CN115045038A - 一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法 - Google Patents

一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法，在封顶区域内设置圆形轨迹，利用间隔针插入圆形轨迹上将圆形轨迹均匀划分成偶数等分，相邻两间隔针之间形成纱线通过区，相对的纱线通过区形成同一纱线起始区，不同的纱线起始区相交于封顶区域的中心并呈辐射状均匀分布；每一纱线起始区内布置一起始纱线组，每一起始纱线组中的纱线的两端分别连接储纱锭上的纱线，若干连接后的纱线形成编织结构；持续编织至完成与芯模相贴合的全封顶编织件。本发明通过在封顶区域内划分出纱线起始区，能够将纱线均匀分布在封顶区域内，并由封顶区域向芯模的其他区域扩展编织，最终完成全封顶编织件的编织，具有结构均匀、流线型好的优点。

Description

一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制造技术领域，特别是涉及一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法。
背景技术
在复合材料的成型过程中，涉及各种异形件的成型，采用具有净尽尺寸编织件作为纤维预制体，已经在航空航天等领域应用多年。编织结构预制体已使用多年，一些流线型外观部件，要求顶部或尾部光滑，而传统的二维平面编织物需要做裁切，才能贴合好曲面部分，费工费时，也破坏了外观完整性，纱线还会切断。四步法三维编织能满足部件的整体尺寸编织，但很难做到完全封顶编织。采用局部缝合技术，破坏了部件的流线型外观，很难做到净尽尺寸编织，纱线浪费严重。二维编织或四步法三维编织的生产周期较长，成本较高，四步法三维在顶部可进行实体编织，部件封顶处会有断纱现象，结合局部缝合，也会破坏部件的流线型外观。上述技术在工程中的应用受到极大限制。
授权公告号为CN 102560877 B的中国专利公开了一种封顶织物的编织方法，在编织平台上方固定一个成型环和一个成型芯模，然后在编织平台的部分携纱器上挂有整根的纱线，在接下来的编织过程中，不断在编织平台的携纱器上增挂整根的纱线，使参与编织的纱线数量越来越多，并与封顶织物所需花节数量相适应，以编织成该封顶织物。本方案在编织过程中在起始部位的两侧逐渐增加纱线进行编织，其对于回转型部件，不能实现中心对称的编织，均匀性较差。
授权公告号为CN 107083606 B的中国专利公开了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法及封顶锥形织物，通过利用特制的模具，采用不同铺排方式的经纱、纬纱与不同植入或编织方式的法向纱的结合，制造得到准三维正交封顶锥形织物。该方案在编织时逐渐在宽度方向延展，适合于棱锥形的结构，对于回转型结构会造成局部的厚度不均，并不适用。
因此，如何能够提供一种能够编织均匀，且适合于回转型结构的封顶编织的方法是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过利用圆形轨迹和间隔针在封顶区域内划分出纱线起始区，能够将纱线均匀分布在封顶区域内，并由封顶区域向芯模的其他区域扩展编织，最终完成全封顶编织件的编织，具有结构均匀、流线型好的优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种全封顶编织件的制备方法，包括以下内容：
在封顶区域内设置以芯模中心为圆心的圆形轨迹，利用间隔针插入所述圆形轨迹上将所述圆形轨迹均匀划分成偶数等分，相邻两所述间隔针之间形成纱线通过区，相对的所述纱线通过区形成同一纱线起始区，不同的所述纱线起始区相交于所述封顶区域的中心并呈辐射状均匀分布；
每一所述纱线起始区内布置一起始纱线组，每一所述起始纱线组中的纱线的两端分别连接储纱锭上的纱线，若干连接后的纱线形成编织结构，以所述编织结构进行编织；
持续编织至完成与所述芯模相贴合的全封顶编织件。
优选地，所述芯模的直径增大时增加所连接的储纱锭上的纱线根数，所述芯模的直径减小时减少所连接的储纱锭上的纱线根数。
优选地，所述起始纱线组中的纱线与圆形编织机编织圆盘对角线上储纱锭上的纱线采用打结的方式连接。
优选地，采用空气捻接器在所述封顶区域附近将所要连接的纱线进行一一打结。
优选地，所述编织结构包括轴向不动纱和位于所述轴向不动纱两侧的编织纱。
优选地，各纱线采用碳纤维、玻璃纤维、石英纤维和芳纶纤维中的一种或多种。
优选地，所述芯模采用金属、塑料或玻璃钢材料制备，具有封闭的内腔和光滑的表面，编织过程在所述芯模的表面进行。
本发明还提供一种复合材料件的制备方法，应用前文所述的全封顶编织件的制备方法制备的全封顶编织件，将所述全封顶编织件连同所述芯模进行2-20次浸胶处理，形成带有所述芯模的编织复合材料，所述编织复合材料连同所述芯模一同进行加热固化，所述芯模留在所述编织复合材料的内部，经过后续加工后完成复合材料件的制备。
优选地，采用耐温型塑料袋膜套在所述编织复合材料上，对所述耐温型塑料袋膜进行抽真空，对所述芯模内进行充气，所述芯模内充气压力大于或等于所述耐温型塑料袋膜的外部大气压力。
优选地，所述芯模内充满0.05-0.1MPa的压缩空气，所述耐温型塑料袋膜抽真空后的真空度为0.1-3000Pa，抽真空时间不小于20min。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
(1)本发明通过利用圆形轨迹和间隔针在封顶区域内划分出纱线起始区，能够将纱线均匀分布在封顶区域内，并由封顶区域向芯模的其他区域扩展编织，最终完成全封顶编织件的编织，具有结构均匀、流线型好的优点；
(2)本发明采用圆形编织机进行编织，具有编织效率高、质量一致性较好和编织成本较低的优点，根据芯模直径大小的不同选择增减纱线的数量不同，能够适应芯模三维结构的改变，使得纤维束分布较为均匀，有利于提高抗压、抗爆性能；
(3)本发明在完成全封顶编织件编织后再将其连同芯模进行2-20次浸胶处理，采用了浸胶固化与编织缠绕分别进行的方式，有利于分工协作，提高生产效率；
(4)本发明采用耐温型塑料袋膜套在编织复合材料上，在进行固化时，对耐温型塑料袋膜进行抽真空，对芯模内进行充气，并使得芯模内充气压力大于或等于耐温型塑料袋膜的外部大气压力，能够利用芯模和耐温型塑料袋膜形成对于编织复合材料的双向挤压，使得胶液浸渍更充分，固化过程更贴合模芯，提高浸胶固化的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明全封顶编织件的起始部分结构示意图；
其中，1、间隔针；2、起始纱线组；3、圆形轨迹。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种全封顶编织件的制备方法及其复合材料件的制备方法，以解决现有技术存在的问题，通过利用圆形轨迹和间隔针在封顶区域内划分出纱线起始区，能够将纱线均匀分布在封顶区域内，并由封顶区域向芯模的其他区域扩展编织，最终完成全封顶编织件的编织，具有结构均匀、流线型好的优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
结合图1所示，本发明提供一种全封顶编织件的制备方法，包括以下内容：
在封顶区域内设置以芯模中心为圆心的圆形轨迹3，圆形轨迹3的直径范围为40mm～160mm。圆形轨迹3可以直接在芯模上绘制或刻画出。利用间隔针1插入圆形轨迹3上将圆形轨迹3均匀划分成偶数等分(如8、10、12、14等)，间隔针1可以采用钢针、塑料针等具有可插入芯模的尖端结构以及可露出外部的用于约束纱线的光滑针体结构，相邻两间隔针1之间形成纱线通过区，相对的纱线通过区形成同一纱线起始区，不同的纱线起始区相交于封顶区域的中心并呈辐射状均匀分布。对于回转体形式的芯模来说，纱线起始区的划分方式能够使得纱线均匀分布在芯模周围，更能够贴合芯模的形状，保证纱线起始区编织的正常进行。
每一纱线起始区内均布置有起始纱线组2，起始纱线组2的根数根据芯模的大小以及所划分的纱线起始区的数量进行合理设置，例如，可以为4根、8根、10根等偶数。每一起始纱线组2中的纱线的两端分别连接储纱锭上的纱线，若干连接后的纱线形成编织结构，编织结构可以采用现有技术中的编织结构，以编织结构沿着芯模表面进行编织。
持续编织至完成与芯模相贴合的全封顶编织件，此时，芯模位于全封顶编织件内部，由全封顶编织件完全包裹。
本发明通过利用圆形轨迹3和间隔针1在封顶区域内划分出纱线起始区，能够将纱线均匀分布在封顶区域内，并由封顶区域向芯模的其他区域扩展编织，最终完成全封顶编织件的编织，具有结构均匀、流线型好的优点。
进一步的，在由纱线起始区开始编织后，在编织的过程中，编织位置处的芯模的直径会有增大或减小的情况。在芯模的直径增大时可以增加所连接的储纱锭上的纱线根数，在芯模的直径减小时可以减少所连接的储纱锭上的纱线根数。通过根据芯模的直径大小调整纱线的数量，能够适应芯模三维结构的改变，使得纤维束分布较为均匀，有利于提高抗压、抗爆性能。
编织过程中具体可以采用圆形编织机进行编织，起始纱线组2中的纱线与圆形编织机编织圆盘对角线上储纱锭上的纱线采用打结的方式连接。采用圆形编织机进行编织的方式，具有编织效率高、质量一致性较好和编织成本较低的优点。
在进行纱线打结时，可以采用空气捻接器在封顶区域附近将所要连接的纱线进行一一打结。
编织过程中所采用的编织结构可以包括轴向不动纱和位于轴向不动纱两侧的编织纱。轴向不动纱沿轴向方向延伸，两根编织纱围绕轴向不动纱左右不断改变方向，进行连续编织。
编织所采用的起始纱线组2中的纱线以及储纱锭上的纱线等各纱线均可以采用碳纤维、玻璃纤维、石英纤维和芳纶纤维中的一种或多种。
编织所用的芯模可以采用金属、塑料或玻璃钢材料制备，具有封闭的内腔和光滑的表面，编织过程在芯模的表面进行。另外，芯模可以具有较小的膨胀变形能力，通过充气和加热能够使芯模紧贴外部编织层。而且，芯模处于涨满状态时，芯模外表面更圆润光滑，有利于编织过程顺利进行。
利用本发明方法生产出的全封顶编织件具有纤维束张力大，受力均匀，可制备出具有抗冲击、低膨胀、耐腐蚀和轻质复合材料，生产效率较高，适合于批量生产。
再次结合图1所示，本发明还提供一种复合材料件的制备方法，可以应用由前文记载的全封顶编织件的制备方法制备的全封顶编织件，实际上，全封顶编织件的制备方法可以作为复合材料件的制备方法的第一阶段(即编织缠绕阶段)，在后续阶段(浸胶固化阶段)需要对全封顶编织件进行浸胶固化，采用上述这种浸胶固化和编织缠绕分别进行的方式，有利于分工协作，提高生产效率，同时，保证编织缠绕阶段的环境清洁。具体的，在浸胶时，可以将全封顶编织件连同芯模进行2-20次浸胶处理，形成带有芯模的编织复合材料。浸胶完成后，将编织复合材料(包括其内部的芯模)进行加热固化，芯模留在编织复合材料的内部作为内层结构，经过打磨、机加工，表面处理、喷漆等，完成复合材料件的制备。
采用耐温型塑料袋膜套在编织复合材料上，对耐温型塑料袋膜进行抽真空，此时，耐温型塑料袋膜将会贴合压紧在编织复合材料的外部。对芯模内进行充气，此时，芯模能够贴合压紧在编织复合材料的内部。芯模内充气压力大于或等于耐温型塑料袋膜的外部大气压力，能够利用芯模和耐温型塑料袋膜形成对于编织复合材料的双向挤压，使得胶液浸渍更充分，固化过程更贴合模芯，提高浸胶固化的质量。
进一步的，芯模内充满0.05-0.1MPa的压缩空气，耐温型塑料袋膜抽真空后的真空度为0.1-3000Pa，抽真空时间不小于20min。
采用本发明复合材料件的制备方法，所制备的复合材料件可用于高压气瓶、飞行器壳体、武器装备等领域，具有部件顶部结构均匀、流线型好，运动中的抗冲刷能力好，耐腐蚀和轻质等优点，而且，生产成本相对降低，适于批量生产回转体部件，产品一致性较好，有利于生产过程标准化管理，具有广阔的市场前景。
本发明还提供以下具体实施例：
实施例一：
在圆形编织机上进行封顶编织件的连续编织，编织结构由左、右对称的编织纱和轴向不动纱三向构成，编织纱和轴向不动纱各最多为88根。在封顶区域作直径为80mm的圆形轨迹3，对圆形轨迹3作10等分，每等分处插一根钢针在芯模上，形成5个相交的纱线起始区。每相邻钢针之间穿过包含四根纱线的起始纱线组2，将圆形编织机编织圆盘对角线上储纱锭上的纱线分别进行打结，打结后的纱线在对角线方向布置在钢针矩阵内，即构成全封顶编织结构的起始部分(由多个纱线起始区组成)，从起始部分开始编织，贴膜编织完成芯模形状的全封顶编织件。
采用空气捻接器在封顶区域附近将对角线纱线进行一一打结，各纱线所采用的编织纤维为碳纤维和/或玻璃纤维和/或石英纤维和/或芳纶纤维和/或其它高性能纤维丝束。
芯模为空心结构，采用金属或塑料或玻璃钢材料制备成表面光滑的结构，编织过程在芯模上进行，另外，芯模需做密封处理，满足充气的要求。
将全封顶编织件连同芯模一起进行多次浸胶处理，采用环氧树脂浸渍，一般进行2～20遍浸胶，浸胶后形成编织复合材料，采用耐温型塑料袋膜套在编织复合材料上。
复合过程中，芯模内充满0.05-0.1MPa的压缩空气，对套在编织复合材料上的耐温型塑料袋膜进行抽真空，真空度为100-300Pa，抽真空时间大于35min。复合过程中应保持耐温型塑料袋膜外部大气压力大于芯模内的充气压力，使编织复合材料更贴膜。芯模经过充气连同编织复合材料一起送入烘箱，加热温度至145～150C°，芯模留在编织复合材料的内部，经过加热固化后，降温至室温。再经过打磨、机加工，表面处理、喷漆等，完成复合材料全封顶结构件(复合材料件)的制备，最后包装入库。
实施例二：
碳纤维是一种力学性能优异的材料，比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500MPa以上，抗拉强度弹性模量为23000-43000MPa，高于钢。因此，CFRP的比强度，即材料的强度与其密度之比可达到2000MPa(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59MPa(g/cm3)左右，其比模量也比钢高，材料的比强度愈高，表明其越轻质高强。
碳纤维是含碳量大于92％的无机高分子纤维，不仅具有碳材料的固有本征特点，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，与传统的玻璃纤维(Glass fiber)相比，杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸碱中不溶不胀，耐蚀性高。而且，碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性能好，比热及导电性介于非金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好，但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化。
可以采用碳纤维和玻璃纤维组合应用的方式进行编织，形成复合材料件。
在圆形编织机上进行封顶编织件连续编织，编织结构由左、右对称的编织纱和轴向不动纱三向构成，采用碳纤维做编织纱、采用玻璃纤维做轴向不动纱，各为44根。在封顶区域作直径为60mm的圆形轨迹3，对圆形轨迹3作10等分，每等分处插一根钢针在芯模上，形成5个相交的纱线起始区。每相邻钢针之间穿过包含四根纱线的起始纱线组2，将圆形编织机编织圆盘对角线上储纱锭上的碳纤维纱线分别进行打结，打结后的碳纤维纱线在对角线方向布置在钢针矩阵内，即构成全封顶编织结构的起始部分(由多个纱线起始区组成)，从起始部分开始编织，贴膜编织完成芯模形状的全封顶编织件。
采用空气捻接器在封顶区域附近将对角线分布的碳纤维纱线进行一一打结。
芯模为空心结构，采用玻璃钢材料制备成表面光滑的结构，编织过程在芯模上进行，另外，芯模需做密封处理，满足充气的要求
将全封顶编织件连同芯模一起进行多次浸胶处理，采用环氧树脂浸渍，一般进行2～20遍浸胶，浸胶后形成编织复合材料，采用耐温型塑料袋膜套在编织复合材料上。
复合过程中，芯模内充满0.05-0.1MPa的压缩空气，对套在编织复合材料上的耐温型塑料袋膜进行抽真空，真空度为50-100Pa，抽真空时间大于30min。复合过程中应保持耐温型塑料袋膜外部大气压力大于芯模内的充气压力，使编织复合材料更贴膜。芯模经过充气连同编织复合材料一起送入烘箱，加热温度至145～150C°，芯模留在编织复合材料的内部，经过加热固化后，降温至室温。再经过打磨、机加工，表面处理、喷漆等，完成复合材料全封顶结构件(复合材料件)的制备，最后包装入库。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种全封顶编织件的制备方法，其特征在于，包括以下内容：
在封顶区域内设置以芯模中心为圆心的圆形轨迹，利用间隔针插入所述圆形轨迹上将所述圆形轨迹均匀划分成偶数等分，相邻两所述间隔针之间形成纱线通过区，相对的所述纱线通过区形成同一纱线起始区，不同的所述纱线起始区相交于所述封顶区域的中心并呈辐射状均匀分布；
每一所述纱线起始区内布置一起始纱线组，每一所述起始纱线组中的纱线的两端分别连接储纱锭上的纱线，若干连接后的纱线形成编织结构，以所述编织结构进行编织；
持续编织至完成与所述芯模相贴合的全封顶编织件。
2.根据权利要求1所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：所述芯模的直径增大时增加所连接的储纱锭上的纱线根数，所述芯模的直径减小时减少所连接的储纱锭上的纱线根数。
3.根据权利要求1或2所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：所述起始纱线组中的纱线与圆形编织机编织圆盘对角线上储纱锭上的纱线采用打结的方式连接。
4.根据权利要求3所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：采用空气捻接器在所述封顶区域附近将所要连接的纱线进行一一打结。
5.根据权利要求3所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：所述编织结构包括轴向不动纱和位于所述轴向不动纱两侧的编织纱。
6.根据权利要求3所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：各纱线采用碳纤维、玻璃纤维、石英纤维和芳纶纤维中的一种或多种。
7.根据权利要求3所述的全封顶编织件的制备方法，其特征在于：所述芯模采用金属、塑料或玻璃钢材料制备，具有封闭的内腔和光滑的表面，编织过程在所述芯模的表面进行。
8.一种复合材料件的制备方法，其特征在于：应用如权利要求1-7任一项所述的全封顶编织件的制备方法制备的全封顶编织件，将所述全封顶编织件连同所述芯模进行2-20次浸胶处理，形成带有所述芯模的编织复合材料，所述编织复合材料连同所述芯模一同进行加热固化，所述芯模留在所述编织复合材料的内部，经过后续加工后完成复合材料件的制备。
9.根据权利要求8所述的复合材料件的制备方法，其特征在于：采用耐温型塑料袋膜套在所述编织复合材料上，对所述耐温型塑料袋膜进行抽真空，对所述芯模内进行充气，所述芯模内充气压力大于或等于所述耐温型塑料袋膜的外部大气压力。
10.根据权利要求9所述的复合材料件的制备方法，其特征在于：所述芯模内充满0.05-0.1MPa的压缩空气，所述耐温型塑料袋膜抽真空后的真空度为0.1-3000Pa，抽真空时间不小于20min。
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