[發明專利]復合材料多維織造成形機

有效

• 申請號: 201110460621.4
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN102517791A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 單忠德;李希文;劉豐;喬娟娟;陳海波;秦紹衍
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院先進制造技術研究中心
• 主分類號: D04C3/00
• 分類號: D04C3/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及復合材料織造成形技術領域，特別地，涉及一種復合材料多維織造成形機。

背景技術

碳纖維、芳綸、聚乙烯、玻纖等高強纖維及其復合材料制品作為中國戰略性新興產業的一部分，具有質量輕、強度高、耐腐蝕和隱蔽性獨特等優點。復合材料被廣泛地應用于風能、航空航天、汽車、軌道交通、建筑、兵器、裝甲、船舶、化工和體育競技等領域，一直是世界各國優先發展和競爭激烈的重要行業。在航空航天等尖端行業，復合材料是基礎關鍵材料，例如，復合材料技術是波音和空中客車爭霸的第一關鍵技術，也是我國民用大飛機項目的主要瓶頸制約技術之一。波音787飛機使用的復合材料已占飛機總質量的50％以上；隱形戰斗機的外殼基本是由吸波的復合材料制造；同時，復合材料是飛機和艦艇隱形的基本要素之一。雖然復合材料有許多優異性能，但復合材料要進一步擴大應用，必須改進下列制約弱點：

第一，層間易開裂

現有纖維復合材料多由纖維布、預浸布等纖維片材壘疊相加到一定厚度，經樹脂基體固化而成。片材平面的二維方向由于有超強纖維，強度比鋼強幾倍，可達3000MPa以上。然而片材之間是樹脂塑料基體，層間強度很低，僅有100MPa左右，層內纖維與層間塑料強度相差30多倍，所以，層間易開裂是纖維復合材料的先天弱點。由于復合材料層間強度低，復合材料的抗沖擊強度和抗壓強度也較低，尤其是受到沖擊載荷和受壓疲勞載荷時，層間開裂更是復合材料的主要失效方式。

為提高復合材料的層間強度，可采用層間縫紉、三維紡織、三維編織等方法，雖然這些技術的研發取得了一些進展，但工藝復雜成本很高，使用受限。而應用較廣的多軸向經編復合材料，受厚度所限，無法獲得整體三維結構。這說明，層間易開裂是困擾復合材料性能的主要弱點，因而，如何低成本增強纖維復合材料層間強度也成為長期以來的世界難題。

第二，疊層效率低，勞動成本高

要使用長纖維做結構材料，通常由紗線做成纖維片，纖維片層合到一定厚度得到復合材料板或制品。應用長纖維做材料必然要經過線、面、板/體的過程，但是在生產纖維復合材料制品的整個生產流程中，只有線到面可以使用紡織技術高效率生產。由于難于自動化機械操作纖維片材，只有飛機制造等對纖維片材的疊層準確性要求很高的尖端行業才能夠采用昂貴的纖維自動化鋪層設備，因而在復合材料行業中，將纖維片材疊層到板和制品的

層合過程多采用手工疊層，生產效率低下，勞動成本高。其中，手工疊層效率低下是復合材料生產過程的一個主要瓶頸。

第三，碳纖維、芳綸、高模聚乙烯等高強纖維價格昂貴

由于纖維復合材料的層間強度低、疊層效率低、疊層工序勞動成本高，使得復合材料的使用范圍受限，也使得碳纖維、芳綸、高模聚乙烯等高強纖維主要用在高端產品，市場容量受限；再加上發達國家對碳纖維、芳綸、高模聚乙烯纖維的技術壟斷，這些高強纖維自然就十分昂貴。可喜的是，中國近幾年逐步攻克了碳纖維和高模聚乙烯生產的難關，實現了國產化，芳綸纖維的國產化也勝利在望。

如果復合材料層間強度提高，疊層實現低成本自動化，復合材料的應用需求將急劇擴大，碳纖維、芳綸、高模聚乙烯的產量也會大幅提高，它們的制造成本就有望下降。

發明內容

本發明目的在于提供一種復合材料多維織造成形機，以解決現技術中不存在自動化程度高、能夠織造出高強度的復合材料的制造設備的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種復合材料多維織造成形機，包括：導向模板，包括多個根據預制件的幾何形狀布置的柱形導向體；電控三維運動機構，位于導向模板的上方，電控三維運動機構包括：控制信號接收端，用于接收與預制件的幾何形狀相對應的運動控制信號；三維運動輸出端，根據運動控制信號形成運動軌跡；編織機構，包括：編織針，與三維運動輸出端相連，帶動編織纖維沿運動軌跡在柱形導向體之間運動，使編織纖維按照預制件的幾何形狀在柱形導向體之間分布。

進一步地，導向模板包括編織平板，編織平板上設置有多個均勻分布的第一通孔，編織平板的下方設置有多孔板，多孔板具有多個與第一通孔同軸對應的第二通孔，導向柱穿過第一通孔和第二通孔，柱形導向體為套設在導向柱上的高度可選擇的柱形套筒。

進一步地，三維運動輸出端上設置有用于夾取編織針、柱形導向體和/或導向柱的氣動夾頭。