[发明专利]一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法

权利要求书

1.一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、准备筒体缠绕模具（8）；

步骤2、将筒体缠绕模具（8）安装在缠绕机上；

步骤3、在筒体缠绕模具（8）表面包裹上四氟布；

步骤4、制备胶体溶液，将酚醛树脂、石墨粉、固化剂混合制成胶体溶液；

步骤5、将步骤4所制得的胶体溶液置于胶体溶液槽（5）中，采用恒温水浴加热槽（4）进行加热，同时开启超声波换能器（3）；

步骤6、碳纤维浸胶，将碳纤维丝束毂（1）上的碳纤维经过展纱转辊（2）后，浸入胶体溶液槽（5）中的胶体溶液，接着将从胶体溶液中出来的碳纤维，经过连续两组的挤胶压辊（6），制得胶体溶液质量分数为30-35%的带胶碳纤维；

步骤7、筒体缠绕成型，将步骤6中带胶碳纤维从丝嘴（7）中穿出，而后在筒体缠绕模具（8）上循环缠绕得到筒状缠绕体；

步骤8、筒状缠绕体固化，将步骤7所述的筒状缠绕体，以2-5m/min的线速度进行旋转固化，固化后拆除筒体缠绕模具（8），得到高强度的碳纤维复合材料缠绕筒；

步骤9、浸渍碳化，将步骤8中得到的高强度的碳纤维复合材料缠绕筒带上工装浸在呋喃树脂中，浸渍2-5h，然后以10-20℃/h的升温速率，升至850-1000℃进行碳化处理，制得碳碳筒体毛坯；

步骤10、重复步骤9，直至步骤9所述碳碳筒体毛坯密度＞1.4g/cm³；

步骤11、高温石墨化处理，将步骤10所述碳碳筒体毛坯放入高温炉，完成高温石墨化处理；

步骤12、机械加工，将步骤11得到的碳碳筒体毛坯去掉工装进行内外表面及端口的机械加工，得到高强度碳碳筒体半成品；

步骤13、表面处理，将步骤12得到的高强度碳碳筒体半成品放入沉积炉中，经过表面涂层处理得到基于缠绕成型、环向拉伸强度≥500MPa的碳碳筒体。

2.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤4中所述胶体溶液中：

酚醛树脂是固含量在50%以上，粘度为150-1000MPa·s/25℃的热固性酚醛树脂；

石墨粉是粒度为100-1000nm，含碳量大于99.99%的纳米石墨粉，与热固性酚醛树脂的质量比为10%-25%；固化剂为热固性酚醛树脂专用固化剂，与热固性酚醛树脂的质量比为3%-5%。

3.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤5中，所述恒温水浴加热槽（4）温度控制在40-80℃。

4.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤7中，所述丝嘴（7）对带胶碳纤维缠绕张力初始值为55-75N，每1-3层递减0.5-0.2N，缠绕速度为30-60m/min，1-3层环向缠绕和1-3层螺旋缠绕为一个重复单元。

5.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤8中，所述旋转固化采用四段式升温，第一段，以10-40℃/h的升温速率升至70-90℃预固化，第二段，70-90℃恒温固化1-3h，第三段，以15-30℃/h的升温速率升至120-200℃固化，第四段，120-200℃恒温固化2-4h。

6.如权利要求1所述的一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，其特征在于：步骤11中，所述高温炉内的真空度＜100pa，且高温炉以10-100℃/h升温速率升至1900-2500℃后，恒温2-4h。