CN103407171A - 一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法 - Google Patents
一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，它有五大步骤：一、制备十字型纤维预成型体；二、通过缝纫纤维线对十字型纤维预成型体进行缝纫增强；三、将经过缝纫增强后的十字型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模；四、抽真空，注入树脂并升温固化；五、开模并取出已经固化成型的缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头。本发明将复合材料RTM成型工艺方法与缝纫增强方法相结合，能够提高纤维增强树脂基复合材料十字型接头层间强度。
Description
技术领域
本发明提供一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，属于复合材料制造技术领域。
背景技术
十字型接头广泛地应用于现代船舶与航空航天结构中。传统的十字型接头采用金属材料焊接而成，其密度较大，不利于减重设计；此外金属疲劳性能较差，在疲劳载荷作用下十字型接头焊点处易产生裂纹，进而带来灾难性结构破坏。复合材料较传统金属材料而言具有更高的比刚度、比强度，因而被广泛应用结构轻量化设计中，以往由于焊接、螺接等连接方式所带来的结构疲劳问题也得到了大大的减缓。纤维增强树脂基复合材料十字型接头的成型方法有很多种，其中树脂传递模塑成型工艺方法（RTM）生产成本较低，适用于整体成型的规模化生产，但是常见的一些利用RTM制备的纤维增强树脂基复合材料十字型接头层间强度相对较弱，导致抗低速冲击和抗拉伸性能相对较差，影响其应用，因此需要采取一些措施加以改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，以解决纤维增强树脂基复合材料十字型接头层间强度相对较弱的问题。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备十字型纤维预成型体。
步骤二、将步骤一的十字型纤维预成型体通过单向的缝纫纤维线按照设计的针距进行缝纫增强，得到经缝纫增强的十字型纤维预成型体。
步骤三、将步骤二制备好的十字型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模。
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充十字型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满十字型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化。
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；在步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂可起到定型作用，使十字型纤维预成型体具有一定的整体性。在步骤一中所述的“纤维布”的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维中的一种；
其中，在步骤二中所述的“针距”是指相邻两束缝纫纤维线之间的距离，需要根据指标进行设计，针距大小可根据需要调整。在步骤二中所述的“缝纫纤维线”5可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维中的一种。
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。在步骤四中所述的“树脂”可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇中的一种。
本发明一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其有益效果是将复合材料RTM成型工艺方法与缝纫增强方法相结合，能够提高纤维增强树脂基复合材料十字型接头层间强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述方法的流程框图。
图2是十字型接头的结构构形图。
图2中：1.上T型层板，2.下T型层板，3.中间层板，4.三角区，5.缝纫纤维线。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。
本发明的流程图如图1所示，先制备十字型纤维预成型体，然后对十字型纤维预成型体通过单向的纤维线进行缝纫增强，再将经缝纫增强后的十字型纤维预成型体放入模具并定位合模，之后抽真空、注树脂并升温固化，最后开模取出已经固化成型的缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头。在图2中，缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头由上T型层板1、下T型层板2、中间层板3组成、三角区4和缝纫纤维线5组成，其中三角区4采用单向纤维束进行填充。本发明的具体实施步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备十字型纤维预成型体。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；在步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂可起到定型作用，使十字型纤维预成型体具有一定的整体性；在步骤一中所述的“纤维布”的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维；在步骤一中所述的“十字型纤维预成型体”通过先分别制备上T型层板1、下T型层板2、中间层板3组成和三角区4的纤维预成型体，然后将它们组装起来得到。
步骤二、将步骤一的十字型纤维预成型体通过单向的缝纫纤维线5按照设计的针距进行缝纫增强，得到经缝纫增强的十字型纤维预成型体。
其中，在步骤二中所述的“针距”是指相邻两束缝纫纤维线之间的距离，需要根据指标进行设计，调整针距大小可根据需要调整；在步骤二中所述的“缝纫纤维线”5可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维。
步骤三、将步骤二制备好的十字型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模。
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充十字型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满十字型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化。
其中，在步骤四中所述的“树脂”可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇；在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。对于RTM整体成型工艺，向模具内注入树脂的压力控制在0.5MPa以上。
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头。
Claims (8)
1.一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备十字型纤维预成型体；
步骤二、将步骤一的十字型纤维预成型体通过单向的缝纫纤维线按照设计的针距进行缝纫增强，得到经缝纫增强的十字型纤维预成型体；
步骤三、将步骤二制备好的十字型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模；
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充十字型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满十字型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化；
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头。
2.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计。
3.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂起到定型作用，使十字型纤维预成型体具有预定的整体性。
4.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“纤维布”的纤维，是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤二中所述的“针距”是指相邻两束缝纫纤维线之间的距离，需要根据指标进行设计，针距大小根据需要调整。
6.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤二中所述的“缝纫纤维线”，是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。
8.根据权利要求1所述的一种缝纫增强的纤维增强树脂基复合材料十字型接头的整体成型方法，其特征在于：步骤四中所述的“树脂”，是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种。
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