CN113846431A - 一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法，该制备方法采用“缝合底面‑置入内外模具‑整体缝合成型”的方式，具体步骤如下：1)裁剪一定尺寸的纤维布，在其中央区域进行缝合，后沿缝合边放置小盒并固定模具位置；将纤维沿水平方向剪开，用缝合线将对接口缝合；2)重复上述步骤，进行四个小盒的铺放、缝合工作；3)四个小盒全部铺放好后，将其棱边相对拼接组成一个大盒，拼接处的空隙放入一定量纤维束，确保预制体的力学性能；4)裁剪一定尺寸的纤维布，将其包覆在拼接得到的大盒上，放入到大盒模具内；5)对预制体的底部、侧面和加强筋进行缝合，后取出四个小盒和外侧大盒，对其边角处、加强筋与布面连接处进行缝合、完善。对于盒状加筋三维织物预制体的缝合，本发明可以有效的为盒状异型件边角处提供约束，成型效果好，可显著提高预制体的体积含量及缝合效率。

Description

一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法

技术领域

本发明设计一种预制件的制备方法，具体涉及一种加筋三维织物预制体的制备方法。

背景技术

缝合技术通过在预制织物的厚度方向引入增强纤维，能够将2D铺层复合材料变为准3D复合材料，显著提高了复合材料的抗分层性能及耐损伤容限，在军事、民用领域均有广泛的应用。其中异形预制体的制备属于平板缝合技术的延伸，在铺层缝合时由于盒状的结构导致铺层缝合操作不方便，并且缝合线不容易在织物上定位，导致边角成型效果差，产品缝合不美观，故而设计了一种简单便利的盒状加筋三维缝合预制体工装来解决上述问题。

在申请号公布号为CN108360122A的专利中公开了一种三维盒状织物一次成型编织方法，该方法利用经纱和纬纱进行编织已形成织物层，在织物层上形成有左区域、右区域以及处于边缘的三角区域，利用纬纱将左右区域连接起来，顺次编织多个织物层形成多层织物，利用所述多个织物层的左区域及所述右区域构造形成六边形管状结构预制件。虽然该方法简化了三维盒织物编织方法，缩短了编织时间，有效地提高了编织效率，但该编织方法不能有效地解决预制件边角成形效果差，边角处面内力学性能差的问题。

在申请公布号为CN107128474B的专利中公开了复合材料帽形加筋件、复合材料帽形加筋压力腹板及其制造方法，复合材料帽形加筋件可以进一步联接到复合材料帽形部分上的多个复合材料加筋层片，多个复合材料加筋层片包括联接到复合材料帽形部分第一侧上的主体层片、联接到主体层片上的缠绕层片，以及联接到主体层片和缠绕层片上的基层片，实现了预制体成型尺寸稳定，降低了发生分层现象的危险，但该方法中使用了大量的零部件，总体上增加了结构的复杂性和生产的时耗。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法。该制备方法解决了现有技术中边角成型效果差，并且能够保证纤维盒状预制件具有较高的尺寸精度，具有较高的尺寸稳定性，具有实际工程应用价值高，工艺简单等特点。

本发明为实现上述目的，设计一种整体缝合成型盒状加筋三维织物预制体的制备方法，该制备方法采用以下工艺步骤：

步骤一、首先进行小盒预制件的纤维铺层，取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个小盒模具全部铺放完成；

步骤二、将四个小盒预制件拼接组成大盒，中间空隙处放入纤维束，确保预制件的力学性能；取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合棱边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿着侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入盒状模具中，之后将压柱放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对预制件内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部小盒和外部大盒，重复步骤三对棱角、加强筋与布面连接处进行缝合，将整个盒状加筋三维织物预制体缝合完毕。

与现有技术相比，本发明制备方法的主要优点是：

1、本发明提供的是一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法，该制备方法可以在缝合时设定织物厚度、缝合的针距；

2、本发明提供的是一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法，其优点在于棱角成型效果好，结构稳定，操作简单，运用灵活。

3、本发明提供的是一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法，提供了一种缝合盒状加筋三维织物预制体的模具及其制备方法，可以有效地避免内部出现局部凸起、内部铺层皱折的问题，有效地提高了纤维体积含量。

附图说明

图1为本发明一种“田”字加筋三维织物预制体的工装立体结构示意图；

图2为本发明一种圆形加筋三维织物预制体的工装立体结构示意图；

图3为本发明一种六边形加筋三维织物预制体工装立体结构示意图；

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步描述本发明。

本发明设计的盒状加筋三维织物预制体的制备方法，该制备方法采用以下工艺步骤：

步骤一、首先进行小盒预制件的纤维铺层，取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个小盒模具全部铺放完成；

步骤二、将四个小盒预制件拼接组成大盒，中间空隙处放入纤维束，确保预制件的力学性能；取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合棱边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿着侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入盒状模具中，之后将压柱放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部小盒和外部大盒，重复步骤三对棱角、加强筋与布面连接处进行缝合，将整个盒状加筋三维织物预制体缝合完毕。

所述的缝合布的布料为玻璃纤维布。所述的缝合布的组织为缎纹。所述的缝合线为玻璃纤维和氧化铝纤维。

下面给出本发明制备方法的具体实施案例。这些具体实施例仅是为了进一步描述本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。

实施例1

采用本发明所述的缝制方法与定型模具制作一个底部大小为210×210mm的正方形玻璃纤维预制件，具体要求为：(1)预制件底部厚度及四个侧壁的厚度均为5mm；(2)侧壁高度为50mm；(3)缝合针距为6.5mm；(4)缝合行距为10mm；(5)铺层角度为0°。

步骤一、首先进行方盒预制件的纤维铺层，裁剪尺寸为260×260mm的纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其正中央位置选定95×95mm的方形区域进行缝合，后沿缝合棱边放置镂空无盖方盒模具(如图1-2)并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个方盒模具全部铺放完成；

步骤二、将铺放好的四个镂空无盖方盒具有四个横梁的棱边相对拼接组成一个大方盒，中间空隙处放入玻璃纤维纤维束，确保预制件的力学性能；裁剪尺寸为400×400mm的玻璃纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置选定210×210mm的方形区域进行缝合，后沿缝合棱边放置所述四个镂空无盖方盒模具组成的大方盒并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；最外层纤维布沿着模具棱角方向，将纤维布紧贴模具折叠好，用穿好缝合线的弯针将已折叠好的缝合布进行固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入盒状模具(如图1-3)中，之后将压柱(如图1-1)放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部镂空无盖小方盒和外部大方盒，重复步骤三对棱角、加强筋与布面连接处进行缝合，将整个“田”字加筋三维织物预制体缝合完毕。

实施例2

采用本发明所述的缝制方法与定型模具制作一个底部直径为210mm的圆柱形玻璃纤维预制件，具体要求为：(1)预制件底部厚度及四个侧壁的厚度均为5mm；(2)侧壁高度为50mm；(3)缝合针距为5mm；(4)缝合行距为5mm；(5)铺层角度为0°。

步骤一、首先进行圆弧预制件的纤维铺层，裁剪直径为260mm的1/4圆弧玻璃纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其正中央位置选定直径为95mm的1/4圆弧区域进行缝合，后沿缝合棱边放置镂空无盖圆弧模具(如图2-2)并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个圆弧模具全部铺放完成；

步骤二、将铺放好的四个圆弧模具有多个横梁的棱边相对拼接组成一个圆，中间空隙处放入玻璃纤维束，确保预制件的力学性能；裁剪直径为400mm的玻璃纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置选定直径为210mm的圆形区域进行缝合，后沿缝合棱边放置所述四个圆弧模具组成的圆形模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；最外层纤维布沿着模具棱角方向，将纤维布紧贴模具折叠好，用穿好缝合线的弯针将已折叠好的缝合布进行固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入盒状模具(如图2-3)中，之后将压柱(如图2-1)放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部圆弧模具和外部圆形模具，重复步骤三对加强筋与布面连接处进行缝合，将整个圆柱形加筋三维织物预制体缝合完毕。

实施例3

采用本发明所述的缝制方法与定型模具制作一个底部边长为110mm的六边形玻璃纤维预制件，具体要求为：(1)预制件底部厚度及四个侧壁的厚度均为5mm；(2)侧壁高度为50mm；(3)缝合针距为5mm；(4)缝合行距为5mm；(5)铺层角度为0°。

步骤一、首先进行梯形预制件的纤维铺层，裁剪边长为260mm的正方形玻璃纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其正中央位置选定上底为40mm，下底为90mm，高为90mm的梯形区域进行缝合，后沿缝合棱边放置镂空无盖梯形模具(如图3-2)并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个梯形模具全部铺放完成；

步骤二、将铺放好的四个梯形模具有多个横梁的棱边相对拼接组成一个六边形，中间空隙处放入玻璃纤维纤维束，确保预制件的力学性能；裁剪直径为400×400mm的玻璃纤维布，一共裁剪26块，沿0°方向进行铺层，铺放完成后用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置选定边长为210mm的六边形区域进行缝合，后沿缝合棱边放置所述四个梯形模具组成的六边形模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；最外层纤维布沿着模具棱角方向，将纤维布紧贴模具折叠好，用穿好缝合线的弯针将已折叠好的缝合布进行固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入六边形模具(如图3-3)中，之后将压柱(如图3-1)放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部梯形模具和外部六边形模具，重复步骤三对棱角、加强筋与布面连接处进行缝合，将整个圆柱形加筋三维织物预制体缝合完毕。

Claims (4)

1.一种盒状加筋三维织物预制体的制备方法其工艺过程是：

步骤一、首先进行小盒预制件的纤维铺层，取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具并将断口对接，用缝合线做好固定；重复上述过程，将四个小盒模具全部铺放完成；

步骤二、将四个小盒预制件拼接组成大盒，中间空隙处放入纤维束，确保预制件的力学性能；取裁剪好的纤维布，沿规定方向进行铺层，达到要求厚度后，用夹具夹紧；用缝合设备在其中央位置缝合，后沿缝合棱边放置模具并固定模具位置；沿水平方向将纤维布剪开(断口到模具停止)，沿着侧面棱边方向，将纤维布紧贴模具，将纤维布对接用缝合线做好固定；将铺放好的织物连同内部模具一起放入盒状模具中，之后将压柱放置在模具上，保证预制体上端平齐；

步骤三、对内部加强筋、底部和侧面进行缝合，将机针扎入纤维布且扎透布面，将毛细管置于针尖上，将毛细管推进针孔顶出机针；将机针沿横梁方向等间距移动，重复完成一排毛细管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的毛细管中，顶出毛细管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根毛细管，顶出第二根毛细管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排毛细管，重复打孔，置入毛细管顶出机针，穿入手缝针顶出毛细管缝合，直到完成内部筋的缝合；

步骤四、取出内部小盒和外部大盒，重复步骤三对棱角、加强筋与布面连接处进行缝合，将整个盒状加筋三维织物预制体缝合完毕。

2.根据权利要求1所述的盒状加筋三维织物预制体的制备方法，其特征在于，步骤二中所述将四个小盒铺放完成后，需要将横梁较多的侧面相对拼接组成一个大盒，底部横梁方向一致，铺放大盒最外层纤维布需要沿着模具棱角方向，将纤维布紧贴模具折叠好，用穿好缝合线的弯针将已折叠好的缝合布进行固定，统一放入大盒中。

3.根据权利要求1所述的盒状加筋三维织物预制体的制备方法，其特征在于，所述的模具包括四个镂空无盖的小盒、一个压柱和一个侧面有多个横梁的大盒，小盒与大盒中间有适当的距离，该适当距离依据制品的厚度要求设计。

4.根据权利要求1所述的盒状加筋三维织物预制体的制备方法，其特征在于所述的模具为正方体、圆形、六边形。

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