CN116985434B - 一种中空织物复合材料高度控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种中空织物复合材料高度控制装置及方法，涉及复合材料制备技术领域，高度控制装置包括平台、盖板、限高块、牵拉组件；盖板位于平台上方，限高块支撑在盖板与平台之间并形成空腔，空腔用于容纳中空织物；中空织物的下面层固定在平台上，中空织物的上面层与牵拉组件连接；牵拉组件通过牵拉使上面层与盖板贴合，完成中空织物的站立。本发明提供高度控制装置适用于各种中空织物，且采用该高度控制装置对中空织物复合材料进行高度控制的操作方法简单，控制精度高。

Description

一种中空织物复合材料高度控制装置及方法

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，特别涉及一种中空织物复合材料高度控制装置及方法。

背景技术

中空织物是一种一体化织造成型的三维立体织物，通过Z向纤维连接上下两个织物面层，并在织物厚度方向上按一定规律支撑起一定的空间。将中空织物与树脂基体复合后得到中空夹心织物复合材料，由于其具有质量轻、强度高、隔音、阻燃、透波、整体成型等特性，克服了传统蜂窝、泡沫等夹芯复合材料易分层、耐冲击性能差的缺点。

中空织物在进行复合成型时由于芯层绒经挺立高度不能自主控制，需要依靠外部的工装对其进行高度控制。而现有的工装通常是在整体中空复合材料芯层的内部四周预埋型材或在绒经间歇中插入金属丝以通过磁场拉拽实现站立，然而前者预埋型材极易破坏芯层且无法实现精确控制，后者实际可操作性较差，复合固化成型后取出金属丝较难且易破坏中材料结构。因此，急需一种中空织物复合材料高度控制装置及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种中空织物复合材料高度控制装置及方法，该高度控制装置适用于各种中空织物，且采用该高度控制装置对中空织物进行高度控制的操作方法简单，控制精度高，不会破坏中空织物结构。

第一方面，本发明提供了一种中空织物的高度控制装置，包括平台、盖板、限高块、牵拉组件；所述盖板位于所述平台上方，所述限高块支撑在所述盖板与所述平台之间并形成空腔，所述空腔用于容纳所述中空织物；所述中空织物的下面层固定在所述平台上，所述中空织物的上面层与所述牵拉组件连接；所述牵拉组件通过牵拉使所述上面层与所述盖板贴合，完成所述中空织物的站立。

优选地，所述中空织物的站立高度与所述限高块的高度相同。

优选地，所述平台上设置有至少一对所述限高块，每对所述限高块均位于所述平台的两端。

优选地，相邻所述限高块均位于与所述中空织物的长度方向平行的直线方向上；

每对所述限高块之间的距离大于所述中空织物的宽度。

优选地，相邻所述限高块之间设置有空隙，所述牵拉组件通过所述空隙穿过所述空腔。

优选地，所述牵拉组件与所述中空织物的上面层的周边区域连接。

优选地，所述牵拉组件包括牵拉绳和动力组件；所述牵拉绳的一端与所述上面层相连接，所述牵拉绳的另一端与所述动力组件相连接，所述动力组件用于为所述牵拉绳提供动力。

优选地，所述牵拉组件还包括定位支点，所述定位支点的设置高度高于所述限高块的高度；所述定位支点为定位滑轮，所述动力组件为配重物块；所述牵拉绳的另一端通过所述定位滑轮与所述配重物块相连接，以用所述配重物块的重力为所述牵拉绳提供动力。

优选地，所述牵拉组件还包括定位支点，所述定位支点的设置高度高于所述限高块的高度；所述动力组件为弹簧，所述牵拉绳的另一端与所述弹簧的一端相连接，所述弹簧的另一端与所述定位支点相连接。

第二方面，本发明还提供了基于上述第一方面的高度控制装置的中空织物复合材料高度控制方法，包括：

在所述平台上对所述中空织物进行树脂浸渍，并将所述中空织物的下面层固定在所述平台上；

根据预设高度确定所述限高块的高度，并将所述中空织物的上面层与所述牵拉组件连接；

对所述牵拉组件进行牵拉使所述上面层与所述盖板贴合，以使所述中空织物实现站立；

将所述中空织物连同所述高度控制装置进行加热固化，得到具有所述预设高度的中空织物复合材料。

优选地，还包括：将所述中空织物的上面层的周边区域进行固边加厚处理，将所述牵拉组件与经所述固边加厚处理后的周边区域进行连接。

优选地，还包括：通过胶粘剂将所述平台与所述中空织物的下面层进行固定。

优选地，所述根据预设高度确定所述限高块的高度，包括：

通过如下公式确定所述限高块的高度：

其中，h用于表示所述限高块的高度，h_b用于表示所述预设高度，λ用于表示调节系数，0≤λ＜1。

优选地，还包括：

所述平台上设置有至少一对所述限高块，每对所述限高块均位于所述平台的两端；所述牵拉组件包括牵拉绳和动力组件；

根据所述中空织物的宽度，确定每对所述限高块之间的第一距离；

根据所述限高块的长度、所述预设高度和所述动力组件提供的动力，确定相邻对所述限高块之间的第二距离。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

本发明的用于中空织物站立的高度控制装置成本低，由平台、盖板、限高块和牵拉组件组成，限高块支撑在盖板和平台之间并形成用于容纳中空织物的空腔，中空织物便能在该空腔中借助牵拉组件的牵拉使上面层与盖板贴合，实现中空织物的站立，这种高度控制装置对中空织物复合材料适应性广。而且基于该高度控制装置的中空织物高度控制方法操作简便，提高了中空织物绒经的站立稳定性和高度均匀性，且对中空织物复合材料的高度和表面平整度控制更精确，非常适合于中空织物复合材料高质量、高精度批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的一种中空织物复合材料高度控制装置的截面结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的一种中空织物复合材料高度控制装置的俯视结构示意图；

图3是本发明实施例所提供的另一种中空织物复合材料高度控制装置的截面结构示意图；

图4是本发明实施例所提供的又一种中空织物复合材料高度控制装置的截面结构示意图；

图中：10-平台；20-盖板；30-限高块；40-牵拉组件；50-中空织物；

401-牵拉绳；402-动力组件；403-定位支点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例和附图，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的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。

本发明实施例提供了一种中空织物复合材料高度控制装置，如图1所示，高度控制装置包括平台10、盖板20、限高块30、牵拉组件40；盖板20位于平台10上方，限高块30支撑在盖板20与平台10之间并形成空腔，空腔用于容纳中空织物50；中空织物50的下面层固定在平台10上，中空织物50的上面层与牵拉组件40连接；牵拉组件40通过牵拉使上面层与盖板20贴合，完成中空织物50的站立。

在本发明实施例中，高度控制装置由平台、盖板、限高块和牵拉组件组成，成本低。通过限高块支撑在盖板和平台之间并形成用于容纳中空织物的空腔，中空织物便能在该空腔中借助牵拉组件的牵拉使上面层与盖板贴合，实现中空织物的站立，这种高度控制装置对中空织物复合材料适应性广。

在本发明实施例中，基于该高度控制装置的中空织物高度控制方法操作简便，提高了中空织物绒经的站立稳定性和高度均匀性，且对中空织物复合材料的高度和表面平整度控制更精确，非常适合于中空织物复合材料高质量、高精度批量生产。

需要说明的是，限高块是位于平台之上的，盖板则是进一步位于限高块之上的，即盖板平行放置于中空织物和限高块上侧。限高块、盖板与平台之间可以无需连接，仅依靠限高块、盖板的重力搭建得到高度控制装置，使得该高度控制装置的设计更为简单，且结构设计灵活性更高，更具有普适性。为了确保盖板施压功能稳定可靠，还可以额外在盖板上再施加压力或均匀放置重物。其次，限高块也可以通过销钉或螺母与平台或盖板连接。平台、盖板均为刚性材料制备得到，刚性材料包括但不限于钢、铝合金、铝、铁等。

根据一些优选的实施方式，如图1所示，中空织物的站立高度与限高块的高度相同。

在本发明中，中空织物的下面层固定在平台上，借助牵拉组件的牵拉使上面层与盖板贴合时，中空织物的站立高度与限高块的高度相同，因此可以通过限定限高块的高度来限定中空织物的高度。

根据一些优选的实施方式，如图1或图2所示，平台10上设置有至少一对限高块30，每对限高块30均位于平台10的两端。每对限高块30之间的距离大于中空织物50的宽度。

在本发明中，平台上设置的限高块的对数由中空织物的长度、限高块的尺寸以及中空织物的预设高度来决定，这里不做具体限定。优选地，为了确保中空织物的高度，选择高精度的限高块，限高块的高度均相同。为了确保中空织物能完整地容纳在空腔中，需要限定每对限高块之间的距离大于中空织物的宽度。

根据一些优选的实施方式，如图2所示，相邻限高块30之间设置有空隙，牵拉组件40通过空隙穿过空腔。

在本发明中，牵拉组件通过相邻限高块之间的孔隙穿过空腔，能在该孔隙内自由牵拉，且不受限高块或盖板的约束，使得与牵拉组件相连接的中空织物上面层能随之被抬高拉起。为了进一步确保中空织物站立后的高度更均匀，高度控制装置中设置有多个牵拉组件，优选为每个空隙处均有一个牵拉组件经该空隙穿过空腔，则此时牵拉组件的组数=限高块的对数-1。

根据一些优选的实施方式，如图2所示，相邻限高块30均位于与中空织物50的长度方向平行的直线方向上，即相邻限高块是指位于同一侧的两个相邻的限高块。

根据一些优选的实施方式，牵拉组件与中空织物的上面层的周边区域连接。

由于中空织物是由纱线经纬交织得到，因此对中空织物进行牵拉时难免会发生变形，所以选择将牵拉组件与中空织物的上面层的周边区域进行连接，并对该周边区域进行封边固化处理，如此在完成中空织物的站立后去除该周边区域，便能确保最终的中空织物部分无变形发生。

根据一些优选的实施方式，如图3所示，牵拉组件40包括牵拉绳401和动力组件402；牵拉绳401的一端与上面层相连接，牵拉绳401的另一端与动力组件402相连接，动力组件402用于为牵拉绳401提供动力。

在一些具体的实施例中，如图3所示，牵拉组件40还包括定位支点403，定位支点403的设置高度高于限高块30的高度；定位支点403为定位滑轮，动力组件402为配重物块；牵拉绳401的另一端通过定位滑轮与配重物块相连接，以用配重物块的重力为牵拉绳401提供动力。

在本发明中，由于中空织物的站立高度与限高块的高度相同，因此将定位支点的高度高于限高块的高度，能够改变动力的方向，将牵拉绳上配重物块的重力经该定位支点改变为斜向上的拉力，进而实现对上面层的牵拉，使得上面层能够被拉平、拉高，直至上面层与盖板贴合，进而使得倒伏的绒经保持垂直站立。

在一些具体的实施例中，如图4所示，牵拉组件40还包括定位支点403，定位支点403的设置高度高于限高块30的高度；动力组件402为弹簧，牵拉绳401的另一端与弹簧的一端相连接，弹簧的另一端与定位支点403相连接。

需要说明的是，定位支点可以设置在盖板上，也可以设置在用于复合材料固化成型的设备中，例如将该弹簧的另一端钩挂在该设备上。弹簧的规格选择由具体的需求和中空织物的长度、预设高度来进一步确定。

在本发明中，将定位支点的高度高于限高块的高度，则能够借助弹簧的张力为牵拉绳提供动力，将弹簧的另一端与高于限高块的定位支点连接，由于中空织物的站立高度与限高块的高度相同，因此能为中织物的上面层提供斜向上的拉力，通过调整牵拉绳的相对长度，进而实现对上面层的牵拉，使得上面层能够被拉平、拉高，直至上面层与盖板贴合，进而使得倒伏的绒经保持垂直站立。

本发明还提供了一种基于上述高度控制装置的中空织物复合材料高度控制方法，该方法包括如下步骤：

（1）在平台上对中空织物进行树脂浸渍，并将中空织物的下面层固定在平台上；

（2）根据预设高度确定限高块的高度，并将中空织物的上面层与牵拉组件连接；

（3）对牵拉组件进行牵拉使上面层与盖板贴合，以使中空织物实现站立；

（4）将中空织物连同高度控制装置进行加热固化，得到具有预设高度的中空织物复合材料。

需要说明的是，在步骤（1）中，在平台上采用真空导流-破真空法或手糊法等，将树脂（例如，包括但不限于环氧树脂、不饱和树脂、酚醛树脂、芳炔树脂等）充分浸润中空织物，以使中空织物的下面层平铺固定在平台上。

根据一些优选的实施方式，该方法还包括：

将中空织物的上面层的周边区域进行固边加厚处理，将牵拉组件与经固边加厚处理后的周边区域进行连接。

需要说明的是，固边加厚处理可以为在周边区域内嵌入树脂板材，并对该周边区域进行缝合、粘接固定，将树脂板材嵌入其中，将牵拉组件与经固边加厚处理后的周边区域进行连接，进而避免中空织物上面层的非固边区域发生变形。更优选的，若该树脂板材上设置有开孔，则可以将牵拉组件的牵拉绳直接与该开孔连接。

根据一些优选的实施方式，在步骤（1）中，通过胶粘剂将平台与中空织物的下面层进行固定。

根据一些优选的实施方式，在步骤（2）中，根据预设高度确定限高块的高度，包括：

通过如下公式确定限高块的高度：

其中，h用于表示限高块的高度，h_b用于表示预设高度，λ用于表示调节系数，0≤λ＜1。

在本发明中，由于牵拉组件与中空织物上面层的周边区域连接，若中空织物宽度过宽的话，则中空织物的中间区域会出现轻微凹陷，使得中空织物站立后的高度不均匀，且最低高度难以达到限高块的高度，因此需要使限高块的高度略高于中空织物的预设高度，然后再将得到的中空织物进行轻微的压缩处理以使其高度完全达到预设高度。

根据一些优选的实施方式，该方法还包括：

平台上设置有至少一对限高块，每对限高块均位于平台的两端；牵拉组件包括牵拉绳和动力组件；

根据中空织物的宽度，确定每对限高块之间的第一距离；

根据限高块的长度、预设高度和动力组件提供的动力，确定相邻对限高块之间的第二距离。

更具体地，第一距离大于中空织物的宽度；第二距离通过如下公式确定：

其中，D ₂为第二距离，F为动力组件提供的动力，ε为经验值，h为预设高度，l₀为限高块的长度，d为中空织物的宽度；

限高块的对数通过如下公式确定：

其中，N为限高块的对数，L为中空织物的长度，D ₂为第二距离，l₀为限高块的长度，Round函数取整后使得N为整数。

根据一些优选的实施方式，牵拉绳由耐温材料制备得到，即能承受加热固化成型过程。

在本发明中，在步骤（4）中，将中空织物连同高度控制装置进行加热固化，按照预设工艺进行加热固化，脱模后获得中空织物复合材料。

在中空织物复合材料的实际生产制备过程中，从中空织物结构特点入手，经分析发现中空织物复合成型过程中被忽视的一个关键因素是张力，即中空织物在织造成型的整个过程均受到张力控制，且由于中空织物绒经一般为柔性纱线，刚强度低，因此在不施加外界张力控制的前提下而寄希望于复合成型过程中中空织物自主站立，从而实现中空织物板材厚度精度高和表面平面度好是不切实际的。基于此，在中空织物复合材料成型过程中，在树脂对中空织物浸润完成后，将中空织物的下面层完全贴服在刚性平台上，并采用工装对中空织物的上面层施加张力使其水平绷直，然后通过四周放置高精度金属限高块，并在中空织物上面层放置一块刚性平板，实现对中空织物复合材料板材的厚度精度控制和表面平面度可控制。

为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过实施例对一种中空织物复合材料高度控制装置及方法进行详细说明。

实施例1：

步骤1：裁剪一块尺寸为2200mm*1270mm，厚度为10±0.5mm的中空织物，并对中空织物表面进行预处理，以减少中空织物因卷装存放而形成的表面折痕，并尽可能确保中空织物的空腔通道平直和绒经纱线松弛；

步骤2：依次采用酒精、丙酮和脱模剂对刚性平台、刚性盖板和金属限高块进行表面处理；其中刚性平台和刚性盖板长宽尺寸一致且大于中空织物的长宽尺寸，金属限高块的高度为10±0.03mm；相邻对限高块之间的第二距离为1230mm，其中ε为0.004~0.04；

步骤3：将预处理后的中空织物沿长度方向的两端下面层，用胶粘剂固定在刚性平台的正中央，而中空织物该方向两端的上面层，用长宽为2200*20mm，厚度为2±0.3mm的复合材料板粘接固定；需要说明的是，仅固定两端实现中空织物的固定即可；

步骤4：采用真空导流-破真空复合成型方法，将环氧树脂均匀浸润中空织物；

步骤5：采用4对金属限高块，沿中空织物长度方向均匀放置在中空织物两侧，并将刚性盖板平放于中空织物上方，通过限高块的支撑作用与刚性平台形成受限空间（即空腔）；

步骤6：采用4对牵拉绳，将牵拉绳的一端均匀固定在中空织物长度方向上面层的两端，通过刚性平台的两端设置的对应定滑轮，在牵拉绳的另一端固定200g~2000g的金属配重。金属配重始终处于悬空状态，从而使牵拉绳张紧，确保中空织物绒经垂直站立，织物上面层绷紧绷直，此时中空织物上面层与刚性盖板下表面紧密贴合；

步骤7：采用50℃*2h+80℃*3h的升温控制进行加热固化，升温速率为2℃/min，升温加热结束后，自然冷却降温24h，完成固化过程。对上述高度控制装置进行脱模处理，得到高度为10cm的高精度中空织物复合材料。

实施例2：

实施例1与实施例2基本相同，其不同之处在于，相邻对限高块之间的第二距离为1500mm，采用3对金属限高块。

需要说明的是，图1中的平台10与图3和图4中的平台10均相同。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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等同替换；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和范围。本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (7)

1.一种中空织物复合材料高度控制方法，其特征在于，采用包括平台、盖板、限高块、牵拉组件的高度控制装置；所述盖板位于所述平台上方，所述限高块支撑在所述盖板与所述平台之间并形成空腔，所述空腔用于容纳中空织物；所述中空织物的下面层固定在所述平台上，所述中空织物的上面层与所述牵拉组件连接；所述牵拉组件通过牵拉使所述上面层与所述盖板贴合，完成所述中空织物的站立；所述牵拉组件包括牵拉绳和动力组件；

所述中空织物的站立高度与所述限高块的高度相同；

所述平台上设置有至少一对所述限高块，每对所述限高块均位于所述平台的两端；

相邻所述限高块均位于与所述中空织物的长度方向平行的直线方向上；

每对所述限高块之间的距离大于所述中空织物的宽度；

所述方法包括：

在所述平台上对所述中空织物进行树脂浸渍，并将所述中空织物的下面层固定在所述平台上；

根据预设高度确定所述限高块的高度，并将所述中空织物的上面层与所述牵拉组件连接；

对所述牵拉组件进行牵拉使所述上面层与所述盖板贴合，以使所述中空织物实现站立；

将所述中空织物连同所述高度控制装置进行加热固化，得到具有预设高度的中空织物复合材料；

通过如下公式确定所述限高块的高度：

其中，h用于表示所述限高块的高度，h_b用于表示所述预设高度，λ用于表示调节系数，0≤λ＜1；

根据所述中空织物的宽度，确定每对所述限高块之间的第一距离；第一距离大于所述中空织物的宽度；

根据所述限高块的长度、所述预设高度和所述动力组件提供的动力，确定相邻对所述限高块之间的第二距离；

所述第二距离通过如下公式确定：

其中，D ₂为第二距离，F为动力组件提供的动力，ε为经验值，h_b为所述预设高度，为限高块的长度，d为中空织物的宽度。

2.根据权利要求1所述的高度控制方法，其特征在于，还包括：

将所述中空织物的上面层的周边区域进行固边加厚处理，将所述牵拉组件与经所述固边加厚处理后的周边区域进行连接。

3.根据权利要求1所述的高度控制方法，其特征在于，还包括：通过胶粘剂将所述平台与所述中空织物的下面层进行固定。

4.根据权利要求1所述的高度控制方法，其特征在于，相邻所述限高块之间设置有空隙，所述牵拉组件通过所述空隙穿过所述空腔。

5.根据权利要求1所述的高度控制方法，其特征在于，所述牵拉绳的一端与所述上面层相连接，所述牵拉绳的另一端与所述动力组件相连接，所述动力组件用于为所述牵拉绳提供动力。

6.根据权利要求5所述的高度控制方法，其特征在于，

所述牵拉组件还包括定位支点，所述定位支点的设置高度高于所述限高块的高度；所述定位支点为定位滑轮，所述动力组件为配重物块；所述牵拉绳的另一端通过所述定位滑轮与所述配重物块相连接，以用所述配重物块的重力为所述牵拉绳提供动力。

7.根据权利要求5所述的高度控制方法，其特征在于，

所述牵拉组件还包括定位支点，所述定位支点的设置高度高于所述限高块的高度；所述动力组件为弹簧，所述牵拉绳的另一端与所述弹簧的一端相连接，所述弹簧的另一端与所述定位支点相连接。