一種碳纖維-PMI復合管道及其制備方法技術

本發明專利技術提供一種碳纖維?PMI復合管道及其制備方法，碳纖維?PMI復合管道包括管壁和中空腔體，其管壁由至少三層碳纖維層和至少兩層PMI膜卷覆復合而形成，每層PMI膜的內側和外側均為碳纖維層，且管壁的基底層和蒙皮層均為碳纖維層，所述PMI膜的厚度不超過1mm。本發明專利技術采用呈多層三明治夾心結構的碳纖維?PMI復合材料作為管壁構建中空的管道結構，由此形成的管道結構具有優異的比剛度、比強度以及耐腐蝕性能。可以合理利用本發明專利技術提供的碳纖維?PMI復合管道的中空管腔的內部空間收納同一設計中的零部件，另一方面，碳纖維?PMI復合管道的外壁也能夠為置于中空管腔內的零部件提供保護作用，降低了零部件受撞擊、侵蝕、光照老化的可能性，延長了零部件的使用壽命。

A carbon fiber PMI composite pipe and its preparation method

【技術實現步驟摘要】
一種碳纖維-PMI復合管道及其制備方法
本專利技術屬于復合材料領域，具體地，涉及一種碳纖維-PMI復合管道及其制備方法。
技術介紹
碳纖維是一種由碳元素組成的特種纖維，具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性。碳纖維的外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。在現有技術中，碳纖維的主要用途是作為增強材料與泡沫、樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料。聚甲基丙烯酰亞胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一種交聯的、孔徑分布均勻的泡沫，具有卓越的結構穩定性和高機械強度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比強度、比模量、耐熱性和耐濕熱性能，以及更好的抗高溫蠕變性能和尺寸穩定性。PMI是目前世界上比強度(強度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有優異的耐高溫性能和尺寸穩定性能，是制造輕質高強復合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的閉孔率高，孔徑分布均勻，吸濕率低，使其作為芯材的夾芯復合材料具有遠優于蜂窩復合材料的耐久性和耐環境性。然而，PMI作為一種硬質泡沫塑料，在常溫下不具有可彎折性，這種特性限制了PMI在構建異形結構上的應用。在現有技術中，若需要將PMI復合到曲面基材或者彎折基材的表面，一般需要在高溫下將PMI板貼合基材或模具，制得具有異形輪廓的PMI預成型件，或者，采用切割器械，按照所需的異形輪廓對PMI的表面進行切割加工。在上述的PMI預成型方式中：前者一般需要借助額外的、具有特定形狀的預成型模具，預成型模具的投入增加了生產成本；而后者則需要根據實際的加工需要編輯特定的表面機械加工參數，這種預成型方式也不適于連續性的批量生產，而且會產生很多下腳料，造成原材料的浪費，以及產生下腳料的處理或回收工序。此外，通過上述方法制得的PMI預成型件具有較低的靈活普適性，只能與特定的模具或基材相匹配。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種碳纖維-PMI復合管道及其制備方法，以得到一種具有良好力學性能的復合材料管道。根據本專利技術的一個方面，提供一種碳纖維-PMI復合管道：包括管壁和中空腔體，其管壁由至少三層碳纖維層和至少兩層PMI膜卷覆復合而形成，每層PMI膜的內側和外側均為碳纖維層，且管壁的基底層和蒙皮層均為碳纖維層，且PMI膜的厚度不超過1mm本專利技術采用呈多層三明治夾心結構的碳纖維-PMI復合材料作為管壁構建中空的管道結構，由此形成的管道結構具有優異的比剛度、比強度和耐腐蝕性能，可以將其廣泛地應用于多個領域的各種結構設計中。在實際應用中，可以合理利用本專利技術提供的碳纖維-PMI復合管道的中空管腔的內部空間收納同一設計中的零部件，另一方面，碳纖維-PMI復合管道的外壁也能夠為置于中空管腔內的零部件提供保護作用，降低了零部件受撞擊、侵蝕、光照老化的可能性，延長了零部件的使用壽命。優選地，PMI膜由100％PMI制成。優選地，PMI膜的厚度不超過0.3mm。與傳統的PMI板材不同，厚度不超過1mm的PMI膜在常溫下具有一定的可卷曲性，應用這種PMI膜作為制備復合材料管道的芯層材料，可以直接將PMI膜貼合基材的輪廓復合在基材外側，由此，可以將批量生產的PMI膜靈活地應用于多種不同形狀的復合材料管道中。此外，相對于厚板間的復合，薄層間結合的復合具有較大的層間結合力，層間結合得更為緊密，不易脫層，提高了管道的整合性以及力學性能。利用PMI優異的力學性能，在PMI膜與碳纖維膜的相互交替復合形成管壁中，PMI膜對碳纖維層起到承托、補強的作用，使管壁具有高強的抗拉伸性、耐壓性。在管壁中，每層PMI膜的厚度占比較小，因此，可以采用多層PMI膜復合的形式使管道具有更大的機械強度，同時，不會使管道的外徑明顯增加，避免了外徑增大使管道的應用場景受限。優選地，PMI膜呈螺旋狀地復合在其內側碳纖維層的外圍。優選地，其形態呈豎直管狀，或弧形管狀，或彎折管狀。任一徑向截面的幾何中心皆處于同一直線上的管道均可以稱為豎直管道，重心處于其管身外部并且不具有彎折結構的管道均可以稱為弧形管道，管身包括至少一個彎折拐角的管道皆可以稱為彎折管道。呈螺旋狀的復合方式使PMI膜可以更好地適應不同形狀的基材，并能夠與基材的表面緊密貼合，避免復合PMI膜所產生的死角位，由此能夠制作各種一體成型的異型管道，尤其是呈彎折管狀的管道，無需在彎折處設置斷點，避免了斷點處由于不同程度的應力集中而使管道產生不可控的形變和裂紋。可選地，PMI膜直接包覆在其內側碳纖維層的外圍。直接包覆是指PMI膜被采用類似卷煙的方式直接包裹住碳纖維層的外圍。根據本專利技術的另一個方面，提供一種上述碳纖維-PMI復合管道的制備方法，包括以下步驟：S1.在芯軸模具表面卷覆碳纖維作為基底層；S2.在常溫下，將PMI膜和碳纖維層卷覆在基底層的外圍以在基底層的外圍形成夾層結構，夾層結構為含有至少兩層為PMI膜的多層夾心結構；S3.在夾層結構的外圍卷覆碳纖維層以形成蒙皮層；S4.使組成管壁的各相鄰層狀結構定型復合；S5.脫去芯軸模具，制得碳纖維-PMI復合管道。優選地，在S3中，PMI膜以螺旋纏繞的方式卷覆在其相鄰內側的碳纖維層的外圍?？蛇x地，在S3中，纏繞PMI膜的操作具體為：在卷覆在芯軸模上的碳纖維層的外圍涂覆粘膠，然后，在常溫下，使PMI膜螺旋纏繞在碳纖維層的外圍。可選地，在S3中，纏繞PMI膜的操作具體為：將PMI膜預浸在粘膠中，然后，在常溫下，將表面覆蓋有粘膠的PMI膜螺旋纏繞在卷覆在芯軸模上的碳纖維層的外圍。在上述制備過程中，均可以在常溫的條件下，將批量生產的PMI膜直接覆蓋在基材的表面，無需增設加熱裝置或機械切割裝置以PMI板材的預成型，對于涉及PMI芯層材料的復合材料的生產制造來說，簡化了其制作工序、縮短了其制作周期、降低了其制作成本和能耗，有利于提高生產速度和成品率。附圖說明圖1為PMI板塊和PMI膜在常溫下的自然狀態立體結構示意圖；圖2為實施例1制作的豎直管道的過程中，使PMI膜纏繞復合在碳纖維層上的示意圖；圖3為實施例1制作的豎直管道的整體結構和層間結構示意圖；圖4為對比實施例2中所制作的碳纖維-PMI復合管道的橫截面示意圖圖5為實施例2制作的橫截面呈方形的豎直管道的過程中，使PMI膜直接包覆復合在碳纖維層上的示意圖；圖6為實施例3制作的弧形管道的整體結構和層間結構示意圖；圖7為實施例4制作的三邊式彎折管道的整體結構示意圖。上圖中各附圖標記的對應關系如下：1.PMI板材，2.碳纖維層，3.PMI膜層，4.PMI內芯，5.直桿型模具。具體實施方式為了使本
的人員更好地理解本專利技術方案，下面將對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分的實施例，而不是全部的實施例。在說明顯示于附圖中的較佳實施例時，可本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：包括管壁和中空腔體，其管壁由至少三層碳纖維層和至少兩層PMI膜卷覆復合而形成，每層所述PMI膜的內側和外側均為所述碳纖維層，且所述管壁的基底層和蒙皮層均為所述碳纖維層，所述PMI膜的厚度不超過1mm。/n

【技術特征摘要】
1.一種碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：包括管壁和中空腔體，其管壁由至少三層碳纖維層和至少兩層PMI膜卷覆復合而形成，每層所述PMI膜的內側和外側均為所述碳纖維層，且所述管壁的基底層和蒙皮層均為所述碳纖維層，所述PMI膜的厚度不超過1mm。


2.如權利要求1所述碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：所述PMI膜由100％PMI制成。


3.如權利要求2所述碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：所述PMI膜的厚度不超過0.3mm。


4.如權利要求1所述碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：所述PMI膜呈螺旋狀地纏繞在其內側碳纖維層的外圍。


5.如權利要求4所述碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：其形態呈豎直管狀，或弧形管狀，或彎折管狀。


6.如權利要求1所述碳纖維-PMI復合管道，其特征在于：所述PMI膜直接包覆在其內側碳纖維層的外圍。


7.一種如權利要求1–6任一項所述碳纖維-PMI復合管道的制備方法，其特征在于，包括以下...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李道學，沈志峰，
申請(專利權)人：廣東宇順新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：廣東;44