一种高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体及制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114407227A(43)申请公布日2022.04.29(21)申请号202210031098.1D03D13/00(2006.01)(22)申请日2022.01.12D05B35/00(2006.01)(71)申请人江南大学地址214122江苏省无锡市滨湖区锦溪大道99号江南大学国家大学科技园(72)发明人张典堂杨莹雪刘晓东钱坤(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人黄婵娟(51)Int.Cl.B29B11/12(2006.01)B32B9/00(2006.01)B32B9/04(2006.01)D03D15/20(2021.01)D03D15/46(2021.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体及制备方法(57)摘要本发明公开了一种高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体及制备方法，属于装备材料领域。本发明采用扁平碳纤维束，并将其织造成轻薄单层扁平碳纤维平面预制体，之后通过梯度叠层和缝接实现扁平碳纤维梯度缝合预制体的制备，以满足高层密、高承载、强层间和低缝合损伤的要求，彻底解决后续碳/碳复合材料孔隙高、成本高、周期长、加工频繁和力学性能保留率低的问题。CN114407227ACN114407227A权利要求书1/1页1.一种制备高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)按照厚度方向孔隙梯度设计要求，调整单层扁平碳纤维平面预制体的结构参数，形成不同孔隙大小的单层扁平碳纤维平面预制体；(2)将步骤(1)的不同孔隙大小的单层扁平碳纤维平面预制体按照梯度孔隙设计要求进行叠加，放入缝合模具中，加入定型剂，合模，放入模压机预热、加压后，取出，缝合，得到所述的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的单层扁平碳纤维平面预制体的经纱密度或纬纱密度均为0.5根/cm‑2根/cm，相邻经纱或相邻纬纱孔隙均为0.1mm‑2.0mm。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中叠加的单层碳纤维梯度缝合预制体的相邻层间距为0.05mm‑0.12mm。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述的单层扁平碳纤维平面预制体由扁平碳纤维织造而成，其中，所述的扁平碳纤维通过气流、机械或超声波振动展宽工艺的至少一种方法制备得到；所述的碳纤维束细度为3K‑12K；所述的扁平碳纤维的宽度为5mm‑25mm。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述缝合为1K‑2K的碳纤维合捻得到的缝纫线，合捻的股数为2‑5股，捻度为120捻/米‑200捻/米，缝合针脚为0.5根/cm‑2根/cm。6.权利要求1‑5任一项所述的方法制备得到的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体。7.根据权利要求6所述的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体，其特征在于，所述高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体的厚度为1mm‑10mm，长度为100mm‑1000mm，宽度为100mm‑1000mm。8.根据权利要求6所述的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体，其特征在于，所述高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体的厚度方向梯度孔隙可调范围为50％‑150％。9.根据权利要求6所述的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体，其特征在于，所述高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体中纤维体积含量为50％‑75％。10.权利要求6‑9任一项所述的高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体在制备碳/碳复合材料中的应用。2CN114407227A说明书1/5页一种高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体及制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种高层密扁平碳纤维梯度缝合预制体及制备方法，属于装备材料领域。背景技术[0002]实现碳纤维增强碳基(碳/碳)复合材料结构致密化和承载性能是提升空天装备热承载复合材料一体化特性的重要技术方向。其中，连续碳纤维预制体的微细孔结构设计和构造起着至关重要的作用。[0003]目前，受限于织造工艺，用于碳/碳复合材料的预制体多为均一结构、均一参数和均一孔隙，主要包括三维编织、三维角联锁、三维正交、细编穿刺、针刺毡等。通常，选用化学气相渗透工艺(CVI)作为碳/碳复合材料增密的首选工艺，其具体步骤为：将碳纤维预制体置于专用高温炉，加热至指定温度并通入碳源气，之后这些气体将在碳纤维预制体上沉积碳来填充预制体的孔隙。然而，沉积碳往往将碳纤维束及预制体表面孔隙堵塞，这就需要不断打磨和加工碳/碳复合材料表面，增加沉积次数，形成最终碳/碳复合材料。如此，由传统碳纤维预制体增强碳基复合材料不仅制造周期长、成本高和力学性能降低，且由于纤维束单丝抱和紧，导致碳纤维束内孔隙率较高、层密低和纤维体积含量低，导致无