CN109972271B - 一种变厚度预制体、一种复合部件以及一种变厚度预制体的减纱方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种变厚度预制体一种复合部件以及一种变厚度预制体的减纱方法，其中变厚度预制体包括：主体纤维部分，由若干经纱和纬纱构成；抽出部分，由构成主体纤维部分的经纱和纬纱脱离主体纤维部分的抽出纤维构成，抽出部分使预制体产生至少一个方向上的纤维数量的减少；抽出纤维包括从主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱，抽出纬纱不包括抽出时位于表层经纱外侧的纬纱。从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性；通过对抽出点结构运动规律调整优化，以获得变厚度形面预制体净成型制造。

Description

一种变厚度预制体、一种复合部件以及一种变厚度预制体的 减纱方法

技术领域

本发明涉及三维机织复合材料技术领域，具体涉及一种变厚度预制体、一种复合部件以及一种变厚度预制体的减纱方法。

背景技术

三维机织预制体中增强纤维在空间内相互交织，具有较好的结构整体性，三维机织预制体作为复合材料增强结构应用越来越广泛。在实际工程应用中，有些复合材料部件截面尺寸发生变化，如沿着预制体织造长度方向和宽度方向厚度逐渐减小；为了实现净形制造，预制体制备通常采用减纱方式实现厚度变化。

在减纱过程中，通常在抽出点将位于该抽出点之后的纬纱减去以实现厚度的减少，当该纬纱在抽出点处减去后，该纬纱保留部分对抽出点相邻的经纱捆绑力减弱，易出现抽出点相邻经纱脱散现象。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的预制体减纱过程中易发生松脱的缺陷，从而提供一种变厚度预制体、一种复合部件以及一种变厚度预制体的减纱方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种变厚度预制体，包括：

主体纤维部分，由若干经纱和纬纱构成；

抽出部分，由构成所述主体纤维部分的所述经纱和纬纱脱离所述主体纤维部分的抽出纤维构成，所述抽出部分使所述预制体产生至少一个方向上的纤维数量的减少；

所述抽出纤维包括从所述主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱，所述抽出纬纱不包括抽出时位于表层经纱外侧的纬纱。

进一步地，所述抽出纬纱自所述主体纤维部分的表层开始抽出。

进一步地，所述抽出经纱自所述主体纤维部分表层以下的第二层开始抽出。

进一步地，所述抽出经纱在所述抽出点与主体纤维部分的纬纱交织后抽出。

进一步地，纤维数量沿所述预制体的厚度方向减少。

进一步地，所述抽出纤维自所述预制体厚度方向的上下表层向中部对称抽出。

进一步地，所述抽出纤维自所述抽出点被中断。

一种复合部件，其包括：

预制体，为如上述任意一项所述的变厚度预制体；

以及基体，其与所述预制体通过复合成型为所述复合部件。

进一步地，所述基体为树脂。

一种变厚度预制体的减纱方法，其包括以下步骤：

将所述预制体自抽出点抽出部分纤维以实现主体纤维部分的数量减少；其中抽出纤维包括从所述主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱；

所述抽出纬纱自所述预制体的表层开始抽出，若抽出时抽出纬纱位于表层经纱外侧则暂不抽出。

进一步地，所述抽出经纱自所述预制体的表面第二层开始抽出。

进一步地，所述抽出纬纱需被表层经纱压织后抽出。

进一步地，所述抽出经纱在所述抽出点与主体纤维部分的纬纱交织后抽出。

本发明技术方案，具有如下优点：

1、本发明提供的一种变厚度预制体，包括：主体纤维部分，由若干经纱和纬纱构成；抽出部分，由构成主体纤维部分的经纱或纬纱脱离主体纤维部分的抽出纤维构成，抽出部分使预制体产生至少一个方向上的纤维数量的减少；抽出纤维包括从主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱，抽出纬纱不包括抽出时位于表层经纱外侧的纬纱。通过不切断表层经纱，确保了预制体外观结构的完整性且避免表层纤维松散导致的预制体整体松散；通过对抽出点结构运动规律调整优化，避免了预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性，获得变厚度形面预制体净成型制造。

2、本发明提供的一种复合部件，由于包含上述预制体，因此包含上述预制体所带来的一切优点。

3、本发明提供的一种变厚度预制体的减纱方法，包括：将预制体自抽出点抽出部分纤维以实现主体纤维部分的数量减少；其中抽出纤维包括从主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱；抽出纬纱自预制体的表层开始抽出，若抽出时抽出纬纱位于表层经纱外侧则暂不抽出。通过将相邻主体纤维部分的表层纤维保留；从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性；通过对抽出点结构运动规律调整优化，以获得变厚度形面预制体净成型制造。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为预制体第一列纤维结构截面图；

图2为预制体第二列纤维结构截面图；

图3为预制体第三列纤维结构截面图。

附图标记说明：

1－预制体；2－抽出经纱；3－主体纤维部分；4－抽出点；5－暂留纬纱；a1－第一列经纱；a2－第二列经纱；a3－第三列经纱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例

本发明记载的一种复合部件，其包括预制体1和基体(未在图中示出)，其中基体与预制体1通过复合成型为复合部件。本实施例中的基体为树脂；预制体由碳纤维或玻璃纤维等增强纤维制成。本实施例通过树脂传递模塑(RTM)进行复合成型。当然，也可通过其他各种复合方法，例如液态树脂注塑、树脂膜熔渗、树脂浸渍或树脂渗透进行部件复合成型。

本实施例的一种预制体1，具体为一种存在减纱的变厚度预制体，其包括主体纤维部分3，主体纤维部分3由若干经纱和纬纱构成；其中由构成主体纤维部分3的经纱和纬纱脱离主体纤维部分3后抽出的纤维构成抽出部分，抽出部分使预制体1产生至少一个方向上的纤维数量的减少；抽出纤维包括从主体纤维部分中自抽出点4抽出的抽出经纱2和抽出纬纱，抽出纬纱不包括抽出时位于表层经纱外侧的纬纱。通过不切断表层经纱，确保了预制体外观结构的完整性，通过不切断压制表层经纱的纬纱避免表层纤维松散导致的预制体整体松散；从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性。

其中本实施例中纤维数量沿预制体的厚度方向减少，以图1－3为例，图1中a11向a16延伸方向、图2中a21向a26延伸方向、图3中a31向a36延伸方向为预制体的厚度方向。本实施例中的抽出纤维自抽出点4被中断，即被切断。

本发明的减纱原则如下：

抽出经纱2自主体纤维表层以下的第二层开始抽出，即经纱需要减纱时，为确保预制体表面的完整性，处于表层的经纱不减去，经纱从图1－3中预制体上侧和/或下侧的第二层开始向中心减少；抽出纬纱自主体纤维部分3的表层开始抽出，即纬纱则从图1－3中预制体上侧和/或下侧的第一层向中心减少。

抽出纤维自预制体厚度方向的上下表层向中部对称抽出减少：纤维减少层数为偶数时，自预制体厚度方向的上下表层向中心对称减少，即当需要减去偶数层纤维2n(n为大于0的整数)时，从上表面和下表面分别向中心减去n层；当纤维减少层数为奇数时，第一次上表面比下表面多减去一层，第二次下表面比上表面多减去一层，由此类推，以实现预制体整体的对称；其中减去的一层纤维中包括位于同一层的抽出经纱和抽出纬纱。

具体地，当由主体纤维部分3抽出纬纱时，虽然从位于预制体的第一层纬纱开始抽出，但是抽出纬纱不包括抽出时位于预制体表层经纱外侧的纬纱；当原本应当抽出的纬纱在抽出点4处，位于主体纤维部分3的表层经纱外侧(外侧指自图1中的预制体中心向上表面或下表面延伸的方向)时，该根纬纱暂不抽出，待经过与相邻的下一列的表层经纱交织后再抽出。

当由主体纤维部分3抽出经纱时，抽出经纱2不包括位于主体纤维部分3表层的经纱。即本实施例中的预制体在减纱时第一层经纱保留不抽出，从预制体的第二层经纱开始抽出经纱；且抽出经纱2需与主体纤维部分3的纬纱交织后再抽出；由此避免预制体内的主体纤维部分3的纤维组织发生松散。

本发明记载了一种变厚度预制体的减纱方法，其主要包括以下步骤：

将所述预制体自抽出点4抽出部分纤维以实现主体纤维部分3的数量减少；其中抽出纤维包括从主体纤维部分3中自抽出点4抽出的抽出经纱2和抽出纬纱；抽出纬纱自预制体的表层开始抽出，若抽出时抽出纬纱位于表层经纱外侧则暂不抽出，直至抽出部分的纤维不处于预制体的表层后抽出。通过将预制体的表层纤维保留；从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性。

本实施例的具体减纱方法如下，其中图1－3中为一种减纱层数为偶数的操作过程：

如图1－3所示，为本实施例中的变厚度预制体沿垂直于纬纱方向依次切断的三个截面示意图，其中纬纱沿垂直于纸面的方向延伸，图1－3分别为相邻的第一列经纱a1、第二列经纱a2和第三列经纱a3的截面示意图。其中本实施例中第一列经纱不进行减纱；从图2所示的第二列经纱a2开始减纱，因此第二列和第三列经纱和纬纱均存在减纱。

如图1所示为未减纱的预制体1主体纤维的纵截面示意图(纵截面指垂直于纬纱方向的截面)；预制体1主体纤维部分3的每列经纱均包括六层经纱和五层纬纱，每层经纱均对应16纬，预制体1的表层为三上一下交织结构。其中图1－3中e11指第一纬第一层纬纱，e21为第二纬第一层纬纱，依次类推e161位第16纬第一层纬纱；e12为第一纬第二层纬纱，依次类推e162为第16纬第二层纬纱，其他纬纱标号原则以此类推不再赘述；且图1－3中的纬纱是一一对应的，例如图1中的e11与图2和图3中的e11为同一根纬纱。

其中第一列经纱a1包括六层经纱a11～a16，纬纱包括与之交织的五层纬纱e1～e5。第一列经纱中与上表层经纱a11交织的纬纱为e41、e81、e121、e161，与下表层经纱a16交织的纬纱分别为e35、e75、e115、e155。

图2所示为与图1相邻的第二列经纱结构示意图，其中第二列经纱a2同样包括六层经纱a21～a26，纬纱包括与之交织的五层纬纱e1～e5，每层经纱均对应16纬。对于第二列经纱，与上表层经纱a21交织的纬纱为e31、e72、e112、e152，与下表层经纱a26交织的纬纱分别为e25、e64、e104、e144。其中减纱时，第二列经纱的第一层经纱a21保留，从第二列经纱的第二层经纱a22开始减纱，第二层经纱a22在抽出点4处被抽出，且经纱a22在与纬纱e52交织后被抽出；同时位于下侧第5层经纱a25在另一抽出点4处被抽出，且经纱a25与纬纱e44交织后被抽出。

如图2所示，当第二列中的第二层经纱a22在抽出点4抽出后，通常在沿经纱a22延伸方向上的一层纬纱e61－e161均同时被减去；然而参见图1，由于纬纱e81、e121和e161属于与第一列经纱中的表面经纱a21交织的纬纱，若在第二列中将纬纱e81、e121和e161减去，则第一列中的纬纱e81、e121和e161即失去了对第一列第一层经纱a11的捆绑压制作用，则会引起纱线第一列表层经纱a11因交织点捆绑力不够而脱散。

为了解决纱线脱散问题，本实施例中，将第二列中涉及到与第一列中表层经纱a11交织(即处于经纱a11外侧)的纬纱e81、e121和e161暂不减去，仍然保留，由此纬纱e81、e121和e161构成暂留纬纱5，三根暂留纬纱5被第二列表层经纱a21压织后再从第三列抽出减去，由此间接提高了纬纱e81、e121和e161在第一列中对表层经纱a11的捆绑作用。若第三列在该三纬纱e81、e121和e161之前上表面经纱层数有减少，则纬纱e81、e121和e161将在第三列被减掉，如图3所示，第三列第二行经纱a32在抽出点减掉后，由于纬纱e81、e121和e161不构成第二列与第二列表层经纱a21交织的纬纱，因此纬纱e81、e121和e161在第三列被减掉。

上述方式确保了第一列中的处于交织点的纬纱e81、e121和e161其端部被第二列表层经纱a21压住，由此在第一列中纬纱e81、e121和e161任对第一列表层经纱a11仍具有压制作用，确保第一列的表层经纱a11不会松脱，从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性；本实施例通过对位于抽出点4的纬纱的抽出进行调整优化，以获得变厚度形面预制体净成型制造。

图3所示为与图2相邻的第三列经纱结构示意图，其中第三列经纱a3同样包括六层经纱a31～a36，纬纱包括与之交织的五层纬纱e1～e5，每层经纱均对应16纬。其中第三列经纱a3从第二层经纱a32开始减纱，第二层经纱a32在抽出点4被抽出，且经纱a32与纬纱e22交织后被抽出；同时位于下侧第5行经纱a35在另一抽出点4处被抽出，且经纱a35与纬纱e34交织后被抽出。

与此类似，第三列经纱a3中的第二行经纱a32在抽出点4抽出后，通常在沿经纱a31延伸方向上的一层纬纱e31－e161均同时被减去；然而参见附图2由于纬纱e31属于与第二列经纱中的表面经纱a21交织的纬纱，若在第三列中将纬纱e31减去，则纬纱e31即失去了对第二列第一层经纱a21的捆绑压制作用，则会引起纱线第二列表层经纱a21因交织点捆绑力不够而脱散。因此参见附图2，将第三列经纱a3中涉及到与第二列中表层经纱a21交织的纬纱e31暂不减去，此时纬纱e31构成暂留纬纱5。

同时，第三列经纱a3中的第三行经纱a33在抽出点4抽出后，通常在沿经纱a33延伸方向上的一层纬纱e112－e162均同时被减去；然而参见附图2由于纬纱e112、e152均属于与第二列经纱中的表面经纱a21交织的纬纱，若在第三列中将纬纱e112、e152减去，则纬纱e112、e152即失去了对第二列第一层经纱a21的捆绑压制作用，则会引起纱线第二列表层经纱a21因交织点捆绑力不够而脱散。因此参见附图2，将第三列经纱a3中涉及到与第二列中表层经纱a21交织的纬纱e112、e152暂不减去，同样纬纱e112和e152构成暂留纬纱5。确保第二列的表层经纱a21不会松脱，从而避免预制体因减纱带来的纱线脱散现象，提高预制体整体性；通过对位于抽出点4的纬纱的抽出进行调整优化，以获得变厚度形面预制体净成型制造。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种变厚度预制体，包括：

主体纤维部分，由若干经纱和纬纱构成；

抽出部分，由构成所述主体纤维部分的所述经纱和纬纱脱离所述主体纤维部分的抽出纤维构成，所述抽出部分使所述预制体产生至少一个方向上的纤维数量的减少；

其特征在于：

所述抽出纤维包括从所述主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱，所述抽出纬纱不包括暂留纬纱位于抽出点所在列的纬纱部分；所述暂留纬纱为抽出点所在列相邻一列中位于表层经纱外侧的纬纱；所述暂留纬纱在抽出点所在列相邻的一列中去除；

所述抽出纬纱自所述主体纤维部分的表层开始抽出；

所述抽出经纱自所述主体纤维部分表层以下的第二层开始抽出；

所述抽出经纱在所述抽出点与主体纤维部分的纬纱交织后抽出。

2.根据权利要求1所述的变厚度预制体，其特征在于：纤维数量沿所述预制体的厚度方向减少。

3.根据权利要求2所述的变厚度预制体，其特征在于：所述抽出纤维自所述预制体厚度方向的上下表层向中部对称抽出。

4.根据权利要求2或3所述的变厚度预制体，其特征在于：所述抽出纤维自所述抽出点被中断。

5.一种复合部件，其特征在于包括：

预制体，为如权利要求1－4任意一项所述的变厚度预制体；

以及基体，其与所述预制体通过复合成型为所述复合部件。

6.根据权利要求5所述的复合部件，其特征在于：所述基体为树脂。

7.一种变厚度预制体的减纱方法，其特征在于包括以下步骤：

将所述预制体自抽出点抽出部分纤维以实现主体纤维部分的数量减少；其中抽出纤维包括从所述主体纤维部分中自抽出点抽出的抽出经纱和抽出纬纱；

所述抽出纬纱自所述预制体的表层开始抽出，所述抽出纬纱不包括暂留纬纱位于抽出点所在列的纬纱部分；所述暂留纬纱为抽出点所在列相邻一列中位于表层经纱外侧的纬纱；所述暂留纬纱在抽出点所在列相邻的一列中去除。

8.根据权利要求7所述的减纱方法，其特征在于：所述抽出经纱自所述预制体的表面第二层开始抽出。

9.根据权利要求7或8所述的减纱方法，其特征在于：所述抽出纬纱需被表层经纱压织后抽出。

10.根据权利要求9所述的减纱方法，其特征在于：所述抽出经纱在所述抽出点与主体纤维部分的纬纱交织后抽出。

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