CN101698326A - 树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体及其复合材料构件及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体及其作为增强相的复合材料构件，该预成型体是由两层以上的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有一圈以上的纱线，其在复合材料构件中的纤维体积分数为40％～50％。该预成型体的制备方法是先将预先准备好的第一层纤维织物卷绕、铺覆在树脂传递模塑工艺用的阳模表面，并用预先准备好的纱线紧贴第一层纤维织物缠绕一圈以上，待缠绕的纱线完全固定卷绕的纤维织物铺层后，再在第一层纤维织物上重复一次以上的卷绕、铺覆纤维织物步骤及纱线缠绕步骤完成制备。由该预成型体制备的复合材料构件力学性能好，其制备方法简单，操作方便，成本低。

Description

树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体及其复合材料构件及制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维预制件及其复合材料构件及成型工艺，尤其涉及一种纤维增强预成型体及其复合材料构件及制备工艺。

背景技术

树脂传递模塑(Resin Transfer Molding，简称RTM)是复合材料的一种成型工艺，其基本原理是在模具的型腔中预先放置增强材料，合模夹紧后，在一定温度和压力下将经静态混合器混合均匀的树脂体系注入模腔，浸渍增强材料并固化，最后脱模得到制品。

RTM工艺的流程如图1所示，具体包括以下步骤：①模具准备。RTM模具系统主要由阴模和阳模组成闭合模腔，模具准备工作主要对阴模和阳模的工作表面进行清理、打磨和涂覆脱模剂，得到可用下一步工序的模具。②材料准备。材料准备主要包括增强材料准备和树脂体系准备。其中，增强材料准备是将增强纤维或织物等剪裁、烘干，备用；树脂体系准备是对基体树脂、助剂进行称量、纯化、脱泡处理，以备RTM注射。③纤维增强预成型体制备。在处理好的模具上，用准备好的增强材料进行铺层，得到多孔的纤维增强预成型体；或者是采用缠绕、编织等其他方法制备出纤维增强预成型体，然后铺放在模具上。④合模密封。将带有纤维增强预成型体的阴模和阳模系统套合装配起来，使纤维增强预成型体正好填充在阴、阳模具组成的模腔中；在模具系统紧固、密封后，进行真空检查；真空检查合格后，方可使模具系统进入下一步注射工序。⑤树脂注射。将准备好的树脂体系经过RTM注射设备均匀混合后，注射进入填充有纤维增强预成型体的模腔中，使液态树脂浸渍多孔的纤维增强预成型体。⑥固化。加热模具系统，使模腔中的液态树脂发生化学交联反应，固化，得到纤维增强的复合材料制品(在模腔中)。⑦脱模及后处理。将包裹复合材料制品的阴、阳模具脱除，得到复合材料坯品；对坯品进行必要的后加工处理，得到复合材料制品。

在上述的RTM工艺中，纤维增强预成型体的制备是复合材料构件成型的关键步骤之一，它决定了最终成型的复合材料构件的纤维体积分数，对复合材料构件的承载性能及复合材料制品的制备成本都起着重要影响。纤维增强预成型体的制备，就是采用适当的工艺方法或定型剂将增强材料固定成与制品相同形状的过程，主要有纺织、纤维缠绕、定型剂预成型、直接铺层等成型方法。

纺织制备纤维增强预成型体又包括机织、针织、编织、缝合等具体技术。针织是通过环结纤维互连的过程形成织物(如图2所示)，即由纱圈按一定规律圈套而成，其能量吸收性能、抗破坏性能以及对复杂结构的形状适应性能比机织物好；但是，针织物中的纤维束弯曲程度极大，因而其强度较低。编织制备纤维增强预成型体的方法有两种，即平面和管状织物。在复合材料应用方面，更为常用的是管状编织物(如图3所示)。编织制备的纤维增强预成型体有良好的适应性、成型性、扭转稳定性和结构的整体性，能制成各种复杂几何形状的构件，且不需大量机械加工和连接。三维编织复合材料有很高的抵抗分层的能力和冲击损伤容限，对刻痕亦不敏感。但三维编织复合材料的缺点表现在面内纱线的排列为0°和90°的布置，这种织物各向异性突出，抗剪切和扭转性能差，难以适应某些航空构件各向同性的要求。再者，编织增强体加工过程中纱线变形相当严重，难以达到理想的结构形状；纱线张力控制、退纱机理、纱线表面条件、捆扎纱的密度等都是不易克服的技术难点。缝合技术主要用于对二维预成型增强体进行厚度方向的增强，通常可用缝合工艺来减少分层，提高复合件材料在厚度方向上的性能，也可只在高层间应力区局部利用缝合技术，并改变缝合的式样、类型或缝合材料来达到预期的性能水平(如图4所示)。以上的各种纺织成型方法有其相对明显的优势，如厚度方向的刚度和强度较大，复合材料损伤容限和抗拉伸破坏能力强，可织造形状复杂的纤维增强预成型体，可以减少连接、提高构件的整体性等，然而，复合材料纤维增强预成型体的纺织成型受机器设备尺寸的限制，目前大多数工业编织机仅能制备小截面(宽度小于100mm)的预成型件；另外，从传统纺织加工工艺发展而来的三维预成型技术目前尚不成熟，特别是在短周期快速生产、低成本、壳体厚壁成型等方面，还存在不少问题。

纤维缠绕技术是将连续纤维按照一定规律缠绕在芯模上制备纤维增强预成型体的方法。相对而言，缠绕加工的二维直接预成型技术是简单可行的，且相对成熟，最终成型制件的力学性能优良，但当前的缠绕工艺仍存在加工周期较长、工序多、设备成本高等缺点，还不能完全满足快速、低成本预成型的要求。另外，缠绕工艺在缠绕较厚的壳体制件时成型不够稳定，容易出现“内松外紧”或者“滑线”现象。

定型剂预成型技术是20世纪90年代初以来开发的一种新颖、实用的纤维预成型体制备技术，其原理是在增强纤维或织物表面涂敷少量的特殊增粘材料(增粘剂/定型剂)，通过溶剂挥发、先升温软化或熔融(预固化)后冷却等手段使迭层织物或纤维束之间粘合在一起，同时借助压力和形状模具的作用来制备所需形状、尺寸和纤维体积分数的纤维增强预成型体。定型剂预成型技术在一定程度上克服或弥补了编织、缝合等纺织预成型技术的某些不足，适用于制备结构形状复杂或大型的纤维预成型体，是实施RTM低成本化的重要途径及手段之一。根据增粘剂的物理状态和实施工艺途径的不同，纤维预成型技术可分为柔性树脂膜铺放法、固态树脂粉末沉积法、液态树脂喷洒法和特殊增粘剂纤维布带铺放法，这些定型剂预成型技术在发达国家先进复合材料成型技术、纤维增强预成型体的制备和研究中已经取得了很大进展，我国虽然有部分高校和研究机构开展了类似的研究工作，但与世界水平有着较大的差距，还未发展出成熟的配套材料和成型工艺。

直接铺层是指将纤维或纤维织物直接铺放在模腔中(一般是在阳模或阴模中铺层后合模)，模腔的厚度由多层织物松散迭层组成。该方法一般只适用于平板类构件预成型体的制备，回转体类构件一般无法采用此方法制备纤维增强预成型体。而且，由于织物直接铺层过程中不加压，织物蓬松，使得最终复合材料制品纤维含量低，制品力学性能差，一般只应用在非主承力结构件上。

纺织、缠绕等纤维增强预成型体制备技术都不适合高性能复合材料制品的纤维增强预成型体的低成本制备，其一是需要专用设备、工艺复杂、价格昂贵，其二是周期长，不利于即时调整；定型剂预成型技术在我国目前应用不成熟，定型剂需要从国外进口，也不适合大规模应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种抗冲刷性能好、纤维织物层间贴合密实的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，以及以该预成型体作为增强相的力学性能更好的复合材料构件，还提供一种步骤简单、成本低、产品性能优异的纤维增强预成型体及复合材料构件的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，其特征在于：所述纤维增强预成型体是由两层以上的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有一圈以上的纱线。

上述的技术方案中，所述纤维织物展开后呈长方形，所述长方形的长度优选不小于所述树脂传递模塑工艺用阳模的周长，所述长方形的宽度优选不小于所述树脂传递模塑工艺用阳模的高度。

上述的技术方案中，所述纱线优选为高强玻璃纤维纱、芳纶纤维纱或者棉纤维纱，在不同圆周轨迹上连续缠绕的纱线圈的间距w优选为5mm～50mm。

上述的技术方案中，相邻层的所述纤维织物的接头线相对于回转中心朝同一方向优选错开一角度θ或错开一距离d；

所述

其中m为纤维织物的层数，n为1、2、3、4或5；

所述d的取值为30mm～50mm。

在总的发明构思下，本发明还提供一种上述树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体的制备方法，其特征在于：将预先准备好的第一层纤维织物卷绕、铺覆在所述树脂传递模塑工艺用的阳模表面，擀抻、整理，使卷绕铺层尽量贴伏在阳模表面，并用预先准备好的纱线紧贴所述第一层纤维织物缠绕一圈以上，待缠绕的纱线完全固定卷绕的纤维织物铺层后，再在所述第一层纤维织物上重复一次以上的卷绕、铺覆纤维织物步骤及纱线缠绕步骤，最后得到纤维增强预成型体。

本发明还提供一种以上述树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体作为增强相的复合材料构件。相应的，该复合材料构件是采用树脂传递模塑工艺制备，具体包括模具准备、材料准备、纤维增强预成型体的制备、合模密封、树脂注射、固化、脱模及后处理步骤，所述纤维增强预成型体的制备步骤是采用上述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体的制备方法来完成。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，采用本发明的工艺制备纤维增强预成型体过程中，纤维织物在铺层卷绕时带有一定的张力，卷绕后可以用手朝一个方向擀动、拉抻，使铺层熨帖，再加上铺层外面的纱线带张力缠绕，相当于每层纤维织物铺层后的压实过程，使纤维织物层间贴合密实，再通过树脂传递模塑工艺最终成型的复合材料构件的纤维体积分数高，可达40％～50％，所得复合材料构件的力学性能更好。其次，采用本发明提供的纤维增强预成型体及复合材料构件的制备方法，既不需要增设额外的专用设备，也无需增添特殊的试剂，制造成本低。再次，采用本发明制备的纤维增强预成型体，铺层织物被纱线缠绕固定，进一步提高了RTM注射过程中纤维增强预成型体的抗冲刷能力，铺层纤维不会变形、扭曲，使最终成型的复合材料构件制品具有更好的力学性能。最后，本发明提供的制备方法步骤简单，操作简便，若采用不同方向的缝编织物，即可实现各种增强方向的织物铺层，通用性强。

附图说明

图1为RTM工艺的流程图；

图2为针织技术成型示意图；

图3为管状编织技术成型示意图；

图4为缝合工艺成型示意图；

图5为本发明纤维增强预成型体及复合材料构件的成型工艺流程图；

图6为本发明实施例1中织物卷绕步骤的操作示意图；

图7为本发明实施例1中多层纤维织物卷绕于模具后的俯视图；

图8为本发明实施例3中的阳模结构示意图；

图9为本发明实施例3的纤维织物折插入法兰成型槽操作示意图；

图10为发明实施例3的纤维织物折插入法兰成型槽的立体示意图。

图例说明：

1、阳模；2、纤维织物；21、铺层折插段；22、铺层折插片段；3、纱线；4、接头线；5、法兰成型槽；6、铺层剪口。

具体实施方式

一种用本发明的纤维增强预成型体作为增强相的复合材料构件的成型，其工艺流程如图5所示，具体包括以下步骤：

步骤1：模具准备

步骤1.1：设计制备模具系统

根据要制备的目标复合材料构件的形状、尺寸和使用要求，结合RTM工艺特点与要求，设计并制备相应的模具系统——阳模、阴模。

步骤1.2：模具表面处理

对步骤1.1中的阳模和阴模的工作表面进行清理、打磨、涂覆脱模剂，得到备用模具。

步骤2：材料准备

步骤2.1：增强材料选择

根据目标复合材料构件的使用工况和RTM工艺要求，由常规试验筛选出合适的增强织物。

步骤2.2：铺层结构优化

分析目标复合材料构件的使用工况和承载要求，采用复合材料层合理论，运用商用ANSYS软件平台，以复合材料构件的承载能力、形变为优化指标，对目标复合材料构件的铺层结构进行设计和优化，得到目标复合材料构件铺层的优化设计结果。

步骤2.3：增强织物准备

将增强纤维织物剪裁成长方形，长方形的长度略大于上述阳模的周长，宽度与上述阳模的高度(即目标复合材料构件制品的高度)相当。将剪裁好的纤维织物按顺序摆放好，烘干，备用。

步骤2.4：缠绕用纱准备

选用韧性好、强度高、扯不断、折不断的低捻连续纱线(包括高强玻璃纤维纱、芳纶纤维纱或棉纤维纱等)，将线团放置在木头纱架上，纱架置于阳模旁边，其高度、位置以便于纱线抽导为度。

步骤3：织物卷绕

步骤3.1：阳模放置

将准备好的阳模坐落在稳固的工装上，放置平稳，并使阳模工作面不受遮挡，阳模周围预留空间以便于人工操作。

步骤3.2：织物铺覆

使两人拿起准备铺覆的纤维织物的两端，第一人将纤维织物的一端沿阳模高度上下展开，纤维织物下缘与阳模底面平齐，将纤维织物紧贴在阳模表面，第二人手持纤维织物的另一端围绕阳模朝顺时针方向转动，同时将纤维织物卷绕铺覆在阳模表面。

步骤3.3：纱线预固定

第三人从纱架上抽取一股纱线，将纱线头交由第一人固定，第三人抽导纱线并紧随第二人围绕阳模作顺时针转动，使纱线紧贴在第二人铺放的纤维织物铺层上。第二人铺覆的纤维织物铺层与第三人缠绕的纱线同时绕阳模做顺时针转动，转动1圈后使纤维织物铺层的两端重叠，纱线与线头打结固定，并将纱线沿第1圈的轨迹继续缠绕两圈，压在铺层的纤维织物上使纤维织物不会从阳模上松垮下来，第一人和第二人可以松开纤维织物进行下一步处理。

步骤4：铺层修整

步骤4.1：铺层整理

上述的第一人和第二人都从纤维织物铺层的中间部位分别向纤维织物的两端开始整理，主要是用手捋抻、摩挲铺覆在阳模上的纤维织物铺层，去除纤维织物褶皱，使铺层熨帖、平整，贴合阳模。

步骤4.2：铺层修剪

整理后的铺层两端搭接在一起，用剪刀将两端头重叠的部分修剪掉，使依模铺覆的单层纤维织物的搭接口两端紧挨在一起但不重叠。修剪纤维织物端头时注意不要剪断纤维织物上缠绕的纱线。

步骤5：纱线缠绕

上述的第三人手持纱线，在整理好的纤维织物铺层上沿不同高度的圆周轨迹继续缠绕，连续缠绕的纱线圈间距控制在5mm～50mm，直至纱线缠满该层纤维织物外表面后，手持纱线站立等候下一次纤维织物铺层。第三人缠绕纱线时，另外两人可跟随整理铺层。

步骤6：重复相邻纤维织物层的铺放

上述的第一人和第二人拿取紧邻的下一层纤维织物，纤维织物展开后，第一人将纤维织物的一端压在第三人缠绕的纱线下，然后第二人手持纤维织物与第三人手持纱线同时沿顺时针方向绕阳模转动，用纱线将该第二层纤维织物预固定在阳模上。

相邻层的纤维织物铺放时，使第一人持有的第二层纤维织物的一端端线与第一层纤维织物的接头线相对于回转中心朝顺时针方向错开一角度θ或错开一距离d，θ角的计算公式如下：

$\mathrm{\θ}=\frac{n\·360}{m}$

式中，m为纤维织物的层数，n为1、2、3、4或5(一般取1)。θ角主要也是根据相邻层织物的搭接长度(即错开距离d)来控制，当使错开距离d控制在30mm～50mm时，θ角则无须严格控制。

重复本步骤直至设计的所有纤维织物铺层皆卷绕、整理并固定，即制得RTM工艺所需的纤维增强预成型体。由于相邻层纤维织物接头线均朝顺时针方向错开一角度θ或错开一距离d(30mm～50mm)，使得最终形成的纤维增强预成型体中各层纤维织物的接头线在同一圆周面上的正投影呈均匀分布状态，以有效防止应力集中。

步骤7：复合材料构件成型

将带有步骤6中制得的纤维增强预成型体的阳模与阴模套合、密封后，再经过RTM的注射程序，制备得到目标复合材料构件。

通过采用上述步骤1～6制备得到直径400mm～1500mm、高度200mm～1500mm的的复合材料主承力筒、复合材料舱段等制品的纤维增强预成型体，该纤维增强预成型体是由两层以上的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有一圈以上的纱线。由该纤维增强预成型体然后采用RTM工艺成型得到相应的复合材料构件制品。成型后的制品的表面及内部无明显缺陷，制品的机械性能优异，全部通过了承载性能测试，完全满足设计指标的要求。在承受同等载荷的条件下，比传统的铝合金制品减重超过35％。

以下结合具体工艺条件的实施例描述本发明。

实施例1：

某复合材料主承力筒缩比件成型(直径约800mm，高度约250mm)。成型用的刚性阴模和阳模都是浇铸的金属坯体经过机加得到的金属模具，相关模具都依设计图纸加工到位。所用增强材料为玻璃纤维方格布，缠绕用纱为低捻高强玻璃纤维纱，所用树脂材料为液态环氧树脂CYD-128。本实施例的复合材料主承力筒缩比件的成型工艺具体包括以下步骤：

步骤1：制备纤维增强预成型体

步骤1.1：模具准备

将模具表面清理干净，表面涂覆脱模剂4～5遍；将阳模落实在钢架工装上。

步骤1.2：材料准备

将所选用的玻璃纤维方格布进行预剪裁，即将方格布裁剪成宽250mm(制品高度)，长2550mm的长方形，折叠编码后放置在烘箱中烘干，备用；将准备的玻璃纤维纱团放置在纱架上备用。

步骤1.3：织物卷绕

如图6所示，按编码顺序取出纤维织物2，待阳模1稳定放置后，使拟铺层的纤维织物2上下展开，纤维织物2的下缘与阳模1的底面平齐，纤维织物2紧贴阳模1卷绕；纤维织物2卷绕的同时，缠绕用高强玻璃纤维纱线3紧跟纤维织物2卷绕，对铺层的纤维织物2起到预固定作用。

步骤1.4：铺层修整

用手抚抻铺层，使织物铺层熨帖，并将铺层搭接部位修剪平齐，同一层的铺层织物不重叠。

步骤1.5：纱线缠绕

在整理好的铺层上用玻璃纤维纱线连续缠绕(缠绕轨迹整体呈螺旋线形)，纱线圈的间距w约10mm(见图6)。

步骤1.6：相邻层铺放

如图7所示，将下一层铺层的纤维织物2与上一层铺层的纤维织物2错开θ角(即相邻层纤维织物的接头线4相对于回转中心朝顺时针方向错开的角度)后，铺覆卷绕在阳模1上，本实施例中纤维织物铺覆层数m＝45，n取自然数1，根据公式可知，本实施例中θ为8°。如此重复纤维织物卷绕、铺层修整、纱线缠绕等步骤，将设计的45层铺层逐层卷绕、固定在阳模上，得到纤维增强预成型体。该纤维增强预成型体是由45层的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有24圈的纱线，纱线圈的间距w约10mm。

步骤2：复合材料构件成型

将阴模套合在已制备的纤维增强预成型体上，合模密封后，采用RTM注射机将CYD-128树脂注射进模腔，并按相应的固化制度加热固化后，脱模即得到本实施例的复合材料主承力筒缩比件。

本实施例制得的主承力筒缩比件外形完整，实测各部分尺寸及形位公差满足设计要求，成品无可视缺陷，轴压承载试验结果表明：采用本发明方法制备的纤维增强预成型体以及在此基础上采用RTM工艺制备的复合材料主承力筒缩比件完全满足设计要求，且承力筒各个方向的载荷-应变曲线变化一致，复合材料主承力筒各向质量均匀，可以取代同型金属构件，并比同型金属件减重超过35％。解剖取样后测定，由此制备的复合材料制品的纤维体积分数为45％。

实施例2：

本实施例所要成型的某复合材料舱段为一外形逐渐收缩的圆筒形结构(大头直径约700mm，小头直径约500，高度约1500mm)，采用软模辅助RTM制备该型舱段。采用金属材料机加阳模芯，套合硅橡胶软模形成组合阳模，阴模采用金属材料机加制备。增强材料为T300碳纤维平纹织物和T700碳纤维单向带，缠绕纱为高强玻璃纤维纱，所用树脂材料为液态环氧树脂TDE-85。

该舱段内部带有多条轴向、环向加强筋(对应为硅橡胶软模中的纵、环向沟槽)，在复合材料铺层设计中，增加了T700碳纤维单向带的铺层，该复合材料舱段的具体制备步骤如下：

步骤1：制备纤维增强预成型体

步骤1.1：模具准备

将模具表面清理干净，表面涂覆脱模剂4～5遍；将阳模落实在钢架工装上，用准备的T700碳纤维单向带沿加强筋铺放，填平纵、环向加强筋沟槽，使阳模表面平滑。

步骤1.2：材料准备

将所选用的T300碳纤维平纹布进行预剪裁，即裁剪成宽度等于制品高度、长度等于制品周长的长方形，折叠编码后放置在烘箱中烘干，备用；将准备的玻璃纤维纱团放置在纱架上备用。

步骤1.3：织物卷绕

按编码顺序取出纤维织物(即T300碳纤维平纹布)，待阳模稳定放置后，使铺层的纤维织物上下展开，纤维织物的下缘与阳模的底面平齐，纤维织物紧贴阳模卷绕；纤维织物卷绕的同时，缠绕用高强玻璃纤维纱线紧跟纤维织物卷绕，对铺层的纤维织物起到预固定作用。

步骤1.4：铺层修整

用手抚抻铺层，使织物铺层熨帖，并将铺层搭接部位修剪平齐，同一层的铺层织物不重叠。

步骤1.5：纱线缠绕

在整理好的铺层上用玻璃纤维纱线缠绕，由于采用软模辅助RTM，工艺过程中需要软模膨胀挤胶，因此在纱线连续缠绕过程中，避免缠绕张力过大，保持纱线间距稀松至50mm。

步骤1.6：相邻层铺放

将下一层铺层纤维织物与上一层铺层纤维织物错开10°(即θ角)后，铺覆卷绕在阳模上。如此重复纤维织物卷绕、铺层修整、纱线缠绕等步骤，将设计的铺层逐层卷绕、固定在阳模上，得到纤维增强预成型体。该纤维增强预成型体是由36层的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有29圈的纱线，纱线圈的间距w约50mm。

步骤2：复合材料构件成型

将阴模套合在已制备的纤维增强预成型体上，合模密封后，采用RTM注射机将TDE-85树脂注射进模腔，并按相应的固化制度加热、膨胀软模挤胶，进一步加热固化后，脱模即得到本实施例的复合材料舱段。

本实施例制得的碳纤维复合材料舱段顺利通过相关考核。对所制备的复合材料舱段进行显微结构电镜分析，结果显示，材料密实均匀，纤维织物层间致密，舱段壁纤维体积分数达到50％。

实施例3：

本实施例所要成型的某复合材料主承力筒成型直径约1400mm，高度约350mm，带50mm宽的内翻边法兰。成型用的刚性阴模、阳模都是由金属坯模依设计图纸经过机械加工得到。所用增强材料为T300碳纤维平纹织物和T700碳纤维单向带，缠绕用纱为芳纶纤维纱，所用树脂材料为液态环氧树脂TDE-85。

该复合材料主承力筒在使用过程中要承受巨大的压缩载荷，因此在复合材料铺层设计中，增加了T700碳纤维单向带的铺层，T700碳纤维单向带主要铺覆在筒壁中间，T700碳纤维单向带沿复合材料主承力筒的轴向铺放。该复合材料主承力筒的具体制备步骤如下：

步骤1：制备纤维增强预成型体

步骤1.1：模具准备

将模具表面清理干净，表面涂覆脱模剂4～5遍；将阳模落实在钢架工装上。

步骤1.2：材料准备

将所选用的T300碳纤维平纹布和T700碳纤维单向带进行预剪裁，即将T300碳纤维平纹布裁剪成宽400mm(制品高度+法兰宽度)、长4450mm(制品周长)的长方形，折叠编码后放置在烘箱中烘干，备用；再将T700碳纤维单向带剪裁成350mm长、200mm宽的(单向带自身宽度)形状，烘干备用；将准备的芳纶纤维纱团放置在纱架上备用。

步骤1.3：织物卷绕

按编码顺序取出纤维织物(即T300碳纤维平纹布)，待阳模稳定放置后，使铺层的纤维织物上下展开，纤维织物的下缘与阳模的底面平齐，纤维织物紧贴阳模卷绕；纤维织物卷绕的同时，缠绕用芳纶纤维纱紧跟纤维织物卷绕，对铺层的纤维织物起到预固定作用。再按序取出T700碳纤维单向带，展开，将单向带的纤维方向平行于筒体轴向，单向带下缘与阳模底面平齐，铺覆于筒壁，同时采用芳纶纤维纱连续缠绕铺层预固定。

步骤1.4：铺层修整

用手抚抻铺层，使织物铺层熨帖，并将铺层搭接部位修剪平齐，同一层的铺层织物不重叠。

步骤1.5：纱线缠绕

在整理好的铺层上用芳纶纤维纱线连续缠绕，保持纱线间距为5mm。

步骤1.6：法兰折插

如图8～图10所示，在阳模1上铺覆各层纤维织物2(T300碳纤维平纹布)时，铺层整理好、并用纱线3固定后，将铺层高于法兰成型槽5下平面的铺层折插段21沿轴向剪开形成多个铺层剪口6(铺层剪口6的间距k约为150mm)，然后将剪开的铺层折插片段22折插入法兰成型槽5中(图10中的虚线即为折插后的轨迹)。在铺覆各层单向带铺层时，单向带直接铺覆在筒壁上，不需折插法兰。

步骤1.7：相邻层铺放

将下一层铺层纤维织物与上一层铺层纤维织物错开4°(即θ角)后，铺覆卷绕在阳模上。如此重复纤维织物卷绕、铺层修整、纱线缠绕等步骤，将设计的铺层逐层卷绕、固定在阳模上，得到纤维增强预成型体。该纤维增强预成型体是由90层的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有79圈的纱线，纱线圈的间距w约5mm。

步骤2：复合材料构件成型

将阴模套合在已制备的纤维增强预成型体上，合模密封后，采用RTM注射机将TDE-85树脂注射进模腔，并按相应的固化制度加热、膨胀软模挤胶，进一步加热固化后，脱模即得到本实施例的复合材料主承力筒。

本实施例制得的复合材料主承力筒外形完整、尺寸准确，目视及超声检查没有欠胶、裂纹、气孔等缺陷，重量为14.65kg，比传统铝合金主承力筒减重42％，轴压承载符合设计指标，且顺利通过了配套设备的地面试车试验。试验后解剖测试承力筒的纤维体积含量约为45％。

以上的本实施例是在采用依模铺覆-缠绕定型法制备纤维增强预成型体过程中，将卷绕筒体的纤维织物向法兰折插，形成法兰增强体，从而保证法兰与筒体间增强纤维织物的连续性。实际中，我们也可先用增强织物填平法兰，再采用上述本发明的依模铺覆-缠绕定型制备方法制备纤维增强预成型体，具体是采用碳纤维平纹布将法兰填平后，再用依模铺覆-缠绕定型法将T300碳纤维平纹布和T700碳纤维单向带按设计顺序和方向铺覆、定型于阳模外表面即可，后续的具体实施过程与本实施例前述的各个步骤相同。

Claims (7)

1.一种树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，其特征在于：所述纤维增强预成型体是由两层以上的纤维织物卷绕而成的回转体，各层纤维织物之间连续缠绕有一圈以上的纱线。

2.根据权利要求1所述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，其特征在于：所述纤维织物展开后呈长方形，所述长方形的长度不小于所述树脂传递模塑工艺用阳模的周长，所述长方形的宽度不小于所述树脂传递模塑工艺用阳模的高度。

3.根据权利要求1所述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，其特征在于：所述纱线为高强玻璃纤维纱、芳纶纤维纱或者棉纤维纱，在不同圆周轨迹上连续缠绕的纱线圈的间距w为5mm～50mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体，其特征在于：相邻层的所述纤维织物的接头线相对于回转中心朝同一方向错开一角度θ或错开一距离d；

所述

其中m为纤维织物的层数，n为1、2、3、4或5；

所述d的取值为30mm～50mm。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体的制备方法，其特征在于：将预先准备好的第一层纤维织物卷绕、铺覆在所述树脂传递模塑工艺用的阳模表面，并用预先准备好的纱线紧贴所述第一层纤维织物缠绕一圈以上，待缠绕的纱线完全固定卷绕的纤维织物铺层后，再在所述第一层纤维织物上重复一次以上的卷绕、铺覆纤维织物步骤及纱线缠绕步骤，得到纤维增强预成型体。

6.一种以权利要求1～4中任一项所述的树脂传递模塑工艺用纤维增强预成型体作为增强相的复合材料构件，所述复合材料构件的纤维体积分数为40％～50％。

7.一种如权利要求6所述复合材料构件的制备方法，包括模具准备、材料准备、纤维增强预成型体的制备、合模密封、树脂注射、固化、脱模及后处理步骤，所述纤维增强预成型体的制备步骤是采用权利要求5所述的制备方法完成。

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