CN113119496A - 一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，包括以下步骤：将第一U形芯轴和第二U形芯轴相对扣紧合成的椭圆型芯轴；将碳纤维和玻璃纤维通过环形编织方法将椭圆型芯轴制备成织物增强体；将碳纤维和玻璃纤维在椭圆型芯轴外层每编制一层，通过胶带将椭圆型芯轴接缝处固定，沿切割线切割，将织物增强体上下两部分织物进行分离，得到两个U形织物；将切割好的U形织物放置在U形模具中固化得到U形复合材料管；切割U形复合材料管中多余部分，得到半圆管结构的纤维增强复合材料；本发明在U形芯轴接缝处切割织物能够有效切出包含一个半圆的织物增强体，能够有效降低复合材料半圆管的固化回弹，保证复合材料半圆管的制备精度。

Description

一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法
技术领域
本发明涉及纤维增强复合材料制备技术领域，具体涉及一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法。
背景技术
碳纤维增强复合材料具有高的强度，多用于航空航天等对轻量化有要求的领域，纤维增强复合构件通常需要加热固化。尽管固化过程增强了复合结构，但也会引入残余应力，这些残余应力会在冷却后保留在结构中，导致零件从工具中取出后发生结构变形。
复合材料半圆管作为常用的结构件有着广泛的应用需求，但是半圆管的结构精度也极易受固化回弹的影响。这导致零件参数不符合设计规范，也造成安装困难。并且这可能导致在组装过程中引入一定的外力，造成内部应力甚至导致结构损伤，影响构件的服役安全性。
为解决上述问题，本发明提出一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，以克服现有技术中的所述缺陷。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，其能够有效降低复合材料半圆管的固化回弹，提高复合材料半圆管的制备精度。
为了实现上述技术目的，本发明的技术方案如下：
一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，包括以下步骤：
步骤1；将第一U形芯轴和第二U形芯轴相对扣紧合成的椭圆型芯轴；
步骤2；将碳纤维和玻璃纤维通过环形编织方法将所述椭圆型芯轴制备成织物增强体；
步骤3；将所述碳纤维和所述玻璃纤维在所述椭圆型芯轴外层每编制一层，通过胶带将所述椭圆型芯轴接缝处固定，沿切割线切割，将所述织物增强体上下两部分织物进行分离，得到两个U形织物；
步骤4；将切割好的所述U形织物放置在U形模具中固化得到U形复合材料管；
步骤5，切割所述U形复合材料管中多余部分，得到半圆管结构的纤维增强复合材料。
优选地，所述第一U形芯轴和所述第二U形芯轴通过燕尾槽滑道连接而成，并在连接外表面设有接缝的所述椭圆形芯轴。
优选地，步骤2的具体步骤如下：
首先，编织过程采用环形编织装置完成，通过机械手控制所述第一U形芯轴和所述第二U形芯轴缓慢向导向环移动，所述碳纤维和所述玻璃纤维从所述椭圆型芯轴的端部开始混合编织；调整所述碳纤和所述玻璃纤维的混合比例可以降低复合材料的固化回弹，编织完成后，将覆盖编织织物的所述椭圆型芯轴取下，得到编织织物，
其次，所述编织织物设有编织角，调整所述编织角可以改变织物结构；通过涉及每层的所述编织角，形成编织角在层间的梯度变化，可以降低固化回弹。
优选地，所述多余部分是指除去半圆管之外的部分。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果如下：
1.本发明基于应对固化回弹的编织复合材料半圆管的制备方法采用U形芯轴进行编织织物，在U形芯轴接缝处切割织物能够有效切出包含一个半圆的织物增强体。
2.本发明基于应对固化回弹的编织复合材料半圆管的制备方法采用碳纤维与玻璃纤维混合，并调整每层织物的编织角，形成梯度变化，能够有效降低复合材料半圆管的固化回弹，保证复合材料半圆管的制备精度。
附图说明
图1为本发明一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法中环形编织示意图；
图2为本发明一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法中织物切割分离过程示意图；
图3为本发明一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法的U形模具示意图；
附图标记：1、第一U形芯轴，2、第二U形芯轴，3、碳纤维，4、玻璃纤维，5、导向环，6、环形编织装置，7、切割线，8、胶带，9、U形模具，10、凹槽。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特征细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请所提供的实施例中，应理解，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。
结合附图1-3，本发明提供一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，包括以下步骤：
步骤1；将第一U形芯轴1和第二U形芯轴2相对扣紧合成的椭圆型芯轴；
进一步说明，第一U形芯轴1和第二U形芯轴2通过燕尾槽滑道连接而成，并在连接外表面设有接缝的椭圆形芯轴。
步骤2；将碳纤维3和玻璃纤维4通过环形编织方法将椭圆型芯轴制备成织物增强体；
首先，编织过程采用环形编织装置完成，通过机械手控制第一U形芯轴1和第二U形芯轴2缓慢向导向环移动，碳纤维3和玻璃纤维4从椭圆型芯轴的端部开始混合编织；调整碳纤3和玻璃纤维4的混合比例可以降低复合材料的固化回弹，编织完成后，将覆盖编织织物的椭圆型芯轴取下，得到编织织物，
其次，编织织物设有编织角，调整编织角可以改变织物结构；通过涉及每层的编织角，形成编织角在层间的梯度变化，可以降低固化回弹。
步骤3；将碳纤维3和玻璃纤维4在椭圆型芯轴外层每编制一层，通过胶带8将椭圆型芯轴接缝处固定，沿切割线7切割，将织物增强体上下两部分织物进行分离，得到两个U形织物；
步骤4；将切割好的U形织物放置在U形模具9中固化得到U形复合材料管；
步骤5，切割U形复合材料管中多余部分，得到半圆管结构的纤维增强复合材料。
优选地，多余部分是指除去半圆管之外的部分。
实施例1，本发明为一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，包括如下工艺步骤
步骤1中，芯轴由两个U形芯轴1和2通过燕尾槽滑道相对扣紧合成的椭圆形芯轴，U形芯轴半圆直径为130mm，燕尾槽采用国家标准JB/ZQ4241-1997中的A系列，其槽宽为45mm，芯轴长度为500mm。椭圆形芯轴截面长和宽分别为：230mm、130mm。
步骤2中的，编织方法采用一种环形编织装置6，由第一U形芯轴1，第二U形芯轴2和导向环5组成，导向环5内径为300mm，该编织装置有72个偏纱，36个轴纱。偏纱每两个一组，每组对应两个锭子，采用型号为T70012k的碳纤维，型号为无碱玻璃纤维1200TEX的玻璃纤维，将缠绕碳纤维1和玻璃纤维2的锭子交错安装在环形编织装置的偏纱和轴纱上。
步骤3中的编织过程为：椭圆型芯轴保持碳纤维3和玻璃纤维4的张紧，并确定织物形状和固定织物的位置，玻璃纤维4和碳纤维3通过导向环5在椭圆型芯轴表面进行编织。每编织一层，沿U型芯轴的接缝处用胶带8对织物固定，将芯轴取下，机械手回到初始位置，开始进行下一层的编织，直到编织10层为止，所编层号由编织的先后顺序确定，编织纤维具有一定的编织角，调整编织角可以改变织物结构；通过涉及每层的编织角，形成编织角在层间的梯度变化，可以降低固化回弹。第1～4层织物编织角度为30°，第5～7层织物编织角度为45°，第8～10层织物编织角度为60°。编织完成后，沿着芯轴的两条接缝即沿着芯轴的切割线7对10层织物进行切割分离。
步骤4中，U形模具9事先涂上脱模剂，使得固化后的复合材料便于与模具分离，将切割后的织物放置在U形模具9中凹槽10里，按照前一步骤的织物每层编织角度对切割后的织物进行堆叠，堆叠完成后，在U形模具9的边缘贴附一周黑胶，在编织物上方盖上脱模布和导流网，导流网比脱模布略小，随后在模具两侧插入导流管，上述所有步骤完成后，用真空包对其进行覆盖，确保真空包与黑胶完全贴合。固化需要在真空条件下进行，所以要对其进行气密性测试，测得气密性完好之后，则开始配制环氧树脂与固化剂的混合液体，环氧树脂与固化剂的比例为100：32。取环氧树脂200g，固化剂64g，混合后搅拌均匀，由于搅拌过程会引入气泡，所以搅拌后要用真空罐里排除混合液体中的气泡，最后在真空环境中固化织物，待树脂用尽，将制备的复合材料管静置12个小时，随后将其放入烤箱中70℃加热16小时，以加速环氧树脂与固化剂的反应，并消除一定的残余应力。加热完成后，将复合材料管从模具中分离。
步骤5中，将前一步骤制备的复合材料管夹持在线切割机上，用线切割机切去U形复合材料管中半圆管之外的多余部分。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前叙述实施对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。

Claims (4)

1.一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1；将第一U形芯轴(1)和第二U形芯轴(2)相对扣紧合成的椭圆型芯轴；
步骤2；将碳纤维(3)和玻璃纤维(4)通过环形编织方法将所述椭圆型芯轴制备成织物增强体；
步骤3；将所述碳纤维(3)和所述玻璃纤维(4)在所述椭圆型芯轴外层每编制一层，通过胶带(8)将所述椭圆型芯轴接缝处固定，沿切割线(7)切割，将所述织物增强体上下两部分织物进行分离，得到两个U形织物；
步骤4；将切割好的所述U形织物放置在U形模具(9)中固化得到U形复合材料管；
步骤5，切割所述U形复合材料管中多余部分，得到半圆管结构的纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，其特征在于，所述第一U形芯轴(1)和所述第二U形芯轴(2)通过燕尾槽滑道连接而成，并在连接外表面设有接缝的所述椭圆形芯轴。
3.根据权利要求1所述的一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，其特征在于，步骤2的具体步骤如下：
首先，编织过程采用环形编织装置完成，通过机械手控制所述第一U形芯轴(1)和所述第二U形芯轴(2)缓慢向导向环移动，所述碳纤维(3)和所述玻璃纤维(4)从所述椭圆型芯轴的端部开始混合编织；调整所述碳纤(3)和所述玻璃纤维(4)的混合比例可以降低复合材料的固化回弹，编织完成后，将覆盖编织织物的所述椭圆型芯轴取下，得到编织织物，
其次，所述编织织物设有编织角，调整所述编织角可以改变织物结构；通过涉及每层的所述编织角，形成编织角在层间的梯度变化，可以降低固化回弹。
4.根据权利要求1所述的一种降低固化回弹的编织复合材料半圆管制备方法，其特征在于，所述多余部分是指除去半圆管之外的部分。
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