CN110722709B - 一种碳碳预制体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实提供了一种碳碳预制体及其制备方法，包括：基于缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；基于间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；将多层间断层和多层连续层固定在缓冲层的表面；去除缓冲层，得到碳碳预制体；其中，第一碳布层与缓冲层接触，一层连续层设置在相邻两层间断层之间，且连续层中的第二碳布层与间断层中的第一网胎层接触。本发明中，通过将多层间断层和连续层交替设置在模具上的缓冲层上，从而制备得到碳碳预制体，减少了碳纤维布和碳纤维网胎的接头，提高了碳碳预制体的力学性能，同时，使连续层中的张紧力得到释放，进一步提高了碳碳预制体的力学性能。

Description

一种碳碳预制体及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料预制体制备技术领域，特别是涉及一种碳碳预制体及其制备方法。

背景技术

随着传统能源的不断消耗及其对环境带来的负面影响日益严重，单晶硅片作为光伏发电的一种基础材料，有着广泛的市场需求，采用单晶炉拉制单晶硅棒时，单晶炉中的埚帮，需要具有一定的力学性能，同时还要能够承受炉内的高温、冷热循环和腐蚀环境。

目前，常采用具有高强度、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好的碳碳复合材料，作为制备埚帮的材料，而碳碳复合材料的整体性能主要取决于碳碳预制体的性能。采用纤维针刺法制备碳碳预制体的方式主要有两种，一种为连续铺层，即将碳纤维布和碳纤维网胎进行预针刺得到复合布，将复合布以一定的张紧力在模具上连续裹覆缠绕，在缠绕复合布的同时，进行连续针刺，从而将多层复合布连接在一起，得到碳碳预制体；另一种是间断铺层，将碳纤维布和碳纤维网胎不经过预针刺，直接铺设在模具表面，将单层碳纤维布和碳纤维网胎针刺连接后，再铺设一层碳纤维布和碳纤维网胎，通过针刺将两层碳纤维布和碳纤维网胎进行层间连接，多次铺设和针刺后，最终得到碳碳预制体。

但是，在现有技术中，连续铺层制备的碳碳预制体，由于复合布在连续针刺后，其张紧力得不到释放，导致碳碳预制体出现“龙脊”、“鼓包”和“分层”等缺陷，从而会降低碳碳预制体的力学性能。而采用间断铺层制备碳碳预制体，由于碳纤维布和碳纤维网胎的接头较多，导致碳碳预制体的力学性能下降。

发明内容

本发明提供一种碳碳预制体及其制备方法，旨在提升碳碳预制件的力学性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种碳碳预制体的制备方法，所述方法包括：

在模具的表面设置一层缓冲层；

基于所述缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；所述连续纤维层设置在所述第一碳布层和所述第一网胎层之间；

基于所述间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在所述连续层中，一层所述第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；

将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面；

去除所述缓冲层，得到所述碳碳预制体；

其中，所述间断层中的第一碳布层与所述缓冲层接触，一层所述连续层设置在相邻两层所述间断层之间，且所述连续层中的第二碳布层与所述间断层中的第一网胎层接触。

可选的，所述基于所述缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层的步骤包括：

将所述第一碳布层设置在所述缓冲层上；

将碳纤维丝束以预设间距在所述第一碳布层上进行绕丝，形成所述连续纤维层；

将所述第一网胎层设置在所述连续纤维层上；

将刺针以预设针刺深度、预设针刺密度和预设针刺角度从所述第一网胎层刺入，并刺入至所述第一碳布层，从而将所述第一碳布层、所述连续纤维层和所述第一网胎层之间固定连接，得到所述间断层。

可选的，所述基于所述间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层的步骤包括：

将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层设置在所述间断层中的第一网胎层上；

将所述刺针以所述预设针刺深度、所述预设针刺密度和所述预设针刺角度从所述第二网胎层刺入，并刺入至所述第二碳布层，从而将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层之间固定连接，得到所述连续层。

可选的，当所述模具的表面包括弧形结构时，在所述将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面的步骤之前，所述方法还包括：

在多层所述间断层和多层所述连续层中，位于所述弧形结构对应的位置处，间隔设置预设尺寸的所述第二碳布层和所述第二网胎层。

可选的，所述连续层中包含5层所述第二碳布层和5层所述第二网胎层。

可选的，所述第一碳布层和所述第二碳布层为平纹布或无纬布，所述第一碳布层和所述第二碳布层的面密度为25～40克/平方米。

可选的，所述第一网胎层和所述第二网胎层的面密度为40～120克/平方米。

可选的，所述碳纤维丝束的宽度为5毫米，所述预设间距为2～50毫米。

可选的，所述预设针刺深度为9～15毫米，所述预设针刺密度为40～60针/平方厘米，所述预设针刺角度为60～120度。

第二方面，本发明实施例提供了一种碳碳预制体，所述碳碳预制体包括：

多层间断层和多层连续层；

所述间断层和所述连续层依次间隔设置，一层所述连续层设置在相邻两层所述间断层之间；

所述间断层包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层，所述连续纤维层设置在所述第一碳布层和所述第一网胎层之间；

所述连续层包括多层第二碳布层和多层第二网胎层，一层所述第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；

其中，所述间断层中的第一网胎层设置在所述碳碳预制体的一面，所述连续层中的第二碳布层与所述间断层中的第一网胎层接触。

本发明实施例提供的一种碳碳预制体及其制备方法，包括：在模具的表面设置一层缓冲层；基于缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；连续纤维层设置在第一碳布层和第一网胎层之间；基于间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在连续层中，一层第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；将多层间断层和多层连续层固定在缓冲层的表面；去除缓冲层，得到碳碳预制体；其中，间断层中的第一碳布层与缓冲层接触，一层连续层设置在相邻两层间断层之间，且连续层中的第二碳布层与间断层中的第一网胎层接触。本申请中，通过在模具表面设置包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层的间断层，以及包括多层第二碳布层和多层第二网胎层的连续层，并将多层间断层和连续层交替设置在模具上的缓冲层上，从而制备得到碳碳预制体，减少了碳纤维布和碳纤维网胎的接头，提高了碳碳预制体的力学性能，同时，使连续层中的张紧力得到释放，降低碳碳预制体中因张紧力得不到释放而产生的“龙脊”、“鼓包”和“分层”等缺陷，进一步提高了碳碳预制体的力学性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体的制备方法的步骤流程图；

图2示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体制备装置的示意图；

图3示出了本发明实施例一中的一种间断层的结构示意图；

图4示出了本发明实施例一中的一种连续层的结构示意图；

图5示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体的结构示意图；

图6示出了本发明实施例二中的一种碳碳预制体的制备方法的步骤流程图；

图7示出了本发明实施例二中的一种连续层的制备过程示意图；

图8示出了本发明实施例二中的一种针刺后碳碳预制体表层的结构示意图；

图9示出了本发明实施例二中的一种异形件的补弧示意图。

附图标记说明：10-碳碳预制体、20-针刺设备工作台、30-模具、40-缓冲层、50-针刺机构、60-刺针、11-第一碳布层、12-连续纤维层、13-第一网胎层、14-第二碳布层、15-第二网胎层、16-碳碳预制体表层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1，图1示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体的制备方法的步骤流程图。该方法可以包括如下步骤：

步骤101，在模具的表面设置一层缓冲层。

参照图2，示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体制备装置的示意图。采用纤维针刺法制备碳碳预制体时，将模具30安装在针刺设备工作台20上，在模具30的表面设置一层缓冲层40，并在缓冲层40上铺设多层制备碳碳预制体10的原材料，通过针刺机构50对所述原材料进行针刺，即可得到碳碳预制体10。

进一步的，缓冲层应满足以下条件：

(1)缓冲层质地较软，以使在针刺的过程中，刺针能够轻易的刺穿缓冲层；

(2)缓冲层具有较好的回弹性，以使刺针刺入缓冲层时带入的碳纤维丝絮，不会在刺针退出时，跟随刺针退出；

(3)缓冲层具有较好的可塑性，因缓冲层裹覆在模具上，而模具的形状取决于所要生产的碳碳预制件的规格和形状，因此，缓冲层应具有较好的可塑性，从而可以适应不同规格和形状的产品；

(4)缓冲层的表面光滑，从而方便脱模，优选地，可以在缓冲层和模具之间增加便于脱模的材料；

(5)缓冲层的尺寸和密度均匀稳定，以确保在针刺前后缓冲层的尺寸和密度不发生变化或变化较小；

(6)在本发明实施例中，缓冲层的材料可以为：泡沫类材料或橡胶类材料。

在本发明实施例中，如图2所示，模具30可以为圆柱状的结构。

步骤102，基于所述缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；所述连续纤维层设置在所述第一碳布层和所述第一网胎层之间。

参照图3，示出了本发明实施例一中的一种间断层A的结构示意图，所述间断层A包括第一碳布层11、连续纤维层12和第一网胎层13，连续纤维层12设置在第一碳布层11和第一网胎层13之间。

所述碳布，即碳纤维布的简称，由预氧化的聚丙烯腈纤维织物经炭化或碳纤维经纺织而成，按照碳纤维的规格们可以分为1K碳布、3K碳布、6K碳布、12K碳布、24K及以上大丝束碳布。本发明实施例中，可选取12～24K碳布。

在本发明实施例中，对第一碳布按照模具30的尺寸进行裁剪，并将裁剪后的第一碳布以一定的张紧力裹覆在模具30表面的缓冲层40上，得到第一碳布层11。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一碳布层与缓冲层紧密贴合，可以在第一碳布上与所述圆弧结构对应的位置，将第一碳布进行裁剪，然后对第一碳布的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一碳布固定在缓冲层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

进一步的，第一碳布层应满足以下条件：

(1)将裁剪后的第一碳布以一定的张紧力裹覆在模具表面的缓冲层上时，需要保证第一碳布受力的均匀性；

(2)在缓冲层上裹覆第一碳布时，需要保证第一碳布与缓冲层贴合紧密；

(3)在缓冲层上裹覆第一碳布时，应尽可能避免第一碳布的经纬线间隙发生改变；

(4)在缓冲层上裹覆第一碳布时，需要确保各层第一碳布起始点在缓冲层上分布的均匀性。

在本发明实施例中，采用碳纤维丝束以预设间距在第一碳布层上进行绕丝，从而在第一碳布层上形成连续纤维层。

进一步的，连续纤维层应满足以下条件：

(1)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束和碳纤维丝束之间间隙的均匀性；

(2)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束受到一定的拉力，同时保证碳纤维丝束受到的拉力的均匀性，并且碳纤维丝束在拉力的作用下表面不被破坏；

(3)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束之间不出现“打结”和“拧巴”等现象。

在本发明实施例中，将设定面密度的第一网胎裹覆在绕丝完毕的模具表面，从而在连续纤维层上形成第一网胎层。

所述网胎，是经短切碳纤维经梳机铺层简单针刺而成，结网性能良好。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一网胎层与连续纤维层紧密贴合，可以在第一网胎上与所述圆弧结构对应的位置，将第一网胎进行裁剪，然后对第一网胎的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一网胎固定在连续纤维层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

在本发明实施例中，将第一碳布裹覆在缓冲层上得到第一碳布层，并在第一碳布层上采用碳纤维丝束进行绕丝得到连续纤维层，在连续纤维层外裹覆第一网胎后得到第一网胎层，将所述第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层。

步骤103，基于所述间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在所述连续层中，一层所述第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间。

参照图4，示出了本发明实施例一中的一种连续层B的结构示意图，所述间断层B包括多层间隔设置的第二碳布层14和多层第二网胎层15，一层第二碳布层14设置在相邻两层第二网胎层15之间。

在本发明实施例中，首先将一层第二碳布和一层第二网胎之间固定连接，得到复合布，然后将复合布以对应的间断层的半径为预设半径进行卷叠，在间断层的表面得到多层复合布，再将多层复合布之间进行固定，最终得到连续层。

由于连续层是由复合布连续卷叠多层得到的，相对于间断层，连续层中存在较少的碳布和网胎的接头，因而可以降低碳布和网胎的接头对碳碳预制体整体力学性能的影响，提高碳碳预制体的强度，同时，采用连续卷叠的方式，可以提高碳碳预制体的生产效率。

进一步的，在使用复合布进行卷叠制备连续层时，复合布受到一定的拉力。

优选地，连续层由5层复合布连续卷叠构成，即连续层中包含5层第二碳布层和5层第二网胎层。

步骤104，将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面。

参见图5，示出了本发明实施例一中的一种碳碳预制体的结构示意图，在该步骤中，将多层间断层A和多层连续层B固定在模具30上的缓冲层40的表面，其中，间断层A1中的第一碳布层11与缓冲层40接触，一层连续层B1设置在相邻两层间断层A1和A2之间，且连续层B1中的第二碳布层14与间断层A1中的第一网胎层13接触，间断层A2中的第一碳布层11与连续层B1中的第二网胎层15接触。

在本发明实施例中，先将第一碳布层11、连续纤维层12和第一网胎层13依次裹覆在模具30上的缓冲层40的表面，再将第一碳布层11、连续纤维层12和第一网胎层13通过针刺等方式固定在缓冲层40的表面，形成第一间断层A1，再将由第二碳布层14和第二网胎层15构成的复合布摆放在针刺设备的一侧，将所述复合布宽度切口与模具30对齐，可以通过针刺的方式将复合布固定在第一间断层A1的表面，然后在第一间断层A1的表面卷叠复合布，在第一间断层A1的表面固定多层复合布，形成第一连续层B1。

可选的，在第一间断层A1的表面固定多层复合布的方式，可以为在将复合布卷叠在第一间断层A1的过程中，进行连续针刺，一边卷叠复合布，一边进行针刺，直至最终得到多层复合布，也可以将多层复合布卷叠在第一间断层A1上之后，再进行针刺，将多层复合布固定在第一间断层A1的表面。

进一步的，在第一连续层B1的表面制备第二间断层A2，在第二间断层A2的表面制备第二连续层B2，继续该过程，直至该碳碳预制体的尺寸达到要求。

步骤105，去除所述缓冲层，得到所述碳碳预制体。

在该步骤中，将多层间断层和多层连续层固定在模具上的缓冲层的表面之后，首先进行脱模过程，将模具与缓冲层进行分离，再将缓冲层从第一碳布层上去除，得到碳碳预制体。

在本发明实施例中，由于在采用针刺的方式将间断层和连续层固定在缓冲层的过程中，刺针对缓冲层产生了一定的破坏，因此，可以轻易的将缓冲层从第一碳布层的表面剥离。

在本发明实施例中，碳碳预制体的制备方法，包括：在模具的表面设置一层缓冲层；基于缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；连续纤维层设置在第一碳布层和第一网胎层之间；基于间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在连续层中，一层第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；将多层间断层和多层连续层固定在缓冲层的表面；去除缓冲层，得到碳碳预制体；其中，间断层中的第一碳布层与缓冲层接触，一层连续层设置在相邻两层间断层之间，且连续层中的第二碳布层与间断层中的第一网胎层接触。本申请中，通过在模具表面设置包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层的间断层，以及包括多层第二碳布层和多层第二网胎层的连续层，并将多层间断层和连续层交替设置在模具上的缓冲层上，从而制备得到碳碳预制体，减少了碳纤维布和碳纤维网胎的接头，提高了碳碳预制体的力学性能，同时，使连续层中的张紧力得到释放，降低碳碳预制体中因张紧力得不到释放而产生的“龙脊”、“鼓包”和“分层”等缺陷，进一步提高了碳碳预制体的力学性能。

实施例二

参见图6，示出了本发明实施例二中的一种碳碳预制体的制备方法的步骤流程图，该方法可以包括如下步骤：

步骤201，在模具的表面设置一层缓冲层。

该步骤具体可以参照上述步骤101，此处不再赘述。

步骤202，将所述第一碳布层设置在所述缓冲层上。

在该步骤中，对第一碳布按照模型的尺寸进行裁剪，并将裁剪后的第一碳布以一定的张紧力裹覆在模具表面的缓冲层上，得到第一碳布层。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一碳布层与缓冲层紧密贴合，可以在第一碳布上与所述圆弧结构对应的位置，将第一碳布进行裁剪，然后对第一碳布的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一碳布固定在缓冲层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

进一步的，第一碳布层应满足以下条件：

(1)将裁剪后的第一碳布以一定的张紧力裹覆在模具表面的缓冲层上时，需要保证第一碳布受力的均匀性；

(2)在缓冲层上裹覆第一碳布时，需要保证第一碳布与缓冲层贴合紧密；

(3)在缓冲层上裹覆第一碳布时，应尽可能避免第一碳布的经纬线间隙发生改变；

(4)在缓冲层上裹覆第一碳布时，需要确保各层第一碳布起始点在缓冲层上分布的均匀性。

具体的，所述第一碳布层可以采用面密度为25～40克/平方米的平纹布或无纬布。所述平纹布为用平纹组织织成的织物，也就是经纱和纬纱每隔一根纱就交织一次(1上1下)。平纹布交织点多，质地坚牢、表面平整，较为轻薄、耐磨、透气。所述无纬布是采用超高强高模聚乙烯纤维为基材，经先进高科技设备均匀铺丝，用高强弹性体树脂浸渍涂胶和薄膜粘合，再经双正交复合层压而成。该产品具有手感柔软、密度小、耐磨蚀、抗冲击、抗切割韧性强等优异性能。

步骤203，将碳纤维丝束以预设间距在所述第一碳布层上进行绕丝，形成所述连续纤维层。

在该步骤中，采用碳纤维丝束以预设间距在第一碳布层上进行绕丝，从而在第一碳布层上形成连续纤维层。

进一步的，连续纤维层应满足以下条件：

(1)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束和碳纤维丝束之间间隙的均匀性；

(2)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束受到一定的拉力，同时保证碳纤维丝束受到的拉力的均匀性，并且碳纤维丝束在拉力的作用下表面不被破坏；

(3)采用碳纤维丝束进行绕丝时，需保证碳纤维丝束之间不出现“打结”和“拧巴”等现象。

可选的，当模具为圆柱状结构时，碳纤维丝束可以沿着所述圆柱状结构的圆周方向以预设间距在第一碳布层上进行绕丝，第一碳布层上的碳纤维丝束之间相互平行。由于碳纤维丝束进行绕丝时，碳纤维丝束受到一定的拉力，此时，若第一碳布层上存在“龙脊”、“鼓包”和“分层”，由于碳纤维丝束的拉力在圆柱状结构的径向方向上存在分力，因此可以减轻已经产生的“龙脊”、“鼓包”和“分层”现象，降低因“龙脊”、“鼓包”和“分层”对碳碳预制体整体力学性能的影响。

具体的，所述预设间距可以为2～50毫米。

可选的，在圆柱状结构的圆周方向以第二预设间距在第一碳布层上进行绕丝之后，在第一碳布层上还可以增加沿圆柱状结构轴向方向的碳纤维丝束，轴向设置的碳纤维丝束以另一预设间距在圆柱状结构的表面均匀分布，从而形成网格状的碳纤维丝束，可以进一步提高碳碳预制体整体的力学性能。

进一步的，由于网格状分布的碳纤维丝束的密度大于只以圆周方向进行绕丝的碳纤维丝束的密度，因此，网格状分布的碳纤维丝束的第二预设间距，小于只以圆周方向进行绕丝的碳纤维丝束的预设间距。

可选的，由于第一碳布层中已经存在较多的纤维丝束，因此，连续纤维层中的碳纤维丝束的强度可以略低于第一碳布层中纤维丝束的强度，就可以确保碳碳预制体整体的强度。

具体的，所述连续纤维层中的碳纤维丝束的宽度可以为5毫米。

步骤204，将所述第一网胎层设置在所述连续纤维层上。

在该步骤中，对第一网胎按照模型的尺寸进行裁剪，并将裁剪后的第一网胎以一定的张紧力裹覆在绕丝完毕的模具表面，从而在连续纤维层上形成第一网胎层。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一网胎层与连续纤维层紧密贴合，可以在第一网胎上与所述圆弧结构对应的位置，将第一网胎进行裁剪，然后对第一网胎的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一网胎固定在连续纤维层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

具体的，所述第一网胎层可以采用面密度为40～120克/平方米的第一网胎。

步骤205，将刺针以预设针刺深度、预设针刺密度和预设针刺角度从所述第一网胎层刺入，并刺入至所述第一碳布层，从而将所述第一碳布层、所述连续纤维层和所述第一网胎层之间固定连接，得到所述间断层。

在本发明实施例中，将第一碳布裹覆在缓冲层上得到第一碳布层，并在第一碳布层上采用碳纤维丝束进行绕丝得到连续纤维层，在连续纤维层外裹覆第一网胎后得到第一网胎层，将所述第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间采用针刺的方式相互固定连接，得到间断层，同时将间断层与缓冲层之间也固定连接。

具体的，所述针刺过程，是采用如图2所示的装置，将模具安装在针刺设备工作台20上，通过针刺机构50对设置在模具表面的间断层进行针刺，刺针以预设针刺深度、预设针刺密度和预设针刺角度从第一网胎层刺入，刺针通过连续纤维层，刺入第一碳布层，直至缓冲层，由于刺针的针尖具有倒刺结构，因此刺针在刺入间断层时，会将第一网胎层中的纤维结构带入第一碳布层及缓冲层中，在刺针退出时，所述纤维结构会留在第一碳布层及缓冲层中，从而使间断层中产生层间的连接，形成间断层，并使间断层与缓冲层之间也产生连接，将间断层固定在缓冲层的表面。

可选的，所述预设针刺深度可以为9～15毫米，所述预设针刺密度可以为40～60针/平方厘米，所述预设针刺角度可以为60～120度。

进一步的，针刺过程应满足以下条件：

(1)针刺过程中要保证针刺的均匀性，其中包括针刺深度的均匀性和针刺密度的均匀性；

(2)针刺过程中需注意断针的处理，若发生断针，应立即更换刺针；

(3)如涉及到表面具有圆弧结构的产品，针刺时需注意弧度转换区域的针刺，如果产品的具有圆弧结构，在针刺的过程中，圆弧结构对应的部分针刺密度相对于产品直壁部分会发生变化，针刺密度达不到要求的预设针刺密度，因此对弧度转换区域的起点处，应调整针刺的工艺参数，使针刺密度达到要求的预设针刺密度。

从而将所述第一碳布层、所述连续纤维层和所述第一网胎层之间固定连接，得到所述间断层。

步骤206，将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层设置在所述间断层中的第一网胎层上。

在该步骤中，首先将一层第二碳布和一层第二网胎之间通过预针刺固定连接，得到包括一层第二碳布层和一层第二网胎层的复合布。

具体的，所述第二碳布层可以采用面密度为25～40克/平方米的平纹布或无纬布。

具体的，所述第二网胎层可以采用面密度为40～120克/平方米的第二网胎。

然后，将复合布以对应的间断层的半径为预设半径进行卷叠，在间断层的表面设置多层复合布，即完成将多层第二碳布层和多层第二网胎层设置在间断层中的第一网胎层上。

步骤207，将所述刺针以所述预设针刺深度、所述预设针刺密度和所述预设针刺角度从所述第二网胎层刺入，并刺入至所述第二碳布层，从而将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层之间固定连接，得到所述连续层。

在本发明实施例中，将多层第二碳布层和多层第二网胎层设置在间断层中的第一网胎层上，并将所述多层第二碳布层和多层第二网胎层之间采用针刺的方式相互固定连接，得到连续层，同时将连续层与对应的间断层之间也固定连接。

可选的，在间断层的表面固定多层复合布的方式，可以为在将复合布卷叠在间断层的过程中，进行连续针刺，一边卷叠复合布，以便进行针刺，直至最终得到多层复合布，具体的，所述针刺过程，是采用如图2所示的装置，将模具安装在针刺设备工作台20上，通过针刺机构50对设置在间断层上的复合布进行针刺，刺针以预设针刺深度、预设针刺密度和预设针刺角度从第二网胎层刺入，刺入第二碳布层，直至内侧的另一层第二网胎层或间断层，由于刺针的针尖具有倒刺结构，因此刺针在刺入复合布时，会将第二网胎层中的纤维结构带入第二碳布层及内侧的另一层第二网胎层或间断层中，在刺针退出时，所述纤维结构会留在第二碳布层及内侧的另一层第二网胎层或间断层中，从而使连续层中产生层间的连接，形成连续层，并使连续层与内侧的间断层之间也产生连接，将连续层固定在间断层的表面。

也可以将多层复合布卷叠在间断层上之后，再进行针刺，将多层复合布固定在间断层的表面。具体的，参照图7，示出了本发明实施例二中的一种连续层的制备过程示意图，其中C为一层复合布中的第二碳布层，D为一层复合布中的第二网胎层，E为另一层复合布中的第二碳布层，刺针60从最外侧刺入，刺入多层复合布中，直至位于连续层内侧的间断层，从而使连续层中产生层间的连接，形成连续层，并使连续层与内侧的间断层之间也产生连接，将连续层固定在间断层的表面。

参照图8，示出了本发明实施例二中的一种针刺后碳碳预制体表层16的结构示意图，碳碳预制体的表层16经针刺之后，由于刺针的针尖具有倒刺结构，因此刺针在刺入碳碳预制体的表层16时，会将碳碳预制体的表层16中的纤维结构带入碳碳预制体中其他的连续层或间断层中，在刺针退出时，所述纤维结构会留在碳碳预制体中其他的连续层或间断层中，从而使碳碳预制体的各连续层或间断层之间产生连接，得到碳碳预制体，所述碳碳预制体表层16可以为间断层，也可以为连续层。

具体的，针刺时针刺角度基本保持与针刺面垂直或带一定的角度，针刺深度为9～15毫米，针刺密度为45～60针/平方毫米。

步骤208，判断模具表面是否包括弧形结构。

若模具表面包括弧形结构，则执行步骤209，若模具表面不包括弧形结构，则执行步骤210。

步骤209，当所述模具的表面包括弧形结构时，在多层所述间断层和多层所述连续层中，位于所述弧形结构对应的位置处，间隔设置预设尺寸的所述第二碳布层和所述第二网胎层。

参照图9，示出了本发明实施例二中的一种异形件的补弧示意图，图中各曲线表示对应的连续层或间断层的设置状态，横轴和纵轴均表示连续层或间断层在模具上设置的位置。该异形件具有弧形结构，则对应的模具的表面保护弧形结构，对于具有弧形结构的异形件，为在异形件表面制备出弧度突出的部分，在设置多层间断层和多层连续层时，在位于弧形结构对应的位置处，间隔设置预设尺寸的第二碳布层和第二网胎层，从而形成弧度突出的部分，完成该位置的补弧过程，如图9所示，分别设置了三层第二碳布层和第二网胎层，分别为F层、G层和H层。

具体的，所述预设尺寸根据异形件上弧形结构的尺寸确定。

步骤210，将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面。

该步骤具体可以参照上述步骤104，此处不再赘述。

步骤211，去除所述缓冲层，得到所述碳碳预制体。

该步骤具体可以参照上述步骤105，此处不再赘述。

在本发明实施例中，碳碳预制体的制备方法，包括：在模具的表面设置一层缓冲层；基于缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；连续纤维层设置在第一碳布层和第一网胎层之间；基于间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在连续层中，一层第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；将多层间断层和多层连续层固定在缓冲层的表面；去除缓冲层，得到碳碳预制体；其中，间断层中的第一碳布层与缓冲层接触，一层连续层设置在相邻两层间断层之间，且连续层中的第二碳布层与间断层中的第一网胎层接触。通过在模具表面设置包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层的间断层，以及包括多层第二碳布层和多层第二网胎层的连续层，并将多层间断层和连续层交替设置在模具上的缓冲层上，从而制备得到碳碳预制体，减少了碳纤维布和碳纤维网胎的接头，提高了碳碳预制体的力学性能，同时，使连续层中的张紧力得到释放，降低碳碳预制体中因张紧力得不到释放而产生的“龙脊”、“鼓包”和“分层”等缺陷，进一步提高了碳碳预制体的力学性能。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定都是本申请实施例所必需的。

实施例三

参照图5，示出了本发明实施例三中的一种碳碳预制体的结构图，具体可以包括：

多层间断层A和多层连续层B；间断层A和连续层B依次间隔设置，一层连续层B设置在相邻两层间断层A之间；间断层A1包括第一碳布层11、连续纤维层12和第一网胎层13，连续纤维层12设置在第一碳布层11和第一网胎层13之间；连续层B1包括多层第二碳布层14和多层第二网胎层15，一层第二碳布层14设置在相邻两层第二网胎层15之间；其中，间断层A1中的第一网胎层11设置在碳碳预制体的一面，连续层B1中的第二碳布层14与间断层A1中的第一网胎层13接触，间断层A2中的第一碳布层11与连续层B1的第二网胎层15接触。

具体的，对第一碳布按照模具的尺寸进行裁剪，并将裁剪后的第一碳布以一定的张紧力裹覆在模具表面的缓冲层上，得到第一碳布层，然后，采用碳纤维丝束以预设间距在第一碳布层上进行绕丝，从而在第一碳布层上形成连续纤维层，并将设定面密度的第一网胎裹覆在绕丝完毕的模具表面，从而在连续纤维层上形成第一网胎层，将所述第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一碳布层与缓冲层紧密贴合，可以在第一碳布上与所述圆弧结构对应的位置，将第一碳布进行裁剪，然后对第一碳布的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一碳布固定在缓冲层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

可选的，若碳碳预制件产品的表面包括圆弧结构时，该碳碳预制件产品对应的模具的表面，相应的也会包括圆弧结构，此时，为保证第一网胎层与连续纤维层紧密贴合，可以在第一网胎上与所述圆弧结构对应的位置，将第一网胎进行裁剪，然后对第一网胎的裁剪切口使用网胎进行针刺，将裁剪切口部位的第一网胎固定在连续纤维层上，以加强裁剪切口处层间的连接强度。

具体的，将一层第二碳布和一层第二网胎之间固定连接，得到复合布，然后将复合布以对应的间断层的半径为预设半径进行卷叠，在间断层的表面得到多层复合布，再将多层复合布之间进行固定，最终得到连续层。

由于连续层是由复合布连续卷叠多层得到的，相对于间断层，连续层中存在较少的碳布和网胎的接头，因而可以降低碳布和网胎的接头对碳碳预制体整体力学性能的影响，提高碳碳预制体的强度，同时，采用连续卷叠的方式，可以提高碳碳预制体的生产效率。

优选地，连续层由5层复合布连续卷叠构成，即连续层中包含5层第二碳布层和5层第二网胎层。

在本发明实施例中，先将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层依次裹覆在模具上的缓冲层的表面，再将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层通过针刺等方式固定在缓冲层的表面，形成第一间断层，再将由第二碳布层和第二网胎层构成的复合布摆放在针刺设备的一侧，将所述复合布宽度切口与模具对齐，可以通过针刺的方式将复合布固定在第一间断层的表面，然后在第一间断层的表面卷叠复合布，在第一间断层的表面固定多层复合布，形成第一连续层。

可选的，在第一间断层的表面固定多层复合布的方式，可以为在将复合布卷叠在第一间断层的过程中，进行连续针刺，一边卷叠复合布，一边进行针刺，直至最终得到多层复合布，也可以将多层复合布卷叠在第一间断层上之后，再进行针刺，将多层复合布固定在第一间断层的表面。

进一步的，在第一连续层的表面制备第二间断层，在第二间断层的表面制备第二连续层，继续该过程，直至该碳碳预制体的尺寸达到要求。

然后，将多层间断层和多层连续层固定在模具上的缓冲层的表面之后，进行脱模过程，将模具与缓冲层进行分离，再将缓冲层从第一碳布层上去除，得到碳碳预制体。

在本发明实施例中，碳碳预制体包括：多层间断层和多层连续层；间断层和连续层依次间隔设置，一层连续层设置在相邻两层间断层之间；间断层包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层，连续纤维层设置在第一碳布层和第一网胎层之间；连续层包括多层第二碳布层和多层第二网胎层，一层第二碳布层设置在相邻两层第二网胎层之间；其中，间断层中的第一网胎层设置在碳碳预制体的一面，连续层中的第二碳布层与间断层中的第一网胎层接触。本申请中，通过在模具表面设置包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层的间断层，以及包括多层第二碳布层和多层第二网胎层的连续层，并将多层间断层和连续层交替设置在模具上的缓冲层上，从而制备得到碳碳预制体，减少了碳纤维布和碳纤维网胎的接头，提高了碳碳预制体的力学性能，同时，使连续层中的张紧力得到释放，降低碳碳预制体中因张紧力得不到释放而产生的“龙脊”、“鼓包”和“分层”等缺陷，进一步提高了碳碳预制体的力学性能。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种碳碳预制体的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

在模具的表面设置一层缓冲层；

基于所述缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层；所述连续纤维层设置在所述第一碳布层和所述第一网胎层之间；

基于所述间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层；在所述连续层中，一层所述第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；

将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面；

去除所述缓冲层，得到所述碳碳预制体；

其中，所述间断层中的第一碳布层与所述缓冲层接触，一层所述连续层设置在相邻两层所述间断层之间，且所述连续层中的第二碳布层与所述间断层中的第一网胎层接触。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述缓冲层，将第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层之间固定连接，得到间断层的步骤包括：

将所述第一碳布层设置在所述缓冲层上；

将碳纤维丝束以预设间距在所述第一碳布层上进行绕丝，形成所述连续纤维层；

将所述第一网胎层设置在所述连续纤维层上；

将刺针以预设针刺深度、预设针刺密度和预设针刺角度从所述第一网胎层刺入，并刺入至所述第一碳布层，从而将所述第一碳布层、所述连续纤维层和所述第一网胎层之间固定连接，得到所述间断层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述间断层，将多层第二碳布层和多层第二网胎层之间固定连接，得到连续层的步骤包括：

将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层设置在所述间断层中的第一网胎层上；

将所述刺针以所述预设针刺深度、所述预设针刺密度和所述预设针刺角度从所述第二网胎层刺入，并刺入至所述第二碳布层，从而将多层所述第二碳布层和多层所述第二网胎层之间固定连接，得到所述连续层。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述模具的表面包括弧形结构时，在所述将多层所述间断层和多层所述连续层固定在所述缓冲层的表面的步骤之前，所述方法还包括：

在多层所述间断层和多层所述连续层中，位于所述弧形结构对应的位置处，间隔设置预设尺寸的所述第二碳布层和所述第二网胎层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续层中包含5层所述第二碳布层和5层所述第二网胎层。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一碳布层和所述第二碳布层为平纹布或无纬布，所述第一碳布层和所述第二碳布层的面密度为25～40克/平方米。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一网胎层和所述第二网胎层的面密度为40～120克/平方米。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述碳纤维丝束的宽度为5毫米，所述预设间距为2～50毫米。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设针刺深度为9～15毫米，所述预设针刺密度为40～60针/平方厘米，所述预设针刺角度为60～120度。

10.一种碳碳预制体，其特征在于，所述碳碳预制体包括：

多层间断层和多层连续层；

所述间断层和所述连续层依次间隔设置，一层所述连续层设置在相邻两层所述间断层之间；

所述间断层包括第一碳布层、连续纤维层和第一网胎层，所述连续纤维层设置在所述第一碳布层和所述第一网胎层之间；

所述连续层包括多层第二碳布层和多层第二网胎层，一层所述第二碳布层设置在相邻两层所述第二网胎层之间；

其中，所述间断层中的第一网胎层设置在所述碳碳预制体的一面，所述连续层中的第二碳布层与所述间断层中的第一网胎层接触。

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