在一个实施例中，一种方法包括将至少一根碳纤维分离形成多个碳纤维单丝，使沥青熔化形成熔融沥青，以及使所述多个碳纤维单丝与熔融沥青混合以形成基本上均匀的碳纤维单丝混合物。在另一实施例中，一种方法包括使长度介于约6.35毫米至约50.8毫米的多个碳纤维单丝混合在熔融沥青中以形成碳纤维单丝在熔融沥青中的基本上均匀的混合物，其中所述多个碳纤维单丝的混合基本上不改变所述多个碳纤维单丝的平均长度。
【技术实现步骤摘要】
使用熔融沥青和碳纤维单丝形成碳-碳复合预制体
本文公开内容涉及碳-碳复合预制体。
技术介绍
碳纤维增强碳材料，也称为碳-碳(C-C)复合材料，是通常包括在碳材料基质中起增强作用的碳纤维的复合材料。C-C复合材料可以在很多高温应用中使用。例如，航空航天工业采用C-C复合材料制造不同的航空器结构组件。示例性的应用包括火箭喷嘴、头锥以及商用和军用航空器的摩擦材料，例如制动摩擦材料。专利技术概要一般而言，本文公开内容涉及通过一种方法形成碳-碳复合预制体，该方法包括使多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中。在一些实施例中，使多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中导致形成碳纤维单丝与熔融浙青的基本上均匀的混合物，其中所述多个碳纤维单丝在熔融浙青中基本上为无规取向。在一些实施例中，使多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中是在混合器中进行的，该混合器使所述混合物混合而基本上不改变所述多个碳纤维单丝的平均长度(与混合之前相比)。一方面，本文公开内容涉及一种方法，其包括将至少一根碳纤维分离 (defibrillating)形成多个碳纤维单丝,使浙青熔化形成熔融浙青，和使所述多个碳纤维单丝与熔融浙青混合形成基本上均匀的碳纤维单丝混合物。另一方面，本文公开内容涉及一种方法，其包括使长度介于约6. 35mm至约50. 8mm 的多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中以形成碳纤维单丝在熔融浙青中的基本上均匀的混合物。根据该公开内容的这一方面，所述多个碳纤维单丝的混合基本上不改变所述多个碳纤维单丝的平均长度。另一方面，本文公开内容涉及一种体系，其包括模具和布置在模具中的基本上均匀的混合物。根据公开内容的这一方面，该基本上均匀的混合物包括熔融浙青和多个基本上完全分离的碳纤维单丝。—个或多个实施例的具体细节将在所附的附图和说明书下文中给出。公开内容的其他特征、目的和优点可以从说明书、附图和权利要求中显而易见地得出。附图说明图I是按照本文公开内容各方面的形成碳-碳复合预制体的实施例方法的流程图。图2是布置在模具中的熔融浙青与多个碳纤维单丝的混合物的示意图。专利技术详述通常，本文公开内容涉及形成碳-碳复合预制体的方法。在一些情况下，碳化预制体通过将多段碳纤维前体材料针刺在一起，并使该碳纤维前体材料碳化形成碳化预制体来形成，所述碳纤维前体材料例如聚丙烯腈(PAN)或人造丝。然后使该碳化预制体经受多个致密化步骤以形成摩擦材料。例如，该碳化预制体可采用真空压力浸溃(VPI)和/或树脂传递模塑(RTM)用液体浙青致密化，和/或可采用化学气相沉积(CVD)/化学气相渗透(CVI)用碳质材料致密化。这些步骤的每一个都耗时且成本高昂，得到的摩擦材料造价高昂且制备耗时。根据本文公开内容的各方面，描述了形成碳-碳复合预制体(对比上述碳化预制体)的方法。该方法通常包括使多个碳纤维单丝与熔融浙青混合。在一些实施例中，混合后，所述多个碳纤维单丝中基本没有(例如，没有或低于10%，例如介于约5%至约10% ) 碳纤维单丝以集束(bundle)的形式存在于混合物中(即，碳纤维单丝基本上完全分离)。 在一些实施方式中，所述多个碳纤维单丝的混合可得到在熔融浙青中基本上无规取向的多个碳纤维单丝。一旦所述多个碳纤维单丝混入熔融浙青中，碳纤维单丝与熔融浙青的混合物可沉积在模具中并冷却以形成碳-碳复合预制体，该预制体包含熔融浙青和多个碳纤维单丝。 在一些实施例中，该碳-碳复合预制体可进一步加工，例如进一步致密化，以形成最终的碳-碳复合材料。使用本文所述技术形成的碳-碳复合预制体可提供优于碳化预制体的优点，例如，在形成碳-碳复合部件的时候。例如，在单一工序中形成包含混合在浙青中的多个碳纤维单丝的碳-碳复合预制体，可消除针刺碳纤维前体材料和在由碳纤维前体材料形成预制体后使该碳纤维前体材料碳化的需求。本文所述方法还可减少为达到给定的最终密度所需的大量后续致密化步骤，例如，相比通过如下方式形成预制体的工艺，在该工艺中通过将碳纤维前体织物针刺在一起，碳化该碳纤维前体织物形成碳化预制体，然后使用浙青渗透和/ 或CVD/C VI使该碳化预制体致密化来形成预制体。与碳化预制体相比，使用本文所述技术形成的碳-碳复合预制体还能更好地承受后续加工过程中施加到该碳-碳复合预制体上的力(如剪切力)。该力可能，例如，在致密化过程中施加到该碳-碳复合预制体上，并且可能包括相对高的压力或相对低的真空。附加地或可供选择地，本文公开技术的实施例可允许在熔融浙青中混合多个碳纤维单丝而基本上不影响所述多个碳纤维单丝的平均尺寸，例如，在混合过程中基本上不破坏所述多个碳纤维单丝中的任何碳纤维单丝。因此，本文所述技术提供了形成耐用 (robust)预制体的技术,该预制体可用于制造碳-碳复合部件。图I为框图，图示了根据本文公开内容各方面的形成碳-碳复合预制体的实施例方法。该方法包括将至少一根碳纤维分离以形成多个碳纤维单丝(10)。该碳纤维单丝可由一种或多种不同的前体材料形成，例如，PAN、人造丝或浙青。取决于用来形成所述碳纤维单丝的前体材料，该碳纤维单丝可能具有不同的密度。在一些实施例中，碳纤维单丝的密度可能介于约I. 76克每立方厘米(g/cm3)至约I. 9g/cm3。在一些实施例中，所述多个碳纤维单丝以原纤化状态，例如由碳纤维制造商，提供。例如，所述多个碳纤维单丝可以包括多个碳纤维单丝的纱线或丝束(tow)的形式提供。 在一些实施例中，碳纤维丝束在每股丝束中可包括1000、2000、3000、4000或更多的单根碳纤维单丝。碳纤维单丝的分离可包括将纱线或丝束分拆成单根碳纤维单丝或，在一些情况下，分拆成与分离前的状态相比具有更少碳纤维单丝的集束。分离可有助于提高碳纤维单丝在熔融浙青中的均匀性(例如，均匀分布)。在一些实施例中，当碳纤维分离成多个碳纤维单丝的操作完成时，基本上所有或所有的碳纤维单丝可以单丝形式存在。换而言之，基本没有或低于5%的碳纤维单丝可能以编织在一起的多根丝的集束形式存在。在一些实施例中，碳纤维可在混合器中，例如相对低剪切力的连续混合器中，分离成多个碳纤维单丝。其他相对低剪切力的桨式混合机(例如，间歇式混合机或连续混合机) 或班伯里型混合器也可用于将碳纤维分离成多个碳纤维单丝。在一些实施例中，将碳纤维分离成多个碳纤维单丝(10)可基本上不会破坏任何 (例如，没有或几乎没有)所述碳纤维单丝。例如，在一些实施方式中，当所述碳纤维单丝存在于丝束中和所述碳纤维分离成单根碳纤维单丝后，所述多个碳纤维单丝的平均长度可基本上相同(例如，相同或几乎相同，例如大于原长度的约80%或大于原长度的约90% )。 例如，在分离之前和之后，所述碳纤维单丝的平均长度均可介于约6. 35毫米(_，约1/4英寸)至约50. 8mm (约2英寸)。当所述多个碳纤维单丝的平均长度基本上未被所述分离过程改变时，这可能有助于基于起始材料，包括所述碳纤维单丝，的性能来预测最终碳-碳复合摩擦材料的性能。在其他实施例中，将碳纤维分离成多个碳纤维单丝(10)可能破坏一些碳纤维单丝。在一些实施例中，破坏所述碳纤维单丝可能得到存在长度范围的碳纤维单丝。该长度范围可能导致在混合物中和/或碳-碳复合预制体中较短的碳纤维单丝布置在较长的碳纤维单丝之间，这可能得到与包含基本上单一长度本文档来自技高网...
【技术保护点】
方法，其包括：将至少一根碳纤维分离形成多个碳纤维单丝；使沥青熔化形成熔融沥青；和使所述多个碳纤维单丝与该熔融沥青混合以形成碳纤维单丝与熔融沥青的基本上均匀的混合物。
【技术特征摘要】
2011.09.06 US 13/2262601.方法，其包括 将至少一根碳纤维分离形成多个碳纤维单丝； 使浙青熔化形成熔融浙青；和 使所述多个碳纤维单丝与该熔融浙青混合以形成碳纤维单丝与熔融浙青的基本上均匀的混合物。2.根据权利要求I的方法，其进一步包括 使该碳纤维单丝与熔融浙青的基本上均匀的混合物沉积在模具中；和 使该碳纤维单丝与熔融浙青的基本上均匀的混合物冷却以形成碳-碳复合预制体。3.根据权利要求I的方法，其中使所述多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中包括使平均密度介于约I. 76g/cm3至约I. 9g/cm3的所述多个碳纤维单丝与平均密度介于约I. 27g/cm3至约I. 33g/cm3的熔融浙青混合，以形成平均密度介于约I. 3g/cm3至约I. 4g/cm3的基本上均匀的混合物。4.根据权利要求I的方法，其中使所述多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中包括使所述多个碳纤维单丝混合在熔融浙青中达到碳纤维单丝的体积分数介于约15体积百分比(vol. % )至约 30νο1. % ο5.方法，其包括使长度介于约6.35毫米至约50. 8毫米的多个碳纤维单丝混合在熔融浙...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·L·拉富里斯特，S·弗里斯卡，D·M·赖特，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：
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