一种碳碳复合结构的预制体结构的制作方法

1.本实用新型涉及碳碳复合结构技术领域，特别涉及一种碳碳复合结构的预制体结构。


背景技术：

2.碳碳复合结构的预制体结构是制备碳碳复合材料的基础，碳碳复合材料是碳纤维增强碳基体复合材料，具有低密度，高强度、高模量、良好的抗疲劳度、热冲击性能好等一系列优异性能。同时碳碳复合材料高温力学性能极佳，且其抗疲劳性能明显优于石墨制品；这使得碳碳复合材料的优异性能使其在热压陶瓷行业应用广泛，逐渐取代石墨制品。
3.目前，制备碳碳复合结构的预制体时一般采用三维编织成型工艺，通过三维编织成型工艺制作的碳碳复合结构的预制体在其厚度达到一定范围时，需要通过胶类粘合，但粘合后的预制体层间结合力较弱，长期使用，会出现分层、开裂，严重影响产品寿命。
4.基于现有技术存在的缺点，急需研究一种碳碳复合结构的预制体结构，来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型的提供了一种碳碳复合结构的预制体结构，本实用新型通过使用具有支撑件的编织模具对碳纤维进行编织，使得编织层与多个支撑件形成三维交织框架的碳纤维层；具有三维交织框架的碳纤维层可一次性编织至所需厚度，无需多层粘合，避免了碳纤维层在使用过程中产生分层，提高了目标碳碳复合结构的使用寿命。
6.本实用新型公开了一种碳碳复合结构的预制体结构，包括编织模具和编织层；
7.所述编织模具包括筒状固定件和多个支撑件，多个所述支撑件间隔设置在所述筒状固定件的侧壁上；
8.所述编织层包括编织在所述筒状固定件侧壁上的碳纤维，所述编织层与多个所述支撑件形成三维交织框架的碳纤维层。
9.进一步地，所述筒状固定件包括连接孔和多个安装孔；
10.多个所述安装孔间隔均匀设置在所述筒状固定件的侧壁上，所述支撑件设置在所述安装孔内；
11.所述连接孔沿着所述筒状固定件的轴向设置，所述连接孔用于与固定装置连接。
12.进一步地，所述支撑件包括连接端和凸出端；
13.所述连接端通过粘性剂与所述安装孔固定，所述凸出端穿设过所述编织层，并凸设在所述编织层的一侧。
14.进一步地，所述编织层按照按照预设编织路径编织在所述编织模具上；
15.所述预设编织路径包括第一编织路径、第二编织路径和第三编织路径在所述编织模具上编织；其中，所述第一编织路径为所述碳纤维以第一方向进行编织，第二编织路径为
所述碳纤维以第二方向进行编织，所述第三编织路径为所述碳纤维以第三方向进行编织，所述第三方向为所述编织模具的周向，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向相互交叉。
16.进一步地，所述第一方向为所述碳纤维与所述编织模具的侧壁之间的角度为30
°‑
60
°
，第二方向为所述碳纤维与所述编织模具的侧壁之间的角度为-60
°‑
(-30
°
)。
17.进一步地，所述第一方向和所述第二方向上编织的碳纤维与第三方向上编织的碳纤维的分布比例为(6-7)：(4-3)；所述碳纤维的直径为6.5-11mm。
18.进一步地，所述碳纤维层的外径为550-600mm，所述碳纤维层的厚度为100-150mm，所述碳纤维层的高度1000-1500mm；所述碳纤维层的体积密度为0.7-0.8g/cm3。
19.进一步地，所述支撑件的直径为2-5mm，所述安装孔的直径为2-5mm，所述安装孔的深度为10-20mm。
20.进一步地，所述支撑件包括碳纤维束和包覆层；
21.所述包覆层包覆在所述碳纤维束的外侧，所述碳纤维束与所述包覆层的含量比为(8-9)：(2-1)。
22.进一步地，所述筒状固定件的外径与所述碳纤维层内径的差值为2-3mm；所述筒状固定件的高度为1050-1600mm。
23.实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：
24.本实用新型通过使用具有支撑件的编织模具对碳纤维进行编织，使得编织层与多个支撑件形成三维交织框架的碳纤维层；具有三维交织框架的碳纤维层可一次性编织至所需厚度，无需多层粘合，避免了碳纤维层在使用过程中产生分层，提高了目标碳碳复合结构的使用寿命。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。
26.图1为本实施例所述碳碳复合结构的预制体结构的俯视图；
27.图2为本实施例所述编织模具的结构图；
28.图3为本实施例所述筒状固定件的结构图；
29.图4为本实施例所述编织层的局部结构图。
30.其中，图中附图标记对应为：
31.1-编织模具；2-编织层；11-筒状固定件；12-支撑件；21-第一编织路径；22-第二编织路径；23-第三编织路径；111-连接孔；112-安装孔。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提
下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
34.现有技术存在以下缺点：目前，制备碳碳复合结构的预制体时一般采用三维编织成型工艺，通过三维编织成型工艺制作的碳碳复合结构的预制体在其厚度达到一定范围时，需要通过胶类粘合，但粘合后的预制体层间结合力较弱，长期使用，会出现分层、开裂，严重影响产品寿命。
35.针对现有技术的缺陷，本实用新型通过使用具有支撑件的编织模具对碳纤维进行编织，使得编织层与多个支撑件形成三维交织框架的碳纤维层；具有三维交织框架的碳纤维层可一次性编织至所需厚度，无需多层粘合，避免了碳纤维层在使用过程中产生分层，提高了目标碳碳复合结构的使用寿命。
36.实施例1
37.参见附图1～图4，本实施例提供了一种碳碳复合结构的预制体结构，包括编织模具1和编织层2；
38.编织模具1包括筒状固定件11和多个支撑件12，多个支撑件12间隔设置在筒状固定件11的侧壁上；
39.编织层2包括编织在筒状固定件11侧壁上的碳纤维，编织层2与多个支撑件12形成三维交织框架的碳纤维层。
40.需要说明的是：在本实施例中通过使用具有支撑件的编织模具对碳纤维进行编织，使得编织层与多个支撑件形成三维交织框架的碳纤维层；具有三维交织框架的碳纤维层可一次性编织至所需厚度，无需多层粘合，避免了碳纤维层在使用过程中产生分层，提高了目标碳碳复合结构的使用寿命。
41.在一些可能的实施例中，筒状固定件11包括连接孔111和多个安装孔112；
42.多个安装孔112间隔均匀设置在筒状固定件11的侧壁上，支撑件12设置在安装孔112内；
43.连接孔111沿着筒状固定件11的轴向设置，连接孔111用于与固定装置连接。
44.在一些可能的实施例中，支撑件12包括连接端和凸出端；
45.连接端通过粘性剂与安装孔112固定，凸出端穿设过编织层2，并凸设在编织层2的一侧，通过粘性剂将连接端与安装孔112固定，避免在碳纤维进行编织时支撑件12与安装孔112发生相对位移，保证编织的稳定性，进而保证碳碳复合结构的预制体结构的体积密度。
46.具体地，多个安装孔112在筒状固定件的周向均匀分布，每个安装孔112内设置一个支撑件12，以保证安装在安装孔112内的支撑件12均匀分布，避免局部编织间隙过细或过小，进而保证编织层的编织密度，进而保证碳碳复合结构的预制体结构的整体力学性能。
47.具体地，筒状固定件11的材质为石墨。
48.在一些可能的实施例中，编织层2按照按照预设编织路径编织在编织模具1上；
49.预设编织路径包括第一编织路径21、第二编织路径22和第三编织路径23在编织模具1上编织；其中，第一编织路径21为碳纤维以第一方向进行编织，第二编织路径22为碳纤维以第二方向进行编织，第三编织路径23为碳纤维以第三方向进行编织，第三方向为编织模具1的周向，第一方向、第二方向和第三方向相互交叉。
50.在一些可能的实施例中，第一方向为碳纤维与编织模具1的侧壁之间的角度为30
°‑
60
°
，第二方向为碳纤维与编织模具1的侧壁之间的角度为-60
°‑
(-30
°
)。
51.优选地，第一方向为碳纤维与编织模具1的侧壁之间的角度为45
°
，第二方向为碳纤维与编织模具1的侧壁之间的角度为-45
°
，即碳纤维以
±
45
°
和编织模具1的周向方向进行逐层编织形成一定厚度的编织层。
52.在一些可能的实施例中，第一方向和第二方向上编织的碳纤维与第三方向上编织的碳纤维的分布比例为(6-7)：(4-3)；碳纤维的直径为6.5-11mm；通过增加第三方向上碳纤维含量，使得具有三维交织框架的碳纤维层提高了其沿周向的强度，改善了碳纤维层在使用过程中的出现纵列的现象，进而提高了碳纤维层的使用寿命。
53.更近一步地，选取6.5-8mm宽的碳纤维进行编织时，由于编织时碳纤维由于受力会变细，一般会变为3.5-4.5mm，故此时选取筒状固定件的安装孔112的直径处于2-3mm之间；选取8-11mm宽的碳纤维进行编织时，由于编织时碳纤维由于受力会变细，一般会变为7-9mm，故此时选取筒状固定件的安装孔112的直径处于4-5mm之间，能够保证相邻的支撑件12之间在编织时只通过一根碳纤维，避免相邻的支撑件12之间通过2根或2根以上的碳纤维，这会增加编织的难度及编织工时，进而导致增加生产成本而不利于大规模生产使用。
54.在一些可能的实施例中，碳纤维层的外径为550-600mm，碳纤维层的厚度为100-150mm，碳纤维层的高度1000-1500mm；碳纤维层的体积密度为0.7-0.8g/cm3。
55.在一些可能的实施例中，支撑件12的直径为2-5mm，安装孔112的直径为2-5mm，安装孔112的深度为10-20mm，通过将支撑件12插入到安装孔112中，插入深度为10-20mm，保证支撑件12在碳纤维进行编织时支撑件12不与安装孔112发生相对位移，保证编织的稳定性，进而保证碳碳复合结构的预制体结构的体积密度。
56.在一些可能的实施例中，支撑件12包括碳纤维束和包覆层；
57.包覆层包覆在碳纤维束的外侧，碳纤维束与包覆层的含量比为(8-9)：(2-1)；包覆层在后续加工中，经高温石墨化处理去除，碳纤维束形成沿碳纤维束的长度方向的支撑部，得到具有三维交织框架的碳纤维层；通过设置包覆层保证其在安装在筒状编织模具的强度，并保证在编织时其不易变形，进而保证编织过程的稳定性。
58.优选地，碳纤维束与包覆层的含量为为9:1，此含量在保证支撑件12强度的同时，合理规划了碳纤维束的含量，增强层间结合力。
59.在一些可能的实施例中，筒状固定件11的外径与碳纤维层内径的差值为2-3mm；筒状固定件11的高度为1050-1600mm。
60.需要说明的是：一个碳碳复合结构的预制体结构可加工成多个目标碳碳复合结构，碳碳复合结构的预制体结构与目标碳碳复合结构在尺寸上的区别在于，碳碳复合结构的预制体结构的高度大于目标复合结构的高度；一个碳碳复合结构的预制体结构能够根据实际需要加工多个目标碳碳复合结构。
61.具体地，目标碳碳复合结构的外径为500-550mm，目标碳碳复合结构的壁厚为100-120mm，所述目标碳碳复合结构的高度为50-60mm。
62.还需说明的是：本实施例中通过一个碳碳复合结构的预制体结构能够制备多个目标碳碳复合结构，这大幅提升了生产效率，降低了生产成本，进而使本实施例中的碳碳复合结构的预制体结构具有良好的发展前景。
63.虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
64.在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
65.在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
66.以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。