[发明专利]一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法

权利要求书

1.一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、芯模准备：选择外表面结构和尺寸均与目标产物炭/炭复合材料的内表面结构和尺寸相似的芯模进行装配，并对装配后的芯模的外表面进行清洁，然后在清洁后的芯模的外表面上铺放脱模布并刷涂脱模剂，再铺放软质耐温材料；所述芯模的外径比目标产物炭/炭复合材料的内径小10mm～60mm；

步骤二、带胶连续缠绕和针刺成型：采用缠绕机将预先浸渍树脂的连续炭纤维在步骤一中铺放软质耐温材料的芯模的外表面进行缠绕，形成带胶纤维层，缠绕过程中每缠绕单层或多层后在缠绕形成的带胶纤维层上铺放网胎，并对网胎与网胎下层的带胶纤维层进行针刺处理，在芯模上形成准三向结构的缠绕-针刺件；所述准三向结构的缠绕-针刺件的厚度不小于目标产物炭/炭复合材料的厚度；所述铺放网胎过程中，将宽度与芯模长度相同、长度与铺放网胎前经缠绕的芯模周长相同的网胎均匀铺放在芯模的直筒段，将裁剪至扇形且与封头段面积相同的网胎铺放在芯模的封头段，同一层中相邻网胎的间距不超过0.2mm，且相邻层网胎铺放的缝隙错开；

步骤三、固化处理：将步骤二中在芯模上形成的缠绕-针刺件放置在固化炉中进行固化处理，然后脱模并去除软质耐温材料，得到准三向结构的固化件；所述准三向结构的固化件的密度为1.30g/cm³～1.50g/cm³；

步骤四、炭化处理：将步骤三中得到的准三向结构的固化件放置在炭化炉中，在氮气或氩气气氛保护、温度为850℃～1200℃的条件下进行炭化处理，得到准三向结构的炭化件；所述准三向结构的炭化件的密度为1.00g/cm³～1.40g/cm³，层间结合强度不小于8MPa，且无分层、鼓包和掉纱明显缺陷；

步骤五、高温处理：将步骤五中得到的准三向结构的炭化件在温度为2000℃～2500℃的条件下进行高温纯化处理；

步骤六、机械加工：对步骤六中经高温纯化处理后的炭化件进行机加处理，得到缠绕成型炭/炭复合材料；所述缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度不小于10MPa，且无分层、鼓包和掉纱明显缺陷。

2.根据权利要求1所述的一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，步骤一中所述芯模的材质为金属或石墨。

3.根据权利要求1所述的一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，步骤一中所述软质耐温材料为炭毡、炭布、炭纤维网胎、石墨纸和陶瓷纤维毡中的一种或两种以上，所述软质耐温材料的铺放厚度为5mm～30mm。

4.根据权利要求1所述的一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，步骤一中所述软质耐温材料经树脂浸渍后再进行铺放，或者将软质耐温材料铺放后采用树脂进行刷涂或浸渗，所述树脂为酚醛树脂或糠酮树脂，且树脂的固化温度不高于步骤二中预先浸渍树脂的连续炭纤维采用的树脂的固化温度。

5.根据权利要求1所述的一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，步骤二中所述预先浸渍树脂的连续炭纤维的材质为粘胶丝基炭纤维、聚丙烯腈基炭纤维和沥青基炭纤维中的一种或两种以上，预先浸渍树脂的连续炭纤维的丝束为1.5K～24K，所述网胎为短切碳纤维制成的薄毡，网胎的面密度为20g/m²～300g/m²。

6.根据权利要求1所述的一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，其特征在于，步骤二中所述缠绕为干法缠绕、半干法缠绕或湿法缠绕；所述预先浸渍树脂的连续炭纤维采用的树脂胶液为残炭率不小于45％的热固性树脂胶液，所述热固性树脂胶液为糠酮树脂或酚醛树脂的乙醇溶液；所述缠绕的方式为环向与螺旋交替缠绕，其中，环向缠绕角度为85°～89°，螺旋缠绕角度为20°～85°。