在一個實施例中，一種方法包括將至少一根碳纖維分離形成多個碳纖維單絲，使瀝青熔化形成熔融瀝青，以及使所述多個碳纖維單絲與熔融瀝青混合以形成基本上均勻的碳纖維單絲混合物。在另一實施例中，一種方法包括使長度介于約6.35毫米至約50.8毫米的多個碳纖維單絲混合在熔融瀝青中以形成碳纖維單絲在熔融瀝青中的基本上均勻的混合物，其中所述多個碳纖維單絲的混合基本上不改變所述多個碳纖維單絲的平均長度。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
使用熔融瀝青和碳纖維單絲形成碳-碳復合預制體
本文公開內(nèi)容涉及碳-碳復合預制體。
技術(shù)介紹
碳纖維增強碳材料，也稱為碳-碳(C-C)復合材料，是通常包括在碳材料基質(zhì)中起增強作用的碳纖維的復合材料。C-C復合材料可以在很多高溫應用中使用。例如，航空航天工業(yè)采用C-C復合材料制造不同的航空器結(jié)構(gòu)組件。示例性的應用包括火箭噴嘴、頭錐以及商用和軍用航空器的摩擦材料，例如制動摩擦材料。專利技術(shù)概要一般而言，本文公開內(nèi)容涉及通過一種方法形成碳-碳復合預制體，該方法包括使多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中。在一些實施例中，使多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中導致形成碳纖維單絲與熔融浙青的基本上均勻的混合物，其中所述多個碳纖維單絲在熔融浙青中基本上為無規(guī)取向。在一些實施例中，使多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中是在混合器中進行的，該混合器使所述混合物混合而基本上不改變所述多個碳纖維單絲的平均長度(與混合之前相比)。一方面，本文公開內(nèi)容涉及一種方法，其包括將至少一根碳纖維分離 (defibrillating)形成多個碳纖維單絲,使浙青熔化形成熔融浙青，和使所述多個碳纖維單絲與熔融浙青混合形成基本上均勻的碳纖維單絲混合物。另一方面，本文公開內(nèi)容涉及一種方法，其包括使長度介于約6. 35mm至約50. 8mm 的多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中以形成碳纖維單絲在熔融浙青中的基本上均勻的混合物。根據(jù)該公開內(nèi)容的這一方面，所述多個碳纖維單絲的混合基本上不改變所述多個碳纖維單絲的平均長度。另一方面，本文公開內(nèi)容涉及一種體系，其包括模具和布置在模具中的基本上均勻的混合物。根據(jù)公開內(nèi)容的這一方面，該基本上均勻的混合物包括熔融浙青和多個基本上完全分離的碳纖維單絲。—個或多個實施例的具體細節(jié)將在所附的附圖和說明書下文中給出。公開內(nèi)容的其他特征、目的和優(yōu)點可以從說明書、附圖和權(quán)利要求中顯而易見地得出。附圖說明圖I是按照本文公開內(nèi)容各方面的形成碳-碳復合預制體的實施例方法的流程圖。圖2是布置在模具中的熔融浙青與多個碳纖維單絲的混合物的示意圖。專利技術(shù)詳述通常，本文公開內(nèi)容涉及形成碳-碳復合預制體的方法。在一些情況下，碳化預制體通過將多段碳纖維前體材料針刺在一起，并使該碳纖維前體材料碳化形成碳化預制體來形成，所述碳纖維前體材料例如聚丙烯腈(PAN)或人造絲。然后使該碳化預制體經(jīng)受多個致密化步驟以形成摩擦材料。例如，該碳化預制體可采用真空壓力浸潰(VPI)和/或樹脂傳遞模塑(RTM)用液體浙青致密化，和/或可采用化學氣相沉積(CVD)/化學氣相滲透(CVI)用碳質(zhì)材料致密化。這些步驟的每一個都耗時且成本高昂，得到的摩擦材料造價高昂且制備耗時。根據(jù)本文公開內(nèi)容的各方面，描述了形成碳-碳復合預制體(對比上述碳化預制體)的方法。該方法通常包括使多個碳纖維單絲與熔融浙青混合。在一些實施例中，混合后，所述多個碳纖維單絲中基本沒有(例如，沒有或低于10%，例如介于約5%至約10% ) 碳纖維單絲以集束(bundle)的形式存在于混合物中(即，碳纖維單絲基本上完全分離)。 在一些實施方式中，所述多個碳纖維單絲的混合可得到在熔融浙青中基本上無規(guī)取向的多個碳纖維單絲。一旦所述多個碳纖維單絲混入熔融浙青中，碳纖維單絲與熔融浙青的混合物可沉積在模具中并冷卻以形成碳-碳復合預制體，該預制體包含熔融浙青和多個碳纖維單絲。 在一些實施例中，該碳-碳復合預制體可進一步加工，例如進一步致密化，以形成最終的碳-碳復合材料。使用本文所述技術(shù)形成的碳-碳復合預制體可提供優(yōu)于碳化預制體的優(yōu)點，例如，在形成碳-碳復合部件的時候。例如，在單一工序中形成包含混合在浙青中的多個碳纖維單絲的碳-碳復合預制體，可消除針刺碳纖維前體材料和在由碳纖維前體材料形成預制體后使該碳纖維前體材料碳化的需求。本文所述方法還可減少為達到給定的最終密度所需的大量后續(xù)致密化步驟，例如，相比通過如下方式形成預制體的工藝，在該工藝中通過將碳纖維前體織物針刺在一起，碳化該碳纖維前體織物形成碳化預制體，然后使用浙青滲透和/ 或CVD/C VI使該碳化預制體致密化來形成預制體。與碳化預制體相比，使用本文所述技術(shù)形成的碳-碳復合預制體還能更好地承受后續(xù)加工過程中施加到該碳-碳復合預制體上的力(如剪切力)。該力可能，例如，在致密化過程中施加到該碳-碳復合預制體上，并且可能包括相對高的壓力或相對低的真空。附加地或可供選擇地，本文公開技術(shù)的實施例可允許在熔融浙青中混合多個碳纖維單絲而基本上不影響所述多個碳纖維單絲的平均尺寸，例如，在混合過程中基本上不破壞所述多個碳纖維單絲中的任何碳纖維單絲。因此，本文所述技術(shù)提供了形成耐用 (robust)預制體的技術(shù),該預制體可用于制造碳-碳復合部件。圖I為框圖，圖示了根據(jù)本文公開內(nèi)容各方面的形成碳-碳復合預制體的實施例方法。該方法包括將至少一根碳纖維分離以形成多個碳纖維單絲(10)。該碳纖維單絲可由一種或多種不同的前體材料形成，例如，PAN、人造絲或浙青。取決于用來形成所述碳纖維單絲的前體材料，該碳纖維單絲可能具有不同的密度。在一些實施例中，碳纖維單絲的密度可能介于約I. 76克每立方厘米(g/cm3)至約I. 9g/cm3。在一些實施例中，所述多個碳纖維單絲以原纖化狀態(tài)，例如由碳纖維制造商，提供。例如，所述多個碳纖維單絲可以包括多個碳纖維單絲的紗線或絲束(tow)的形式提供。 在一些實施例中，碳纖維絲束在每股絲束中可包括1000、2000、3000、4000或更多的單根碳纖維單絲。碳纖維單絲的分離可包括將紗線或絲束分拆成單根碳纖維單絲或，在一些情況下，分拆成與分離前的狀態(tài)相比具有更少碳纖維單絲的集束。分離可有助于提高碳纖維單絲在熔融浙青中的均勻性(例如，均勻分布)。在一些實施例中，當碳纖維分離成多個碳纖維單絲的操作完成時，基本上所有或所有的碳纖維單絲可以單絲形式存在。換而言之，基本沒有或低于5%的碳纖維單絲可能以編織在一起的多根絲的集束形式存在。在一些實施例中，碳纖維可在混合器中，例如相對低剪切力的連續(xù)混合器中，分離成多個碳纖維單絲。其他相對低剪切力的槳式混合機(例如，間歇式混合機或連續(xù)混合機) 或班伯里型混合器也可用于將碳纖維分離成多個碳纖維單絲。在一些實施例中，將碳纖維分離成多個碳纖維單絲(10)可基本上不會破壞任何 (例如，沒有或幾乎沒有)所述碳纖維單絲。例如，在一些實施方式中，當所述碳纖維單絲存在于絲束中和所述碳纖維分離成單根碳纖維單絲后，所述多個碳纖維單絲的平均長度可基本上相同(例如，相同或幾乎相同，例如大于原長度的約80%或大于原長度的約90% )。 例如，在分離之前和之后，所述碳纖維單絲的平均長度均可介于約6. 35毫米(_，約1/4英寸)至約50. 8mm (約2英寸)。當所述多個碳纖維單絲的平均長度基本上未被所述分離過程改變時，這可能有助于基于起始材料，包括所述碳纖維單絲，的性能來預測最終碳-碳復合摩擦材料的性能。在其他實施例中，將碳纖維分離成多個碳纖維單絲(10)可能破壞一些碳纖維單絲。在一些實施例中，破壞所述碳纖維單絲可能得到存在長度范圍的碳纖維單絲。該長度范圍可能導致在混合物中和/或碳-碳復合預制體中較短的碳纖維單絲布置在較長的碳纖維單絲之間，這可能得到與包含基本上單一長度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
方法，其包括：將至少一根碳纖維分離形成多個碳纖維單絲；使瀝青熔化形成熔融瀝青；和使所述多個碳纖維單絲與該熔融瀝青混合以形成碳纖維單絲與熔融瀝青的基本上均勻的混合物。
【技術(shù)特征摘要】
2011.09.06 US 13/2262601.方法，其包括 將至少一根碳纖維分離形成多個碳纖維單絲； 使浙青熔化形成熔融浙青；和 使所述多個碳纖維單絲與該熔融浙青混合以形成碳纖維單絲與熔融浙青的基本上均勻的混合物。2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其進一步包括 使該碳纖維單絲與熔融浙青的基本上均勻的混合物沉積在模具中；和 使該碳纖維單絲與熔融浙青的基本上均勻的混合物冷卻以形成碳-碳復合預制體。3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中使所述多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中包括使平均密度介于約I. 76g/cm3至約I. 9g/cm3的所述多個碳纖維單絲與平均密度介于約I. 27g/cm3至約I. 33g/cm3的熔融浙青混合，以形成平均密度介于約I. 3g/cm3至約I. 4g/cm3的基本上均勻的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中使所述多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中包括使所述多個碳纖維單絲混合在熔融浙青中達到碳纖維單絲的體積分數(shù)介于約15體積百分比(vol. % )至約 30νο1. % ο5.方法，其包括使長度介于約6.35毫米至約50. 8毫米的多個碳纖維單絲混合在熔融浙...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·L·拉富里斯特，S·弗里斯卡，D·M·賴特，
申請(專利權(quán))人：霍尼韋爾國際公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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