一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114436670A(43)申请公布日2022.05.06(21)申请号202210221002.8(22)申请日2022.03.09(71)申请人西安美兰德新材料有限责任公司地址710600陕西省西安市临潼区秦王二路56号(72)发明人魏益强侯光远杨浩李志保(51)Int.Cl.C04B35/83(2006.01)C04B35/52(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，涉及碳碳复合材料技术领域，该基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，包括以下步骤：准备筒体缠绕模具，制备胶体溶液，制得带胶碳纤维，将带胶碳纤维在筒体缠绕模具上循环缠绕得到筒状缠绕体，将筒状缠绕体进行旋转固化，得到高强度的碳纤维复合材料缠绕筒，浸渍碳化，制得碳碳筒体毛坯，将碳碳筒体毛坯高温石墨化处理，机械加工，制得碳碳筒体半成品，将碳碳筒体半成品放入沉积炉中，经过表面涂层处理得到碳碳筒体，本发明中，相较于碳纤维针刺工艺，更好的保留了碳纤维的优异力学性能；相较于网胎与碳布复合成型工艺，本发明减少了碳纤维边角料的产生，大幅降低了原材料成本。CN114436670ACN114436670A权利要求书1/2页1.一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、准备筒体缠绕模具（8）；步骤2、将筒体缠绕模具（8）安装在缠绕机上；步骤3、在筒体缠绕模具（8）表面包裹上四氟布；步骤4、制备胶体溶液，将酚醛树脂、石墨粉、固化剂混合制成胶体溶液；步骤5、将步骤4所制得的胶体溶液置于胶体溶液槽（5）中，采用恒温水浴加热槽（4）进行加热，同时开启超声波换能器（3）；步骤6、碳纤维浸胶，将碳纤维丝束毂（1）上的碳纤维经过展纱转辊（2）后，浸入胶体溶液槽（5）中的胶体溶液，接着将从胶体溶液中出来的碳纤维，经过连续两组的挤胶压辊（6），制得胶体溶液质量分数为30‑35%的带胶碳纤维；步骤7、筒体缠绕成型，将步骤6中带胶碳纤维从丝嘴（7）中穿出，而后在筒体缠绕模具（8）上循环缠绕得到筒状缠绕体；步骤8、筒状缠绕体固化，将步骤7所述的筒状缠绕体，以2‑5m/min的线速度进行旋转固化，固化后拆除筒体缠绕模具（8），得到高强度的碳纤维复合材料缠绕筒；步骤9、浸渍碳化，将步骤8中得到的高强度的碳纤维复合材料缠绕筒带上工装浸在呋喃树脂中，浸渍2‑5h，然后以10‑20℃/h的升温速率，升至850‑1000℃进行碳化处理，制得碳碳筒体毛坯；步骤10、重复步骤9，直至步骤9所述碳碳筒体毛坯密度＞1.4g/cm3；步骤11、高温石墨化处理，将步骤10所述碳碳筒体毛坯放入高温炉，完成高温石墨化处理；步骤12、机械加工，将步骤11得到的碳碳筒体毛坯去掉工装进行内外表面及端口的机械加工，得到高强度碳碳筒体半成品；步骤13、表面处理，将步骤12得到的高强度碳碳筒体半成品放入沉积炉中，经过表面涂层处理得到基于缠绕成型、环向拉伸强度≥500MPa的碳碳筒体。2.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤4中所述胶体溶液中：酚醛树脂是固含量在50%以上，粘度为150‑1000MPa·s/25℃的热固性酚醛树脂；石墨粉是粒度为100‑1000nm，含碳量大于99.99%的纳米石墨粉，与热固性酚醛树脂的质量比为10%‑25%；固化剂为热固性酚醛树脂专用固化剂，与热固性酚醛树脂的质量比为3%‑5%。3.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤5中，所述恒温水浴加热槽（4）温度控制在40‑80℃。4.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤7中，所述丝嘴（7）对带胶碳纤维缠绕张力初始值为55‑75N，每1‑3层递减0.5‑0.2N，缠绕速度为30‑60m/min，1‑3层环向缠绕和1‑3层螺旋缠绕为一个重复单元。5.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤8中，所述旋转固化采用四段式升温，第一段，以10‑40℃/h的升温速率升至70‑90℃预固化，第二段，70‑90℃恒温固化1‑3h，第三段，以15‑30℃/h的升温速率升至120‑200℃固化，第四段，120‑200℃恒温固化2‑4h。2CN114436670A权利要求书2/2页6.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤11中，所述高温炉内的真空度＜100pa，且高温炉以10‑100℃/h升温速率升至1900‑2500℃后，恒温2‑4h。3C