[發明專利]一種纖維纏繞復合材料圓筒芯模及圓筒的制備方法

在審

• 申請號: 202310449976.6
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116373276A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 祖磊;呂英劍;張騫;丁文輝;吳浩明;張桂明;扶建輝;周立川;吳喬國;王華畢;李德寶;田羽
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B29C53/82
• 分類號: B29C53/82
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 石佳

本發明公開了一種纖維纏繞復合材料圓筒芯模及圓筒的制備方法，包括左芯軸、左封頭、圓柱模具、右封頭和右芯軸，所述左封頭和所述右封頭分別設置于所述圓柱模具的兩端，且所述左封頭通過所述左芯軸固定，所述右封頭通過所述右芯軸固定；所述左封頭和所述右封頭與所述圓柱模具的兩端面之間分別設置有切割間隙；本發明通過在圓筒芯模兩端安裝橢球形封頭，保證了在纏繞過程中螺旋纏繞線型模式的平穩性，提高了生產效率；通過在固化完成之后切除封頭上的纖維從而保證了復合材料圓筒內部張力的存在，提高了復合材料圓筒的力學性能。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，特別是涉及一種纖維纏繞復合材料圓筒芯模及圓筒的制備方法。

背景技術

目前，碳纖維復合材料，是以碳纖維為增強相，樹脂為基體的復合材料，該類材料具有高比強度、高比模量等優異性能，在軍事、航空、工業領域得到了廣泛應用。近年來，基于復合材料良好的吸能性以及汽車、飛行器等被動安全防護領域的需求，國內外學者對復合材料圓筒在軸向壓縮載荷下的破壞形式、開展了系列研究，無論是試驗研究還是理論分析，主要集中在復合材料薄壁圓筒軸壓下的屈曲載荷的確定。

對于復合材料圓筒軸向壓縮試驗，首先是復合材料圓筒的制備。復合材料圓筒在纏繞成型過程中包含環向纏繞和螺旋纏繞兩種線型模式。環向纏繞是指芯模旋轉一周，導絲頭近似移動一個紗片寬度的纏繞；螺旋纏繞是芯模繞自軸勻速轉動，導絲頭以特定速度沿芯模軸線方向往復運動的纏繞方式。

對于復合材料圓筒結構，包含內層和外層。內層是指由環向纏繞和螺旋纏繞線型模式組成的承力部分，外層是指由環向纏繞線型模式組成的加強層部分，加強層的目的是防止在壓縮試驗中由于端部過薄從而導致結構提前破壞而不發生屈曲破壞。

現有的纖維纏繞圓筒的模具為圓柱形模具，在纏繞過程中將模具裝夾在纏繞機上完成環向纏繞和螺旋纏繞，在完成纏繞之后將圓筒端面的纖維剪掉，再將圓筒放入固化爐固化，完成固化之后將圓筒從固化爐取出再脫去芯模，得到成品。

現有技術的缺點是螺旋纏繞在圓筒芯模端面容易滑紗，即纖維在端面容易滑動，保證不了準確的線型，目前的解決辦法是降低纏繞速度，在纖維經過端面時工人用手扶住纖維不讓纖維發生滑移；在纏繞完成之后剪去端面的纖維再進行固化會導致復合材料圓筒內部喪失一定的張力，從而降低復合材料圓筒的力學性能。這種解決辦法雖然能夠解決滑紗問題，但是增加了工人勞動強度，并且降低纏繞速度導致生產效率降低。

發明內容

本發明的目的是提供一種纖維纏繞復合材料圓筒芯模及圓筒的制備方法，以解決上述現有技術存在的問題，通過在圓筒芯模兩端安裝封頭，保證了在纏繞過程中螺旋纏繞線型模式的平穩性，提高了生產效率；通過在固化完成之后切除封頭上的纖維從而保證了復合材料圓筒內部張力的存在，提高了復合材料圓筒的力學性能。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種纖維纏繞復合材料圓筒芯模，包括左芯軸、左封頭、圓柱模具、右封頭和右芯軸，所述左封頭和所述右封頭分別設置于所述圓柱模具的兩端，且所述左封頭通過所述左芯軸固定，所述右封頭通過所述右芯軸固定；所述左封頭和所述右封頭與所述圓柱模具的兩端面之間分別設置有切割間隙。

優選地，圓柱模具的兩端面的中心處設置有朝向所述圓柱模具內部開設的螺紋孔，所述左芯軸和所述右芯軸通過所述螺紋孔與所述圓柱模具連接。

優選地，左封頭和所述右封頭上沿著軸向設置有通孔，所述左芯軸穿過所述左封頭的通孔連接所述圓柱模具，所述右芯軸穿過所述右封頭的通孔連接所述圓柱模具，所述左芯軸和所述右芯軸上還分別設置有能夠卡接所述左封頭和所述右封頭的臺階面。

優選地，左封頭和所述右封頭為半橢球形。

基于上述纖維纏繞復合材料圓筒芯模，本發明還提供了一種纖維纏繞復合材料圓筒制備方法，包括以下步驟：