一种用于复合材料的碳纤维增强结构及针织方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发动机绝热层材料制备方法，具体涉及一种用于复合材料的碳纤维增强结构及针织方法。
【背景技术】
[0002]固体火箭发动机绝热层材料的制备过程中，为了提高材料的抗冲刷性能，通常的做法是在材料中添加提高抗冲刷性能的增强材料，如石棉、碳纤维和芳纶纤维等，其中以碳纤维的效果最为明显。目前广泛使用的5-VI材料就是短切碳纤维增强橡胶基复合材料，其烧蚀率达到小于0.06mm/s的水平，但材料不均质、各向异性、型面稳定性差等问题也在应用中显露无遗。为了解决这些问题，可以采取将碳纤维编织成连续均匀的网络结构，成为复合材料的增强体；再将基体橡胶均匀分布于各个部位。目前，增强材料的纤维编织方法有平纹、斜纹、缎纹碳布，二维半、三维编织体等，这些产品均不具备绝热层成型工艺需要的弹性体属性，延伸率比较低，横向与纵向的延伸率均在10%以下，而且不能传递橡胶气囊的压强，导致绝热层层间界面和绝热层/壳体界面的粘接缺陷。尤其当发动机的技术进一步提高，要求该材料必须一次成型，且要求厚度大于5mm以上时，则难度更大。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种用于复合材料的碳纤维增强结构及针织方法及其制备方法，以达到耐冲刷性能和可生产性优越的目的。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按重量分计的以下材料制成:碳纤维50-55%，酚醛18-25%、丁腈橡胶22.5-30%，该复合材料的厚度为6-8mm ;且其中的碳纤维以玮编针织结构存在。
[0005]所述的复合材料是采用按重量分计的以下材料制成:所述的玮编针织结构为玮平针组织、罗纹组织或者双反面组织。其中采用优选采用玮平针组织或罗纹组织，可以进一步提高材料的弹性，尤其在材料尺寸较厚的状态下。
[0006]所述碳纤维规格为1K、3K、6K或者12Κ。
[0007]所述用于复合材料的碳纤维增强结构的针织方法，具体步骤为:
选择碳纤维的规格型号，然后采用电脑横机将其编织成玮编针织结构，在编织过程中向碳纤维上喷洒乙醇，并控制纤维束张紧力:2Ν~36Ν。
[0008]通过合理的控制纤维束张紧力，可以提高材料的力学性能。
[0009]所述电脑横机的规格为3针、5针、12针；14针或16针。
[0010]在编织过程中通过喷洒乙醇能够起到软化和防止纤维脆性断裂的工艺问题。
[0011]编织时所处空间内的电器及线路均采用防爆处理，避免碳纤维飞毛引起的短路。
[0012]本发明提供的用于复合材料的碳纤维，对于纤维增强的复合材料，其弹性都较弱，尤其当材料尺寸较厚时，本发明中由于碳纤维采用了玮编针织结构，双反面组织、玮平针组织、罗纹组织，充分利用其结构特点，可以提高材料的弹性。双反面组织，纵向弹性和延伸度较大，具有纵、横向弹性与延伸性相近的特点，玮平针组织和罗纹组织的横向较纵向易变形，横向变形大于纵向，在横向拉伸时具有较大的弹性和延伸性。使用玮平针组织和罗纹组织结构时，对较厚的材料性能更为优越。因此，该碳纤维增强结构一方面能够大幅度提高材料的抗烧蚀性能，另一方面保持了绝热材料所需的弹性体特性。
[0013]该复合材料用于发动机绝热层后，产品质量满足设计要求，彻底解决了绝热层失效的质量故障，目前已在多个产品中得到应用，通过了试验考核。
【附图说明】
[0014]图1和图2为采用玮平针组织的玮编针织结构；
图3为采用罗纹组织的玮编针织结构；
图4为采用双反面组织的玮编针织结构。
【具体实施方式】
[0015]以下结合实施例及附图1-4来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
[0016]实施例1:一种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按质量百分比计的以下材料制成:碳纤维50%，酚醛25%，丁腈橡胶25%，该复合材料的厚度为8mm ;其中碳纤维采用玮平针组织的玮编针织结构存在。
[0017]其具体的编织方法为:
选择碳纤维的规格型号(1K)，然后采用电脑横机(3针)将其编织成玮编针织结构，在编织过程中向碳纤维上喷洒乙醇，并控制纤维束张紧力:26N。
[0018]该碳纤维增强结构一方面能够大幅度提高材料的抗烧蚀性能，烧蚀率为0.03mm/s，另一方面保持了绝热材料所需的弹性体特性，材料的横向较纵向易变形，横向变形大于纵向，在横向拉伸时具有较大的弹性和延伸性，横向延伸率为40%，纵向延伸率为35%，使用过程中，能够有效传递橡胶气囊的压强，解决了绝热层层间界面和绝热层/壳体界面的粘接缺陷。
[0019]该复合材料用于发动机绝热层后，产品质量满足设计要求，彻底解决了绝热层失效的质量故障，目前已在多个产品中得到应用，通过了试验考核。
[0020]实施例2:—种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按质量百分比计的以下材料制成:碳纤维50%，酚醛25%，丁腈橡胶25%，该复合材料的厚度为8mm ;其中碳纤维采用玮平针组织的玮编针织结构存在。
[0021]其具体的编织方法为:
选择碳纤维的规格型号(6K)，然后采用电脑横机(12针)将其编织成玮编针织结构，在编织过程中向碳纤维上喷洒乙醇，并控制纤维束张紧力:20N。
[0022]该碳纤维增强结构一方面能够大幅度提高材料的抗烧蚀性能，烧蚀率为0.02mm/s，另一方面保持了绝热材料所需的弹性体特性，材料的横向较纵向易变形，横向变形大于纵向，在横向拉伸时具有较大的弹性和延伸性，横向延伸率为44%，纵向延伸率为39%，使用过程中，能够有效传递橡胶气囊的压强，解决了绝热层层间界面和绝热层/壳体界面的粘接缺陷。
[0023]该复合材料用于发动机绝热层后，产品质量满足设计要求，彻底解决了绝热层失效的质量故障，目前已在多个产品中得到应用，通过了试验考核。
[0024]实施例3:—种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按质量百分比计的以下材料制成:碳纤维50%，酚醛25%，丁腈橡胶25%，该复合材料的厚度为8mm ;其中碳纤维采用玮平针组织的玮编针织结构存在。
[0025]其具体的编织方法为:
选择碳纤维的规格型号(12K)，然后采用电脑横机(16针)将其编织成玮编针织结构，在编织过程中向碳纤维上喷洒乙醇，并控制纤维束张紧力:10N。
[0026]该碳纤维增强结构一方面能够大幅度提高材料的抗烧蚀性能，烧蚀率为0.02mm/s，另一方面保持了绝热材料所需的弹性体特性，材料的横向较纵向易变形，横向变形大于纵向，在横向拉伸时具有较大的弹性和延伸性，横向延伸率为43%，纵向延伸率为41%，使用过程中，能够有效传递橡胶气囊的压强，解决了绝热层层间界面和绝热层/壳体界面的粘接缺陷。
[0027]该复合材料用于发动机绝热层后，产品质量满足设计要求，彻底解决了绝热层失效的质量故障，目前已在多个产品中得到应用，通过了试验考核。
[0028]实施例4:一种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按质量百分比计的以下材料制成:碳纤维53%，酚醛28%，丁腈橡胶29%，该复合材料的厚度为8mm ;其中碳纤维采用罗纹组织的玮编针织结构存在。
[0029]其具体的编织方法为:
选择碳纤维的规格型号(12K)，然后采用电脑横机(16针)将其编织成玮编针织结构，在编织过程中向碳纤维上喷洒乙醇，并控制纤维束张紧力:10N。
[0030]该碳纤维增强结构一方面能够大幅度提高材料的抗烧蚀性能，烧蚀率为0.0lmm/S，另一方面保持了绝热材料所需的弹性体特性，材料的横向较纵向易变形，横向变形大于纵向，在横向拉伸时具有较大的弹性和延伸性，横向延伸率为40%，纵向延伸率为35%，使用过程中，能够有效传递橡胶气囊的压强，解决了绝热层层间界面和绝热层/壳体界面的粘接缺陷。
[0031]该复合材料用于发动机绝热层后，产品质量满足设计要求，彻底解决了绝热层失效的质量故障，目前已在多个产品中得到应用，通过了试验考核。
[0032]实施例5:—种用于复合材料的碳纤维增强结构，该复合材料是采用按质量百分比计的以下材料制成:碳纤维53%，酚醛28%，丁腈橡胶29%，该复合材料的厚度为8mm