[發(fā)明專利]一種多材料復(fù)合構(gòu)件及其成形工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810810114.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109747228B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 單忠德;孫正;劉豐;張群;吳曉川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司;北京機(jī)科國(guó)創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司
• 主分類號(hào): B32B5/26
• 分類號(hào): B32B5/26;B32B3/08;B32B37/00;B32B38/00
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本發(fā)明公開(kāi)一種多材料復(fù)合構(gòu)件及其成形工藝，多材料復(fù)合構(gòu)件包括內(nèi)層、過(guò)渡層和外層，分別選用不同種類材料，以構(gòu)件外形輪廓為參照，選用可溶性材料制備芯模，在芯模表面植入導(dǎo)向棒。內(nèi)層結(jié)構(gòu)以芯模為支撐，采用三維織造成形工藝。過(guò)渡層纖維以一定張緊力沿著內(nèi)層按照不同角度和組合方式進(jìn)行無(wú)導(dǎo)向?qū)訉永p繞鋪放，同時(shí)對(duì)內(nèi)層纖維進(jìn)行壓實(shí)，消除纖維內(nèi)間隙。外層選用碳布或網(wǎng)胎纏繞過(guò)渡層，采用針刺形成工藝，通過(guò)刺針作用將碳布或網(wǎng)胎內(nèi)纖維刺入內(nèi)層和過(guò)渡層，將內(nèi)層、過(guò)渡層和外層連成一體，最終制備出具有多材料梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合構(gòu)件。本發(fā)明復(fù)合構(gòu)件內(nèi)層、過(guò)渡層和外層采用不同材料，分別采用三維織造、纏繞鋪放、針刺成形工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)多材料復(fù)合構(gòu)件一體化成形和復(fù)合制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明設(shè)計(jì)一種多材料復(fù)合材料構(gòu)件及其成形工藝，具體涉及一種內(nèi)層、過(guò)渡層和外層選用不同類型材料，內(nèi)層采取以芯模為支撐的三維織造工藝，過(guò)渡層采用無(wú)導(dǎo)向纖維鋪放纏繞工藝，外層采用針刺工藝，將內(nèi)層、過(guò)渡層和外層連成一體。

背景技術(shù)

復(fù)合材料構(gòu)件具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、抗侵蝕、抗沖擊、可設(shè)計(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，其成形制造技術(shù)水平是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家高新技術(shù)、高端裝備水平的重要標(biāo)志，在航空航天、國(guó)防軍工領(lǐng)域的應(yīng)用比例越來(lái)越大。

多材料復(fù)合預(yù)制體作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料構(gòu)件具有優(yōu)異力學(xué)性能，在發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、擴(kuò)張段及飛行器關(guān)鍵部件具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，變曲率、異形截面構(gòu)件多采用單一材料，同時(shí)受到制備工藝的限制，導(dǎo)致變曲率、異形截面構(gòu)件成形困難。

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出內(nèi)層三維織造、過(guò)渡層纖維纏繞、外層針刺一體化的多材料復(fù)合結(jié)構(gòu)成形工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)異形截面、變曲率復(fù)合材料構(gòu)件一體化成形。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)異形截面、變曲率復(fù)材構(gòu)件材料體系單一和成形難等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多材料復(fù)合構(gòu)件及其成形工藝。

本發(fā)明采取的技術(shù)手段如下：

一種多材料復(fù)合構(gòu)件及其成形工藝，包括內(nèi)層1、過(guò)渡層2以及外層3，分別選用不同種類材料，內(nèi)層1結(jié)構(gòu)以芯模4為支撐，采用三維織造成形工藝，過(guò)渡層2纖維以一定張緊力沿著內(nèi)層1按照不同角度和組合方式進(jìn)行無(wú)導(dǎo)向?qū)訉愉伔爬p繞，同時(shí)對(duì)內(nèi)層1進(jìn)行壓實(shí)，消除纖維內(nèi)間隙，外層3選用碳布或網(wǎng)胎纏繞過(guò)渡層，采用針刺成形工藝，通過(guò)刺針作用將碳布或網(wǎng)胎內(nèi)纖維刺入內(nèi)層1和過(guò)渡層2，實(shí)現(xiàn)將內(nèi)層1、過(guò)渡層2和外層3連成一體，制備出具有多材料梯度結(jié)構(gòu)的復(fù)合構(gòu)件。

一種多材料復(fù)合構(gòu)件及其成形工藝，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(gòu)件外形輪廓為參照，制備芯模。

(2)在芯模表面自動(dòng)植入導(dǎo)向棒，芯模表面經(jīng)緯方向?qū)虬糸g距為均勻或不均勻，導(dǎo)向棒植入厚度可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整。

(3)內(nèi)層結(jié)構(gòu)以芯模和導(dǎo)向棒為支撐，纖維沿著導(dǎo)向棒切線方向繞著芯模進(jìn)行織造，纖維可沿著同一排導(dǎo)向棒依次織造，也可以沿著不同排導(dǎo)向棒交叉織造，織造厚度為導(dǎo)向棒漏在外面高度。

(4)過(guò)渡層結(jié)構(gòu)每束纖維按照設(shè)定的張緊力沿著內(nèi)層表面按照不同角度進(jìn)行無(wú)導(dǎo)向鋪放纏繞，過(guò)渡層纖維同時(shí)能夠?qū)?nèi)層纖維進(jìn)行壓實(shí)作用，消除纖維內(nèi)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(guò)渡層的纏繞鋪放。

(5)過(guò)渡層鋪放完成后，碳布或網(wǎng)胎沿著過(guò)渡層進(jìn)行纏繞，直至要求的厚度。

(6)采用針刺工藝，通過(guò)針刺作用將碳布或網(wǎng)胎內(nèi)的纖維刺入內(nèi)層和過(guò)渡層，將內(nèi)層、過(guò)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(dòng)消失，完成多材料復(fù)合預(yù)制體的成形。

所述的芯模4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。