碳纖維定制成型之短切工藝
短切碳纖維預(yù)制體是由短切碳纖維搭橋，通過基體碳在搭接點(diǎn)將相鄰的纖維粘結(jié)起來，經(jīng)碳化組成的平面疊加結(jié)構(gòu)。它是一種新型的碳碳復(fù)合材料，除具有碳碳材料的諸多優(yōu)點(diǎn)外，還具有一些獨(dú)特的性能。例如，低密度(0.10~0.40 g/cm3 )、低熱導(dǎo)率(<0.21W/(m.K))、低熱膨脹系數(shù)(<0.024)、抗熱沖擊性(0.2~0.6 MPa)和高孔隙率(>50%)。這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)使其在高溫隔熱領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，目前主要應(yīng)用于國外航天器的熱防護(hù)材料和高溫爐用隔熱材料。
1.應(yīng)用前景
短切碳纖維板材材料預(yù)制體由于其具有低密度、低熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)、高孔隙率等優(yōu)點(diǎn)，使其在航天和高溫隔熱領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。由于短切碳纖維預(yù)制體是低密度碳碳復(fù)合材料，其具有碳碳復(fù)合材料的一系列優(yōu)點(diǎn)，也繼承了碳碳復(fù)合材料的缺點(diǎn)。
彈性墊厚度決定了彈性墊的壓縮量的大小，受壓彈性量決定了手動鉆孔時(shí)減少手動進(jìn)給力的大小。性墊材料的厚度選擇取決于碳纖維定制加工復(fù)合材料時(shí)軸向力、加工孔徑和彈性墊直徑的大小。碳纖維板材復(fù)合材料鉆孔加工較適合的軸向力需要控制在30-50N的范圍，孔分層、撕裂等缺陷較少。
2.成型工藝
對于短切碳纖維預(yù)制體來說其原料簡單，主要是短切碳纖維和粘結(jié)劑，其成型工藝是關(guān)鍵。目前其制備工藝有:溶液浸漬法、真空成型法、重力沉降成型法，加壓排液成型法等?？紤]到經(jīng)濟(jì)和方便，以及工藝和設(shè)備相對簡單，制備短切碳纖維預(yù)制體的主要方法是加壓排液法和真空成型工藝，其中真空成型法特別適合制備極高孔隙率的短切碳纖維預(yù)制體。
目前短切碳纖維預(yù)制體的制備方法主要有真空成型和壓濾成型法。其中短切碳纖維預(yù)制體真空成型很早便被國外的學(xué)者進(jìn)行了研究并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
碳碳復(fù)合材料是由碳基體和增強(qiáng)碳纖維定制加工組成的，其組分為不同形態(tài)的碳，而碳在高溫條件下很容易被氧化。碳碳復(fù)合材料在400℃以上就會迅速被氧化，各種性能出現(xiàn)明顯下降，碳復(fù)合材料的易氧化性能限制了其在航空航天領(lǐng)域進(jìn)一步應(yīng)用。
