[发明专利]一种密度可调可控的针刺预制体及其制备方法

说明书

本申请公开了一种密度可调可控的针刺预制体，其由至少两层、且其中至少一层含有水溶性纤维的单元层经叠层针刺成型后，溶解掉其中的水溶性纤维而制得。本申请还公开了针刺预制体的制备方法，该制备方法是通过将不同比例的水溶性纤维混杂在纤维布或纤维网中，采用叠层针刺工艺制备一定厚度的针刺预制体，预制体体积密度沿厚度方向可以任意梯度变化。本申请中，利用水溶性纤维易溶易水解的特点，根据织物不同区域对密度的不同要求，添加水溶性纤维，制成等密度的织物，溶解掉水溶性纤维后，实现变密度预制体的制备。本申请可避免了同一织物制备过程中工艺参数需不断调整的弊端，保证工艺稳定性和制备效率。

技术领域

本发明涉及复合材料用增强体制备方法，特别涉及一种密度可调可控的针刺预制体及其制备方法。

本发明一种任意变密度的针刺预制体的制备方法，通过将不同比例的水溶性纤维混杂在纤维布或纤维网中，采用叠层针刺工艺制备一定厚度的针刺预制体，预制体体积密度沿厚度方向可以任意梯度变化。

背景技术

针刺预制体是以纤维网胎、纤维基布为原材料，利用截面为三角形(或其它形状)，棱边带倒钩的刺针对原材料进行反复穿刺，使纤网中的部分水平纤维转移到Z向，形成成千上万的垂直纤维簇，垂直纤维簇像一个个“销钉”贯穿于水平方向，与水平纤维基布缠结，从而形成层间具有一定连接强度的准三维结构的纤维增强体。针刺预制体克服了2D铺层预制体层间强度弱的缺点及3D编织预制体工艺复杂、成本高的弱点，而且具有孔隙分布均匀、致密化程度好和面内性能较高等特点。针刺技术是各国争相采用的一种多用途、高技术含量的预制体成型技术，已在，航空航天、轨道交通和高温热场等领域得到广泛的应用，具有广阔的应用前景。

现有技术制备针刺预制体，主要采用一定面密度的布和一定面密度的纤维网通过叠层针刺制备一定密度的针刺预制体，其中工艺步骤主要包括：(1)将连续纤维短切梳理成一定厚度和面密度的纤维网，其中厚度一般0.5-2mm，面密度30-300g/m²；(2)将连续纤维编织成一定厚度和面密度的纤维布，根据布的组织结构可分为单向布、平纹布、斜纹布和缎纹布等，面密度为60-640g/m²；(3)纤维布和纤维网预刺成单元层后通过连续叠层针刺，制备一定厚度一定体积密度的针刺预制体。

目前针刺预制体制备多为等体积密度，但随着复合材料技术的不断发展，以及应用领域面临的轻质高强、承载和功能一体化产品的要求，尤其是航空航天领域的快速发展，隔热、耐高温、抗烧蚀、具有一定力学性能的一体化部件越来越多，因此对针刺预制体提出了更高的要求，尤其需求预制体的体积密度可调可控，满足后期复合材料的适用要求。现有技术一般采用(1)单独针刺成型不同体积密度的单元后再组合成整体的方法(2)通过针刺工艺参数调整来实现变体积密度的制备。但采用这两种技术制备的针刺预制体均存在一定不足。主要问题如下：1、先制备不同密度具有一定厚度的单元，然后将独立的单元通过针刺连接成整体，虽然可以制备成整体变密度针刺织物，但是单元之间连接强度较弱，易于分层，影响使用性能，会导致使用领域受限。2、通过针刺工艺参数调整，主要是针刺密度的调整，利用刺针的反复钩刺，对体积密度的影响有限，难以适应目前针刺预制体体积密度变化梯度大的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种密度可调可控的针刺预制体，其由至少两层、且其中至少一层含有水溶性纤维的单元层经叠层针刺成型后，溶解掉其中的水溶性纤维而制得。

优选地，该密度可调可控的针刺预制体的体积密度变化范围为0.08-0.8g/cm³；该针刺预制体用于采用针刺工艺制备的平板类、回转体类或异形类的变密度产品。

水溶性纤维优选为水溶性的聚乙烯醇纤维。