[发明专利]一种复合材料三维预成型体

说明书

本发明关于一种复合材料三维预成型体，其特征在于：该预成型体结构为回转体；该预成型体包括有二维面内缠绕的纤维或布带和贯穿于厚度方向的增韧细棒组成，增韧细棒比二维缠绕的纤维或布带高出至少0.5mm；增韧细棒为直径在0.1mm‑5mm之间的纤维增强树脂基复合材料，其中，细棒的纤维为高性能纤维，细棒的树脂基体为100℃‑1000℃之间可完全分解且分解产物全为气体物质的高分子材料；细棒植入密度为0.5根/cm²‑30根/cm²之间。本发明预成型体具有层间性能好，制造自动化程度高，成本低的特点。

技术领域

本发明涉及一种复合材料三维预成型体，具体涉及一种碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料或其他经高温成型的回转体结构的预成型体。

背景技术

传统二维层合复合材料具有很好的面内机械性能，但其各层之间没有纤维增强，只是靠基体树脂起着粘结和传递载荷的作用，因此垂直于铺层方向以及铺层之间的性能相对较弱。当受到外部载荷作用时，该层合复合材料往往首先产生层间破坏，同时复合材料层间强度较低也导致了复合材料的抗损伤性能较差。为了改善层合复合材料的这些缺点，出现了很多三维预成型体技术来提高复合材料的层间性能，包括三维编织、三维机织和细棒增韧技术等。三维编织和三维机织的成本很高。细棒增韧技术是在预浸料或纤维预成型体的厚度方向植入一种复合材料细棒，为被增韧材料提供厚度方向的侨联力。这种方法由于成本较低，对材料的面内性能影响较小，增韧效果较好，受到学术界和工业界的广泛关注。

碳/碳复合材料或陶瓷基复合材料是增韧细棒比较有应用前景的一个方向，传统增韧细棒的基体树脂采用环氧树脂，但是，材料在气相沉积(CVI)的过程中，环氧树脂经过高温的作用会在界面上残留分解的碳化物，影响z向纤维与层合材料的界面性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种针对回转体结构的三维预成型体，该预成型体周身面内纤维采用缠绕技术成型。预成型体厚度方向嵌有增韧细棒，来提高预成型体的层间性能，该预成型体具有制造自动化程度高，成本低的特点。

本发明所述一种复合材料三维预成型体，其特征在于：该预成型体结构为回转体；该预成型体包括有二维面内缠绕的纤维或布带和贯穿于厚度方向的增韧细棒组成，同时，增韧细棒比二维缠绕的纤维或布带高出至少0.5mm；增韧细棒为直径在0.1mm-5mm之间的纤维增强树脂基复合材料，其中，细棒的纤维为高性能纤维，细棒的树脂基体为100℃-1000℃之间可完全分解且分解产物全为气体物质的高分子材料；细棒植入密度为0.5根/cm²-30根/cm²之间。

本发明所述缠绕技术为现有技术，本发明所述增韧细棒其成型可采用小孔模具拉拔的成型方法，为现有技术。本发明所述的增韧细棒可采用超声波辅助的方法或导管引导的方法植入到缠绕回转体的厚度方向，为现有技术。

本发明所述预成型体的形状，可以是直筒、锥筒或罩体等回转体形状。

本发明所述预成型体缠绕所用的纤维纱或布带的纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、碳化硅纤维等耐高温的高性能纤维。

本发明所述的增韧细棒其增强纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、碳化硅纤维等耐高温的高性能纤维。

本发明所述的布带可以是单向布带也可以是编织布带。

本发明所述增韧细棒的基体材料为100℃-1000℃之间可完全分解且分解产物均为气体物质的高分子材料，可以为聚乙烯醇、聚乙二醇等。这种高分子材料在后续高温复合的过程中将在高温下完全分解为气体并被排出，从而增韧细棒与预成型体基体之间的界面粘结为增韧细棒的Z向纤维丝与预成型体基体之间的粘结，增韧细棒的基体被完全去除，增大了粘结面积，提高了增韧效果。