CN108823729A - 一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，包括两个平行设置的横梁，两个横梁之间垂直连接有综框侧挡，其中一个横梁的底部设有综框挂脚，横梁是采用编织‑拉挤成型工艺制作而成的碳纤维复合材料结构。该综框横梁通过编织‑拉挤成型工艺制作而成，可将引起综框弯曲或变形的应力均匀地分布和转移，从而大大提高综框的抗疲劳性，同时有效降低综框的振动和噪声。

Description

一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框

技术领域

本发明属于纺织机械技术领域，涉及一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框。

背景技术

综框为形成梭口的高速运动部件，对于织机系统的振动及噪声会产生重要影响。随着新型织机的高精化发展，对于综框的性能要求也愈来愈高。综框的振动会造成纱线断裂，影响织造效率，对于织机的稳定运行是极为不利的。以往在织机开口机构中使用过三代综框，即木质综框、铁质综框和铝合金综框，这几种综框可以在普通织机上正常工作，但是难以适应高速织机的生产要求，例如织机车速在800r/min以上时铝合金综框就会产生很大的疲劳应力，从而导致综框结构发生疲劳变形甚至框架断裂。随着织机车速的提高，传统综框已不能满足新型现代化织机的生产要求，取而代之的是由复合材料制成的新一带综框。

目前，许多纺织机械生产厂商都在积极研发重量轻、强度高、振动及噪声小的第四代综框—复合材料综框。随着新型织机的高速、高精化发展，由复合材料制成的新型综框取代传统综框已成为必然趋势，所以有必要对复合材料在综框生产方面的应用进行探索与研究。

碳纤维复合材料是一种力学性能优异的新材料，其碳含量基本都在90％以上，与一般碳素材料不同，这种由特种纤维构成的新型复合材料具有显著的各向异性特征，沿纤维轴向方向表现出很高的强度。碳纤维的比重不到钢的1/4,但其抗拉强度却是钢的7～9倍，同时具有很高的比强度和比模量。碳纤维在国际上被称为继石器和钢铁等金属之后的“第三代材料”，用碳纤维复合材料制成的零部件具有极高的强度，且超轻、耐高温高压，目前这种新型材料已被广泛应用于航空航天、国防科技、汽车工业及化工机械等领域。可以预见，由碳纤维制成的新型复合材料将在各工业领域具有巨大的应用价值和发展空间。

拉挤工艺是一种生产纤维增强复合材料线型型材的成型方法，它是在牵引装置的带动下，将无捻增强纤维粗纱和其他连续增强材料进行胶液、浸渍预成型，然后通过预加热的模具固化成型，从而实现纤维增强复合材料构件的连续化生产；材料成型与结构成型一次完成；材料的制备和制品的成型是同时完成的，材料的制备过程也就是整体制品的生产过程。本发明三维编织机编织的预制件可以和拉挤成型工艺结合试制纤维增强复合材料预制件，如：碳纤维复合材料综框、板梁结构等。三维编织机编织的任何复杂截面的直线型恒截面复合材料型材都可以用拉挤工艺成型。

3D编织-拉挤成型工艺相比较纤维缠绕、纤维铺放等工艺来说，发展还不是很成熟，但却很有前景。编织-拉挤成型工艺有很多优点，比如：可连续化生产；劳动成本低；冲击强度优于纤维缠绕技术；更换产品时不受编织机原结构的限制，只需更换心轴即可；可采用2.5D或3D编织技术，使制品间剪切强度呈数量级大幅度提高。编织—拉挤成型工艺尽管有很大的潜在应用价值，但却发展缓慢，还未能广泛应用于工业生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，该综框横梁通过编织-拉挤成型工艺制作而成，可将引起综框弯曲或变形的应力均匀地分布和转移，从而大大提高综框的抗疲劳性，同时有效降低综框的振动和噪声。

本发明所采用的技术方案是，一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，包括两个平行设置的横梁，两个横梁之间垂直连接有综框侧挡，其中一个横梁的底部设有综框挂脚，横梁是采用编织-拉挤成型工艺制作而成的碳纤维复合材料结构。

本发明的特点还在于，

横梁内设有通槽，综框侧挡的上下两端分别设有侧挡凸台，侧挡凸台与通槽配合。

横梁采用编织-拉挤成型工艺的制作过程为：先用一块长方体板作为编织机的芯轴，芯轴的结构与常规的综框横梁形状相同，编织机把碳纤维纱线编织在芯轴上形成碳纤维横梁预成型件，芯轴的一端依次穿过预浸渍基体工位、加热成型模及冷却模后被履带式输送装置牵引做直线运动，履带式输送装置牵引芯轴运动过程中，编织在芯轴上的碳纤维横梁预成型件依次经过预浸渍基体工位、加热成型模及冷却模的处理后，最后牵引装置把产品曳引出来，经过切断装置切成所需要的长度，以此来获得碳纤维复合材料的横梁成型件。

本发明的有益效果是，本发明综框中的横梁采用编织机编织而成，编织出来的结构具有强度高、质地轻、不分层等优点。采用编织技术可以简化增强复合材料在后续的加工工艺，保持了材料的强度以及刚度，也避免了对纤维的损伤。

附图说明

图1是本发明一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框的结构示意图；

图2是本发明一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框中横梁一端与综框侧挡一端连接处的拆分示意图；

图3是本发明一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框中横梁的编织-拉挤成型工艺流程图。

图中，1.横梁，2.综框侧挡，3.综框挂脚，4.侧挡凸台，5.通槽，6.编织机，7.芯轴，8.预浸渍基体工位，9.加热成型模，10.冷却模，11.履带式输送装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，如图1所示，包括两个平行设置的横梁1，两个横梁1之间垂直连接有综框侧挡2，其中一个横梁1的底部设有综框挂脚3，横梁1是采用编织-拉挤成型工艺制作而成的碳纤维复合材料结构。

如图2所示，横梁1内设有通槽5(即横梁1为空心结构)，综框侧挡2的上下两端分别设有侧挡凸台4，侧挡凸台4与通槽5配合。

横梁1采用编织-拉挤成型工艺的制作过程为：如图3所示，先用一块中空长方体板(即常规的横梁形状板)作为编织机6的芯轴7，编织机6把碳纤维纱线编织在芯轴7上形成碳纤维横梁基体，芯轴7的一端依次穿过预浸渍基体工位8、加热成型模9及冷却模10后被履带式输送装置11牵引做直线运动，履带式输送装置11牵引芯轴7运动过程中，通过编织机6编织在芯轴7上的碳纤维横梁结构依次经过预浸渍基体工位8、加热成型模9及冷却模10的处理后，最后形成了碳纤维复合材料的横梁1成型件。横梁1制作成型后，芯轴7随横梁1一起被抽走，再经过切断装置将横梁切成所需尺寸长度。

预浸渍基体工位8包括胶槽，胶槽内装有基体材料，基体材料可采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯树脂中的一种，胶槽底部设有恒温加热装置，预胶槽的作用是保证碳纤维材料从中经过后能充分地浸透基体。

加热成型模9是由硬度比较高的钢材制造，也可以用镀铬的方式来提高模腔的硬度和耐腐蚀性。模腔的形状与横梁1的断面形状一致，为减少横梁1通过时的摩擦阻力，模腔必须抛光处理。加热成型模9的外壁设有至少两个加热装置，加热装置一般采用电加热，或采用高频加热、射频加热方式。高频加热和射频加热可以提高固化速度和固化质量。加热成型模9腔内的温度沿长度方向不同。加热成型模9根据工艺要求提供不同的温度环境。

冷却模10为常规空腔结构，用于对加热成型后的横梁结构进行冷却固化。

3D编织-拉挤成型工艺是将编织工艺和拉挤成型工艺结合在一起。在3D编织-拉挤成型工艺中，要想改变材料预制件的特性，通过改变编织模块编织角的大小、纱线排列密度、编织环的位置和芯轴的形状等来改变其编织特性，再通过后续的在基体浸渍、在模具中固化成型、通过卷取系统的牵引、切断等工序，即可完成3D编织-拉挤预制件的制作。

本发明一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框的特点为，

1.本发明采用编织方式制作横梁，由于编织的复合材料具有优良的韧性和抗疲劳强度。在纤维缠绕复合材料中，裂纹很容易沿着纤维方向传播，然而在编织的复合材料中，每一个交错的编织点如同一个止裂器，来防止裂纹传播。因此，本发明中的横梁可将引起综框弯曲或变形的应力均匀地分布和转移，从而大大提高综框的抗疲劳性；

2.编织机6编织角的变化范围很大，可以从10到85度之间变化，编织物也有着更加稳固和各向同性的特性，因此，编织的横梁性能更好。

3.在复合材料中，编织得到的孔的强度是钻孔的1.8倍，因为钻孔不能保持纤维的连续性。

Claims (3)

1.一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，其特征在于：包括两个平行设置的横梁(1)，两个横梁(1)之间垂直连接有综框侧挡(2)，其中一个横梁(1)的底部设有综框挂脚(3)，横梁(1)是采用编织-拉挤成型工艺制作而成的碳纤维复合材料结构。

2.根据权利要求1所述的一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，其特征在于：所述横梁(1)内设有通槽(5)，综框侧挡(2)的上下两端分别设有侧挡凸台(4)，侧挡凸台(4)与通槽(5)配合。

3.根据权利要求1所述的一种三维编织整体成型碳纤维复合材料综框，其特征在于：所述横梁(1)采用编织-拉挤成型工艺的制作过程为：先用一块中空长方体板作为编织机(6)的芯轴(7)，编织机(6)把碳纤维纱线编织在芯轴(7)上形成碳纤维横梁结构，芯轴(7)的一端依次穿过预浸渍基体工位(8)、加热成型模(9)及冷却模(10)后被履带式输送装置(11)牵引做直线运动，履带式输送装置(11)牵引芯轴(7)运动过程中，通过编织机(6)编织在芯轴(7)上的碳纤维横梁基体依次经过预浸渍基体工位(8)、加热成型模(9)及冷却模(10)的处理后，最后形成了碳纤维复合材料的横梁(1)成型件。