CN114134481A - 管材成型模具及碳/碳复合管材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种管材成型模具及碳/碳复合管材的制备方法，包括：支撑棒，包括棒主体及沿棒主体的轴向设置的限位凸条；支撑板，支撑板设有安装孔及与安装孔连通的限位孔，支撑板用于安装于支撑棒上，安装孔用于与棒主体配合，限位孔用于与限位凸条配合；弧形板，弧形板的数量为多个，多个弧形板用于依次沿棒主体的周向设于支撑板上，以拼接形成包覆支撑棒的外管；及盖板，盖板为两个，两个盖板分别用于套设在外管的两端。上述管材成型模具可用于形成管材材料，当管材在弧形板形成的外管上成型后，先将盖板拆除，再将支撑棒抽出，然后取出支撑板，再抽出弧形板即可，如此可提高成型管材的圆度和直线度。
Description
技术领域
本发明涉及碳复合材料技术领域，特别是涉及一种管材成型模具及碳/碳复合管材的制备方法。
背景技术
管材的应用领域很广泛。例如不少热处理设备里面的排气管管材，长度长(例如1000毫米以上)，直径小(例如小于100毫米)，这种管材的长径比大(大于10)，薄壁(小于5毫米)。若采用石墨材质制备这类长径比较大的管材，由于石墨的脆性大，故而存在加工废品率高、使用寿命短的缺点。而碳/碳复合材料材质，因其使用寿命长，故而广受管材市场的青睐。
通常的碳/碳复合管材的制作方法，是采用泡沫管协助不锈钢棒作为模具，用针刺的方法制作预制体毛坯，再进行化学气相沉积、机加工，再化学气相沉积、机加工，等多个循环。因为这些管材的产品比较长、内径小，需要针刺，预制体制作必须全人工操作，效率低。以外径81毫米、内径75毫米、长度1000毫米的管材产品为例，其制作方法如下：采用一根直径20毫米～25毫米的不锈钢棒作为模具，再在不锈钢棒上套设一根外径75、长度1050毫米的泡沫管，再将不锈钢棒的两端支起来，以便于在泡沫管上进行碳布的缠绕，网胎的铺放，手工进行针刺。针刺做到合适的外径以后，要取出不锈钢棒，弄掉泡沫，再进行化学气相沉积。采用这种模具进行生产，模具的取出比较困难，导致制备过程中管材产品在长度方向上容易变形。
为了保证管材的顺利生产，预制体内径和外径必须留足够的余量，这样也导致了毛坯必须做得比较厚，故而增加了原材料成本和人工成本，此外机加工次数多，导致进炉次数也多，增加了加工成本。
发明内容
基于此，本发明提供了一种管材成型模具，用于管材成型，脱模容易，不会造成管材的变形。
此外，还公开了一种碳/碳复合管材的制备方法，采用该管材成型模具进行碳/碳复合管材的制作，且其预制体制作过程中不进行针刺，制作的管材产品的圆度和直线度优良。
本发明的技术方案如下：
本发明的一方面提供了一种管材成型模具，包括：
支撑棒，包括棒主体及沿所述棒主体的轴向设置的限位凸条；
支撑板，所述支撑板设有安装孔及与所述安装孔连通的限位孔，所述支撑板用于安装于所述支撑棒上，所述安装孔用于与所述棒主体配合，所述限位孔用于与所述限位凸条配合；
弧形板，所述弧形板的数量为多个，多个所述弧形板用于依次沿所述棒主体的周向设于所述支撑板上，以拼接形成包覆所述支撑棒的外管；及
盖板，所述盖板为两个，两个所述盖板分别用于套设在所述外管的两端。
在其中一些实施例中，所述支撑板的至少部分外轮廓为弧形，所述支撑板通过呈弧形的外轮廓与所述弧形板的内壁相互抵持。
在其中一些实施例中，所述支撑板的至少部分外轮廓为直线；
所述支撑板的外轮廓包括依次连接的第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线，所述第一弧线和所述第二弧线相对，所述第一直线和所述第二直线相对。
在其中一些实施例中，所述支撑板的数量为多个，多个所述支撑板依次设于所述支撑棒上的同一所述限位凸条；任意相邻两个所述支撑板中，其中一个所述支撑棒的与所述限位凸条配合的限位孔对应所述第一弧线或者所述第二弧线设置，另外一个所述支撑棒的与所述限位凸条配合的限位孔对应所述第一直线或者所述第二直线设置。
在其中一些实施例中，所述支撑板上的所述限位孔为至少两个，其中两个所述限位孔分别为第一限位孔和第二限位孔，所述第一限位孔对应所述第一弧线或者所述第二弧线设置，所述第二限位孔对应所述第一直线或者所述第二直线设置；
任意相邻两个所述支撑板中的一个通过所述第一限位孔与所述限位凸条配合，另一个通过所述第二限位孔与所述限位凸条配合。
在其中一些实施例中，所述支撑板上还设有定位孔；所述管材成型模具还包括拉杆，所述拉杆依次穿过多个所述支撑板的定位孔。
在其中一些实施例中，所述支撑板上的定位孔为至少四个，其中有四个定位孔分别为对应第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线设置的第一定位孔、第二定位孔、第三定位孔和第四定位孔；
所述拉杆为至少四根，各所述拉杆依次穿过多个所述支撑板的一个定位孔，以使所述四根拉杆穿过每个所述支撑板并平行设置。
在其中一些实施例中，每根所述拉杆上还设有定位部；
每个所述支撑板所对应的四根拉杆中，至少有相对的两根所述拉杆上的定位部分别位于所述支撑板的两侧且用于对所述支撑板定位。
在其中一些实施例中，每个所述支撑板所对应的四根拉杆中，其中有相对的两根拉杆上的定位部分别位于所述支撑板的两侧且用于对所述支撑板定位；
所述相对的两根拉杆分别与各所述支撑板的所述第一定位孔和所述第二定位孔配合。
在其中一些实施例中，所述盖板设有过孔，所述过孔用于供所述棒主体的端部穿过；和/或
所述盖板的内壁设有环形台阶，所述环形台阶用于与所述外管的端部抵持。
一种碳/碳复合管材的制备方法，采用上述任一项所述的管材成型模具，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述管材成型模具的各部件组装，得到组装好的管材成型模具；
(2)在组装好的管材成型模具的外管上包裹至少一碳纤维层，然后在所述碳纤维层上缠绕长碳纤维以使所述长碳纤维呈螺旋状，再于所述螺旋状的长碳纤维上包裹至少一碳纤维层，得到第一碳/碳预制毛坯；其中，各所述碳纤维层独立地选自碳纤维单向布或碳纤维网胎，且所述螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔；
(3)在所述第一碳/碳预制毛坯上重复进行步骤(2)的包裹和缠绕步骤n次，烘烤后依次取出所述管材成型模具的所述盖板、所述支撑棒、所述支撑板及所述弧形板，得到第二碳/碳预制毛坯；其中，n为大于或等于1的整数；其中，任意相邻两次所述缠绕的步骤形成的所述螺旋状的长碳纤维在所述管材成型模具上的投影呈交错设置；
(4)将所述第二碳/碳预制毛坯采用化学气相沉积法进行碳沉积，得到碳/碳复合管材。
在其中一些实施例中，任意相邻两次所述缠绕的步骤中，以组装好的管材成型模具的同一端为缠绕起点，控制相邻两次缠绕的步骤的缠绕方向相反；
和/或，所述碳纤维层为碳纤维单向布时，所述碳纤维单向布中的碳纤维的经向与所述支撑棒的轴向平行或相交。
在其中一些实施例中，在每次所述缠绕的步骤中，控制所述螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔的距离为0.5毫米～6毫米。
上述管材成型模具可用于形成管材材料，当管材在弧形板形成的外管上成型后，先将盖板拆除，再将支撑棒抽出，然后取出支撑板，再抽出弧形板即可，如此该管材成型模具的脱模容易，避免了传统的模具容易造成管材的变形的问题，可提高成型管材的圆度和直线度。
上述碳/碳复合管材的制备方法，采用该管材成型模具进行碳/碳复合管材的制作，该管材成型模具的脱模容易，避免了传统的模具容易造成管材的变形的问题，可提高成型管材的圆度和直线度且其预制体制作过程中不进行针刺，制作的管材产品的圆度和直线度优良；且优化了碳/碳复合管材的制备方法，其预制体制作过程中不进行针刺，可降低原材料成本和人工成本。
上述碳/碳复合管材的制备方法中，采用管材成型模具进行碳纤维缠绕时会产生张力，使制得的碳/碳预制毛坯的密度可以达到传统的采用针刺工艺制得毛坯的密度，且进一步采用钢制的管材成型模具，其热膨胀系数比碳纤维要大，在煅烧过程中，由于管材成型模具的热膨胀，对碳/碳预制毛坯进行挤压，导致长碳纤维把碳纤维网胎和碳纤维单向布拉得更紧，进一步提高制得的碳/碳预制毛坯密度和强度；而在冷却时，管材成型模具和碳纤维之间存在较大的热膨胀系数差异，可进一步便于脱模。
附图说明
图1为本发明一实施方式的管材成型模具的结构示意图；
图2为图1所示的管材成型模具的分解结构图；
图3为图2所示的管材成型模具中的支撑板的结构示意图；
图4为本发明另一实施方式的管材成型模具中拉杆与支撑板配合的结构示意图；
图5为图2所示的管材成型模具中的盖板的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，本发明一实施方式提供了一种管材成型模具100，包括：支撑棒110、支撑板120、弧形板130及盖板140。
支撑棒110包括棒主体111及沿棒主体111的轴向设置的限位凸条112。
请参阅图3，支撑板120设有安装孔121及与安装孔121连通的限位孔，支撑板120用于安装于支撑棒110上，安装孔121用于与棒主体111配合，限位孔用于与限位凸条112配合。
弧形板130的数量为多个，多个弧形板130用于依次沿棒主体111的周向设于支撑板120上，以拼接形成包覆支撑棒110的外管。
盖板140为两个，两个盖板140分别用于套设在外管的两端。
上述管材成型模具100组装时，将支撑板120安装于支撑棒110上，并使安装孔121与棒主体111配合，限位孔与限位凸条112配合，以使支撑板120固定。然后将多个弧形板130依次沿棒主体111的周向设于支撑板120上，拼接形成包覆支撑棒110的外管；然后再将两个盖板140套设在外管的两端，以使弧形板130固定。
上述管材成型模具100可用于形成管材材料，当管材在弧形板130形成的外管上成型后，先将盖板140拆除，再将支撑棒110抽出，然后取出支撑板120，再抽出弧形板130即可，如此该管材成型模具100的脱模容易，避免了传统的模具容易造成管材的变形的问题，可提高成型管材的圆度和直线度。
在其中的一些实施例中，弧形板130的数量可为2个、3个及以上。在本具体实施例中，弧形板130的数量为4个，每个弧形板130所对应的弧度为90度。
在其中的一些实施例中，支撑板120的至少部分外轮廓为弧形，支撑板120通过呈弧形的外轮廓与弧形板130的内壁相互抵持。
进一步地，支撑板120的至少部分外轮廓为直线；支撑板120的外轮廓包括依次连接的第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线，第一弧线和第二弧线相对，第一直线和第二直线相对。第一直线和第二直线不用于与弧形板130的内壁相互抵持，其与弧形板130的内壁之间存在间隙，进而可便于支撑板120的取出。
进一步地，第一直线和第二直线相互平行。
进一步地，支撑板120的数量为多个。在本具体示例中，支撑板120的数量为6个；可理解，支撑板120的数量可根据需要设置。
如图2所示，多个支撑板120依次设于支撑棒110上的同一限位凸条112。任意相邻两个支撑板120中，其中一个支撑棒110的与限位凸条112配合的限位孔对应第一弧线或者第二弧线设置，另外一个支撑棒110的与限位凸条112配合的限位孔对应第一直线或者第二直线设置。换言之，任意相邻两个支撑板120的设置方向不相同；在一些具体示例中，任意一个支撑板120与相邻的另一个支撑板120的旋转角度为90度。
在其中一些实施例中，限位凸条112自棒主体111的一端延伸至另一端，多个支撑板120沿支撑板120的一端依次分布于另一端。进一步地，多个支撑板120沿支撑板120均匀分布。如此以更好地为弧形板130提供支撑。
请继续参阅图3，在其中一些实施例中，支撑板120上的限位孔为至少两个。其中两个限位孔分别为第一限位孔1221和第二限位孔1222。第一限位孔1221对应第一弧线或者第二弧线设置，第二限位孔1222对应第一直线或者第二直线设置。
同时参阅图2及图3，任意相邻两个支撑板120中的一个通过第一限位孔1221与限位凸条112配合，另一个通过第二限位孔1222与限位凸条112配合。
请参阅图3和图4，在其中一些实施例中，支撑板120上还设有定位孔；管材成型模具100还包括拉杆150，拉杆150依次穿过多个支撑板120的定位孔。如此通过设置拉杆150，可便于支撑板120的取出；具体地，可拉动拉杆150，进而带动支撑板120抽离。
请继续参阅图3，进一步地，支撑板120上设有至少四个定位孔；其中有四个定位孔分别为对应第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线设置的第一定位孔1231、第二定位孔1232、第三定位孔1233和第四定位孔1234。
进一步地管材成型模具100包括至少四根拉杆150，各拉杆150依次穿过多个支撑板120的一个定位孔，以使四根拉杆150穿过每个支撑板120并平行设置。如此通过设置四根拉杆150，可便于将支撑板120顺利取出。
进一步地，每根拉杆150上还设有定位部151。如此拉杆150上的定位部151，可便于支撑板120在拉杆150上的固定，故而可便于支撑板120在抽出时不会与拉杆150脱离或移位。
进一步地，每个支撑板120所对应的四根拉杆150中，至少有相对的两根拉杆150上的定位部151分别位于支撑板120的两侧且用于对支撑板120定位。如此通过向相反的方向拉动相对的两根拉杆150，可促使支撑板120发生旋转，进而容易促使支撑板120与弧形板130之间分离，以将支撑板120顺利取出。
进一步地，每个支撑板120所对应的四根拉杆150中，其中有相对的两根拉杆150上的定位部151分别位于支撑板120的两侧且用于对支撑板120定位；该设有定位部151且相对的两根拉杆150分别与各支撑板120的第一定位孔1231和第二定位孔1232配合。换言之，如此使得相邻两个支撑板120设有定位部151的拉杆150不相同。也就是说，通过拉动任意两根相对的拉杆150可以控制奇数个的支撑板120的旋转，拉动另外两根相对的拉杆150可以控制偶数个的支撑板120的旋转。
请参阅图5，在其中一些实施例中，盖板140设有过孔141，过孔141用于供棒主体111的端部穿过。进一步地，盖板140的内壁设有环形台阶142，环形台阶142用于与外管的端部抵持。
在其中一些实施例中，管材成型模具100的上述各部件为钢材，例如不锈钢材质；换言之，管材成型模具100为钢模。该管材成型模具100可反复使用。在一具体示例中，拉杆150可为钢丝绳。进一步地，拉杆150上的定位部151可为钢材或者铝材，定位部151可在支撑板120与拉杆150安装后再设置于拉杆150的相应位置。
本发明一实施方式还提供了一种碳/碳复合管材的制备方法，采用上述任一项的管材成型模具100，制备方法包括如下步骤(1)～(4)。
步骤(1)、将管材成型模具100的各部件组装，得到组装好的管材成型模具100。
具体地，其组装的方法如上文所述，组装好的管材成型模具100，其弧形板130形外管。
步骤(2)、在组装好的管材成型模具100的外管上包裹至少一碳纤维层，然后在碳纤维层上缠绕长碳纤维以使长碳纤维呈螺旋状，再于螺旋状的长碳纤维上包裹至少一碳纤维层，得到第一碳/碳预制毛坯。
其中，各所述碳纤维层独立地选自碳纤维单向布或碳纤维网胎，且所述螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔。
可理解，在组装好的管材成型模具100的外管及螺旋状的长碳纤维上包裹的碳纤维层可为一层或多层。此外，组装好的管材成型模具100的外管及螺旋状的长碳纤维上包裹的碳纤维层中，各层碳纤维层的材料可相同或不同。例如可均为碳纤维单向布，或者均为碳纤维网胎，或者部分为碳纤维单向布，部分为碳纤维网胎。
在一些具体示例中，在组装好的管材成型模具100的外管上包裹的碳纤维层为两层，在螺旋状的长碳纤维上包裹的碳纤维层为一层。
进一步地，当碳纤维层为碳纤维单向布时，碳纤维单向布中的碳纤维的经向与支撑棒的轴向平行或相交。其中，相交的角度不限，包括但不限于垂直。在一些具体示例中，碳纤维层为碳纤维单向布时，所述碳纤维单向布中的碳纤维的经向与所述支撑棒的轴向平行或垂直。
上述步骤(2)在碳纤维网胎上缠绕长碳纤维以使长碳纤维呈螺旋状，从而将碳纤维单向布中的纤维紧密缠住，达到提高材料强度的作用同时，大大降低碳纤维单向布中的碳纤维在使用过程中脱落的风险；且螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔，为后续步骤的碳沉积步骤提供沉积气体的进入通道。
步骤(3)、在第一碳/碳预制毛坯上重复进行步骤(2)的包裹和缠绕步骤n次，烘烤后依次取出管材成型模具100的盖板140、支撑棒110、支撑板120及弧形板130，以脱模，得到第二碳/碳预制毛坯；其中，n为大于或等于1的整数；其中，任意相邻两次缠绕的步骤形成的螺旋状的长碳纤维在管材成型模具100上的投影呈交错设置。
步骤(3)相邻两次缠绕步骤形成的螺旋状的长碳纤维在管材成型模具100上的投影呈交错设置，提高材料的强度；
可理解，任意相邻两次缠绕的步骤形成的螺旋状的长碳纤维在管材成型模具100上的投影呈交错设置中的“交错设置”，由于任意相邻两次缠绕的步骤形成的螺旋状的长碳纤维不在同一层也不直接接触，这里是指在管材成型模具100上的投影的位置关系，例如在管材成型模具100的外管上的投影。
步骤(4)、将第二碳/碳预制毛坯采用化学气相沉积法进行碳沉积，得到碳/碳复合管材。
上述碳/碳复合管材的制备方法，采用该管材成型模具100进行碳/碳复合管材的制作，该管材成型模具100的脱模容易，避免了传统的模具容易造成管材的变形的问题，可提高成型管材的圆度和直线度且其预制体制作过程中不进行针刺，制作的管材产品的圆度和直线度优良；且优化了碳/碳复合管材的制备方法，其预制体制作过程中不进行针刺，可降低原材料成本和人工成本。
上述制备方法中，采用管材成型模具100，碳纤维缠绕时会产生张力，使制得的碳/碳预制毛坯的密度可以达到传统的采用针刺工艺制得毛坯的密度，且进一步采用钢制的管材成型模具100，其热膨胀系数比碳纤维要大，在煅烧过程中，由于管材成型模具100的热膨胀，对碳/碳预制毛坯进行挤压，导致长碳纤维把碳纤维网胎和碳纤维单向布拉得更紧，进一步提高制得的碳/碳预制毛坯密度和强度；而在冷却时，管材成型模具100和碳纤维之间存在较大的热膨胀系数差异，可进一步便于脱模。
在其中一些实施例中，任意相邻两次缠绕的步骤中，以组装好的管材成型模具100的同一端为缠绕起点，控制相邻两次缠绕的步骤的缠绕方向相反；从而使得任意相邻两次缠绕的步骤形成的螺旋状的长碳纤维在管材成型模具100上的投影呈交错设置。
可理解，控制相邻两次缠绕的步骤的缠绕方向相反，则形成螺旋方向相反的螺旋状的长碳纤维的。例如，以管材成型模具100的同一端为缠绕起点，步骤(1)中，缠绕的步骤的缠绕方向为从左至右，那步骤(2)中进行重复操作时，缠绕步骤的缠绕方向为从右至左，下次则为从左至右，如此反复操作，从而进一步得到将碳纤维单向布中的长碳纤维紧密缠住，且使螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔，从而得到高强度的碳/碳预制毛坯。
螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间不留间隔时，即相当于将碳纤维网胎紧密覆盖包裹，如此减少了化学气相沉积是沉积气体的进入通道，从而降低增密效果；而如果螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔距离过大，则难以保证制得的碳/碳复合管材的抗拉强度。
在其中一些实施例中，在每次缠绕的步骤中，控制螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔的距离为0.5毫米～6毫米。
在其中一些实施例中，长碳纤维选自1K碳纤维束、3K碳纤维束、6K碳纤维束和12K碳纤维束中的至少一种。碳纤维束展开类似于一条具有一定宽度的碳纤维布条，在碳纤维网胎上缠绕碳纤维束以使碳纤维束呈螺旋状，从而将碳纤维单向布中的纤维紧密缠住，在提高材料强度的同时，大大降低了碳纤维单向布中的碳纤维在使用过程中脱落的风险；然而，如果碳纤维束之间不留间隔，相当于紧密覆盖包裹，如此减少了化学气相沉积是沉积气体的进入通道，从而降低增密效果；而如果螺旋状的碳纤维束中的相邻两个螺纹之间的间隔的距离过大，则难以保证制得的碳/碳复合管材的抗拉强度。
在其中一些实施例中，n为1～10。可理解，重复的次数n根据实际需要选择，具体根据需要制备的管材的厚度、外径需求选择重复次数。
需要说明的是，在进行包裹碳纤维单向布和碳纤维网胎的步骤中，可以向碳纤维单向布和/或碳纤维网胎上喷少量水，从而增加碳纤维单向布和碳纤维网胎的粘度，使之在制备过程中不易掉落。
在其中一些实施例中，步骤(3)中的烘烤的条件为：于200℃～500℃下烘烤2h～8h；在一具体示例中，于300℃保温3小时。
在其中一些实施例中，步骤(4)中碳沉积的次数可根据需要进行多次，每次碳沉积的时间为50～200小时。
在一具体示例中，步骤(4)中将第二碳/碳预制毛坯先化学气相沉积以进行碳沉积100小时，将外径加工到φ81，内径加工到75毫米，长度加工到1000毫米，再进行化学气相沉积100小时左右，密度达到1.4g/cm3左右，如此制得的管材的强度达到要求。
进一步地，沉积气体为碳源气体，碳源气体为碳氢化合物的气体，具体可为甲烷、丙烯及天然气中的至少一种。
本发明的另一实施方式还提供了一种碳/碳复合管材，采用上述任一种碳/碳复合管材的制备方法制得。
以下为具体实施例。
实施例1
(1)提供如图1所示的管材成型模具，将管材成型模具的各部件组装，得到组装好的管材成型模具。
(2)在组装好的管材成型模具的外管上包裹碳纤维单向布，再于碳纤维单向布上包裹碳纤维网胎，然后在碳纤维网胎上缠绕长碳纤维以使长碳纤维呈螺旋状，再于螺旋状的长碳纤维上包裹碳纤维网胎，得到第一碳/碳预制毛坯；其中，碳纤维单向布中的碳纤维的经向与支撑棒的轴向相同，且螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔。其中，往碳纤维单向布和碳纤维网胎上喷少量水，以增加其粘度，碳纤维单向布中碳纤维的经向与支撑棒的轴向保持一致。然后以碳纤维网胎的一端点为起点，用12K长纤维丝束从外管的一端均匀螺旋缠绕至另一端。缠绕的过程中，螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔距离在5毫米左右，再包裹一层碳纤维网胎，制得第一碳/碳预制毛坯。
(3)在步骤(2)获得的第一碳/碳预制毛坯上面依次包裹上碳纤维单向布和碳纤维网胎，碳纤维单向布中碳纤维的经向与支撑棒的轴向保持一致；然后继续以步骤(2)中碳纤维网胎的同一端点为起点，用12K长纤维丝束从外管的一端均匀螺旋缠绕至另一端。缠绕的过程中形成的螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔距离在5毫米左右，且缠绕方向和上一次的缠绕方向相反，再包裹一层碳纤维网胎。
(4)然后重复进行上述包裹碳纤维单向布和碳纤维网胎及缠绕的步骤3次至外径到85毫米左右，并于300℃下，保温烘烤3小时，然后降温到室温，依次取出管材成型模具的盖板、支撑棒、支撑板及弧形板，得到第二碳/碳预制毛坯。
(5)对步骤(4)获得的第二碳/碳预制毛坯采用化学气相沉积进行碳沉积，机加工，并重复此操作2次。其中，每次进行碳沉积的步骤的沉积时间为100h，沉积气为天然气。制得外径φ81，内径75毫米，长度1000毫米的碳/碳复合管材。经检测，该碳/碳复合管材的密度为1.4g/cm，其圆度和直线度优良。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (13)
1.一种管材成型模具，其特征在于，包括：
支撑棒，包括棒主体及沿所述棒主体的轴向设置的限位凸条；
支撑板，所述支撑板设有安装孔及与所述安装孔连通的限位孔，所述支撑板用于安装于所述支撑棒上，所述安装孔用于与所述棒主体配合，所述限位孔用于与所述限位凸条配合；
弧形板，所述弧形板的数量为多个，多个所述弧形板用于依次沿所述棒主体的周向设于所述支撑板上，以拼接形成包覆所述支撑棒的外管；及
盖板，所述盖板为两个，两个所述盖板分别用于套设在所述外管的两端。
2.如权利要求1所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板的至少部分外轮廓为弧形，所述支撑板通过呈弧形的外轮廓与所述弧形板的内壁相互抵持。
3.如权利要求2所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板的至少部分外轮廓为直线；
所述支撑板的外轮廓包括依次连接的第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线，所述第一弧线和所述第二弧线相对，所述第一直线和所述第二直线相对。
4.如权利要求3所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板的数量为多个，多个所述支撑板依次设于所述支撑棒上的同一所述限位凸条；
任意相邻两个所述支撑板中，其中一个所述支撑棒的与所述限位凸条配合的限位孔对应所述第一弧线或者所述第二弧线设置，另外一个所述支撑棒的与所述限位凸条配合的限位孔对应所述第一直线或者所述第二直线设置。
5.如权利要求4所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板上的所述限位孔为至少两个，其中两个所述限位孔分别为第一限位孔和第二限位孔，所述第一限位孔对应所述第一弧线或者所述第二弧线设置，所述第二限位孔对应所述第一直线或者所述第二直线设置；
任意相邻两个所述支撑板中的一个通过所述第一限位孔与所述限位凸条配合，另一个通过所述第二限位孔与所述限位凸条配合。
6.如权利要求4所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板上还设有定位孔；所述管材成型模具还包括拉杆，所述拉杆依次穿过多个所述支撑板的定位孔。
7.如权利要求6所述的管材成型模具，其特征在于，所述支撑板上的定位孔为至少四个，其中有四个定位孔分别为对应第一弧线、第一直线、第二弧线和第二直线设置的第一定位孔、第二定位孔、第三定位孔和第四定位孔；
所述拉杆为至少四根，各所述拉杆依次穿过多个所述支撑板的一个定位孔，以使所述四根拉杆穿过每个所述支撑板并平行设置。
8.如权利要求7所述的管材成型模具，其特征在于，每根所述拉杆上还设有定位部；
每个所述支撑板所对应的四根拉杆中，至少有相对的两根所述拉杆上的定位部分别位于所述支撑板的两侧且用于对所述支撑板定位。
9.如权利要求8所述的管材成型模具，其特征在于，每个所述支撑板所对应的四根拉杆中，其中有相对的两根拉杆上的定位部分别位于所述支撑板的两侧且用于对所述支撑板定位；
所述相对的两根拉杆分别与各所述支撑板的所述第一定位孔和所述第二定位孔配合。
10.如权利要求1至9任一项所述的管材成型模具，其特征在于，所述盖板设有过孔，所述过孔用于供所述棒主体的端部穿过；和/或
所述盖板的内壁设有环形台阶，所述环形台阶用于与所述外管的端部抵持。
11.一种碳/碳复合管材的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1至10任一项所述的管材成型模具，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述管材成型模具的各部件组装，得到组装好的管材成型模具；
(2)在组装好的管材成型模具的外管上包裹至少一碳纤维层，然后在所述碳纤维层上缠绕长碳纤维以使所述长碳纤维呈螺旋状，再于所述螺旋状的长碳纤维上包裹至少一碳纤维层，得到第一碳/碳预制毛坯；其中，各所述碳纤维层独立地选自碳纤维单向布或碳纤维网胎，且所述螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间具有间隔；
(3)在所述第一碳/碳预制毛坯上重复进行步骤(2)的包裹和缠绕步骤n次，烘烤后依次取出所述管材成型模具的所述盖板、所述支撑棒、所述支撑板及所述弧形板，得到第二碳/碳预制毛坯；其中，n为大于或等于1的整数；其中，任意相邻两次所述缠绕的步骤形成的所述螺旋状的长碳纤维在所述管材成型模具上的投影呈交错设置；
(4)将所述第二碳/碳预制毛坯采用化学气相沉积法进行碳沉积，得到碳/碳复合管材。
12.如权利要求11所述的碳/碳复合管材的制备方法，其特征在于，任意相邻两次所述缠绕的步骤中，以组装好的管材成型模具的同一端为缠绕起点，控制相邻两次缠绕的步骤的缠绕方向相反；
和/或，所述碳纤维层为碳纤维单向布时，所述碳纤维单向布中的碳纤维的经向与所述支撑棒的轴向平行或相交。
13.如权利要求11或12所述的碳/碳复合管材的制备方法，其特征在于，在每次所述缠绕的步骤中，控制所述螺旋状的长碳纤维中的相邻两个螺纹之间的间隔的距离为0.5毫米～6毫米。
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