[实用新型]一种复合纤维针刺预制体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种耐高温、耐摩擦材料，具体是一种复合纤维针刺预制体。

背景技术

高性能复合纤维针刺预制体，经现代化的化学高温、高压力、各项碳/碳沉积工艺处理后，具有耐高温、耐摩擦、质地轻等特性，是现代化发展公认的高科新材，是航空航天、能源、交通、轨道等领域应用广泛的新型制品。

复合针刺预制体的原有结构是采用聚丙烯腈基碳纤维长纤维与网胎经多层针刺制成立体预制体。工艺步骤主要包括：1．将长为50-60mm的短纤维梳理成厚为1-2mm、面密度为40-600g/m²的网胎；2．将网胎与碳纤维复合，并连续针刺形成立体预制体。

上述原有复合纤维针刺预制体在后续沉积工艺中需重新经过高温、碳化等一系列的重复处理，需额外消耗大量的人力、物力，使生产成本比国外市场要高30%以上，并且延长了生产周期，无论是生产成本还是生产效率都无法与国外产品竞争。

实用新型内容

本实用新型为了克服上述的技术不足，提供一种预氧丝纤维与碳纤维网胎结合制成的复合纤维针刺预制体，该复合针刺预制体将纤维的乱层结构变为三维有序的结构，不仅提高了产品的模量、强度而且大幅度降低成本。

本实用新型所述的复合纤维针刺预制体，该预制体由若干复合料单层经连续针刺而成，各复合料单层由预氧丝纤维排列在碳纤维网胎上形成径向纤维再经连续针刺而成。

上述碳纤维网胎厚度为0.42-0.8mm，复合料单层厚度为1.2-1.5mm，复合料单层层间密度为14±1层/cm。针刺密度是40-45针/cm³。

本实用新型采用预氧丝长纤维与碳纤维网胎制备高性能复合针刺预制体，而预氧丝纤维未经过碳化工艺，是碳纤维的前身材料。使用这两种材料生产的高性能复合针刺预制体比旧工艺所需的材料成本节约30%左右，实现了后续产品经过现代化碳/碳化与沉积三合一（高温、碳化、沉积）的工艺制成立体预制体成为可能。不但节约了人力、物力，而且大大缩短了生产周期。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的复合纤维针刺预制体，该预制体由若干复合料单层经连续针刺而成，各复合料单层由预氧丝纤维1排列在碳纤维网胎2上形成径向纤维再经连续针刺而成。碳纤维网胎厚度为0.42-0.8mm，复合料单层厚度为1.2- 1.5mm，复合料单层层间密度为14±1层/cm。

复合纤维针刺预制体的制备方法，主要包括以下步骤：

1）将预氧丝纤维切制成长度为38-48mm，面密度30-38g/m²的短纤维，喷洒水分使短纤维保持3～5％湿度，之后放入烘箱内加热到30摄氏度，保温28-30小时，取出短纤维后经开松机开松形成分离物料，再将分离后的短纤维铺设成网胎，网胎的面密度为30-38g/m², 网胎厚度为0.42-0.8mm。

2）将预氧丝长纤维排列成径向纤维，铺设在碳纤维网胎上并进行连续针刺形成单层复合料。

3）以步骤2)制备的单层复合料为产品的基本单元，经多角度逐层交叉连续针刺形成复合针刺预制体，层间密度控制在14±1层/cm，预刺密度为40-45针/cm³,进针深度为16-20mm。

本实用新型不仅在原材料上得到了更新，在技术工艺上更是得到了提高。为克服原生产工艺技术上的不足，采用自动化机械设备开松与梳理预氧丝纤维的结构综合面层，并均匀的分散在设备表面层，预氧丝纤维不能用任何化学处理剂，否则要影响制品的后续质量指标，采用多角度逐层交叉针刺，实现纤维结构的动态印对，使预氧丝纤维的乱层结构变为三维有序的结构，制成的纤维网胎有360度的平面乱层次断面结构，大幅度提高了后续碳化工艺后产品的模量和强度。

本实用新型采用碳纤维网胎有益于提高预制体层间结构的强度。通过交叉针刺使预制体上下层一体化，确保碳/碳沉积工艺中渗碳率高，结构均匀。复合预制体与全用碳纤维制成预制体相比，因全用碳纤维的预制体是沉积工艺过程中前面碳化材料，在后续沉积工艺中需经过高温、碳化、沉积等重复处理工艺，需要大量的电力资源与物力、人力投入，且碳纤维原料价格是PAN预氧化纤维丝的3倍左右，这样就提高了产品的成本，而本实用新型预氧丝纤维/碳纤维网胎复合预制体，在现代高科技沉积工艺制成的成品降低了成本30%左右。在保证质量的前题下，价格上与国外的同类产品具有竞争力。