[发明专利]碳-碳复合材料用COPNA树脂的致密化

说明书

技术领域

本发明涉及碳-碳复合材料。

背景技术

碳纤维增强的碳材料，也称为碳-碳（C-C）复合材料，是在碳材料基体中包含增强的碳纤维的复合材料。该C-C复合材料能够用于多种高温应用中。例如，航空工业使用C-C复合材料作为商用和军用飞行器的摩擦材料，例如制动摩擦材料。

发明内容

形成碳-碳复合材料的装置、系统和技术描述于此。由该技术产生的碳-碳复合材料实例也描述于此。为了形成该碳-碳复合材料，碳纤维预成型体可以用用于缩合多环芳烃（COPNA）树脂的单体混合物渗透，例如以使该预成型体致密化。在渗透之后，可以通过将预成型体和该预成型体中的树脂加热至或者高于该树脂的聚合温度以使该单体混合物聚合和交联。COPNA树脂的聚合和交联将在碳纤维预成型体基体中的液体单体混合物转变为固体。交联的COPNA树脂一旦形成，在预成型体中交联的树脂可以通过将该预成型体和交联的树脂进一步加热至该树脂的碳化温度而碳化，该碳化温度高于所述的聚合温度。通过使用聚合温度低于碳化温度的COPNA树脂，用于COPNA树脂的液体单体混合物可以在渗透之后在树脂碳化之前，在预成型体基体中固化。在某些实例中，所产生的致密的C-C复合材料可以用作摩擦材料，例如用作飞行器制动盘。

一方面，本发明涉及形成致密的碳-碳复合材料的方法。该方法包括用用于缩合多环芳烃（COPNA）树脂的单体混合物渗透碳纤维预成型体，该单体混合物包含多环芳族化合物前体、甲醛前体或者类似物、和酸催化剂前体或者酸酐催化剂前体中的至少一种；通过随后将用所述单体混合物渗透的碳纤维预成型体加热至所述COPNA树脂的聚合温度而使在所述碳纤维预成型体中的所述单体混合物聚合和交联，以形成交联的COPNA树脂；和通过加热该交联的COPNA树脂至碳化温度而使在碳纤维预成型体中交联的COPNA树脂碳化，以形成致密的碳-碳复合材料，其中所述的碳化温度高于所述的聚合温度。

另一方面，本发明涉及致密的碳-碳复合材料，其包含通过碳纤维预成型体限定的碳纤维基体；和在该碳纤维基体中的碳化和交联的COPNA树脂，所述碳化和交联的COPNA树脂由单体混合物聚合和交联而形成，所述单体混合物包含多环芳族化合物前体、甲醛前体或者类似物、和酸催化剂前体或者酸酐催化剂前体中的至少一种。

一个或者多个实例的详细说明参见以下附图和说明书。本发明的其它特征、主题和优点由说明书和附图以及权利要求书而显而易见。

附图说明

图1为说明飞行器制动总成实例的示意性框图。

图2为说明根据本发明的各方面而形成碳-碳复合材料的方法实例的流程图。

图3为说明由单体混合物形成交联的COPNA树脂实例的反应的示意图。

图4为根据本发明的各方面而制造的致密的碳-碳材料实例的偏振光学显微镜图像。

具体实施方式

形成碳-碳复合材料的实例技术与使用这些技术而形成的碳-碳复合材料和结构描述于此。为了形成该碳-碳复合材料，碳纤维预成型体可以用用于COPNA树脂的单体混合物渗透，例如以使该预成型体致密。在渗透之后，可以通过将预成型体和该预成型体中的树脂加热至或者高于该树脂的聚合温度而使该单体混合物聚合和交联。COPNA树脂的聚合和交联使在碳纤维预成型体基体中的液体单体混合物转变为固体。交联的COPNA树脂一旦形成，在预成型体中的该交联的树脂可以通过将预成型体和交联的树脂进一步加热至该树脂的碳化温度而碳化，该碳化温度高于所述的聚合温度。通过使用聚合温度低于碳化温度的COPNA树脂，用于COPNA树脂的液体单体混合物可以在渗透之后在该树脂碳化之前，在预成型体基体中固化。在某些实例中，所产生的致密的C-C复合材料可以用作摩擦材料，例如用作飞行器制动盘。

例如用于航空应用中作为制动衬块的致密的C-C复合材料可以由碳纤维预成型体形成，该预成型体使用多种致密技术来致密化。例如，碳纤维预成型体可以用液体沥青通过使用真空压力渗透（VPI）和/或树脂传递模塑（RTM）渗透该预成型体，并随后使沥青碳化来致密化，以获得呈现所希望的最终密度的C-C复合材料。在飞行器制动衬块的情况下，在某些实例中，碳化的预成型体可以采用环状环的形状，然而也可以使用其它形状（例如非环状的链段）。