[发明专利]一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法

说明书

本发明提供了一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法，包括如下步骤：将纤维布喷涂固定胶后层叠铺层，形成设定厚度h1的纤维织物底层层叠体；在纤维织物底层层叠体周围布置针状材料或薄片状材料，形成孔隙限位阵列；将喷涂固定胶的单向展宽布穿过孔隙限位阵列，并压实到纤维织物底层层叠体上，形成设定厚度h2的可控孔隙织物表层；对上述包含纤维织物底层层叠体和可控孔隙织物表层的叠层纤维布进行加压缝合，形成表层孔隙可控的高力学性能纤维织物。本发明通过调控纤维织物不同区域的纤维体积含量或孔隙率实现纤维织物不同区域功能的分区设计，在此基础上实现多功能的目的，制备高力学性能和表层功能一体化复合材料提供纤维预制体。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，特别涉及一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法。

背景技术

纤维增强复合材料的可设计性强、结构多变、性能可控，可以用作结构件、功能件及结构/功能一体化件使用。如以高强度碳纤维为增强体，经过编织或碳布缠绕制备高体积含量纤维预制体，通过浸渍/固化工艺形成碳纤维增强树脂基复合材料，该材料力学承载性能高，被用作结构材料使用；以低热导率碳纤维为增强体，通过纤维截短、梳理、平铺、针刺可以形成低密度碳纤维预制体，经过稀树脂溶液浸渍、沥干、固化、碳化、高温热处理，对其进行硬化，然后对表面进行涂覆树脂、贴附石墨纸固化、碳化、高温热处理后可以形成耐高温硬质多孔隔热材料(功能材料)；用极低热导率或高透波性能氧化物纤维编织或其碳布/网胎针刺形成低密度或高密度纤维预制体，经过陶瓷前躯体浸渍、固化、热解或烧结形成具有隔热或透波等功能的陶瓷复合材料(功能材料)；以高强度碳纤维为增强体，经过碳布编织、碳布叠层缝合形成高体积含量纤维预制体，经过液相浸渍/碳化或化学气相沉积法对其孔隙进行致密化，形成碳/碳复合材料，然后再表面制备耐高温氧化防护层，形成结构/承载一体化热结构材料；等等。由上可以看出，纤维特性(导热、力学、电磁特性等)和其预制体结构(包括纤维含量、孔隙含量、取向结构等)对最终材料的性能影响巨大：采用高力学性能纤维的高体积含量预制体形成的复合材料具有高力学性能，可以用作结构材料使用；采用低热导率碳纤维形成低密度纤维预制体，可以形成隔热功能材料；采用透波纤维预制体，经过透波陶瓷材料填充致密化，可以形成透波功能材料。这些复合材料在航天飞行器的结构部件、防热部件、隔热部件、透波部件或热结构部件中得到了广泛应用。

现有航天飞行器用复合材料通常性能单一，为追求其性能的可靠，大部分情况下采用均匀结构的纤维预制体作为增强体，经过致密化复合形成结构材料或功能材料。随着航天飞行器向高速化、机动化、可重复使用化、轻质化、精确控制等方向发展，对各类复合材料提出了越来越严苛的要求，多功能化、结构/功能一体化成为了航天复合材料发展的重要方向。目前发展的集高温防热和全温域承载为一体的热结构复合材料，就是其中的一个代表。然而，均匀纤维预制体基础上形成的航天复合材料的多功能化或结构/功能一体化的拓展可能性较小，很难在此基础上实现更高耐温基础上的如防热/结构一体化、防热/隔热一体化、隔热/透波一体化等多功能化或结构/功能一体化。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种底层高纤维含量、表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法，通过调控纤维织物不同区域的纤维体积含量或孔隙率实现纤维织物不同区域功能的分区设计，在此基础上实现多功能的目的，制备高力学性能和表层功能一体化复合材料提供纤维预制体，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种表层孔隙可控的高力学性能纤维织物的成型方法，包括如下步骤：

步骤(1)，将纤维布喷涂固定胶后层叠铺层，形成设定厚度h1的纤维织物底层层叠体；

步骤(2)，在纤维织物底层层叠体周围布置针状材料或薄片状材料，形成孔隙限位阵列；

步骤(3)，将喷涂固定胶的单向展宽布穿过孔隙限位阵列，并压实到纤维织物底层层叠体上，形成设定厚度h2的可控孔隙织物表层；