CN114654824A - 一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，包括：分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维；以短切碳纤维为原料制备出短切碳纤维网胎；采用普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布；采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，结构单元沿厚度的中心线对称分布；对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。本发明的技术方案解决了现有碳纤维针刺结构预制体普遍存在制备得到的刹车材料的摩擦性能不稳定，制备过程的致密化周期较长、成本较高，以及制备得到的碳材料的加工难度较高，并且加工精度较低等问题。

Description

一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法
技术领域
本发明涉及但不限于碳纤维复合材料技术领域，尤指一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法。
背景技术
碳/碳或碳/陶复合材料由于化学性能稳定、密度低、比强度高、摩擦性能优异、高温强度高等特性，可广泛应用于航空航天高温结构材料和高温摩擦材料领域。而碳纤维针刺结构预制体作为普遍采用的增强体材料对于碳/碳或碳/陶复合材料热物理性能(如比热容、导热率等)、力学性能、摩擦性能等具有显著的影响，预制体结构优化能够显著提升碳/碳或碳/陶复合材料的性能，尤其是在航空刹车材料领域，碳纤维针刺结构预制体得到了广泛的应用。上述针刺预制体结构克服了2D铺层预制体层间强度弱的缺点，同时又克服了3D编织预制体工艺复杂、成本高的不足。
但是目前用于制备碳/碳或碳/陶复合材料的针刺结构预制体普遍采用的是一层无纬布、一层网胎的单元层结构，然后将具有上述相同结构的多个单元层(数量根据产品厚度尺寸确定)经过交叉叠层复合针刺而成。上述结构预制体被广泛应用于飞机、汽车、轨道交通领域的刹车材料预制体，但该结构预制体存在的不足主要有以下几点：一是无纬布与网胎交叉叠层复合针刺，结构和性能上存在无纬布和网胎层的不连续的变化，导致在刹车制动和摩擦过程中，无纬布层与网胎层的摩擦特性不同，其宏观表现就是随着磨损的进行新的摩擦面会在网胎层和无纬布层之间交替产生，摩擦性能不稳定；二是由于刹车盘内外单元结构一致，其预制体的比表面积相同，即A/V值基本一致，根据《碳纤维预制体的初始A/V值对化学气相渗透动力学和热解炭结构的影响》(中国材料进展，第32卷第11期)研究表明，A/V值对沉积速率和碳相组成有显著的影响，在CVI沉积过程中内部和外部固相沉碳速率相同，但高温碳源气体最先扩散并接触到贴近外表面的预制体孔隙，并最先扩散并沉积形成热解炭，因此随着沉积的进展，外部的孔隙逐渐沉积致密并封孔，而内部孔隙还未达到外部孔隙的致密度之前由于外部封孔，气体扩散受阻，使得内部密度显著低于外部密度，内部摩擦特性显著低于外部，且制备过程的致密化周期较长，成本较高；三是产品在加工过程中由于表面处存在较多的长碳纤维丝束，其韧性较好，毛刺较多，一方面增加了碳材料在车、磨、铣等加工过程的难度，同时也影响了碳材料加工的精度。
发明内容
本发明的目的：本发明实施例提出了一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，以解决现有碳纤维针刺结构预制体，基于形成方式以及形成的单元层结构，普通存在制备得到的刹车材料的摩擦性能不稳定，制备过程的致密化周期较长、成本较高，以及制备得到的碳材料的加工难度较高，并且加工精度较低等问题。
本发明的技术方案：本发明为了克服上述技术问题，提出了一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，包括：
步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维，所制备的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维；
步骤2，制备短切碳纤维网胎，以步骤1中制备出的短切碳纤维为原料，采用网胎梳理设备制备出短切碳纤维网胎，所制备出的短切碳纤维网胎的面密度为10～240g/m2；
步骤3，制备连续长碳纤维布，采用步骤1中得到的普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布，包括：长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布；
步骤4，制备连续过渡层结构，采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，每种类型的结构单元分别由其中一种类型的连续长碳纤维布和短切碳纤维网胎经针刺制备得到，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布；
步骤5，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤3中，采用普通连续长碳纤维制备得到普通长碳纤维无纬布、普通长碳纤维平纹布和普通长碳纤维缎纹布，采用展宽连续长碳纤维制备得到展宽长碳纤维无纬布、展宽长碳纤维平纹布和展宽长碳纤维缎纹布；
其中，每种类型的连续长碳纤维布的面密度范围为30～480g/m2。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4包括：
步骤4-1，分别制备三种类型的结构单元，包括：承力单元层、功能单元层和加工单元层；
步骤4-2，形成连续过渡层结构，其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧、且位于连续过渡层结构的最外侧；
其中，三种类型的结构单元分别由所述6种类型的连续长碳纤维布中的一种类型与短切碳纤维网胎经针刺制得。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4-1中，
制备承力单元层的方式为：
控制承力单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在60～90％之间，且随着本承力单元层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
制备功能单元层的方式为：
控制功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在30～75％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
制备加工单元层的方式为：
控制加工单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在0～50％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4-1中，
对所述功能单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子功能单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
对所述承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
对所述加工单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子加工单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤4-1中，制备承力单元层、功能单元层和加工单元层的方式中，控制三种类型的结构单元中的连续长碳纤维布占本结构单元的重量比例控制过程包括以下控制方式的一种或多种组合控制方式：
控制方式1，在编织过程中，通过增加或减少单位面积的普通连续长碳纤维丝束的数量来控制比例；
控制方式2，在形成结构单元过程中，通过增加或减少展宽连续长碳纤维布的层数来控制比例；
控制方式3，在连续长碳纤维布面密度一定的情况下，通过减小或增加短切碳纤维网胎的面密度来控制比例。
可选地，如上所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法中，所述步骤5包括：
步骤5-1，从待成形产品的A面依次对承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺；
步骤5-2，从待成形产品的B面依次对的承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺。
本发明实施例还提供一种连续过渡层结构纤维预制体，所述连续过渡层结构纤维预制体为采用如上述任一项所述的制备方法制备得到的。
本发明的有益效果：本发明实施例提供一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，具体用于制备碳/碳或碳/陶复合材料用纤维针刺结构预制体，尤其是由碳纤维(包括聚丙烯腈基、黏胶基或沥青基)组成的用于航空、轨道交通和汽车刹车材料预制体。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一，在刹车材料的厚度方向，连续长碳纤维含量从中心向两侧逐渐减小，相应地其孔隙从以小孔隙为主逐渐演变成以大孔隙为主，比表面积(A/V)逐渐减小。这种经设计的碳纤维孔隙分布使得高温裂解气体的扩散速率在预制体的外层远大于固相沉积成碳速率，有利于高温裂解气体迅速持续扩散进入中心部位的孔隙中，并在高温作用下固相沉积成碳；另外，随着沉积过程的进行，预制体的致密化将从中心部位向两侧移动，最终实现整体的致密化，避免封孔等不均匀致密化的发生，沉积速率和最终密度显著提升。
第二，连续过渡层结构纤维预制体承力单元层的连续长碳纤维含量大于功能单元层和加工单元层，也大于现有的针刺技术下的连续长碳纤维含量，对刹车材料的力学强度能够起到显著增强作用。整体上其力学性能要优于现有技术条件下的针刺预制体。
第三，连续过渡层结构纤维预制体中功能单元层的连续长碳纤维的丝束主要采用普通的碳纤维，为了控制连续长碳纤维的重量含量，其丝束间存在较大的间隙。在步骤4和步骤5的针刺过程中，网胎会在刺针阵列的压力下部分的嵌入到丝束间的大孔隙中，由于存在的Z向针刺纤维抱合作用，这种嵌入丝束间大孔隙的网胎普遍存在且回弹较少。这样的纤维束间大量嵌入短纤维网胎的结构，使得功能单元复合针刺层弱化了连续长碳纤维布和网胎之间的层间界限，其制备的刹车材料的任一新鲜摩擦面上的连续纤维和短切碳纤维能够保证较为均匀的分布，摩擦性能随摩擦面的波动较少，连续稳定。
第四，连续过渡层结构纤维预制体中加工单元层中的短切碳纤维含量明显多于连续长碳纤维，且主要以展宽连续长碳纤维存在，单根纤维的间隙均匀，成股的纤维丝束数量减少或消除。这样的结构有利于刹车材料在后期车、磨、铣过程中提升刹车材料的可加工性，纤维毛刺减少或消除，加工表面的平整度、精度和效率显著提高。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
上述背景技术中已经说明，采用碳纤维针刺结构预制体作为增强体材料对于碳/碳或碳/陶复合材料热物理性能、力学性能、摩擦性能等具有显著的改善作用。然而，目前碳/碳或碳/陶复合材料的针刺结构预制体的形成方式以及形成的单元层结构，仍然存在一些显著缺点：
一是无纬布与网胎交叉叠层复合针刺，结构和性能上存在无纬布和网胎层的不连续的变化，导致在刹车制动和摩擦过程中，无纬布层与网胎层的摩擦特性不同，其宏观表现就是随着磨损的进行新的摩擦面会在网胎层和无纬布层之间交替产生，摩擦性能不稳定；
二是由于刹车盘内外单元结构一致，其预制体的比表面积相同，即A/V值基本一致，根据《碳纤维预制体的初始A/V值对化学气相渗透动力学和热解炭结构的影响》(中国材料进展，第32卷第11期)研究表明，A/V值对沉积速率和碳相组成有显著的影响，在CVI沉积过程中内部和外部固相沉碳速率相同，但高温碳源气体最先扩散并接触到贴近外表面的预制体孔隙，并最先扩散并沉积形成热解炭，因此随着沉积的进展，外部的孔隙逐渐沉积致密并封孔，而内部孔隙还未达到外部孔隙的致密度之前由于外部封孔，气体扩散受阻，使得内部密度显著低于外部密度，内部摩擦特性显著低于外部，且制备过程的致密化周期较长，成本较高；
三是产品在加工过程中由于表面处存在较多的长碳纤维丝束，其韧性较好，一方面增加了碳材料在车、磨、铣等加工过程的难度，另外，加工表面碳纤维毛刺较多也会影响碳材料加工的精度。
为了解决上述问题，前人考虑了几种方法：一是采用“三明治”结构(见《“三明治”型预制体结构对C/C复合材料刹车盘CVI工艺的影响》)，该结构特征为：两侧是纯碳纤维网胎结构的功能层，主要承担摩擦功能，中间的结构层与传统针刺毡结构一致，整体结构特征为夹心结构。但该“三明治”结构由于功能层和结构层的结构差异较大，在后续的高温致密化过程中由于致密化速率达造成较大的结构内应力，同时，由于二者结构的巨大差异造成其Z向针刺纤维在两者的结合部位形成较少，其结构的完整性较差，容易形成分层开裂。
CN109371569B专利公开了一种密度可调可控的针刺预制体，其由至少两层、且其中至少一层含有水溶性纤维的单元层经叠层针刺成型后，溶解掉其中的水溶性纤维而制得。该专利技术采用叠层针刺工艺制备一定厚度的针刺预制体，预制体体积密度沿厚度方向可以任意梯度变化。该专利技术存在的问题是由于水溶性纤维的存在，其产生的水溶性Z向纤维会在后续被水溶解掉，造成Z向的层间“抱合”纤维数量骤减，其层间的结合性，结构的完整性会造成破坏。CN105332166B专利公开了一种两层变密度碳纤维针刺预制体。该预制体由上层预制体结构单元与下层预制体结构单元通过多角度逐层交叉连续针刺而成，并且下层预制体结构单元的体密度比上层预制体结构单元的体密度大。该专利技术存在的问题是两层不同的预制体结构单元的密度相差较大，二者之间没有过渡结构，极易在后续的高温致密化过程中产生很大的热应力，造成分层开裂。且这种不对称的结构形式其不同结构所表现出不同部分的耐摩擦磨损、耐高温、耐烧蚀、导热率、热膨胀系数、结构力学等方面的差异，限制了其在工程上的应用范围，尤其是在飞机、汽车制动盘等方面的应用。CN103909691 B专利中公开了一种体密度梯度变化的碳纤维针刺预制体。该预制体由三层碳纤维针刺预制体多角度逐层交叉连续针刺而成，其中中间层预制体的密度比上下两层的密度大，各层预制体由一层0°/90°铺层的无纬碳布与一层网胎复合，逐层连续针刺而成。该专利技术通过减小上下层体密度的方式，提高其孔隙率，主要目的是为了提高后续高温致密化过程的速率，以降低制造成本。但该技术将作为骨架增强材料的碳纤维预制体简单以降低其密度的途径，提高致密化效率，降低成本，极易造成力学性能、导热、耐烧蚀性能和摩擦磨损性能下降。特别的，在厚度方向上Z向纤维含量会随着碳纤维含量整体的降低而显著下降，结构完整性会造成破坏。
因此，基于对上述已有技术方案的分析，本发明提出了一种连续过渡层结构纤维预制体及其制备技术，以解决上述技术问题。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，可以包括如下步骤：
步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维。
该步骤1中所制备的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维；其中，普通连续长碳纤维由3K、6K、12K、18K、24K、48K的一种或多种规格组成，展宽连续长碳纤维为普通连续长碳纤维经展宽处理得到；短切碳纤维是由普通连续长碳纤维经裁切制得50～120mm的短切碳纤维。
步骤2，制备短切碳纤维网胎。
以步骤1中制备出的短切碳纤维为原料，采用网胎梳理设备制备出短切碳纤维网胎，所制备出的短切碳纤维网胎的面密度为10～240g/m2。
步骤3，制备连续长碳纤维布。
连续长碳纤维布包括长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布等结构类型。该步骤3中，采用步骤1中得到的普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布，普通/展宽连续长碳纤维出布则包括：长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布。
具体的，采用普通连续长碳纤维制备得到普通长碳纤维无纬布、普通长碳纤维平纹布和普通长碳纤维缎纹布，采用展宽连续长碳纤维制备得到展宽长碳纤维无纬布、展宽长碳纤维平纹布和展宽长碳纤维缎纹布。并且要求每种类型的连续长碳纤维布的面密度范围为30～480g/m2。
步骤4，制备连续过渡层结构，该连续过渡层结构由不同类型的结构单元经叠层、复合针刺制备得到，用于制备连续过渡层结构的结构单元包含以下三种类型：一是承力单元层，二是功能单元层，三是加工单元层。
该步骤4的具体实施过程可以包括：
步骤4-1，分别制备三种类型的结构单元，包括：承力单元层、功能单元层和加工单元层；该步骤中的三种类型的结构单元分别由上述6种类型的连续长碳纤维布中的一种类型与短切碳纤维网胎经针刺制得。
步骤4-2，形成连续过渡层结构，其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧、且位于连续过渡层结构的最外侧。采用上述三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，每种类型的结构单元分别由其中一种类型的连续长碳纤维布和短切碳纤维网胎经针刺制备得到，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布。
以下分别说明步骤4-1中，制备三种类型的结构单元的具体实现方式：
(1)承力单元层的主要作用为起到增强产品整体的结构强度；其制备方式为：
控制承力单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在60～90％之间，且随着本承力单元层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；该承力单元层中每层子承力单元面密度控制在100～800g/m2。
对承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
(2)功能单元层的主要作用为实现产品的某项应用功能，如摩擦磨损、高温耐烧蚀、高温抗氧化、导电、动密封等；其制备方式为：
控制功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在30～75％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；该功能单元层中每层子功能单元面密度控制在100～800g/m2。
对功能单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子功能单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
(3)加工单元层的主要作用为实现产品的可加工性和加工效率。特别的，对于精密件，能够显著提高其加工的精度；其制备方式为：
控制加工单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在0～50％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；该加工单元层中每层子加工单元面密度控制在100～800g/m2。
对加工单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子加工单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
需要说明的是，制备承力单元层、功能单元层和加工单元层的方式中，控制三种类型的结构单元中的连续长碳纤维布占本结构单元的重量比例控制过程包括以下控制方式的一种或多种组合控制方式：
控制方式1，在编织过程中，通过增加或减少单位面积的普通连续长碳纤维丝束的数量来控制比例；
控制方式2，在形成结构单元过程中，通过增加或减少展宽连续长碳纤维布的层数来控制比例；
控制方式3，在连续长碳纤维布面密度一定的情况下，通过减小或增加短切碳纤维网胎的面密度来控制比例。
步骤5，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。
该步骤5可以包括如下步骤：
步骤5-1，从待成形产品的A面依次对承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺；
步骤5-2，从待成形产品的B面依次对的承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺。
在具体实现中，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺的具体实施过程为：
1)首先，对待成形产品A面的承力单元层进行复合针刺：
第一，将承力单元层中连续长碳纤维布比例最高的子承力单元A1-1和比例次高的子承力单元A1-2进行叠层。特别的，当采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。叠层时，要求子承力单元A1-1的网胎面与子承力单元A1-2的连续长碳纤维布面贴合。然后，对A1-1和A1-2的叠层进行第一次复合针刺，针刺方向为从子承力单元A1-2指向子承力单元A1-1。
第二，依据子承力单元中连续长碳纤维布的比例，将比例等于或仅次于A1-2的子承力单元A1-3的连续长碳纤维布面与子承力单元A1-2的网胎面贴合叠层，然后进行第二次复合针刺，针刺方向为从子承力单元A1-3指向子承力单元A1-2。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子承力单元按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的承力单元层复合针刺的厚度要求。
对承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
2)然后，对待成形产品A面的功能单元层进行复合针刺：
第一，将功能单元层中连续长碳纤维布比例最高的子功能单元A2-1的连续长碳纤维布面和待成形产品A面方向的承力单元层贴合叠层，并进行一次复合针刺，针刺方向为从子功能单元A2-1指向承力单元层。特别的，在子功能单元A2-1采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为子功能单元A2-1与承力单元层0°/90°交叉叠层。
第二，将连续长碳纤维布比例次高的子功能单元A2-2与子功能单元A2-1进行叠层并复合针刺。叠层时，要求子功能单元A2-2的连续长碳纤维布面与子功能单元A2-1的网胎面贴合，针刺方向为从子功能单元A2-2指向子功能单元A2-1。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子功能单元按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的功能单元层复合针刺的厚度要求。
对功能单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子功能单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
3)随后，对待成形产品A面的加工单元层进行复合针刺：
第一，将加工单元层中连续长碳纤维布比例最高的子加工单元A3-1的连续长碳纤维布面和待成形产品A面的功能单元层贴合叠层，并进行一次复合针刺，针刺方向为从子加工单元A3-1指向功能单元层。特别的，在子加工单元A3-1采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。
第二，将连续长碳纤维布比例次高的子加工单元A3-2与子加工单元A3-1进行叠层并复合针刺。叠层时，要求子加工单元A3-2连续长碳纤维布面与子加工单元A3-1的网胎面贴合，针刺方向为从子加工单元A3-2指向子加工单元A3-1。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子加工单元按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的功能单元层复合针刺的厚度要求。
对加工单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子加工单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
4)进行产品B面的承力单元层的复合针刺：
第一，将承力单元层中连续长碳纤维布比例最高的子承力单元B1-1与承力单元层A1-1进行叠层并进行复合针刺，叠层时，B1-1的连续长碳纤维布面与A1-1贴合，针刺方向为B1-1至A1-1。特别的当采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。
第二，将子承力单元中连续长碳纤维布比例次高的承力单元层B1-2的连续长碳纤维布面与B1-2的网胎面贴合叠层，然后进行复合针刺，针刺方向为从B1-2指向B1-1。特别的当采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。
第三，依照此方式将后续的承力单元层按照第二条的方式重复操作，直至达到产品B面的承力单元层复合针刺的厚度要求。
对承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2。特别的，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度要对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
5)进行产品B面的功能单元层的复合针刺：
参照上述第2)条方法进行产品B面的功能单元层的复合针刺。
6)进行产品B面的加工单元层的复合针刺：
参照上述第3)条方法进行产品B面的加工单元层的复合针刺。
在本发明实施例的一种实现方式中，步骤5中子承力单元的连续长碳纤维布主要但并不局限于采用多层展宽连续长碳纤维布，并通过在一个子承力单元内调整展宽连续碳纤维布的层数来控制连续长碳纤维布的重量比例。
在本发明实施例的一种实现方式中，步骤5中功能单元层的连续长碳纤维布主要但不局限于采用普通连续碳纤维布，并通过在一个承力单元层内调整普通连续碳纤维的稀疏程度(即单位面积根数)，同时结合调整网胎的面密度的方法来控制连续长碳纤维布的重量比例。
在本发明实施例的一种实现方式中，步骤5中加工单元层的连续长碳纤维布主要采用但不局限于采用一层展宽碳纤维布并调整网胎的面密度的方法来控制连续长碳纤维布的重量比例。
基于本发明上述各实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，本发明实施例还提供一种连续过渡层结构纤维预制体，该实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体为采用上述各实施例提供的制备方法制备得到的。
本发明实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法，具体用于制备碳/碳或碳/陶复合材料用纤维针刺结构预制体，尤其是由碳纤维(包括聚丙烯腈基、黏胶基或沥青基)组成的用于航空、轨道交通和汽车刹车材料预制体。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
第一，在刹车材料的厚度方向，连续长碳纤维含量从中心向两侧逐渐减小，相应地其孔隙从以小孔隙为主逐渐演变成以大孔隙为主，比表面积(A/V)逐渐减小。这种经设计的碳纤维孔隙分布使得高温裂解气体的扩散速率在预制体的外层远大于固相沉积成碳速率，有利于高温裂解气体迅速持续扩散进入中心部位的孔隙中，并在高温作用下固相沉积成碳；另外，随着沉积过程的进行，预制体的致密化将从中心部位向两侧移动，最终实现整体的致密化，避免封孔等不均匀致密化的发生，沉积速率和最终密度显著提升。
第二，连续过渡层结构纤维预制体承力单元层的连续长碳纤维含量大于功能单元层和加工单元层，也大于现有的针刺技术下的连续长碳纤维含量，对刹车材料的力学强度能够起到显著增强作用。整体上其力学性能要优于现有技术条件下的针刺预制体。
第三，连续过渡层结构纤维预制体中功能单元层的连续长碳纤维的丝束主要采用普通的碳纤维，为了控制连续长碳纤维的重量含量，其丝束间存在较大的间隙。在步骤4和步骤5的针刺过程中，网胎会在刺针阵列的压力下部分的嵌入到丝束间的大孔隙中，由于存在的Z向针刺纤维抱合作用，这种嵌入丝束间大孔隙的网胎普遍存在且回弹较少。这样的纤维束间大量嵌入短纤维网胎的结构，使得功能单元复合针刺层弱化了连续长碳纤维布和网胎之间的层间界限，其制备的刹车材料的任一新鲜摩擦面上的连续纤维和短切碳纤维能够保证较为均匀的分布，摩擦性能随摩擦面的波动较少，连续稳定。
第四，连续过渡层结构纤维预制体中加工单元层中的短切碳纤维含量明显多于连续长碳纤维，且主要以展宽连续长碳纤维存在，单根纤维的间隙均匀，成股的纤维丝束数量减少或消除。这样的结构有利于刹车材料在后期车、磨、铣过程中提升刹车材料的可加工性，纤维毛刺减少或消除，加工表面的平整度、精度和效率显著提高。
以下通过一个具体实施例对本发明实施例提供的连续过渡层结构纤维预制体及其制备方法的实施方式进行示意性说明。
该具体本实施例提供一种用于飞机刹车盘的连续过渡层结构纤维预制体及其制备过程。
步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维；
该具体实施例采用的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维，普通连续长碳纤维为6K规格，展宽连续长碳纤维为6K普通连续长碳纤维经展宽处理得到；短切碳纤维是由6K普通连续长碳纤维经裁切制得80mm的短切碳纤维。
步骤2，制备短切碳纤维网胎；
采用网胎梳理设备制备短切碳纤维网胎，制备得到的短切碳纤维网胎的面密度为20g/m2。
步骤3，连续长碳纤维布的制备；
本实施例采用的连续长碳纤维布为长碳纤维无纬布，包括了6K普通连续长碳纤维布和12K展宽连续长碳纤维布，其制备的面密度分别为240g/m2和40g/m2。
步骤4，制备连续过渡层结构；
该具体实施例中，连续过渡层结构由不同类型的结构单元经叠层、复合针刺制备得到，用于制备连续过渡层结构的结构单元包含以下三种类型：一是承力单元层，二是功能单元层，三是加工单元层；其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧，即在连续过渡层结构的最外侧。上述三种类型的结构单元均由6K普通(展宽)连续长碳纤维无纬布与短切碳纤维网胎经针刺制得，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布。
(1)承力单元层：采用展宽连续长碳纤维无纬布占本层的重量比例控制在80～90％，且随着本层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。子承力单元控制其面密度为200～400g/m2。
(2)功能单元层：该功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例控制在60～75％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。子功能单元控制其面密度为320～400g/m2。
(3)加工单元层：该加工单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例控制在20～50％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。子加工单元控制其面密度为80～240g/m2。
步骤5，对连续过渡层结构进行复合针刺；
1)首先，对待成形产品A面的承力单元层进行复合针刺：
第一，承力单元层采用6K展宽连续长碳纤维无纬布，将承力单元层中连续长碳纤维布比例最高的子承力单元A1-1和比例次高的子承力单元A1-2(无纬布重量比89％，面密度380g/m2)进行0°/90°交叉叠层。叠层时，要求子承力单元A1-1的网胎面与子承力单元A1-2的连续长碳纤维布面贴合。然后，对A1-1和A1-2的叠层进行第一次复合针刺，针刺密度控制在40针/cm2，针刺方向为从子承力单元A1-2指向子承力单元A1-1。所述子承力单元A1-1面密度400g/m2，无纬布重量比90％。所述子承力单元A1-2面密度360g/m2，无纬布重量比89％。
第二，依据子承力单元中连续长碳纤维布的比例，将比例等于或仅次于A1-2的子承力单元A1-3的连续长碳纤维布面与子承力单元A1-2的网胎面贴合叠层，然后进行第二次复合针刺，针刺密度控制在42针/cm2，针刺方向为从子承力单元A1-3指向子承力单元A1-2。所述子承力单元A1-3面密度320g/m2，无纬布重量比87％。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子承力单元A1-4、A1-5、A1-6按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的承力单元层复合针刺的厚度要求。所述子承力单元A1-4面密度280g/m2，无纬布重量比85％，针刺密度控制在44针/cm2；所述子承力单元A1-5面密度240g/m2，无纬布重量比83％，针刺密度控制在46针/cm2；所述子承力单元A1-6面密度200g/m2，无纬布重量比80％，针刺密度控制在48针/cm2。
2)然后，对待成形产品A面的功能单元层进行复合针刺：
第一，功能单元层采用6K普通连续长碳纤维无纬布。将功能单元层中6K普通连续长碳纤维无纬布重量比例最高的子功能单元A2-1的连续长碳纤维布面和待成形产品A面方向的承力单元层0°/90°交叉叠层，并进行一次复合针刺，针刺方向为从子功能单元A2-1指向承力单元层。所述子功能单元A2-1面密度320g/m2，无纬布重量比75％，针刺密度控制在50针/cm2。
第二，将连续长碳纤维布比例次高的子功能单元A2-2与子功能单元A2-1进行0°/90°交叉叠层并复合针刺。叠层时，要求子功能单元A2-2的连续长碳纤维布面与子功能单元A2-1的网胎面贴合，针刺方向为从子功能单元A2-2指向子功能单元A2-1。所述子功能单元A2-2面密度340g/m2，无纬布重量比70％，针刺密度控制在52针/cm2。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子功能单元A2-3、A2-4、A2-5按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的功能单元层复合针刺的厚度要求。所述子功能单元A2-3面密度360g/m2，无纬布重量比66％，针刺密度控制在54针/cm2。所述子功能单元A2-4面密度380g/m2，无纬布重量比63％，针刺密度控制在56针/cm2。所述子功能单元A2-5面密度400g/m2，无纬布重量比60％，针刺密度控制在58针/cm2。
3)随后，对待成形产品A面的加工单元层进行复合针刺：
第一，加工单元层采用6K展宽连续长碳纤维无纬布，将加工单元层中连续长碳纤维布比例最高的子加工单元加工单元层A3-1的连续长碳纤维布面和待成形产品A面的功能单元层0°/90°交叉叠层，并进行一次复合针刺，针刺方向为从子加工单元A3-1加工单元层指向功能单元层。所述子加工单元A3-1面密度100g/m2，无纬布重量比40％，针刺密度控制在60针/cm2。
第二，将连续长碳纤维布比例次高的子加工单元加工单元层A3-2与子加工单元A3-1加工单元层进行叠层并复合针刺。叠层时，要求子加工单元A3-2加工单元层连续长碳纤维布面与子加工单元A3-1加工单元层的网胎面贴合，针刺方向为从子加工单元A3-2指向子加工单元A3-1。所述子加工单元A3-2面密度100g/m2，无纬布重量比33％，针刺密度控制在62针/cm2。
第三，依照上述方式，将连续长碳纤维布比例递减的各个子加工单元A3-3、A3-4、A3-5按照步骤二的方式进行叠层和复合针刺，直至达到待成形产品A面的功能单元层复合针刺的厚度要求。所述子加工单元A3-3面密度140g/m2，无纬布重量比28％，针刺密度控制在64针/cm2。所述子加工单元A3-3面密度160g/m2，无纬布重量比25％，针刺密度控制在66针/cm2。所述子加工单元A3-5面密度180g/m2，无纬布重量比25％，针刺密度控制在68针/cm2。
4)进行B面的承力单元层的复合针刺：
第一，将承力单元层中连续长碳纤维布比例最高的子承力单元(B1-1)与承力单元层A1-1进行叠层并进行复合针刺，叠层时，B1-1的连续长碳纤维布面与A1-1贴合，针刺方向为B1-1至A1-1。特别的当采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。
第二，将子承力单元中连续长碳纤维布比例次高的承力单元层(B1-2)的连续长碳纤维布面与B1-2的网胎面贴合叠层，然后进行复合针刺，针刺方向为从B1-2指向B1-1。特别的当采用连续长碳纤维布为无纬布时，所述叠层为0°/90°交叉叠层。
第三，依照此方式将后续的承力单元层按照第二条的方式重复操作，直至达到产品B面的承力单元层复合针刺的厚度要求。
所述B面的子承力单元与A面的子承力单元为对称分布，即A1-1、A1-2、A1-3、A1-4、A1-5、A1-6的面密度、针刺密度及无纬布重量比等参数设置与B1-1、B1-2、B1-3、B1-4、B1-5、B1-6一样。
5)进行产品B面的功能单元层的复合针刺：
参照上述第2)条方法进行产品B面的功能单元层的复合针刺。
6)进行产品B面的加工单元层的复合针刺：
参照上述第3)条方法进行产品B面的加工单元层的复合针刺。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种连续过渡层结构纤维预制体连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，分别制备连续长碳纤维和短切碳纤维，所制备的连续长碳纤维包括普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维；
步骤2，制备短切碳纤维网胎，以步骤1中制备出的短切碳纤维为原料，采用网胎梳理设备制备出短切碳纤维网胎，所制备出的短切碳纤维网胎的面密度为10～240g/m2；
步骤3，制备连续长碳纤维布，采用步骤1中得到的普通连续长碳纤维和展宽连续长碳纤维分别制备普通连续长碳纤维布和展宽连续长碳纤维出布，包括：长碳纤维无纬布、长碳纤维平纹布及长碳纤维缎纹布；
步骤4，制备连续过渡层结构，采用三种类型的结构单元形成连续过渡层结构，每种类型的结构单元分别由其中一种类型的连续长碳纤维布和短切碳纤维网胎经针刺制备得到，且每种结构单元均延厚度的中心线对称分布；
步骤5，对连续过渡层结构分别从两面进行复合针刺，形成连续过渡层结构的成形产品。
2.根据权利要求1所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，采用普通连续长碳纤维制备得到普通长碳纤维无纬布、普通长碳纤维平纹布和普通长碳纤维缎纹布，采用展宽连续长碳纤维制备得到展宽长碳纤维无纬布、展宽长碳纤维平纹布和展宽长碳纤维缎纹布；
其中，每种类型的连续长碳纤维布的面密度范围为30～480g/m2。
3.根据权利要求2所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：
步骤4-1，分别制备三种类型的结构单元，包括：承力单元层、功能单元层和加工单元层；
步骤4-2，形成连续过渡层结构，其中，承力单元层位于中心部位，功能单元层位于承力单元层的两侧，加工单元层位于功能单元层外侧、且位于连续过渡层结构的最外侧；
其中，三种类型的结构单元分别由所述6种类型的连续长碳纤维布中的一种类型与短切碳纤维网胎经针刺制得。
4.根据权利要求3所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4-1中，
制备承力单元层的方式为：
控制承力单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在60～90％之间，且随着本承力单元层位置逐渐由中心部位向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
制备功能单元层的方式为：
控制功能单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在30～75％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降；
制备加工单元层的方式为：
控制加工单元层中连续长碳纤维布占本层的重量比例在0～50％之间，且随着本层位置由整体连续过渡层结构的中心线逐渐向两侧移动，连续长碳纤维布的重量比例呈现逐层梯度下降。
5.根据权利要求4所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4-1中，
对所述功能单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子功能单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
对所述承力单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子承力单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2；
对所述加工单元层进行复合针刺时，控制其针刺密度为10～100针/cm2；其中，子加工单元叠加铺设并针刺时，每增加一层，针刺密度对应的增加，其增加幅度为每层1～10针/cm2。
6.根据权利要求5所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤4-1中，制备承力单元层、功能单元层和加工单元层的方式中，控制三种类型的结构单元中的连续长碳纤维布占本结构单元的重量比例控制过程包括以下控制方式的一种或多种组合控制方式：
控制方式1，在编织过程中，通过增加或减少单位面积的普通连续长碳纤维丝束的数量来控制比例；
控制方式2，在形成结构单元过程中，通过增加或减少展宽连续长碳纤维布的层数来控制比例；
控制方式3，在连续长碳纤维布面密度一定的情况下，通过减小或增加短切碳纤维网胎的面密度来控制比例。
7.根据权利要求6所述的连续过渡层结构纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤5包括：
步骤5-1，从待成形产品的A面依次对承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺；
步骤5-2，从待成形产品的B面依次对的承力单元层、功能单元层和加工单元层进行复合针刺。
8.一种连续过渡层结构纤维预制体，其特征在于，所述连续过渡层结构纤维预制体为采用如权利要求1～7中任一项所述的制备方法制备得到的。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108046819A (zh) * 2017-11-23 2018-05-18 西北工业大学 一种结构功能一体化C/C-SiC摩擦材料及制备方法
CN110747578A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 江苏天鸟高新技术股份有限公司 一种高密度碳纤维针刺毡及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108046819A (zh) * 2017-11-23 2018-05-18 西北工业大学 一种结构功能一体化C/C-SiC摩擦材料及制备方法
CN110747578A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 江苏天鸟高新技术股份有限公司 一种高密度碳纤维针刺毡及其制备方法

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