一种碳纤维预制体的快速定型方法与流程

1.本发明涉及碳纤维制造领域，特别是一种碳纤维预制体的快速定型方法。


背景技术：

2.碳纤维增强高温复合材料包括c/c复合材料、碳/陶复合材料等，该类材料的制备工艺包括：化学气相沉积工艺、模压成型工艺、先躯体浸渍裂解工艺、反应熔体浸渗工艺等，其中化学气相沉积工艺与模压成型工艺可作为该类材料的定型工艺：采用化学气相沉积工艺制备的碳纤维增强高温复合材料的预制体多为碳纤维编织体，采用该工艺制备的高温复合材料由于其优越的高温力学性能而多用于航空、航天等高端制造领域；采用模压成型工艺制备的碳纤维增强高温复合材料的即是将短切碳纤维与树脂以及其他添加剂的混合物通过模压工艺进行快速成型进而经过后续高温增密过程所制备的复合材料，采用这一工艺所制备的复合材料力学性能较低，无需通过复杂工艺完成预制体的制备。
3.化学气相沉积工艺的沉积过程一般在1000℃或更高温度下进行，而沉积初期的预制体为较柔软的碳纤维编织体，所述预制体在材料定型之前极易发生异常变形或内部损伤。因此一般会在化学气相沉积过程之前对预制体进行预沉积，预沉积时间一般为50h—100h，预沉积过程采用化学气相沉积过程的工艺参数。整个预沉积过程需要7天—10天，对于形状较复杂的预制体的预沉积过程则需借助石墨工装进行防护，石墨工装价格昂贵，碳纤维增强高温复合材料的预沉积过程必然会产生较大的生产成本。


技术实现要素：

4.为降低采用化学气相沉积工艺制备碳纤维增强高温复合材料定型过程中所产生的高额成本，本发明提出了一种碳纤维预制体的快速成定型方法。
5.包括以下步骤：
6.s1第一次碳纤维预制体在树脂浸渍液中浸渍；
7.s2将在树脂浸渍后的碳纤维预制体进行第一次风干定型；
8.s3对第一次定型后的碳纤维预制体在树脂液中进行第二次浸渍；
9.s4将第二次浸渍后的碳纤维预制体进行第二次风干定型。
10.进一步地，步骤s1中以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用雾化喷淋方式对碳纤维预制体进行树脂浸渍，所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为30％，乙醇的质量百分比为70％。
11.进一步地，步骤s1中所述浸渍为借助喷雾设备进行雾化喷淋的浸渍方式，浸渍过程在无尘车间内进行，浸渍过程采用自上而下的喷淋方式，将酚醛树脂溶液由碳纤维预制体顶部进行喷淋，待树脂溶液经过碳纤维预制体内部的空隙缓慢流到预制体底部后对碳纤维预制体进行全方位喷淋。
12.进一步地，步骤s2对碳纤维预制体进行静置风干，风干时间1h～2h。
13.进一步地，步骤s3将碳纤维预制体倒置进行第二次浸渍喷淋，对碳纤维预制体进
行6～8次喷淋。
14.进一步地，步骤s3浸渍方式要求酚醛树脂溶液液面应明显高于碳纤维预制体顶部，浸渍过程在真空浸渍罐中进行，浸渍时浸渍罐的真空度为1
±
0.05kpa，浸渍时间为2～3小时，酚醛树脂溶液中，酚醛树脂质量百分比为35％，乙醇的质量百分比为65％。
15.进一步地，步骤s4二次定型，将二次浸渍后的碳纤维预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行二次定型，所述二次定型过程的固化温度为165
±
5℃，保温时间为1.5～2.5小时。
16.有益效果，本发明中树脂溶液可实现多次重复使用，所述两次定型过程仅有少量酒精蒸汽排出，整个过程符合绿色制造的排放要求；本发明的定型过程中仅在预制体内部引入固化后的酚醛树脂，所述预制体在定型后可直接放入化学气相沉积设备进行后续沉积工序，酚醛树脂在化学气相沉积设备的升温过程中即会发生碳化，碳化过程不会对碳纤维编织结构造成任何不良影响，而且碳化后的树脂可作为c/c复合材料的基体碳，降低采用化学气相沉积工艺制备碳纤维增强高温复合材料定型过程中所产生的高额成本。
具体实施方式
17.本发明涉及一种碳纤维预制体的快速定型方法，将通过实施例详细说明定型的具体过程。
18.实施例1
19.本实施例是一种盘状预制体的快速定型方法，盘体直径500mm，盘体厚度100mm，化学气相沉积炉每批装炉数量20件，具体过程是：
20.步骤1，一次树脂浸渍，以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用雾化喷淋方式对预制体进行树脂浸渍。
21.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂质量百分比为30％乙醇的质量百分比为70％。
22.所述雾化喷淋的浸渍方式需借助喷雾设备进行浸渍，浸渍过程在无尘车间内进行。浸渍过程采用自上而下的喷淋方式，将酚醛树脂溶液由预制体顶部进行喷淋，待树脂溶液经过预制体内部的空隙缓慢流到预制体底部后对预制体进行全方位喷淋；对预制体进行一次全方位喷淋后进行静置风干，风干时间2h；风干后将预制体倒置进行第二次喷淋、风干；以相同的方式对预制体进行8次喷淋即完成首次树脂浸渍过程。
23.步骤2，初次定型，将浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行固化定型。
24.所述初次定型过程的固化温度为170℃，保温时间为2.5小时；
25.步骤3，二次浸渍。以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用整体浸渍的方式对初次定型后的预制体进行二次浸渍。
26.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为35％乙醇的质量百分比为65％；
27.所述整体浸渍的浸渍方式要求树脂溶液液面应明显高于预制体顶部，浸渍过程在真空浸渍罐中进行，浸渍时浸渍罐的真空度为1
±
0.05kpa，浸渍时间为3小时。
28.步骤4，二次定型，将二次浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行二次定型。
29.实施例2
30.本实施例是一种环状预制体的快速定型方法，预制体环面外径300mm，环面内径160mm，预制体厚度40mm，化学气相沉积炉每批装炉数量50件。具体过程是：
31.步骤1，一次树脂浸渍。以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用雾化喷淋方式对预制体进行树脂浸渍。
32.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为30％乙醇的质量百分比为70％。
33.所述雾化喷淋的浸渍方式需借助喷雾设备进行浸渍，浸渍过程在无尘车间内进行。浸渍过程采用自上而下的喷淋方式，将酚醛树脂溶液由预制体顶部进行喷淋，待树脂溶液经过预制体内部的空隙缓慢流到预制体底部后对预制体进行全方位喷淋；对预制体进行一次全方位喷淋后进行静置风干，风干时间1h；风干后将预制体倒置进行第二次喷淋、风干；以相同的方式对预制体进行6次喷淋即完成首次树脂浸渍过程；
34.步骤2，初次定型，将浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行固化定型。
35.所述初次定型过程的固化温度为160℃，保温时间为1.5小时；
36.步骤3，二次浸渍。以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用整体浸渍的方式对初次定型后的预制体进行二次浸渍。
37.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为35％乙醇的质量百分比为65％。
38.所述整体浸渍的浸渍方式要求树脂溶液液面应明显高于预制体顶部，浸渍过程在真空浸渍罐中进行，浸渍时浸渍罐的真空度为1
±
0.05kpa，浸渍时间为2小时。
39.步骤4，二次定型，将二次浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行二次定型。
40.实施例3
41.本实施例是一种管状预制体的快速定型方法，管径600mm，管壁厚30mm，管高400mm，化学气相沉积炉每批装炉数量6件。
42.具体过程是：
43.步骤1，一次树脂浸渍。以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用雾化喷淋方式对预制体进行树脂浸渍。
44.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为30％乙醇的质量百分比为70％；
45.所述雾化喷淋的浸渍方式需借助喷雾设备进行浸渍，浸渍过程在无尘车间内进行。浸渍过程采用自上而下的喷淋方式，将酚醛树脂溶液由预制体顶部进行喷淋，待树脂溶液经过预制体内部的空隙缓慢流到预制体底部后对预制体进行全方位喷淋；对预制体进行一次全方位喷淋后进行静置风干，风干时间1.5h；风干后将预制体倒置进行第二次喷淋、风干；以相同的方式对预制体进行6次喷淋即完成首次树脂浸渍过程；
46.步骤2，初次定型。将浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行固化定型。
47.所述初次定型过程的固化温度为170℃，保温时间为2小时；
48.步骤3，二次浸渍。以酚醛树脂溶液为浸渍液，采用整体浸渍的方式对初次定型后的预制体进行二次浸渍。
49.所述酚醛树脂溶液中，酚醛树脂的质量百分比为35％，乙醇的质量百分比为65％；
50.所述整体浸渍的浸渍方式要求树脂溶液液面应明显高于预制体顶部，浸渍过程在
真空浸渍罐中进行。浸渍时浸渍罐的真空度为1
±
0.05kpa，浸渍时间为2.5小时。
51.步骤4，二次定型，将二次浸渍后的预制体在无尘车间风干4小时后置入烘箱进行二次定型。
52.上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。