一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，包括：分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维；以短切碳纤维为原料制备出短切碳纤维网胎；采用普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布；采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，结构单元沿厚度的中心线对称分布；对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。本发明专利技术的技术方案解决了现有碳纤维针刺结构预制体普遍存在制备得到的刹车材料的摩擦性能不稳定，制备过程的致密化周期较长、成本较高，以及制备得到的碳材料的加工难度较高，并且加工精度较低等问题。度较低等问题。度较低等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及但不限于碳纤维复合材料
，尤指一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳/碳或碳/陶复合材料由于化学性能稳定、密度低、比强度高、摩擦性能优异、高温强度高等特性，可广泛应用于航空航天高温结构材料和高温摩擦材料领域。而碳纤维针刺结构预制体作为普遍采用的增强体材料对于碳/碳或碳/陶复合材料热物理性能(如比热容、导热率等)、力学性能、摩擦性能等具有显著的影响，预制体结构优化能够显著提升碳/碳或碳/陶复合材料的性能，尤其是在航空刹车材料领域，碳纤维针刺结构预制体得到了广泛的应用。上述针刺预制体结构克服了2D铺层预制体层间强度弱的缺点，同时又克服了3D编织预制体工艺复杂、成本高的不足。
[0003]但是目前用于制备碳/碳或碳/陶复合材料的针刺结构预制体普遍采用的是一层无纬布、一层网胎的单元层结构，然后将具有上述相同结构的多个单元层(数量根据产品厚度尺寸确定)经过交叉叠层复合针刺而成。上述结构预制体被广泛应用于飞机、汽车、轨道交通领域的刹车材料预制体，但该结构预制体存在的不足主要有以下几点：一是无纬布与网胎交叉叠层复合针刺，结构和性能上存在无纬布和网胎层的不连续的变化，导致在刹车制动和摩擦过程中，无纬布层与网胎层的摩擦特性不同，其宏观表现就是随着磨损的进行新的摩擦面会在网胎层和无纬布层之间交替产生，摩擦性能不稳定；二是由于刹车盘内外单元结构一致，其预制体的比表面积相同，即A/V值基本一致，根据《碳纤维预制体的初始A/V值对化学气相渗透动力学和热解炭结构的影响》(中国材料进展，第32卷第11期)研究表明，A/V值对沉积速率和碳相组成有显著的影响，在CVI沉积过程中内部和外部固相沉碳速率相同，但高温碳源气体最先扩散并接触到贴近外表面的预制体孔隙，并最先扩散并沉积形成热解炭，因此随着沉积的进展，外部的孔隙逐渐沉积致密并封孔，而内部孔隙还未达到外部孔隙的致密度之前由于外部封孔，气体扩散受阻，使得内部密度显著低于外部密度，内部摩擦特性显著低于外部，且制备过程的致密化周期较长，成本较高；三是产品在加工过程中由于表面处存在较多的长碳纤维丝束，其韧性较好，毛刺较多，一方面增加了碳材料在车、磨、铣等加工过程的难度，同时也影响了碳材料加工的精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：本专利技术实施例提出了一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，以解决现有碳纤维针刺结构预制体，基于形成方式以及形成的单元层结构，普通存在制备得到的刹车材料的摩擦性能不稳定，制备过程的致密化周期较长、成本较高，以及制备得到的碳材料的加工难度较高，并且加工精度较低等问题。
[0005]本专利技术的技术方案：本专利技术为了克服上述技术问题，提出了一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，包括：
[0006]步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维，所制备的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维；
[0007]步骤2，制备短切碳纤维网胎，以步骤1中制备出的短切碳纤维为原料，采用网胎梳理设备制备出短切碳纤维网胎，所制备出的短切碳纤维网胎的面密度为10～240g/m2；
[0008]步骤3，制备连续长碳纤维布，采用步骤1中得到的普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布，包括：长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布；
[0009]步骤4，制备连续过渡层结构，采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，每种类型的结构单元分别由其中一种类型的连续长碳纤维布和短切碳纤维网胎经针刺制备得到，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布；
[0010]步骤5，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。
[0011]可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤3中，采用普通连续长碳纤维制备得到普通长碳纤维无纬布、普通长碳纤维平纹布和普通长碳纤维缎纹布，采用展宽连续长碳纤维制备得到展宽长碳纤维无纬布、展宽长碳纤维平纹布和展宽长碳纤维缎纹布；
[0012]其中，每种类型的连续长碳纤维布的面密度范围为30～480g/m2。
[0013]可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4包括：
[0014]步骤4
‑
1，分别制备三种类型的结构单元，包括：承力单元层、功能单元层和加工单元层；
[0015]步骤4
‑
2，形成连续过渡层结构，其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧、且位于连续过渡层结构的最外侧；
[0016]其中，三种类型的结构单元分别由所述6种类型的连续长碳纤维布中的一种类型与短切碳纤维网胎经针刺制得。
[0017]可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4
‑
1中，
[0018]制备承力单元层的方式为：
[0019]控制承力单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在60～90％之间，且随着本承力单元层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
[0020]制备功能单元层的方式为：
[0021]控制功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在30～75％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
[0022]制备加工单元层的方式为：
[0023]控制加工单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在0～50％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。
[0024]可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4
‑
1中，
[0025]对所述功能单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子
功能单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
[0026]对所述承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
[0027]对所述加工单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子加工单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
[0028]可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4
‑
1中，制备承力单元层、功能单元层和加工单元层的方式中，控制三种类型的结构单元中的连续长碳纤维布占本结构单元的重量比例控制过程包括以下控制方式的一种或多种组合控制方式：
[0029]控制方式1，在编织过程中，通过增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续过渡层结构纤维预制体连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，包括：步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维，所制备的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维；步骤2，制备短切碳纤维网胎，以步骤1中制备出的短切碳纤维为原料，采用网胎梳理设备制备出短切碳纤维网胎，所制备出的短切碳纤维网胎的面密度为10～240g/m2；步骤3，制备连续长碳纤维布，采用步骤1中得到的普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布，包括：长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布；步骤4，制备连续过渡层结构，采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，每种类型的结构单元分别由其中一种类型的连续长碳纤维布和短切碳纤维网胎经针刺制备得到，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布；步骤5，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。2.根据权利要求1所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，采用普通连续长碳纤维制备得到普通长碳纤维无纬布、普通长碳纤维平纹布和普通长碳纤维缎纹布，采用展宽连续长碳纤维制备得到展宽长碳纤维无纬布、展宽长碳纤维平纹布和展宽长碳纤维缎纹布；其中，每种类型的连续长碳纤维布的面密度范围为30～480g/m2。3.根据权利要求2所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4
‑
1，分别制备三种类型的结构单元，包括：承力单元层、功能单元层和加工单元层；步骤4
‑
2，形成连续过渡层结构，其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧、且位于连续过渡层结构的最外侧；其中，三种类型的结构单元分别由所述6种类型的连续长碳纤维布中的一种类型与短切碳纤维网胎经针刺制得。4.根据权利要求3所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4
‑
1中，制备承力单元层的方式为：控制承力单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在60～90％之间，且随着本承力单元层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；制备功能单元层的方式为：控制功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重...

【专利技术属性】
技术研发人员：强琪，张伟滨，施伟伟，郭庆山，李明，
申请(专利权)人：西安航空制动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：