[发明专利]碳纤维束的浸渍方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用可固化的液体树脂浸渍碳纤维束的方法。

背景技术

碳纤维增强的碳化硅(C/SiC)通过将由一个其中包埋有碳纤维的碳基质形成的坯体进行硅化制备。在此过程中必不可少的是，阻止碳纤维和浸入的硅之间直接接触，因为否则的话碳纤维会转化为碳化硅而失去其增强作用。如果碳纤维或纤维束在坯体(Vorkoerper)中用由“牺牲碳”构成的致密包覆层包围或纤维束中的空腔用牺牲碳填充的话，这可以得到避免。牺牲碳将硅的未与碳基质反应的部分结合，之后可以渗入到碳纤维上。

从欧洲专利文献EP 0864548中已知一种制备用短碳纤维(特别的石墨纤维)增强的复合材料的方法，所述复合材料具有一个由碳化硅以及元素碳和硅形成的基质，其中碳纤维通过用可碳化的浸渍剂多次浸渍并随后碳化而带有多层的碳包覆层。该方法包括下列步骤：

a)将至少两层由高强度石墨纤维和可碳化的树脂组成的预浸渍体压缩并将通过压缩获得的型体(Koerper)固化，

b)将根据步骤a)获得的型体碳化，

c)将根据步骤b)获得的多孔型体用可碳化的浸渍剂至少浸渍一次和然后将被浸渍的型体碳化，

d)将根据步骤c)获得的型体石墨化，

e)将根据步骤d)获得的石墨化的型体粉碎，

f)将至少一部分根据步骤e)获得的研磨料与一种含碳的粘结剂混合，所述粘结剂来自合成树脂，沥青，合成树脂和沥青的混合物，

g)将根据步骤f)获得的混合物模压和固化，

h)将根据步骤g)获得的模制体碳化，

i)将根据步骤h)获得的多孔型体用液体硅浸润并将型体的碳基质转化为碳化硅，获得在型体中存在的石墨短纤维。

在步骤a)中首先制备包括碳纤维和树脂的平面组织(Gebilde)(层)。该层是平面的纺织组织如织物。然后从该平面组织制备一个型体，它被多次浸渍并碳化。该型体仅仅是制备带有碳包覆层的碳短纤维时的中间体，该碳短纤维通过将该型体粉碎(研磨)而获得。从研磨料和可碳化的基质形成剂(在步骤f)中称为粘结剂)，然后制备用于形成待硅化的型体的模塑材料。

上述方法是比较复杂的，因为从要浸渍的碳纤维首先制备型体，该型体在浸渍和碳化后必须再粉碎，以便获得用经受硅化的碳包覆层涂覆的短纤维束。在此，需要一种方法能够将由碳纤维形成的短纤维束没有弯路地通过制备型体直接带有这种碳包覆层。

如果碳纤维束用一种浸渍剂例如树脂浸渍，则不可避免的是被浸渍的纤维束由于其表面上粘附的浸渍剂而相互粘结。由此，获得的不是单个的被浸渍的纤维束而是结块状的树脂浸渍的纤维聚集体，它不能直接地再分散成单个的纤维束。仅仅在固化或碳化之后，聚集体才可以被打碎，但其间纤维束会被破坏。

发明内容

使用本发明提供一种方法，能够将碳纤维束用一种可固化的液体树脂浸渍，而浸渍的纤维束不会相互粘结。

这是通过以下方式实现的，即纤维束在浸渍期间位于机械产生的流化床中，并在该流化床中保持直到树脂固化或至少干燥，使得碳纤维束不再发粘。

下面解释如何理解在本发明的上下文中机械产生的流化床的含义。通常，这样产生一个流化床或流化层，即堆积料从下面被一个气流通过并由此保持在运动中。为此，气体的流动速度必须超过一定的界限值(流化点)。该界限值特别取决于堆积料颗粒的密度，粒度，分布和形状以及装置的尺寸。在流化层内部，堆积料的表现类似于沸腾的液体，颗粒处于不停涡旋的上下运动中。由此在流化层中发生在颗粒之间特别强烈的热传递和物质传递。

但是碳纤维束趋向于在这样产生的流化层中相互钩在一起并由此形成气流绕过流动的大的聚结体。

但是已经发现，借助于机械混合工具例如混合干燥器的叶片可以产生流化床，在其中纤维束不会钩在一起并能够进行浸渍。

所有以液体形式存在的能够固化的树脂都适合于本发明的方法。特别地，使用可碳化的树脂，即在加热时在非氧化性条件下形成一种基本上由碳组成的残余物，例如酚醛树脂和其它热固性塑料。

碳纤维是指所有类型的碳纤维，独立于起始材料，其中聚丙烯腈纤维，沥青纤维和纤维素纤维是最常用的起始材料。

在优选用于本发明方法的纤维束中一种碳化的粘结剂将碳纤维结合在一起。由此阻止了纤维束在流化床中浸渍期间分解。由于在粘结剂碳化时进行的体积缩小，纤维束是相对开孔的，并且因此能够接受大量的树脂。可使用本发明的方法获得的浸渍纤维束的树脂含量可以达到纤维束起始质量的最大35％。