[發明專利]一種多材料復合構件及其成形工藝

有效

• 申請號: 201810810114.0
• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN109747228B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 單忠德;孫正;劉豐;張群;吳曉川
• 申請（專利權）人: 機械科學研究總院集團有限公司;北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: B32B5/26
• 分類號: B32B5/26;B32B3/08;B32B37/00;B32B38/00
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1.一種多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，所述多材料復合構件包括內層、過渡層以及外層，內層、過渡層和外層分別選用不同種類材料，所述的內層材料為連續碳纖維、碳化硅纖維或玄武巖纖維，內層結構以芯模為支撐，采用三維織造成形工藝，所述的過渡層選用連續石英纖維或者玻璃纖維，過渡層纖維以一定張緊力沿著內層按照不同角度和組合方式進行無導向層層纏繞鋪放，同時對內層纖維進行壓實，消除纖維內間隙，外層選用碳布或網胎纏繞過渡層，采用針刺形成工藝，通過刺針作用將碳布或網胎內纖維刺入內層和過渡層，將內層、過渡層和外層連成一體，最終制備出具有多材料變曲率梯度結構的復合構件；

所述成形工藝步驟包括：

(1)選用在特定壓力、溫度或溶劑作用下可溶材料，以構件外形輪廓為參照，制備芯模；

(2)在芯模表面自動植入導向棒，芯模表面經緯方向導向棒間距為均勻或不均勻，導向棒植入厚度可根據要求進行調整；

(3)內層結構以芯模和導向棒為支撐，纖維沿著導向棒切線方向繞著芯模進行織造，纖維可沿著同一排導向棒依次織造，也可以沿著不同排導向棒交叉織造，織造厚度為導向棒預留高度；

(4)過渡層結構每束纖維按照設定的張緊力沿著內層表面按照不同角度進行無導向鋪放纏繞，過渡層纖維同時能夠對內層纖維進行壓實作用，消除纖維內間隙，完成第一層鋪放，第二層纖維按照與第一層纖維相同或不同角度再次鋪放纏繞，以此類推，完成過渡層的纏繞鋪放；

(5)過渡層鋪放完成后，碳布或網胎沿著過渡層進行纏繞，直至要求的厚度；

(6)采用針刺工藝，通過針刺作用將碳布或網胎內的纖維刺入內層和過渡層，將內層、過渡層和外層連為一體；

(7)完成上述步驟后，在一定溫度、壓力或溶劑作用下，芯模自動消失，完成多材料復合預制體的成形。

2.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，所述的芯模為可溶性材料，在特定溫度、壓力或者溶劑作用下芯模能夠氣化或溶解。

3.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，所述的導向棒為金屬材料或者非金屬材料。

4.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，在芯模上預置導向棒，保證導向棒預置深度一致，纖維沿著導向棒進行三維織造，織造厚度為導向棒預置后的剩余高度。

5.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，每根纖維以一定張緊力沿著內層結構，采用±α°進行鋪放纏繞，并且可逐根變角度鋪放纏繞，層層鋪放，最終形成過渡層。

6.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，碳布或者網胎逐層鋪設在過渡層外面，鋪設一定厚度后對碳布層或者網胎層進行多角度、或多深度、或變密度針刺，形成沿針刺方向的增強纖維，從而使內層、過渡層以及外層連接成一體，制備出多材料復合構件。

7.根據權利要求1中所述的多材料復合構件的成形工藝，其特征在于，通過控制各層厚度、預置導向棒經緯方向間距、過渡層纖維張緊力以及針刺密度實現所述梯度結構。