[發(fā)明專利]十字型三維五向筋條的織造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210150846.4
• 申請(qǐng)日: 2012-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN102677389A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 宜興市華恒高性能纖維織造有限公司
• 主分類號(hào): D04C1/00
• 分類號(hào): D04C1/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;李曉峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維編織技術(shù)，用于高性能復(fù)合材料增強(qiáng)體使用的三維編織筋條的制造，具體為一種可實(shí)現(xiàn)“╋”字交叉、整體成型的三維五向織造方法，屬于增強(qiáng)纖維及編織技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)或支撐預(yù)制件的形狀結(jié)構(gòu)及其品質(zhì)基本決定了復(fù)合材料的性能。高性能復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的重要形式是采用三維編織技術(shù)制備的三維編織預(yù)制件。其主要特點(diǎn)：1.纖維束在制件中多方向取向、相互交織，形成一個(gè)整體，使制件在各個(gè)方向上，特別是厚度方向得到顯著增加，消除了分層的隱患。2.異型編織特性可以直接編織成型各種形狀、不同尺寸的三維整體編織異型預(yù)制體，例如工型梁、T型梁和L型梁等。用其制成的復(fù)合材料制件不需再加工，有效避免了加工對(duì)纖維造成的損傷。3.對(duì)編織纖維的包容度高，各種高性能纖維，如碳纖維、玻璃纖維、石英纖維、高硅氧纖維、聚乙烯纖維、芳綸纖維、金屬纖維及其它高性能纖維都能進(jìn)行編織。因此，三維編織技術(shù)在國內(nèi)都到了迅速發(fā)展，已逐漸成為航空、航天、兵器等高技術(shù)領(lǐng)域所使用復(fù)合材料構(gòu)件的關(guān)鍵制備技術(shù)之一，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。?

目前，三維編織技術(shù)仍以四步法三維編織工藝為主，它源于弗羅亭（R.A.Florentine）在其專利（US?4312261）中描述的四步法三維編織方法。李維（W.Li）等也在其“三維編織復(fù)合材料預(yù)成型制件的結(jié)構(gòu)分析Ⅰ：四步法預(yù)成型編織工藝”（紡織研究，1990.4.81頁Structural?Analysis?of?3-D?Braided?Preforms?for?Composites?PartⅠ:The?Four-step?Preforms,J.?Text.?Inst.,1990,81?NO.4）中系統(tǒng)描述了方型四步法三維編織工藝，并分析了編織過程中編織紗線的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。該工藝包含兩個(gè)紗線系統(tǒng)，即編織紗線系統(tǒng)和軸線系統(tǒng)。所有紗線均沿編織成型方向懸掛后固定在編織方機(jī)底盤的對(duì)應(yīng)攜紗器上（包括編織紗線攜紗器和軸線攜紗器）。對(duì)于工型梁、T型梁和L型梁等，橫截面為矩形或矩形組合，采用方型編織工藝，編織紗線按橫截面形狀排列，纖維走向與橫截面垂直，經(jīng)過若干個(gè)四步循環(huán)，能成型一定長(zhǎng)度、等截面的整體三維編織預(yù)制件。天津工業(yè)大學(xué)在其專利“一種可使編織成型方向折轉(zhuǎn)的三維整體編織方法”（CN1827888）中報(bào)道了一種通過局部編織來實(shí)現(xiàn)編織成型方向折轉(zhuǎn)的三維整體編織方法。其原理是對(duì)預(yù)制件成型方向不變和成型方向折轉(zhuǎn)的部分采用不同的編織方法，通過調(diào)整增減橫向花節(jié)和縱向花節(jié)的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)不同折?轉(zhuǎn)角度預(yù)制件的編織，該編織方法編織的制件，內(nèi)部纖維連續(xù)、結(jié)構(gòu)整體性好，而且工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。?

如果需要織造厚度較薄的工型梁、T型梁和L型梁，采用按截面積排紗的編織方法顯然既不經(jīng)濟(jì)也不可行，如采取編織一段后切割，則切割后紗線成為了短纖維，失去了增強(qiáng)的效果；采用天津工業(yè)大學(xué)的通過局部編織來實(shí)現(xiàn)編織成型方向折轉(zhuǎn)的三維整體編織方法專利技術(shù)，對(duì)L型梁等實(shí)現(xiàn)整體成型，而且紗線延伸方向與橫截面平行，雖能有效發(fā)揮整體編織在截面內(nèi)的力學(xué)性能，但該技術(shù)不適用工型梁、T型梁，對(duì)“╋”字型更不適用。?

文獻(xiàn)“飛機(jī)復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)”（德國MBB公司飛機(jī)部J.Klenner）闡述了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已成為舉足輕重的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料，在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上用型面加強(qiáng)筋的碳纖維復(fù)合材料蒙皮已是飛機(jī)外蒙皮和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的典型形式，為了減重、降低裝配費(fèi)用和提高可靠性，需盡量減少零件和緊固件的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的整體化，這也是提高材料利用率的有效途徑。Biteam公司在2007年JEC復(fù)合材料展覽會(huì)上展出了帶填角筋條的T型和Π型預(yù)制體。T型和Π型預(yù)制體主體采用鋪層方法，只是在T型和Π型的外拐角或全部拐角處織入筋條（筋條采用機(jī)織2.5D工藝織造）共固化成型，經(jīng)測(cè)試顯著提高了接合處的機(jī)械強(qiáng)度，不足之處是筋條占據(jù)了拐角位置，形成局部凸起，在復(fù)合過程中與其相鄰的部位易形成富樹脂區(qū)增加了復(fù)合控制難度，該類材料大都需要進(jìn)行二次加工，會(huì)對(duì)復(fù)合材料的最終性能造成影響，因此，應(yīng)用受到很大限制。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是現(xiàn)有方型四步法三維五向編織工藝中異型截面預(yù)制件的制備，大都采用編織紗線按橫截面形狀排列，纖維走向與橫截面垂直，造成纖維本身性能在預(yù)制件縱截面內(nèi)未充分發(fā)揮；三維四向結(jié)構(gòu)雖然厚度方向性能良好，但其縱截面內(nèi)的力學(xué)性能偏低等問題，提出一種可實(shí)現(xiàn)“╋”字型異型截面筋條的整體織造方法。?

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：?