[發明專利]一種多結構復合材料預制體及其復合成形制造方法

有效

• 申請號: 201810947207.8
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109263168B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 單忠德;張群;孫正;劉豐;李志坤;繆云良
• 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;江蘇天鳥高新技術股份有限公司
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/14;B32B37/10;B32B37/00;B32B38/14
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1.一種多結構復合材料預制體，其特征在于該多結構復合材料預制體由底層編織結構、中層點陣結構、上層編織結構和外層短纖維結構組成；

所述上層編織結構和底層編織結構通過中層點陣結構連接成一體，所述底層編織結構和上層編織結構由X向紗線、Y向紗線和Z向紗線組成，Z向紗線與X向紗線垂直，Z向紗線和Y向紗線垂直；

所述中層點陣結構由長纖維增強熱塑性復合材料組成，纖維是碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維、碳化硅纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種，或其中幾種纖維的組合；

所述中層點陣結構是X型點陣結構、Y型點陣結構、V型點陣結構、I型點陣結構、N型點陣結構、M型點陣結構、W型點陣結構和正弦波型點陣結構中的一種，或其中幾種類型點陣結構的組合；

所述外層短纖維結構由金屬短纖維、碳化硅短纖維和碳纖維短纖維相互纏結組成，其中金屬短纖維質量含量3.5％～4.7％，碳化硅短纖維質量含量8.9％～11.2％，其余為碳纖維短纖維；

所述外層短纖維結構附著在所述上層編織結構上，是將混有一定比例金屬短纖維、碳化硅短纖維的碳纖維氈放置于上層編織結構上方，然后采用水刺工藝使碳纖維氈中的纖維發生位移，使碳纖維氈與上層編織結構纏結成一體。

2.一種多結構復合材料預制體的復合成形制造方法，其特征在于具體工藝包括以下步驟：

1)根據上層編織結構和底層編織結構的設計要求排布上層Z向導向結構和底層Z向導向結構，形成上層Z向導向結構陣列和底層Z向導向結構陣列；

2)在上層Z向導向結構陣列中按照設計要求纏繞X向紗線和Y向紗線，形成層數為n的編織結構；在底層Z向導向結構陣列中按照設計要求纏繞X向紗線和Y向紗線，形成層數為m的編織結構；

3)在上層編織結構和底層編織結構之間采用連續纖維打印工藝打印包覆有熱塑性樹脂的纖維束，形成中層點陣結構，將底層編織結構和上層編織結構連接成一體；

4)重復步驟2)和步驟3)，直至上層編織結構、中層點陣結構和底層編織結構達到設計要求；

5)將Z向導向結構替換成Z向紗線；

6)將混有一定比例金屬短纖維、碳化硅短纖維的碳纖維氈放置于上層編織結構上方，然后采用水刺工藝使碳纖維氈中的纖維發生位移，使碳纖維氈與上層編織結構纏結成一體，形成外層短纖維結構；

7)經80℃～100℃去除水分烘干后，獲得最終多結構復合材料預制體。

3.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述Z向導向結構表面光滑，橫截面形狀為圓形，長度根據多結構復合材料預制體的高度設計。

4.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述上層編織結構和底層編織結構的Z向導向結構的排布方式相同或不相同。

5.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述上層編織結構中X向紗線、Y向紗線的纏繞方向和底層編織結構中X向紗線、Y向紗線的纏繞方向相同或不相同。

6.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述上層編織結構中X向紗線、Y向紗線的纏繞方向和底層編織結構中X向紗線、Y向紗線的纖維種類是碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維、碳化硅纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種或其中幾種纖維的組合。

7.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述層數n和層數m相同或不相同。

8.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述包覆有熱塑性樹脂的纖維束至少將1根上層Z導向結構和1根底層Z向導向結構包圍在點陣結構中。

9.根據權利要求2所述的多結構復合材料預制體復合成形制造方法，其特征在于所述熱塑性樹脂是聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮和聚酰亞胺。