[其他]碳-碳復合材料的模塑方法

無效

• 申請號: 87106829
• 申請日: 1987-09-10
• 公開（公告）號: CN87106829A
• 公開（公告）日: 1988-05-18
• 發明（設計）人: 羅伯特·V·克羅雷
• 申請（專利權）人: 聯合工藝公司
• 主分類號: B29C51/12
• 分類號: B29C51/12
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 楊厚昌

本發明涉及的技術領域是碳-碳復合材料的模塑方法。

碳-碳復合材料是從有機母體纖維，如聚丙烯腈、人造絲或瀝青為起始材料制造的。這些纖維通常是通過擠出的方法，呈束狀（粗紗或長絲）制造的。把母體纖維放在惰性氣體中加熱，使之發生熱裂解或碳化，然后可把它們加熱至更高的溫度（比如高于4000°F即2204℃）以形成石墨纖維。然后可把這些碳或石墨材料鋪疊、編織或交織成用1D，2D，3D，……nD等結構表示的形式，這里D表示方向，n表示方向數〔即在2D結構中，纖維被鋪放成兩個（通常為正交）方向〕。

然后可以把這些編織結構切成希望的長度和寬度以構成復合材料的制件（比如氣體透平發動機元件、飛機剎車、火箭噴嘴等），然后把它們疊層放入陰模中或模具上進行加工。編織結構物可以交替著與樹脂或瀝青層疊放，或是最好先用樹脂浸漬編織結構物，通常是在壓力下浸漬，然后鋪疊在模具上或疊層在模具中形成預浸料坯。然后把該材料加熱使樹脂粘結劑發生固化形成纖維增強的前體復合材料制件。然后讓制件熱裂解，有時要石墨化。在再次浸漬之后又進行熱裂解和石墨化，視需要重復這些步驟可用來增大密度（比如再增密化）。另一種工藝是在進行了初始固化和碳化周期之后，用化學汽相淀積法（CVD）淀積熱解的石墨從而增密結構。

在模塑和隨后幾個步驟中（如固化、后固化和熱裂解），本碳-碳復合材料制造方法還可能有一些問題。例如，復合材料中樹脂的收縮會引起內應力導致脫層和開裂。

因此，人們一直在探求改善碳-碳復合材料模塑的方法。

本發明針對一種制造高強度碳-碳復合材料的方法。這個方法包括，在壓力容器中放置一樹脂浸漬碳纖維增強的預浸料坯，而這個容器基本上用固體可流動顆粒狀聚合物充填。使預浸料坯受到足夠的溫度和壓力以使預浸料坯固化，形成碳-碳復合材料前體，然后使該前體受到足夠的溫度與壓力進行后固化。后固化好的碳-碳復合材料前體被施加足以使它碳化的溫度與壓力以成型碳-碳復合材料。

本方法通過使用固體可流動顆粒狀聚合物作為壓力介質，提供了一個制造具有高強度碳-碳復合材料的簡捷方法，使得碳-碳復合材料技術取得明顯進步。

從說明書、權利要求以及說明本發明實施例的附圖中將清楚地看出上述和其它的目標、特點及優點。

附圖表示用控制聚合物壓力介質的溫度和壓力的方法來實施本發明的模塑方法所用設備的剖面透視圖。

附圖表示了按照本發明的一種方法。由碳纖維或石墨纖維制成預浸漬碳纖維或編織物鋪疊料坯（例如可以用編織、單絲纏繞和帶纏的方法）。用樹脂（例如酚醛樹脂）來浸漬鋪疊料坯。至少兩層（多層）預浸料坯層1疊放起來，置于壓力容器3之內（例如用不銹鋼或合金鋼制造的），在料坯四周充填聚合物介質（介質）6，其中有時可含有一些金屬顆粒以增加介質的導熱性，這在共同轉讓共同未決的美國專利申請907943號，題為《加有金屬添加劑的固體可流動聚合物介質及用它進行模塑的方法》中已被公開，公開的內容在此列入本專利作為參考。最好是在介質和制品之間有一個隔離層28，用來避免復合材料和介質的污染。這與真空袋不一樣，這一層不一定非要氣密性的，具有代表性的材料就是普通鋁箔。隔離層可以覆在玻璃纖維織物通氣層上，這個通氣層通過排氣孔30與真空管線40相聯。這可以用來從制品中除去揮發分。最好兩種聚合物介質在一個同軸系統中使用，在這個系統中，另一層隔離層50（例如是鋁箔）把靠近復合材料的高溫度介質51隔開。通常，少于約5.1Cm（2inh）厚的高溫介質就足夠了。這使得能更多地使用價格較低的介質。根據需要，介質可以或多或少地與復合材料前體接觸。通常，復合材料前體1與介質不接觸的表面，靠近模具7放置（例如接觸），以賦予（或保持）制品1的特殊形狀。加壓裝置（例如機械活塞）能對制品前體施加必需的、均勻分布的介質壓力。但是，最好通過低溫聚合物介質6的熱膨脹來產生這個壓力。在壓力容器3內的不同位置可插入普通壓力傳感器之類的元件來探測所需的壓力。雖然本發明可使用任何壓力，通常對于模塑碳-碳復合材料需要直至20.67MPa（3000PSi）的壓力。但是，據信直至138MPa（20，000PSi）的壓力都是可以使用的。