[发明专利]一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法，属于复合材料管领域，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。本发明自重较轻，且耐高温，加工过程尺寸稳定性好。

技术领域

本发明涉及复合材料管技术领域，特别是指一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法。

背景技术

高温环境下的结构材料是现代工业生产设备以及军工设备或航空航天器中重要的承载部件，其中高温环境下的高速气流冲蚀和磨损是影响设备和部件寿命以及稳定性的主要情况，高温气相和固相冲蚀主要是小且松散的流动粒子冲击材料表面产生破坏，例如航空发动机的粉尘和沙粒对发动机材料表面的冲蚀，高温气流物料对高温管路的冲蚀，发电厂的微尘煤灰气体对换热器管道的冲蚀等。现代高温耐热材料不仅要求耐热性，而且要求低密度、密封性以及高温的综合力学强度。传统的材料采用特种金属，自身的刚度和强度较差，生产成本高而且耐热性较差。为了解决这一问题，新型的多种材质综合运用的复合结构是解决这一问题的主要方法。

发明内容

本发明提供一种一种碳纤维增强耐高温复合材料管及其制备方法，其自重较轻，且耐高温，加工过程尺寸稳定性好。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，本发明提供一种碳纤维增强耐高温复合材料管，由内到外依次包括不锈钢内层、高温隔热复合材料层、轴向强度层和最外刚性层，其中：

所述高温隔热复合材料层在不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织预制体结构浸渍改性树脂复合而成；

所述轴向强度层在高温隔热复合材料层外采用碳纤维与耐高温树脂复合而成，所述碳纤维采用轴向排布结构；

所述最外刚性层采用二维编织结构的高模量碳纤维增强耐高温树脂浸渍复合而成。

进一步的，所述不锈钢内层的厚度为2-5mm，所述高温隔热复合材料层的厚度为2-5mm，所述轴向强度层的厚度为4-5mm，所述最外刚性层的厚度为4-5mm。

另一方面，本发明还提供一种上述碳纤维增强耐高温复合材料管的制备方法，包括：

步骤1：不锈钢内层的制备：采用特种合金钢制备不锈钢内层，特种合金钢为310S奥氏体铬镍不锈钢、800N8800镍铁铬合金或600N06600镍铬系镍基合金；

步骤2：高温隔热复合材料层的制备：在步骤1制备的不锈钢内层表面采用碳纤维和陶瓷纤维混杂编织高温隔热复合材料层预制体结构浸渍改性树脂复合而成，采用改性树脂在-0.06～-0.1MPa真空度浸渍高温隔热复合材料层预制体，固化一定时间成型；

步骤3：轴向强度层的制备：在步骤2得到的高温隔热复合材料层的表面采用碳纤维轴向排布结构在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，加热固化一定时间成型；

步骤4：最外刚性层的制备：在步骤2得到的轴向强度层的表面采用高模量碳纤维二维编织结构，在-0.06～-0.1MPa真空度下真空导入浸渍耐高温树脂，热固化成型。

进一步的，步骤2中，高温隔热复合材料层的碳纤维为T300、T700、T800、T1000或T1200；

陶瓷纤维为碳化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硼纤维或氮化硼纤维。

进一步的，步骤2中，预制体结构采用三维四向、三维五向、三维七向或2.5维结构。