[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

说明书

本发明公开了一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法，该方法包括以下步骤：一、选择芯模清洁后铺放脱模布并刷涂脱模剂，再铺放软质耐温材料；二、将预先浸渍树脂的连续炭纤维在铺放软质耐温材料的芯模缠绕形成带胶纤维层并铺放网胎和针刺，在芯模上形成缠绕‑针刺件；三、将缠绕‑针刺件固化脱模后去除软质耐温材料，得到固化件；四、将固化件炭化得到炭化件；五、将炭化件进行高温纯化处理；六、对经高温纯化处理后的炭化件机加处理，得到缠绕成型炭/炭复合材料。本发明通过在带胶纤维层中铺放网胎并结合针刺处理在径向方向上引入炭纤维，实现了缠绕工艺成型‑致密一体化，提高了缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法。

背景技术

复合材料缠绕成型技术已成为复合材料加工的一种重要工艺，缠绕成型可充分发挥复合材料的组分材料本性，并且纤维增强材料铺放方向准确，纤维体积含量高且强度发挥率好。因此，应用缠绕成型制备炭/炭复合材料产品，能保持纤维连续铺放的质量，有利于提高产品的环向拉伸性能。但是，缠绕成型炭/炭复合材料产品在纤维增强材料之间仅靠基体材料结合，在制备及应用过程中由于层间结合强度较弱，容易导致分层、鼓包、掉纱缺陷产生，极大地影响了缠绕成型炭/炭复合材料产品的应用效果。

申请号为201280038583.6的专利中公开了一种提高缠绕成型复合材料层间结合强度的方法，通过不同层的缠绕角度变化，使层间纤维发生镶嵌从而实现层间结合强度的提高；该方法为了使纤维发生镶嵌，需要对缠绕角度进行了特殊设计，使得材料的结构可设计性受到了限制。申请号为201310314805.9的专利中公开了一种缠绕成型碳纳米管增强复合材料成型方法，通过在缠绕成型过程中引入碳纳米管，有效增强其面内及层间的力学强度；但该方法采用碳纳米管进行面内及层间增强，提高了原料成本。申请号为201310301505.7的专利中采用多层长纤层与短纤层交错而成的方法，其层间结合强度高，使得玻璃钢管整体强度和刚度较强。该技术通过多层长纤层与短纤层交错实现层间增强，从原理上可以看出，仅通过单纯的交替铺放难以显著提高长纤层与短纤层的相互作用，层间增强效果有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度的方法。该方法通过在带胶纤维层中铺放网胎并结合针刺处理工艺在径向方向上引入炭纤维，实现了缠绕工艺成型-致密一体化，显著提高了缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度，最终得到的缠绕成型炭/炭复合材料层间结合强度不低于10MPa，且无分层、鼓包和掉纱明显缺陷。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：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；

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；