[發(fā)明專利]一種纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體的塑型制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610349885.5
• 申請日: 2016-05-24
• 公開（公告）號: CN105862245B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱建勛;張立泉;馬文鎖;郭洪偉;朱夢蝶;唐亦囡
• 申請（專利權(quán)）人: 中材科技股份有限公司
• 主分類號: D04C1/00
• 分類號: D04C1/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司32112
• 代理人: 李建芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體的塑型制備方法，屬于立體織物編織領(lǐng)域。

背景技術(shù)

纖維層連結(jié)構(gòu)是在2D基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，機(jī)織工藝是最先研制纖維層連結(jié)構(gòu)的工藝，可制備板塊狀預(yù)成型體；借助離線展開、仿形套模等技術(shù)也可制備管、錐狀預(yù)成型體。隨著纖維層連結(jié)構(gòu)的應(yīng)用擴(kuò)大，在制備高厚度、大尺寸、復(fù)雜形狀預(yù)成型體過程中，機(jī)織離線展開、仿形套模技術(shù)已難以實(shí)現(xiàn)或難以達(dá)到高精度仿形設(shè)計要求，勉強(qiáng)采用仿形工藝，產(chǎn)品內(nèi)部不是存在較大的仿形變形帶來的內(nèi)應(yīng)力，就是存在無法避免的非均質(zhì)缺陷，從而造成復(fù)合材料性能的下降。為此，必須研究新的纖維層連結(jié)構(gòu)制備方法，以滿足高厚度(變厚度)、大尺寸、復(fù)雜形狀預(yù)成型體性能均勻的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中高厚度、大尺寸、復(fù)雜形狀預(yù)成型體制備難度大、均質(zhì)性和力學(xué)性能等無法滿足要求等缺陷，本發(fā)明提供一種纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體的塑型制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體的塑型制備方法，采用編織方法，依模織造而成。

上述方法通過調(diào)控結(jié)構(gòu)單元尺寸、數(shù)量、方向和位置，依模制造，從而獲得一體成型、均質(zhì)性能的復(fù)雜形狀預(yù)成型體，即本申請方法可根據(jù)預(yù)成型體的外形變化改變纖維層連結(jié)構(gòu)的單元尺寸、單元數(shù)量、單元方向和單元位置。依模織造指直接圍繞模具編織，為一次成型。

本申請是在機(jī)織仿形套模、離線制備的工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的制備方法，可以理解為機(jī)織仿形是兩步法間接成型工藝，適合形狀簡單，精度要求低的產(chǎn)品制備；而本申請制備方法是一步法直接成型工藝，適用于形狀復(fù)雜、精度控制要求高的產(chǎn)品制備要求。

現(xiàn)有的機(jī)織仿形套模是無法織造厚度大于15mm復(fù)雜異型構(gòu)件的，本申請制備方法解決技術(shù)問題是厚度大于15mm的復(fù)雜異型構(gòu)件纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體的制備，能控制纖維體積精度在3％以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜異型構(gòu)件的近凈尺寸成型。

本申請適于任意厚度、任意尺寸、任意形狀的預(yù)成型體的制備，且所得預(yù)成型體具有優(yōu)異的均質(zhì)性和力學(xué)性能。本申請均質(zhì)性能可以分解為量的均勻和質(zhì)的均勻兩部分，量的均勻，就是預(yù)成型體各點(diǎn)的纖維體積分?jǐn)?shù)(單元密度)要盡量均勻，對于塊狀預(yù)成型體，由于尺寸和形狀基本保持不變，所以只要原材料和工藝穩(wěn)定，其密度一定均勻，而對于管狀類預(yù)成型體由于直徑的變化，產(chǎn)品厚度的內(nèi)外單元存在大小差異；對于錐管狀預(yù)成型體還存在上下單元尺寸的差異；質(zhì)的均勻就是要單元中的纖維連續(xù)、單元結(jié)構(gòu)完整。因此針對復(fù)雜形狀要根據(jù)單元的變化有目的地保持纖維連續(xù)，改變單元紗束的組成、單元的數(shù)量、單元的方向、單元的位置等等，調(diào)控密度，減少單元質(zhì)量的波動。

本申請的塑型制備方法適用于各種厚度預(yù)成型體的制備，尤其適用于厚度大于15mm的纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體。

本申請可采用陣列固定、紗束截面尺寸變化的方法織造或采用陣列變化、紗束截面尺寸固定的方法織造。

優(yōu)選，采用陣列變化、紗束截面尺寸固定的方法織造。

為方便理解，以管狀纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體為例，假設(shè)管狀纖維層連結(jié)構(gòu)預(yù)成型體內(nèi)部半徑為R₀(恒定)，初始陣列數(shù)為M(恒定)，紗束截面面積為S(可變)，單元徑向厚度為dR(可變)，單元周向厚度為W(可變)。

采用陣列固定、紗束截面尺寸變化的管狀層連結(jié)構(gòu)設(shè)計：

計算內(nèi)層陣列數(shù)M：

M＝2πR₀/W

根據(jù)對應(yīng)的纖維層連結(jié)構(gòu)單元數(shù)學(xué)模型確定紗束截面參數(shù)(確定方法為公知常識)，并推導(dǎo)徑向厚度dR及對應(yīng)的預(yù)成型體外徑R₀+dR；保持陣列數(shù)不變，依次遞推層連結(jié)構(gòu)內(nèi)不同半徑處的紗束截面參數(shù)及對應(yīng)的外徑，直至達(dá)到設(shè)計尺寸。這樣設(shè)計的層連結(jié)構(gòu)有其特點(diǎn)，紗束截面尺寸不確定，單元厚度變化非線性，層連結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性能相對較差。

采用陣列變化、紗束截面面積恒定的管狀層連結(jié)構(gòu)塑型設(shè)計：

以滿足纖維體積分?jǐn)?shù)均勻?yàn)槟繕?biāo)，計算內(nèi)層陣列數(shù)M(i,1)：

M(i,1)＝2πR₀(x)/W