛地应用于多个领域的各种结构设计中。在实际应用中，可以合理利用本专利技术提供的碳纤维-PMI复合管道的中空管腔的内部空间收纳同一设计中的零部件，另一方面，碳纤维-PMI复合管道的外壁也能够为置于中空管腔内的零部件提供保护作用，降低了零部件受撞击、侵蚀、光照老化的可能性，延长了零部件的使用寿命。优选地，PMI膜由100％PMI制成。优选地，PMI膜的厚度不超过0.3mm。与传统的PMI板材不同，厚度不超过1mm的PMI膜在常温下具有一定的可卷曲性，应用这种PMI膜作为制备复合材料管道的芯层材料，可以直接将PMI膜贴合基材的轮廓复合在基材外侧，由此，可以将批量生产的PMI膜灵活地应用于多种不同形状的复合材料管道中。此外，相对于厚板间的复合，薄层间结合的复合具有较大的层间结合力，层间结合得更为紧密，不易脱层，提高了管道的整合性以及力学性能。利用PMI优异的力学性能，在PMI膜与碳纤维膜的相互交替复合形成管壁中，PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管壁具有高强的抗拉伸性、耐压性。在管壁中，每层PMI膜的厚度占比较小，因此，可以采用多层PMI膜复合的形式使管道具有更大的机械强度，同时，不会使管道的外径明显增加，避免了外径增大使管道的应用场景受限。优选地，PMI膜呈螺旋状地复合在其内侧碳纤维层的外围。优选地，其形态呈竖直管状，或弧形管状，或弯折管状。任一径向截面的几何中心皆处于同一直线上的管道均可以称为竖直管道，重心处于其管身外部并且不具有弯折结构的管道均可以称为弧形管道，管身包括至少一个弯折拐角的管道皆可以称为弯折管道。呈螺旋状的复合方式使PMI膜可以更好地适应不同形状的基材，并能够与基材的表面紧密贴合，避免复合PMI膜所产生的死角位，由此能够制作各种一体成型的异型管道，尤其是呈弯折管状的管道，无需在弯折处设置断点，避免了断点处由于不同程度的应力集中而使管道产生不可控的形变和裂纹。可选地，PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。直接包覆是指PMI膜被采用类似卷烟的方式直接包裹住碳纤维层的外围。根据本专利技术的另一个方面，提供一种上述碳纤维-PMI复合管道的制备方法，包括以下步骤：S1.在芯轴模具表面卷覆碳纤维作为基底层；S2.在常温下，将PMI膜和碳纤维层卷覆在基底层的外围以在基底层的外围形成夹层结构，夹层结构为含有至少两层为PMI膜的多层夹心结构；S3.在夹层结构的外围卷覆碳纤维层以形成蒙皮层；S4.使组成管壁的各相邻层状结构定型复合；S5.脱去芯轴模具，制得碳纤维-PMI复合管道。优选地，在S3中，PMI膜以螺旋缠绕的方式卷覆在其相邻内侧的碳纤维层的外围。可选地，在S3中，缠绕PMI膜的操作具体为：在卷覆在芯轴模上的碳纤维层的外围涂覆粘胶，然后，在常温下，使PMI膜螺旋缠绕在碳纤维层的外围。可选地，在S3中，缠绕PMI膜的操作具体为：将PMI膜预浸在粘胶中，然后，在常温下，将表面覆盖有粘胶的PMI膜螺旋缠绕在卷覆在芯轴模上的碳纤维层的外围。在上述制备过程中，均可以在常温的条件下，将批量生产的PMI膜直接覆盖在基材的表面，无需增设加热装置或机械切割装置以PMI板材的预成型，对于涉及PMI芯层材料的复合材料的生产制造来说，简化了其制作工序、缩短了其制作周期、降低了其制作成本和能耗，有利于提高生产速度和成品率。附图说明图1为PMI板块和PMI膜在常温下的自然状态立体结构示意图；图2为实施例1制作的竖直管道的过程中，使PMI膜缠绕复合在碳纤维层上的示意图；图3为实施例1制作的竖直管道的整体结构和层间结构示意图；图4为对比实施例2中所制作的碳纤维-PMI复合管道的横截面示意图图5为实施例2制作的横截面呈方形的竖直管道的过程中，使PMI膜直接包覆复合在碳纤维层上的示意图；图6为实施例3制作的弧形管道的整体结构和层间结构示意图；图7为实施例4制作的三边式弯折管道的整体结构示意图。上图中各附图标记的对应关系如下：1.PMI板材，2.碳纤维层，3.PMI膜层，4.PMI内芯，5.直杆型模具。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。在说明显示于附图中的较佳实施例时，可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：包括管壁和中空腔体，其管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层所述PMI膜的内侧和外侧均为所述碳纤维层，且所述管壁的基底层和蒙皮层均为所述碳纤维层，所述PMI膜的厚度不超过1mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：包括管壁和中空腔体，其管壁由至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层所述PMI膜的内侧和外侧均为所述碳纤维层，且所述管壁的基底层和蒙皮层均为所述碳纤维层，所述PMI膜的厚度不超过1mm。


2.如权利要求1所述碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：所述PMI膜由100％PMI制成。


3.如权利要求2所述碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：所述PMI膜的厚度不超过0.3mm。


4.如权利要求1所述碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：所述PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的外围。


5.如权利要求4所述碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：其形态呈竖直管状，或弧形管状，或弯折管状。


6.如权利要求1所述碳纤维-PMI复合管道，其特征在于：所述PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的外围。


7.一种如权利要求1–6任一项所述碳纤维-PMI复合管道的制备方法，其特征在于，包括以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道学，沈志峰，
申请(专利权)人：广东宇顺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44