CN111216266A - 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法 - Google Patents

一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111216266A
CN111216266A CN201911228271.1A CN201911228271A CN111216266A CN 111216266 A CN111216266 A CN 111216266A CN 201911228271 A CN201911228271 A CN 201911228271A CN 111216266 A CN111216266 A CN 111216266A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fiber preform
fiber
dimensional fiber
dimensional
preparing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911228271.1A
Other languages
English (en)
Inventor
闫丽
邓华
安学锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVIC Composite Corp Ltd
Original Assignee
AVIC Composite Corp Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVIC Composite Corp Ltd filed Critical AVIC Composite Corp Ltd
Priority to CN201911228271.1A priority Critical patent/CN111216266A/zh
Publication of CN111216266A publication Critical patent/CN111216266A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/06—Making preforms by moulding the material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/071—Preforms or parisons characterised by their configuration, e.g. geometry, dimensions or physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/06—Making preforms by moulding the material
    • B29B11/12—Compression moulding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2949/00—Indexing scheme relating to blow-moulding
    • B29C2949/07—Preforms or parisons characterised by their configuration
    • B29C2949/0715—Preforms or parisons characterised by their configuration the preform having one end closed

Abstract

本发明涉及一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，通过二维纤维预制体制备得到三维纤维预制体，具体为包括如下步骤：A.二维纤维预制体制备：采用热熔线将纤维丝束铺缝在基材上，制成二维纤维预制体；B.三维纤维预制体制备：将所述二维纤维预制体根据子预制体的铺层方案，安放于模具上，采用热隔膜成型工艺，以红外加热为热源，热隔膜膜片为介质，真空为驱动力，热熔缝线受热后定型得三维纤维预制体。该方法实现了基于铺缝工艺的三维纤维预制体的自动化制备，保证了产品的质量一致性和稳定性，大大提高了生产效率，节约了生产成本。

Description

一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料预成型技术领域，具体涉及一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法。
背景技术
纤维变角度牵引铺缝技术(VAT，Variable Angle Tow Placement，亦称TFP，Tailored Fiber Placement)，其基本原理是采用纱线将纤维丝束铺缝在基材上(如多轴无纺纤维织物)制备成纤维预成型体，然后通过复合材料液态成型工艺(RTM、VARI、RFI)制成复合材料制品。与传统的纤维铺放技术相比，TFP技术可根据产品的受力情况进行，任意设计和优化纤维的方向，能够实现纤维的连续变角度铺缝，可实现复合材料厚度上的逐渐变化，从而提高产品的承载能力。
TFP技术是通过计算机软件辅助设计了纤维铺放路径，然后将程序输入到纤维铺缝设备中，设备将按设计好的铺缝路径自动执行命令，因而得到铺放精度较高的纤维预制体，实现了纤维预制体的自动化制备。因其生产效率较高，应用领域广泛。在航空航天领域，TFP技术能够用于局部加强，可制造飞机舷窗，工形梁和加强筋等结构，还可用于制造机翼壁板、尾翼壁板，卫星或雷达天线的反射面等。交通运输领域，可用于生产汽车的车围、加筋面板、汽车座椅、脚踏板等结构。此外，TFP技术还广泛用于生产自行车车架、滑雪板、各种医疗器械、特殊接头等复合材料结构件。
现有技术中，制备上述复合材料零件的三维结构，采用手工操作的方法，将单个二维纤维预制体逐个变形为三维纤维预制体，以热熔线作为缝线，采用固化炉加热，热熔缝线受热后具有定型的功能，降温后每个二维纤维预制体变形为三维纤维预制体，但是变形过程，纤维角度变化不稳定，产品的质量不一致，每个二维预制体都需进行固化炉定型加热一次，生产效率较低。
发明内容
针对上述现有技术问题，本发明公开了一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，采用热隔膜成型工艺完成了二维纤维预制体到三维纤维预制体的制备。
本发明的技术方案：
一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，通过二维纤维预制体制备得到三维纤维预制体，具体为包括如下步骤：
A.二维纤维预制体制备：采用热熔线将纤维丝束铺缝在基材上，制成二维纤维预制体；
B.三维纤维预制体制备：将所述二维纤维预制体根据子预制体的铺层方案，安放于模具上，采用热隔膜成型工艺，以红外加热为热源，热隔膜膜片为介质，真空为驱动力，热熔缝线受热后定型得三维纤维预制体。
作为优选方案，所述热熔缝线为聚酰胺纱线，缝线的熔点为80℃～150℃。
作为优选方案，所述热隔膜成型工艺采用单隔膜或者双隔膜方式。
作为优选方案，所述步骤B中，以红外加热为热源，将热隔膜膜片和模具制件的密封腔室内部形成真空，控制真空压力、真空速率和热隔膜膜片的变形速率完成三维纤维预制体的变形，保温一段时间，冷却，去除真空和热隔膜膜片，取出三维纤维预制体。
作为优选方案，控制红外加热的温度高于聚酰胺纱线的熔点温度2℃～5℃，真空速率的范围为25kPa/min～400kPa/min,真空压差不低于0.085MPa，保温时间为5min～10min。
作为优选方案，所述热隔膜膜片选自橡胶膜片和/或真空袋膜。
作为优选方案，所述纤维选自以下任意一种或者多种的组合：玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、芳纶纤维。
作为优选方案，所述基材选自以下任意一种：尼龙纱网、聚酯纱网、玻璃纤维编织布、碳纤维编织布、玻璃纤维表面毡、聚酯无纺布。
本发明有益的技术效果：本发明提出的基于铺缝工艺的三维纤维预制体是一种纤维方向根据产品的受力情况可自由设计的纤维预制体，可提高产品的性能，采用纤维铺缝工艺，可实现厚度渐变区的制备，完成了单个或者多个二维纤维预制体的自动化制备，然后将单个或者多个二维预制体铺叠到一起，采用热隔膜成型工艺完成了二维纤维预制体到三维纤维预制体的制备，实现了基于铺缝工艺的三维纤维预制体的自动化制备，保证了产品的质量一致性和稳定性，大大提高了生产效率，节约了生产成本，制得的三维纤维预制体通过液态成型工艺可实现复合材料的低成本制备。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制；下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的材料、试剂，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
选用T300(6k)碳纤维丝束，熔点为85℃的聚酰胺纱线为热熔缝线，基材选用尼龙纱网(250目)，一组纤维预制体(编号1#)的纤维角度为45°/0°/-45°/90°，另一组纤维预制体(编号2#)的纤维角度为90°/-45°/0°/45°，采用纤维铺缝工艺，完成4组二维纤维预制体的铺缝，然后将1#、2#、3#和4#纤维预制体按照从下到上的顺序依次铺叠。将纵梁的L形结构模具放置在热隔膜设备中指定的位置，将铺叠好的纤维预制体按照模具的刻线位置放置在模具表面，热隔膜膜片是单层橡胶膜片，将热隔膜膜片和放置模具的设备腔室采用隔膜框固定并密封，打开红外加热，以10℃/min的升温速率升温到90℃，当纤维预制体的温度达到90℃时，以50kPa/min的的真空速率开始抽真空，橡胶膜片连同二维纤维预制体一同拉向模具，直到真空压力不低于0.085MPa,保温5min。然后停止加热，纤维预制体开始冷却。冷却期间，真空一直维持低于-0.085MPa.当纤维预制体的温度低于60℃以下，去除真空，完成三维纤维预制体的制备。
实施例2
选用T700(12k)碳纤维丝束，熔点为95℃的聚酰胺纱线为热熔缝线，基材选用聚酯纱网(250目)，两组纤维预制体(编号1#和2#)的纤维角度为45°/0°/-45°/90°，另两组纤维预制体(编号3#和4#)的纤维角度为90°/-45°/0°/45°，采用纤维铺缝工艺，完成4组二维纤维预制体的铺缝，然后将1#、2#、3#和4#纤维预制体按照从下到上的顺序依次铺叠。热隔膜膜片是两层真空袋膜(上膜片和下膜片)，将C形翼梁结构模具放置在热隔膜设备中指定的位置，将铺叠好的纤维预制体放在两层真空袋膜之间，将夹有二维纤维预制体的上下膜片一起按照模具的刻线位置放置在模具表面，两层真空袋膜之间以及下膜片和放置模具的设备腔室采用隔膜框固定并密封，首先去除上膜片和下膜片之间的真空，直到真空压差达到0.05MPa，然后打开红外加热，以10℃/min的升温速率升温到100℃，当纤维预制体的温度达到100℃时，以25kPa/min的的真空速率开始抽真空，橡胶膜片连同二维纤维预制体一同拉向模具，直到真空压差不低于0.085MPa,保温10min。然后停止加热，纤维预制体开始冷却。冷却期间，真空一直维持低于-0.085MPa.当纤维预制体的温度低于60℃以下，去除真空，完成三维纤维预制体的制备。
实施例3
选用T800(12k)碳纤维丝束，熔点为115℃的聚酰胺纱线为热熔缝线，基材选用玻璃纤维布(EW100A)，两组纤维预制体(编号1#和2#)的纤维角度为60°/-60°/0°/0°，一组纤维预制体(编号3#)的纤维角度为60°/-60°，另两组维预制体(编号1#和2#)的纤维角度为0°/60°/-60°/60°，其中0°是沿舷窗结构的环向方向，进行局部加强，采用纤维铺缝工艺，完成5组二维纤维预制体的铺缝，然后将1#、2#、3#、4#和5#纤维预制体按照从下到上的顺序依次铺叠。将舷窗结构模具放置在热隔膜设备中指定的位置，将铺叠好的纤维预制体按照模具的刻线位置放置在模具表面，热隔膜膜片是单层橡胶膜片，将热隔膜膜片和放置模具的设备腔室采用隔膜框固定并密封，打开红外加热，以10℃/min的升温速率升温到120℃，当纤维预制体的温度达到120℃时，以80kPa/min的的真空速率开始抽真空，橡胶膜片连同二维纤维预制体一同拉向模具，直到真空压力不低于0.085MPa，保温5min。然后停止加热，纤维预制体开始冷却。冷却期间，真空一直维持低于0.085MPa。当纤维预制体的温度低于60℃以下，去除真空，完成三维纤维预制体的制备。

Claims (8)

1.一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，通过二维纤维预制体制备得到三维纤维预制体，具体为包括如下步骤：
A.二维纤维预制体制备：采用热熔线将纤维丝束铺缝在基材上，制成二维纤维预制体；
B.三维纤维预制体制备：将所述二维纤维预制体根据子预制体的铺层方案，安放于模具上，采用热隔膜成型工艺，以红外加热为热源，热隔膜膜片为介质，真空为驱动力，热熔缝线受热后定型得三维纤维预制体。
2.根据权利要求1所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述热熔缝线为聚酰胺纱线，缝线的熔点为80℃～150℃。
3.根据权利要求1或2所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述热隔膜成型工艺采用单隔膜或者双隔膜方式。
4.根据权利要求3所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，以红外加热为热源，将热隔膜膜片和模具制件的密封腔室内部形成真空，控制真空压力、真空速率和热隔膜膜片的变形速率完成三维纤维预制体的变形，保温一段时间，冷却，去除真空和热隔膜膜片，取出三维纤维预制体。
5.根据权利要求4所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，控制红外加热的温度高于聚酰胺纱线的熔点温度2℃～5℃，真空速率的范围为25kPa/min～400kPa/min,真空压差不低于0.085MPa，保温时间为5min～10min。
6.根据权利要求3或4所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述热隔膜膜片选自橡胶膜片和/或真空袋膜。
7.根据权利要求1或2所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述纤维选自以下任意一种或者多种的组合：玻璃纤维、碳纤维、石英纤维、芳纶纤维。
8.根据权利要求1或2所述的基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，其特征在于，所述基材选自以下任意一种：尼龙纱网、聚酯纱网、玻璃纤维编织布、碳纤维编织布、玻璃纤维表面毡、聚酯无纺布。
CN201911228271.1A 2019-12-04 2019-12-04 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法 Pending CN111216266A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911228271.1A CN111216266A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911228271.1A CN111216266A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111216266A true CN111216266A (zh) 2020-06-02

Family

ID=70810430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911228271.1A Pending CN111216266A (zh) 2019-12-04 2019-12-04 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111216266A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10123064A1 (de) * 2001-05-11 2002-11-28 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform
CA2447745A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-03 Mastercore Technologies Ltd. Pultrusion forming of foamed panels
JP2006123404A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Toray Ind Inc Ｆｒｐ成形用強化繊維基材の賦形方法
CN101228022A (zh) * 2005-07-22 2008-07-23 空中客车德国有限公司 用于通过tfp工艺生产单层或多层纤维预型件的方法以及一种衬垫层
CN101418840A (zh) * 2008-11-26 2009-04-29 南京航空航天大学 C/c复合材料刹车盘铺缝方法
CN103192464A (zh) * 2011-12-01 2013-07-10 高科技空间航空股份有限公司 制造预制坯的方法
CN105128357A (zh) * 2015-08-13 2015-12-09 山东大学 一种层间加强二维/三维编织复合材料汽车板簧及其制备方法
CN106163775A (zh) * 2014-04-08 2016-11-23 沙特基础工业全球技术有限公司 制造复合预制件的方法
WO2018195074A2 (en) * 2017-04-17 2018-10-25 Coats Group Plc Fiber preform and method of making the same
CN109986799A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 高级航空技术有限责任公司 用于制造纤维预制件的方法和设备

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10123064A1 (de) * 2001-05-11 2002-11-28 Eads Deutschland Gmbh Verfahren zum Herstellen einer TFP-Preform
CA2447745A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-03 Mastercore Technologies Ltd. Pultrusion forming of foamed panels
JP2006123404A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Toray Ind Inc Ｆｒｐ成形用強化繊維基材の賦形方法
CN101228022A (zh) * 2005-07-22 2008-07-23 空中客车德国有限公司 用于通过tfp工艺生产单层或多层纤维预型件的方法以及一种衬垫层
CN101418840A (zh) * 2008-11-26 2009-04-29 南京航空航天大学 C/c复合材料刹车盘铺缝方法
CN103192464A (zh) * 2011-12-01 2013-07-10 高科技空间航空股份有限公司 制造预制坯的方法
CN106163775A (zh) * 2014-04-08 2016-11-23 沙特基础工业全球技术有限公司 制造复合预制件的方法
CN105128357A (zh) * 2015-08-13 2015-12-09 山东大学 一种层间加强二维/三维编织复合材料汽车板簧及其制备方法
WO2018195074A2 (en) * 2017-04-17 2018-10-25 Coats Group Plc Fiber preform and method of making the same
CN109986799A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 高级航空技术有限责任公司 用于制造纤维预制件的方法和设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2615255C (en) Method for producing single- or multi - layered fiber preforms by the tfp process as well as a backing layer
EP2195157B1 (en) Composite structure and releted method to obtain it
JP6966848B2 (ja) 補強材を有する複合構造体及びその製造方法
US5569344A (en) Methods of producing structurally reinforced thermoplastic-fabric composite contruction material that are moldable
AU2017209441B2 (en) Fabrication of complex-shaped composite structures
CN102516569B (zh) 碳纳米管无纺布层间改性纤维增强复合材料的制备方法
US7919030B2 (en) Method for producing single- or multi-layered fiber preforms by the TFP Process as well as a fixing thread and backing layer
CN103963319A (zh) 一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法
AU2013361406A1 (en) Method for forming shaped preform
CN103895315A (zh) Glare构件的制备成形方法
JP2010534583A (ja) 複合材料からなる湾曲部材の製造方法
CN105014870B (zh) 一种碳纤维复合材料汽车零部件的制备方法
EP3536840B1 (en) Composite material reinforcement substrate, composite material, and production method for composite material reinforcement substrate
CN109572091A (zh) 连续纤维增强金属基复合材料的制备方法
CN106626718A (zh) 一种提高碳纤维针刺预制体密度的方法
CN104260368B (zh) 卫星用大型空间可展开复合材料构件的制造方法
CN111216266A (zh) 一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法
JP4670313B2 (ja) Ｆｒｐ成形用強化繊維基材の賦形方法
CN110576625B (zh) 单向开口复合材料箱体成型方法
CN109334045A (zh) 一种腔体结构及其制备方法
JP2023011570A (ja) サンドイッチ状の複合材料の調製方法
CN112721240B (zh) 增韧的树脂传递模塑成型纤维铺缝复合材料及其制备方法
US20220009128A1 (en) Method for manufacturing a fibre preform
Fazeli et al. High-performance lightweight multifunctional composites based on 3D-shaped multilayered woven fabrics
EP3774307B1 (en) Fibre flattening

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200602