[发明专利]一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法

说明书

本发明公开了一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，涉及碳碳复合材料技术领域，该基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，包括以下步骤：准备筒体缠绕模具，制备胶体溶液，制得带胶碳纤维，将带胶碳纤维在筒体缠绕模具上循环缠绕得到筒状缠绕体，将筒状缠绕体进行旋转固化，得到高强度的碳纤维复合材料缠绕筒，浸渍碳化，制得碳碳筒体毛坯，将碳碳筒体毛坯高温石墨化处理，机械加工，制得碳碳筒体半成品，将碳碳筒体半成品放入沉积炉中，经过表面涂层处理得到碳碳筒体，本发明中，相较于碳纤维针刺工艺，更好的保留了碳纤维的优异力学性能；相较于网胎与碳布复合成型工艺，本发明减少了碳纤维边角料的产生，大幅降低了原材料成本。

技术领域

本发明属于碳碳复合材料技术领域，具体为一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法。

背景技术

碳碳复合材料作为新型结构材料，因其具有比强度高、耐高温、抗热震性能优异、抗烧蚀性能良好、热膨胀系数低等完全满足单晶热场需求的特点，也随着市场需求得以飞速发展，尤其在碳碳坩埚、碳碳热屏、碳碳保温桶等方面；

但目前碳碳复合材料热场产品工艺路线主要为碳纤维平纹布+网胎针刺成预制体，再通过增密与高温石墨化处理，最终通过机械加工完成成品制作，但在针刺过程中，严重损坏了碳纤维轴向性能，导致碳纤维良好的力学强度大打折扣，依旧难以长期满足市场发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于缠绕成型的高强度碳碳筒体制备方法，包括以下步骤：

步骤1、准备筒体缠绕模具。

步骤2、将筒体缠绕模具安装在缠绕机上。

步骤3、在筒体缠绕模具表面包裹上四氟布。

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中，采用恒温水浴加热槽进行加热，同时开启超声波换能器。

步骤6、碳纤维浸胶，将碳纤维丝束毂上的碳纤维经过展纱转辊后，浸入胶体溶液槽中的胶体溶液，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，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中穿出，而后在筒体缠绕模具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，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。

优选的，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；