一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材的制作方法

文档序号:10452805阅读:448来源:国知局
一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种碳纤维型材,特别是一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,属于碳纤维材料技术领域。
【背景技术】
[0002]碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,其含碳量随种类不同而异,一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等,但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。是近年来纤维高分子材料领域中发展迅速的一类特种纤维。
[0003]高性能纤维品种较多,目前已规模化生产的有碳纤维、芳纶纤维等,既可作为结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用,是性能优越的战略性新型材料。目前,高性能纤维中碳纤维是大规模生产的一个品种,具有较高的比强度、比模量和较小的体积质量。碳纤维既具有碳材料的固有特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,具有优异的力学性能,近年来被广泛应用于航空、航天、汽车、化工、能源、交通、建筑、电子、体育运动器材等领域。
[0004]碳纤维按原丝类型可分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维和酚醛基碳纤维4类。聚丙烯腈基碳纤维是目前制备碳纤维的第一大原料,其产量约占世界总产量的95%左右。沥青基碳纤维约占4%,粘胶基碳纤维约占1%,酚醛基碳纤维尚处于实验室研究,因而如何利用现有的碳纤维材料制备高性能的碳纤维型材,成为了碳纤维产品研发的重点。

【发明内容】

[0005]为解决现有技术中存在的问题,本实用新型提供了一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,具体技术方案如下:
[0006]—种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,包括主体结构层和辅助增强层,所述主体结构层和辅助增强层间隔设置且碳纤维型材上下表面均为主体结构层,所述主体结构层为聚丙烯腈基碳纤维层,所述辅助增强层为沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层中的一种或多种。
[0007]作为上述技术方案的改进,所述主体结构层来自碳纤维卷料上的裁切块,所述裁切块的起始裁切点为0,所述裁切块的起始裁切边为L,所述起始裁切边L与碳纤维卷料的延展方向的夹角为Θ,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层在碳纤维卷料上裁切时的Θ角度相同。
[0008]作为上述技术方案的改进,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层为第一裁切块,所述第一裁切块在碳纤维卷料上裁切时的Θ角为0°。
[0009]作为上述技术方案的改进,所述主体结构层包括位于碳纤维型材上下表面的第一裁切块、以及位于两个第一裁切块之间的第三裁切块,所述第三裁切块在碳纤维卷料上裁切时的Θ角为90°。
[0010]作为上述技术方案的改进,所述主体结构层还包括位于碳纤维型材上表面的第一裁切块与第三裁切块之间的第二裁切块、以及位于碳纤维型材下表面的第一裁切块与第三裁切块之间的第四裁切块,所述第二裁切块在碳纤维卷料上裁切时的Θ角为45°,所述第四裁切块在碳纤维卷料上裁切时的Θ角为135°。
[0011]上述技术方案中聚丙烯腈基碳纤维层作为主体结构层,具有耐磨效果好、耐疲劳性好、减震效果优异、热膨胀系数小等机械物理性能,并且具有耐酸、碱、盐腐蚀,表面活性及吸附性强的化学性能稳定的特点,从而提高碳纤维型材整体的各项性能参数,同时与沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层进行复合,能够分别具备沥青基碳纤维良好的刚性和挠性的机械性能、粘胶基碳纤维的理化性能稳定、酚醛基碳纤维层导电性能优异等特点。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材的结构示意图;
[0013]图2为本实用新型中碳纤维卷料上各个裁切块的分布位置示意图。
【具体实施方式】
[0014]如图1所示,本实用新型提供了一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,包括主体结构层和辅助增强层30,所述主体结构层和辅助增强层30间隔设置且碳纤维型材上下表面均为主体结构层,所述主体结构层为聚丙烯腈基碳纤维层,所述辅助增强层30为沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层中的一种或多种。
[0015]上述技术方案中聚丙烯腈基碳纤维层作为主体结构层,具有耐磨效果好、耐疲劳性好、减震效果优异、热膨胀系数小等机械物理性能,并且具有耐酸、碱、盐腐蚀,表面活性及吸附性强的化学性能稳定的特点,从而提高碳纤维型材整体的各项性能参数,同时与沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层进行复合,能够分别具备沥青基碳纤维良好的刚性和挠性的机械性能、粘胶基碳纤维的理化性能稳定、酚醛基碳纤维层导电性能优异等特点。
[0016]进一步的,如图2所示,所述主体结构层来自碳纤维卷料10上的裁切块20,所述裁切块20的起始裁切点为0,所述裁切块20的起始裁切边为L,所述起始裁切边L与碳纤维卷料10的延展方向的夹角为Θ,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角度相同,该优选方案限定了碳纤维型材上下表面在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角度相同,确保碳纤维型材上下表面的力学性能的一致性。
[0017]进一步的,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层为第一裁切块20a,所述第一裁切块20a在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角为0°,该方案对第一裁切块20a的Θ角的度数做了进一步限定,在生产过程中更具有实用性。
[0018]同时,所述主体结构层包括位于碳纤维型材上下表面的第一裁切块20a、以及位于两个第一裁切块20a之间的第三裁切块20c,所述第三裁切块20c在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角为90°,该方案在上述方案的基础上增加了第三裁切块20c,并对其Θ角进一步限定,这主要是因为碳纤维卷料10自身在制作过程中采用经玮编制的方法,导致其在切割过程中,按照不同的裁切角度Θ裁切下来的裁切块上的纤维走向略有差异,从而导致不同裁切块的力学性能有所不同,因而采用这种按照90°间隔排列方法,提高碳纤维型材整体结构的一致性。
[0019]进一步的,所述主体结构层还包括位于碳纤维型材上表面的第一裁切块20a与第三裁切块20c之间的第二裁切块20b、以及位于碳纤维型材下表面的第一裁切块20a与第三裁切块20c之间的第四裁切块20d,所述第二裁切块20b在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角为45°,所述第四裁切块20d在碳纤维卷料10上裁切时的Θ角为135°,该方案提供了一种按照45°间隔排列裁切块的结构,其相对于90°间隔排列,整体结构性能更趋于一致。
【主权项】
1.一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,其特征在于,包括主体结构层和辅助增强层(30),所述主体结构层和辅助增强层(30)间隔设置且碳纤维型材上下表面均为主体结构层,所述主体结构层为聚丙烯腈基碳纤维层,所述辅助增强层(30)为沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,其特征在于,所述主体结构层来自碳纤维卷料(10)上的裁切块(20),所述裁切块(20)的起始裁切点为O,所述裁切块(20)的起始裁切边为L,所述起始裁切边L与碳纤维卷料(10)的延展方向的夹角为Θ,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层在碳纤维卷料(10)上裁切时的Θ角度相同。3.如权利要求2所述的一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,其特征在于,所述位于碳纤维型材上下表面的主体结构层为第一裁切块(20a),所述第一裁切块(20a)在碳纤维卷料(10)上裁切时的Θ角为0°。4.如权利要求3所述的一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,其特征在于,所述主体结构层包括位于碳纤维型材上下表面的第一裁切块(20a)、以及位于两个第一裁切块(20a)之间的第三裁切块(20c),所述第三裁切块(20c)在碳纤维卷料(10)上裁切时的Θ角为90°。5.如权利要求4所述的一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,其特征在于,所述主体结构层还包括位于碳纤维型材上表面的第一裁切块(20a)与第三裁切块(20c)之间的第二裁切块(20b)、以及位于碳纤维型材下表面的第一裁切块(20a)与第三裁切块(20c)之间的第四裁切块(20d),所述第二裁切块(20b)在碳纤维卷料(10)上裁切时的Θ角为45°,所述第四裁切块(20d)在碳纤维卷料(1)上裁切时的Θ角为135°。
【专利摘要】本实用新型涉及一种高强度多切向角层叠的碳纤维型材,属于碳纤维材料技术领域,包括主体结构层和辅助增强层,所述主体结构层和辅助增强层间隔设置且碳纤维型材上下表面均为主体结构层,所述主体结构层为聚丙烯腈基碳纤维层,所述辅助增强层为沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层中的一种或多种。该技术方案通过聚丙烯腈基碳纤维层优异的机械物理性能和化学性能稳定的特点,提高碳纤维型材整体的各项性能参数,同时与沥青基碳纤维层、粘胶基碳纤维层和酚醛基碳纤维层进行复合,能够分别具备沥青基碳纤维良好的刚性和挠性的机械性能、粘胶基碳纤维的理化性能稳定、酚醛基碳纤维层导电性能优异等特点。
【IPC分类】B32B27/04, B32B9/00, B32B9/04, B32B11/02
【公开号】CN205364687
【申请号】CN201520947017
【发明人】梁禹鑫, 路强
【申请人】安徽佳力奇航天碳纤维有限公司
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年11月25日
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