国内的炭纤维针刺毡预制体制备开始于20世纪70年代, 主要由上海大学、 兰州炭素厂进行整体毡的研制, 西安复合材料研究所于20世纪90年代建立了整体毡生产线。江苏宜兴天鸟高新技术有限公司抓住炭刹车盘国产化应用的商机, 大力发展炭布/网胎铺层针刺技术, 已成为军工企业以及民用企业针刺制品的供应商。西安复合材料研究所于2003年开始进行高强度薄壁针刺毡预制体的成形技术的研究[5]。

烟台冶金新材料研究所李荣立等开始进行2D编织Z向穿刺预制体的研究。编织预制体用东丽公司12K的PAN-CF经过特殊处理后, 在自制的编织机上织出2D环形预制体, X方向层和Y方向层的交角根据预制体不同层数计算得出, 以保证纤维在预制体内部分布均匀。X-Y方向编织后, 进行Z向穿刺, Z向纤维含量任意调整。2D编织Z向穿刺预制体实际上是三维编织的演变, 它保留了三维编织预制体的本质特点, 克服了三维编织技术难度大、 效率低的缺点, 2D编织Z向穿刺技术主要应用于炭/炭刹车盘预制体的成形。该预制体在平行于摩擦表面(X-Y)上的纤维占总体积含量的90%, 它可使材料在具有优异的力学性能外, 还具有良好的抗摩擦磨损性能, 而约10%的Z向纤维含量对提高材料的层间剪切强度和导热系数起到主要作用。该预制体的高密度以及环形形状, 简化了刹车盘的生产工艺。

国内针刺预制体成型技术主要分为三种: 整体针刺毡、 炭布/预氧丝网胎针刺预制体和炭布/炭纤维网胎针刺预制体。针刺整体毡原材料为预氧化纤维网胎, 整体毡作为喉衬预制体密度一般在0.15~0.30 g/cm3, 平板毡作为保温毡预制体密度一般在0.15 g/cm3。炭布/网胎叠层针刺预制体密度一般在0.30~0.70 g/cm3, 炭布可以是平纹、 斜纹、 缎纹、 无纬布等。

20世纪80年代, 法国欧洲动力装置公司(Societe Europeenne de Propulsion, 以下简称SEP公司)成功将非织造布技术应用于炭纤维预制体成型领域[6], 发明了Novoltex 针刺技术, 并申请了专利。SEP公司于20世纪90年代被Snecma Propulsion Solide 公司收购, 故后期有关针刺技术的报道主要出自法国Snecma公司, 其他国家鲜有报道。

Snecma采用针刺技术成型的预制体主要有两种: Novoltex 和Naxeco[7]。Novoltex 预制体采用预氧丝布/预氧丝网胎复合料针刺, Naxeco采用炭布/炭纤维网胎针刺。制作薄壁回转体构件时, Novoltex预制体针刺时纤维沿子午线和锥体的环向排布, 带状织物边缠绕边针刺; Naxeco预制体针刺时纤维沿±45°方向铺设。

Naxeco预制体是Novoltex预制体的改进型, 降低由于预氧化纤维炭化收缩带来的技术风险, 后期致密也不需要复杂的炭化设备。制作平板Naxeco预制体时, 炭纤维束被切断后, 梳理成网层层叠加, 使纤维沿着两个不同的方向形成无卷曲织物原材料卷, 被称为Primeco。Primeco作为基本单元铺层堆叠针刺而成一定厚度的预制体。

法国SEP公司用于针刺预制体成型的设备与预制体形状有关, 基本上一种形状预制体即需要一种针刺设备。SEP公司的针刺技术一直代表着世界先进水平, 制作的喉衬预制体最大外径为2.4 m, 纤维体积含量约28%, 铺层方向沿环向; 制作的喷管延伸锥出口厚度只有2 mm, 出口外径达到2600 mm; 成型的平板预制体最大尺寸为7000 mm×2500 mm×60 mm。

法国SEP公司(现为Snecma)已成功将针刺技术应用于液体助推火箭喉衬、 炭/炭延伸锥、 刹车盘等的批量生产, 产品已形成商品系列, 包括炭/炭(SEPCARB), 炭/陶瓷(SEPCARBON INOX)和陶瓷/陶瓷(CERASEP)[8,9]。NOVOLTEX 系列喉衬产品已成功经历400多次的地面和飞行试验, 截至1995年Novoltex炭/炭延伸锥已成功研制了76台[10]。