CN117416063B - 一种复合材料加强筋预制体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料加强筋预制体及其制备方法，包括加强主体部和多个缝合线，加强主体部垂直设置于主体构件上，缝合线由加强主体部中的纤维线延伸形成，缝合线缝合于主体构件中。在本发明中，拆除了水平部，竖直部也即加强主体部直接通过自身的缝合线缝合入主体构件中。如此便避免了对主体构件的壁厚造成影响。其次，本发明相当于将现有技术中的层间纤维转化为了面内纤维，从而提高了自身的结构强度。另外，当加强主体部受到剪切力时，所受到的剪切力会通过缝合入主体构件中的缝合线快速地传递到主体构件的不同部位，如此便提高了主体构件的整体性，提升了主体构件的强度和刚度，同时实现了主体构件的轻量化，降低了主体构件的成本。

Description

一种复合材料加强筋预制体及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料结构件领域，特别涉及一种复合材料加强筋预制体及其制备方法。

背景技术

在中小型风力叶片制造过程中，既要达到轻量化的效果，又要达到高结构强度，一般都是采用加强筋连接上下腹板，填充PVC泡沫的方式，PVC板进口价格昂贵。

在现有技术中，如图1所示，传统L型加强筋01的使用是将纤维布控制呈现L型再与传统主体构件02相缝合，如此会导致传统主体构件02的壁厚增厚，其次结合的强度测量也难以达到较高的标准，另外由于呈L型的纤维布存在位于弯折部位外侧的R角，导致纤维布在与传统主体构件02结合时产生相应的空隙。

因此，如何在不增加主体构件壁厚的情况下提高加强筋与主体构件的结合强度，同时规避加强筋与主体构件的结合处出现空隙，是本领域技术人员亟待解决的关键性问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于在不增加主体构件壁厚的情况下提高加强筋预制体与主体构件的结合强度，同时规避加强筋预制体与主体构件的结合处出现空隙。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合材料加强筋预制体，包括加强主体部和多个缝合线，所述加强主体部垂直设置于主体构件上，所述缝合线由所述加强主体部中的纤维线延伸形成，所述缝合线缝合入所述主体构件中。

优选地，经向纤维和纬向纤维编织形成第一纤维布，所述第一纤维布的拆纱区域经拆除纬向纤维后释放自由经向纤维，所述自由经向纤维形成所述缝合线，所述第一纤维布的未拆纱区域形成所述加强主体部。

优选地，所述缝合线为沿着主体构件的纬向排布的多组，每组所述缝合线分为两股缝合线，所述两股缝合线朝着相反的方向，且均沿着所述主体构件的经向缝合入所述主体构件内。

优选地，所述两股缝合线采用单股斜缝或者单股贯穿缝合的方式缝合入所述主体构件内。

优选地，所述两股缝合线的直径均为预设直径。

优选地， 多层所述第一纤维布的未拆纱区域经双股双向锁缝形成所述加强主体部。

优选地，多层第二纤维布经双股双向锁缝形成所述主体构件。

本发明还公开了一种复合材料加强筋预制体的制备方法，包括：

S1：叠加铺层多层所述第一纤维布；

S2：在多层所述第一纤维布的未拆纱区域上铺设第一缝合点阵，对多层所述第一纤维布的未拆纱区域进行双股双向锁缝；

S3：将多层所述第一纤维布的拆纱区域的纬向纤维拆除，释放出自由经向纤维；

S4：使所述自由经向纤维形成多组沿着所述主体构件的纬向排布的缝合线，每组所述缝合线分成两股缝合线，将所述两股缝合线朝着相反的方向，且均沿着所述主体构件的经向缝合入所述主体构件中。

优选地，所述步骤S4中通过对所述自由经向纤维进行分股或合股形成多组所述缝合线，以使每组所述缝合线中的所述两股缝合线的直径值均为预设值。

优先地，所述主体构件的制备方法如下：

T1：叠加铺层多层所述第二纤维布；

T2：在多层所述第二纤维布的表面铺设第二缝合点阵；

T3：利用碳纤维纱线，并采用双股双向锁缝的方式对多层所述第二纤维布进行锁缝。

通过以上方案可知，在本发明中，拆除了水平部，竖直部也即加强主体部直接通过自身的缝合线缝合入主体构件中。如此便避免了对主体构件的壁厚造成影响。其次，本发明中的缝合线来自于加强主体部中的纤维线，缝合线与加强主体部中对应的纤维线为连续纤维，加强主体部通过自身的连续纤维缝合入主体构件中，相当于将现有技术中的层间纤维转化为了面内纤维，从而提高了自身的结构强度。另外，当加强主体部受到剪切力时，所受到的剪切力会通过缝合入主体构件中的缝合线快速地传递到主体构件的不同部位，如此便提高了主体构件的整体性，提升了主体构件的强度和刚度，同时实现了主体构件的轻量化，降低了主体构件的成本。另外，在本发明中加强主体部通过自身的缝合线与主体构件相缝合，加强主体部与主体构件之间可实现紧密接触，从而避免形成空隙，进一步提高了整体性和结构强度。

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，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的复合材料加强筋预制体的结构示意图；

图2为本发明公开的复合材料加强筋预制体的结构示意图；

图3为本发明公开的第一纤维布铺层后的结构示意图；

图4为本发明公开的缝合线单股贯穿缝合的结构示意图；

图5为本发明公开的缝合线单股斜缝的结构示意图；

图6为本发明公开的主体构件的结构示意图；

图7为本发明公开的第二缝合点阵的示意图；

图8为本发明公开的主体构件中双股双向锁缝示意图。

附图标记说明：01、传统L型加强筋；02、传统主体构件；11、加强主体部；12、缝合线；2、主体构件；3、第一缝合点阵；4、拆纱区域；5、未拆纱区域；6、第一纤维布；7、第二缝合点阵；8、线性股；9、锁缝股；10、第二纤维布。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种复合材料加强筋预制体，在不增加主体构件壁厚的情况下提高加强筋预制体与主体构件的结合强度，同时规避加强筋预制体与主体构件的结合处出现空隙。

本发明的另一个核心是提供一种制备复合材料加强筋预制体的方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考附图2，本发明公开的复合材料加强筋预制体包括加强主体部11和多个缝合线，加强主体部11垂直设置于主体构件2上。缝合线由加强主体部11中的纤维线延伸形成，缝合线缝合于主体构件2中。

请参考附图1，现有技术中的传统L型加强筋01的水平部与传统主体构件02相缝合，水平部的存在加厚了传统主体构件02的壁厚。而在本发明中，拆除了水平部，竖直部也即加强主体部11直接通过自身的缝合线缝合入主体构件2中。如此便避免了对主体构件2的壁厚造成影响。

其次，传统L型加强筋01的水平部仅仅是贴合在传统主体构件02的表面，传统L型加强筋01的水平部与传统主体构件02的表面之间形成层间纤维。相互编织的纤维之间构成面内纤维。面内纤维的含量较层间纤维的含量高，因此面内纤维的结构强度高于层间纤维的结构强度。本发明中的缝合线来自于加强主体部11中的纤维线，缝合线与加强主体部11中对应的纤维线为连续纤维，加强主体部11通过自身的连续纤维缝合入主体构件2中，相当于将现有技术中的层间纤维转化为了面内纤维，从而提高了自身的结构强度。另外，当加强主体部11受到剪切力时，所受到的剪切力会通过缝合入主体构件2中的缝合线快速地传递到主体构件2的不同部位，如此便提高了主体构件2的整体性，提升了主体构件2的强度和刚度，同时实现了主体构件2的轻量化，降低了主体构件2的成本。

另外，传统L型加强筋01的弯折部位外侧形成了R角，从而导致传统L型加强筋01的水平部与传统主体构件02之间形成空隙，无法紧密贴合。在本发明中加强主体部11通过自身的缝合线与主体构件2相缝合，加强主体部11与主体构件2之间可实现紧密接触，从而避免形成空隙，进一步提高了整体性和结构强度。

请参考附图3、4、5，在本发明一具体实施例中，复合材料加强筋预制体是通过多层第一纤维布6缝合而成。第一纤维布6包括相互编织的经向纤维和纬向纤维。将第一纤维布6的拆纱区域4中的纬向纤维拆除，释放出自由经向纤维，使自由经向纤维形成缝合线。第一纤维布6的未拆纱区域5不拆除纬向纤维，多层第一纤维布6的未拆纱区域5相互缝合形成加强主体部11。

复合材料加强筋预制体还可采用以下方式成型：在经向纤维的一部分上编织纬向纤维形成加强主体部，经向纤维未编织纬向纤维的部分作为缝合线。相比较而言，本发明中拆除部分纬向纤维形成缝合线的方式更为简单。

缝合线为沿着主体构件2的纬向排布的多组，每组缝合线分为两股缝合线12。两股缝合线12朝着相反方向，且均沿着主体构件2的经向缝合入主体构件2内。现有技术L型加强筋仅通过一侧的水平部与主体构件2连接，而在本发明中加强主体部11通过两侧的缝合线与主体构件2连接，两侧的缝合线利于加强主体部11受力均衡，且利于将加强主体部11受到的剪切力快速地传递到主体构件2的不同部位，从而进一步提高了主体构件2的整体性，提升了主体构件2的强度和刚度。

每组缝合线中的两股缝合线12采用单股斜缝的方式缝合入主体构件2内，请参考附图5，沿着主体构件2的经向进行单股斜缝。两股缝合线12还可以采用单股贯穿缝合的方式缝合入主体构件2内，请参考附图4，沿着主体构件2的经向进行单股贯穿缝合。

不同材料的主体构件2需要配合不同直径的缝合线，因此每组缝合线中的两股缝合线12的直径为预设直径。假如每股缝合线要求的大小为3k，如果释放的自由经向纤维的规格为1k，那么让每组自由经向纤维中的三股自由经向纤维合并为一股缝合线12，从而形成两股规格为3k的缝合线12。如果释放的自由经向纤维的规格为6k，那么让每组自由经向纤维中的一股自由经向纤维分股为两股，从而形成两股规格为3k的缝合线12，每组自由经向纤维中其它股自由经向纤维拆除。

多层第一纤维布6的未拆纱区域5采用双股双向锁缝的方式缝合为整体的加强主体部11。具体而言，将多层第一纤维布6叠层，在未拆纱区域5铺设第一缝合点阵3，缝合针携带锁缝股贯穿多层第一纤维布6的未拆纱区域5，与背面的线性股锁缝后再贯穿回正面，之后沿着第一缝合点阵3上的经向点位缝合完成。

主体构件2由多层第二纤维布10经双股双向锁缝形成。

本发明还公开了一种复合材料加强筋预制体的制备方法，包括以下步骤：

S1：叠加铺层多层第一纤维布6。

S2：在多层第一纤维布6的未拆纱区域5上铺设第一缝合点阵3，对多层第一纤维布6的未拆纱区域5进行双股双向锁缝。

S3：将多层第一纤维布6的拆纱区域4的纬线拆除，释放出自由经向纤维。

S4：使自由经向纤维形成多组沿着主体构件2的纬向排布的缝合线，每组缝合线分成两股缝合线12，将两股缝合线12朝着相反的方向，且均沿着主体构件2的经向缝合入主体构件2中。

在本发明具体实施例中，第一纤维布6为T300-3k平纹布，请参考附图3：叠加铺层6层T300-3k平纹布，留出拆纱区域4，在未拆纱区域5的表面铺设第一缝合点阵3，对多层第一纤维布6的未拆纱区域5进行双股双向锁缝。缝合针携带锁缝股贯穿多层第一纤维布6的未拆纱区域5，以与背面的线性股锁缝。缝合针携带锁缝股依次走完第一缝合点阵3上所有的经向点位。

拆除第一纤维布6的拆纱区域4中的纬向纤维，释放出自由经向纤维。自由经向纤维为沿着主体构件2的纬向排布的多组。如果每组中的每股自由经向纤维的规格小于缝合线12要求的规格，那么就对每组中的自由经向纤维进行合股，以使每组中的自由经向纤维形成两股符合要求的缝合线12。如果每组中的每股自由经向纤维的规格大于缝合线12要求的规格，那么对每组中的一股自由经向纤维进行分股，以形成两股符合要求的缝合线12，每组中其余的自由经向纤维拆除。

每组缝合线中的两股缝合线12以单股贯穿缝合的方式，或者以单股斜缝的方式缝合入主体构件2中。

主体构件2的制备方法如下：

T1：叠加铺层多层第二纤维布10；

T2：在多层第二纤维布10的表面铺设第二缝合点阵7；

T3：利用碳纤维纱线，并采用双股双向锁缝的方式对多层第二纤维布10进行锁缝。

主体构件2由m层第二纤维叠加铺层形成，m为正整数，且每层第二纤维的厚度为0.3-0.35mm。在本实施例中m为10，且控制主体构件2的厚度不小于3mm，以使得主体构件2具有轻量化和强度与刚性增加的效果。

在本发明一具体实施例中，第二纤维布10为T300-3k平纹布，请参考图6-图8：采用T300-3k平纹布进行叠加铺层，叠加铺层10层平纹布，达到主体构件2要求厚度3mm。在平纹布表面铺设第二缝合点阵7，点阵规格为5*5mm。采用T300-3k规格的锁缝股9和线性股8进行缝合，沿着从左到右的方向依次走完第二缝合点阵7上所有的经向点位。锁缝股9和线性股8的材质还可以为玻璃纤维或石英纤维。

本发明中的复合材料加强筋预制体可以为L型，也可以为C型、“工”字型等，本文对此不作限定，只要是加强筋预制体通过自身的连续纤维缝合入主体构件2中，均落入本文的保护范围。

需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

本文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 (9)

1.一种复合材料加强筋预制体，其特征在于：包括加强主体部和多个缝合线，所述加强主体部垂直设置于主体构件上，所述缝合线由所述加强主体部中的纤维线延伸形成，所述缝合线缝合入所述主体构件中；

经向纤维和纬向纤维编织形成第一纤维布，所述第一纤维布的拆纱区域经拆除纬向纤维后释放自由经向纤维，所述自由经向纤维形成所述缝合线，所述第一纤维布的未拆纱区域形成所述加强主体部。

2.根据权利要求1所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于，所述缝合线为沿着所述主体构件的纬向排布的多组，每组所述缝合线分为两股缝合线，所述两股缝合线朝着相反的方向，且均沿着所述主体构件的经向缝合入所述主体构件内。

3.根据权利要求2所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于，所述两股缝合线采用单股斜缝或者单股贯穿缝合的方式缝合入所述主体构件内。

4.根据权利要求2所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于，所述两股缝合线的直径均为预设直径。

5.根据权利要求1所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于， 多层所述第一纤维布的未拆纱区域经双股双向锁缝形成所述加强主体部。

6.根据权利要求1所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于，多层第二纤维布经双股双向锁缝形成所述主体构件。

7.一种复合材料加强筋预制体的制备方法，基于权利要求1所述的复合材料加强筋预制体，其特征在于，包括：

S1：叠加铺层多层所述第一纤维布；

S2：在多层所述第一纤维布的未拆纱区域上铺设第一缝合点阵，对多层所述第一纤维布的未拆纱区域进行双股双向锁缝；

S3：将多层所述第一纤维布的拆纱区域的纬向纤维拆除，释放出自由经向纤维；

S4：使所述自由经向纤维形成多组沿着所述主体构件的纬向排布的缝合线，每组所述缝合线分成两股缝合线，将所述两股缝合线朝着相反的方向，且均沿着所述主体构件的经向缝合入所述主体构件中。

8.根据权利要求7所述的复合材料加强筋预制体的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中通过对所述自由经向纤维进行分股或合股形成多组所述缝合线，以使所述两股缝合线的直径值均为预设值。

9.根据权利要求7所述的复合材料加强筋预制体的制备方法，其特征在于，所述主体构件的制备方法如下：

T1：叠加铺层多层第二纤维布；

T2：在多层所述第二纤维布的表面铺设第二缝合点阵；

T3：利用碳纤维纱线，并采用双股双向锁缝的方式对多层所述第二纤维布进行锁缝。