以出现在加热纤维混合物至少到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度以大体上清除牺牲纤维(42)之前或与其同时。如果压缩步骤是在加热到这个范围中的温度之后执行，被压缩的材料可能包括树脂涂敷的碳纤维，但是可以不必包括已经熔化或烧掉的牺牲纤维22中的牺牲材料和/或牺牲纤维22。一些示例技术还可以包括，在渗透致密剂到多个通道52 (44)之前，碳化至少树脂，以形成部分致密的多孔碳纤维预制件。在一些示例中，熔化树脂、至少加热到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度和/或碳化至少树脂的参考步骤可以出现在一个连续加热步骤中。同样地，碳化至少涂敷在碳纤维上的树脂这个可选步骤可以出现在正在压缩纤维混合物的同时或者是在清除了牺牲材料和/或牺牲纤维22之后剩余的树脂涂敷的纤维正在被压缩的同时。
[0052]本发明的一些示例技术可以包括，在加热含有牺牲纤维和碳纤维的纤维混合物到约170摄氏度与约400摄氏度(42)之间的温度之前，将一个或多个基体母体材料浸渍到纤维混合物53和/或碳纤维预制件46中。基体母体材料可以包括，在一些示例中，未固化的树脂和固化剂或催化剂。例如，未固化的酚醛树脂可以连同己二胺浸渍到纤维混合物53或碳纤维预制件46中。总的来说，本发明的基体母体材料可以包括一个或多个材料，它们可以随后被固化以形成围绕纤维混合物53的基体。特定量的一个或多个基体母体材料可以通过许多适当的方法预浸渍到纤维混合物53或碳纤维预制件中(通常称作"预浸渍体〃)。例如，基体母体材料可以使用压力、真空、树脂传递模塑、手动应用或它们的任意组合进行浸渍。
[0053]在一些示例中，在浸渍之后且在加热到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度(44)之前，浸渍在片材中的一个或多个基体母体材料可以部分固化(有时称作"B级"预浸渍体)。在这样的示例中，在其中已经部分固化了基体材料母体的纤维混合物53或碳纤维预制件46可以更易于处理并且例如可以储存供以后处理。在一些示例中，B级预浸渍体可以存储在凉爽环境中以防止或限制基体母体材料的未固化部分的固化。在一个示例技术中，当一个或多个基体材料母体已经部分固化时，一旦加热纤维混合物53至少到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度，多个通道就可以形成在部分固化的一个或多个基体母体材料内，在多个碳纤维之间，在牺牲纤维48所在的位置处。
[0054]包括一个或多个基体材料的浸渍的示例技术还可以包括，在加热纤维混合物53到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度之前固化一个或多个基体母体材料。固化可以包括引起化学反应发生在未固化树脂与固化剂或催化剂之间以形成固化基体。在附加处理之前，固化基体可以为纤维混合物53提供改善的结构和稳定性。
[0055]在一些示例中，当在加热纤维混合物53至少到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度之前基体母体已经部分固化时，固化一个或多个基体母体材料包括完全固化浸渍在纤维混合物53或碳纤维预制件46中的一个或多个基体母体材料的未固化剩余部分。附加地或替代地，根据示例技术，加热纤维混合物53至少到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度和固化一个或多个基体母体材料的步骤可以包括连续地加热浸渍的纤维混合物或预制件，从低于牺牲材料的在约170摄氏度与约400摄氏度范围内的软化或燃烧点的温度到一个或多个基体母体材料固化以形成粘合纤维混合物的基体的温度。总的来说，如本发明所描述的，浸渍在片材中的基体材料母体的固化可以通过许多合适的方法来实现，例如，加热到约100摄氏度至约300摄氏度的温度。
[0056]图9的示例技术还包括渗透致密剂到至少碳纤维预制件46的多个通道52中
(44)。这个步骤可类似于或相同于上面所描述的致密剂渗透的可选步骤。例如，合适的致密剂54可以包括中间相沥青(例如煤焦油、原油或合成沥青)或酚材料(见图11)。致密剂54的渗透可以由许多技术来执行，其选择可取决于致密剂的粘度或其它性质。例如，致密剂54可以渗入碳纤维预制件46，使用化学气相沉积/化学气相渗透(CVD/CVI)、真空压力渗透(VPI)、高压浸渍/碳化(PIC)或树脂传递模塑(RTM)中的至少一者。
[0057]图11是概念图，示出示例渗透碳预制件47的横向剖视图。渗透碳预制件47示出图10的碳预制件46，在碳纤维50之间的多个通道52已经渗透有致密剂54之后。本发明的一个示例技术还可以包括碳化致密剂54以形成碳-碳复合物品或部件，在本文所描述的情况下。
[0058]在形成部分致密的多孔碳预制件之后，致密剂54可以渗透到部分致密的多孔碳预制件中。在渗透之后，致密剂54可以稳定和/或碳化，如本发明其它地方描述的。如本文描述的，致密剂54 (例如沥青)的稳定可以通过多个通道52的存在来改善，利用它们允许更多氧气(或其它氧化剂)穿过渗透预制件47的内部部分。通过这种方式，包含更好稳定的致密剂的预制件可以更有效地碳化，在最终的碳-碳复合部件中有更高的碳含量。
[0059]按照本发明的技术已经形成的碳纤维预制件可以包括所描述的多个通道形式的附加孔隙度，相比于形成为没有包含在约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度下可大体清除的牺牲纤维的预制件。包含这样的通道的预制件可以防止或限制裂缝或空隙形成在预制件中或在由此制造的最终的复合部件中。这样性质的裂缝或空隙会降低预制件或复合部件的期望机械性能。例如，水可以是某些基体材料固化过程(例如，环氧树脂的固化)期间的冷凝反应的副产物。如果没有提供足够的通道来排出水或水蒸气，那么，水或水蒸气会保留在片材、预制件或部分致密的预制件内，并且在后续处理期间引起裂缝，例如在碳化致密剂时。因此，在形成碳纤维预制件中采用可以在约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度下清除的纤维牺牲材料，例如包含具有在这个范围内的软化温度的聚合材料的纤维，可以减少制造周期时间，因为，牺牲纤维的软化、熔化和/或燃烧之后形成的通道可以允许在期望温度下更快的斜坡(例如加热)速度和更短的停留时间。例如，使用本发明描述的技术，停留时间可以短约20%至约40%。使用所描述的技术，还可以增大预制件和碳-碳复合部件中的最终碳含量产率。
[0060]已经描述了本发明的各个实施例。这些及其它实施例在下列权利要求的范围内。
【主权项】
1.一种方法，包括: 加热包含牺牲纤维和多个碳纤维母体纤维的纤维混合物到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度，以大体上从纤维混合物中清除牺牲纤维并且在预制件母体中在多个碳纤维母体纤维之间在牺牲纤维所在的位置处形成多个通道；以及 碳化该多个碳纤维母体纤维以形成包含多个通道的多孔碳纤维预制件。2.如权利要求1所述的方法，其中，牺牲纤维包括含有聚合材料的纤维、大麻纤维、草纤维、木纤维或棉纤维中的至少一者，并且其中，该多个碳纤维母体纤维包括聚丙烯腈(PAN)纤维或沥青纤维中的至少一者。3.一种方法，包括: 加热包含牺牲纤维和碳纤维的纤维混合物到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度，以大体上从混合物中清除牺牲纤维并且在碳纤维预制件中在碳纤维之间在牺牲纤维所在的位置处形成多个通道；以及 渗透致密剂到碳纤维预制件的至少该多个通道中。
【专利摘要】本发明涉及在复合材料中形成通道的牺牲纤维。公开了一种技术，加热含有牺牲纤维和碳纤维母体纤维的纤维混合物到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度，以大体上清除牺牲纤维并且在预制件母体中留下多个通道，然后碳化该碳纤维母体纤维以形成多孔碳纤维预制件。还公开了一种技术，加热包含牺牲纤维和碳纤维的纤维混合物到约170摄氏度与约400摄氏度之间的温度，以大体上清除牺牲纤维并且留下多个通道，以及渗透致密剂到至少该多个通道中。还公开了一种物品，其包括含有牺牲纤维和碳纤维母体纤维或碳纤维的纤维混合物。
【IPC分类】C04B35/83
【公开号】CN105384456
【申请号】CN201510550470
【发明人】M.L.拉富里斯特, S.T.弗里斯卡, D.M.赖特
【申请人】霍尼韦尔国际公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年9月1日
【公告号】EP2993016A1, US20160060115