CN117818155A - 一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物及其制备方法，包括以下步骤，S1、准备原料：S2、铺层针刺：S3、电推剥离：使用电推子将已经针刺完成单元层顶部的碳纤维网胎进行去除，得到只有碳纤维展宽布的底层单元层；S4、循环针刺：在底层单元层的织物厚度方向上继续铺放下一个单元层，其中的碳纤维网胎放置角度和上一个单元层保持一致，按照铺层的实际厚度抬高剥网板的针刺高度，水平面内的针刺轨迹保持不变以保证针刺机器人进行原位针刺，在针刺结束后，继续使用电推子对单元层顶部的碳纤维网胎进行去除；循环进行S4直至完成整个织物目标厚度的针刺成型。本发明采用的织物结构中无网胎层，织物的体积密度和承载能力得到了提高。
Description
技术领域
本发明属于纤维针刺预制体及其制备技术领域，特别涉及一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物及其制备方法。
背景技术
三维针刺织物及其复合材料生产具有自动化程度高、成型工艺简单等优点；与传统层合板相比，其层间、面内等力学性能均得到了较大的提升，现已在航空航天、轨道交通等领域得到广泛的应用。
近年来，研究人员提出了各种类型的针刺织物结构，主要包括网胎/网胎叠层针刺结构、网胎/编织布叠层针刺结构和网胎/半切布叠层针刺结构等。在上述织物结构中都包含网胎层或者半切布层，如专利号为CN202210583334.0，公开号为CN115179609A，专利名称为一种轻质疏导防隔热复合材料及其制备方法的发明专利所记载的类似织物，这种存有网胎层的织物体积分数较低，且不承载的网胎层会大大降低织物的力学性能；同时，在织物铺层结构中含有半切布层的织物，如专利号为CN202110723618.0，公开号为CN113638134A，专利名称为一种高体积分数高性能针刺预制体及其制备方法的发明所记载的类似织物，其面内仍有不连续的短纤维存在，如不清理残留的短纤，会导致织物整体面内拉伸强度降低。现有的针刺织物结构难以满足高超声速飞行器关键部件的承载要求。因此，有必要探索一种新型的高体积分数高承载的针刺织物结构及其制备方法。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题提供一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物及其制备方法，该织物结构中无网胎层，织物的体积密度和承载能力得到了提高。
本发明包括如下技术方案：一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备原料：按照预先设计的半切轨迹对网胎进行精准切割，依次形成合适尺寸大小的碳纤维网胎和碳纤维展宽布；所述碳纤维网胎加工成半切网胎；
S2、铺层针刺：将若干层碳纤维展宽布和一层碳纤维网胎从下到上依次叠层铺放成一个单元层，碳纤维网胎位于单元层顶部；使用针刺机器人按预先编写的针刺程序对单元层进行针刺；
S3、电推剥离：使用电推子将已经针刺完成单元层顶部的碳纤维网胎进行去除，得到只有碳纤维展宽布的底层单元层；
S4、循环针刺：在底层单元层的织物厚度方向上继续铺放下一个单元层，其中的碳纤维网胎放置角度和上一个单元层保持一致，按照铺层的实际厚度抬高剥网板的针刺高度，水平面内的针刺轨迹保持不变以保证针刺机器人进行原位针刺，在针刺结束后，继续使用电推子对单元层顶部的碳纤维网胎进行去除；循环进行S4直至完成整个织物目标厚度的针刺成型。
进一步的，所述S1包括S1-1设计半切网胎和S1-2裁切碳纤维网胎及碳纤维展宽布；S1-1使用AUTOCAD软件对碳纤维网胎的半切轨迹进行参数化设计，半切网胎指的是将碳纤维网胎进行横向或纵向的等间距切割，前一行与后一行或前一列与后一列的轨迹相互错开，相互错开的距离为两个切口间距的一半，生成带有若干个定值切口的有序排列集合网络；S1-2将AUTOCAD软件生成的半切切割轨迹文件和原料所需的合适尺寸大小的切割轨迹文件传输到PC端的CNC数控裁床配套软件中，生成可执行切割任务的文件，然后使用优盘将该文件从PC端下载至CNC裁床中，最后将碳纤维网胎和碳纤维展宽布的原料卷分别水平铺放于CNC数控裁床上，启动机器，进行原料的精准切割，依次形成合适尺寸大小的碳纤维网胎和碳纤维展宽布。
进一步的，所述S1-1中半切轨迹参数包括切口长度L和切口间距b，切口长度为15～35mm，两个相邻切口间距为10～30mm。
进一步的，所述S1-2中CNC数控裁床型号为法国力克Gerber Z1系列数字化裁床。
进一步的，所述S1-2中合适尺寸大小的碳纤维网胎和碳纤维展宽布根据实验所需而定。
进一步的，所述S1-2中碳纤维网胎的面密度为50～60g/m2；碳纤维展宽布的组织结构为平纹，展宽布规格为格宽为8～9mm、面密度为200～205g/m2或格宽为16～17mm、面密度为100～105g/m2或格宽为20～21mm、面密度为80～85g/m2。
进一步的，所述S1-2中原料卷铺放裁切时须注意网胎和展宽布的经向或纬向与裁床的水平坐标系X轴或Y轴相平行，以保证裁切的准确性。
进一步的，所述S2包括S2-1编写针刺程序、S2-2铺放针刺原料和S2-3针刺；S2-1将单元层的实际铺层厚度值作为机器人末端执行器的抬高针刺高度；且将针板的布针数量、采用的针刺密度值、针刺深度值以及针刺起始点姿态信息输入到针刺机器人编程软件中生成可编程的针刺执行程序；S2-2将S1中裁切好的碳纤维展宽布和碳纤维网胎按照设计的铺层顺序叠层铺放成单元层，铺放时须保证原料的长度、宽度方向和针刺工作台的长宽方向相互平行，以保证实际针刺轨迹和设计轨迹的一致性；S2-3将S2-1中生成的针刺程序下载至机器人示教器中，调整校对针刺机器人，按编写的针刺程序对单元层进行连续针刺。
进一步的，所述S2-1中针板的布针数为47根；针刺密度可选10～30针/cm2；针刺深度可选择10～20mm。
进一步的，所述S2-2中的一个单元层可选择由3～5层碳纤维展宽布和1层碳纤维网胎组成。
进一步的，所述S2-3中采用的刺针型号可选择细针15×18×40×3C222JZ13801、中针15×18×36×3C333 D24101、粗针14×16×36×3C333JZ01301。
进一步的，所述S2-3中的所述连续针刺采用先刺后压的针刺方式，这样做的好处是剥网板先接触织物表面，给织物一个预压力，将铺层织物压实，更有利于刺针介入带动网胎的短纤维实现层间连接，同时提高成型效果。
进一步的，所述S3中电推子的刀头为底部静刀和顶部动刀的组合体，剥离时，将刀头至于碳纤维网胎右上角的底面，使刀头从相对碳纤维网胎的长度方向约20°切入；所述刀头做“S”形移动路线，电推子向前推进剪断Z向的针刺纤维束。剥离时拎住碳纤维网胎被剥离的部分，剥离时扶持网胎以期最大化减少Z向针刺纤维束的揪出，从而提升层间剩余强度。
进一步的，所述刀头做“S”形移动路线具体为从碳纤维网胎右上角的底面向左下方按“S”行路线移动到左侧边，然后接着向右下方移动到右侧边为一个周期，重复上述过程直至整个碳纤维网胎被剔除。
进一步的，所述S4中每次针刺前均需要将铺层的实际厚度值输入到针刺机器人编程软件中生成新的可编程针刺执行程序，下载该程序至机器人示教器中，启动针刺机器人运行程序对织物进行连续针刺。
一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，使用上述制备方法制成，所述织物包括若干层碳纤维展宽布以及垂直刺入其层间的若干针刺纤维束。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果在于：
1、本发明提出了短纤维剥离的针刺织物结构，在织物等厚度前提下，使用展宽布替代结构中剥离的网胎层，提高了织物的体积密度和承载能力；该织物结构的单元层之间不存在网胎层，同种材料使得层间连接更加密切紧实，从而提高了织物的层间剥离强度。
2、本发明使用电推子对碳纤维网胎层进行剥离，提高了剥离效率，同时能在层间留下更多的针刺纤维束，有效提高了织物层间剥离强度和复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性。
3、本发明使用电推子剥离时，电推子的刀头呈一定角度切入并做“S”形移动路线剪断针刺纤维束，快速高效剔除碳纤维网胎的同时，极大的减少了针刺纤维束的损失。
4、本发明采用对网胎进行半切，进一步释放网胎面内短纤维之间的缠结束缚力，有利于刺针带入层间更多的短纤维，从而提高织物的层间剥离强度和复合材料的Ⅰ型层间断裂韧性。
5、本发明采用原位针刺，减小了刺针对织物的损伤，提高了织物及其复合材料的面内拉伸性能。
附图说明
图1为本发明的基于短纤维剥离的高承载针刺织物结构示意图；
图2为本发明的织物制备过程示意图；
图3为本发明的短纤维剥离路径示意图；
图4为织物层间剥离和面内拉伸顺序示意图；
图中，1-碳纤维展宽布；2-针刺纤维束；3-碳纤维网胎；4-针板；5-电推子；6-短纤维剥离起点；7-切口长度；8-切口间距。
具体实施方式
为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图详细说明如下。
参阅附图1-4，一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备原料：按照预先设计的半切轨迹对碳纤维网胎3进行精准切割，依次形成合适尺寸大小的碳纤维网胎3和碳纤维展宽布1；所述碳纤维网胎3加工成半切网胎；所述S1包括S1-1设计半切网胎和S1-2裁切碳纤维网胎3及碳纤维展宽布1：
S1-1使用AUTOCAD软件对碳纤维网胎3的半切轨迹进行参数化设计，半切网胎指的是将碳纤维网胎3进行横向或纵向的等间距切割，前一行与后一行或前一列与后一列的轨迹相互错开，相互错开的距离为两个切口间距8的一半，生成带有若干个定值切口的有序排列集合网络；所述S1-1中半切轨迹参数包括切口长度7和切口间距8，切口长度7为15～35mm，两个相邻切口间距8为10～30mm。
S1-2将AUTOCAD软件生成的半切切割轨迹文件和原料所需的合适尺寸大小的切割轨迹文件传输到PC端的CNC数控裁床配套软件中，生成可执行切割任务的文件，然后使用优盘将该文件从PC端下载至CNC裁床中，最后将碳纤维网胎3和碳纤维展宽布1的原料卷分别水平铺放于CNC数控裁床上，启动机器，进行原料的精准切割，依次形成合适尺寸大小的碳纤维网胎3和碳纤维展宽布1。
所述S1-2中CNC数控裁床型号为法国力克Gerber Z1系列数字化裁床。所述S1-2中合适尺寸大小的碳纤维网胎3和碳纤维展宽布1根据实验所需而定。所述S1-2中碳纤维网胎3的面密度为50～60g/m2；碳纤维展宽布1的组织结构为平纹，展宽布规格为格宽为8～9mm，面密度为200～205g/m2或格宽为16～17mm、面密度为100～105g/m2或格宽为20～21mm、面密度为80～85g/m2。所述S1-2中原料卷铺放裁切时须注意网胎和展宽布的经向或纬向与裁床的水平坐标系X轴或Y轴相平行，以保证裁切的准确性。
S2、铺层针刺：将若干层碳纤维展宽布1和一层碳纤维网胎3从下到上依次叠层铺放成一个单元层，碳纤维网胎3位于单元层顶部；使用针刺机器人按预先编写的针刺程序对单元层进行针刺；所述S2包括S2-1编写针刺程序、S2-2铺放针刺原料和S2-3针刺：
S2-1将单元层的实际铺层厚度值作为机器人末端执行器的抬高针刺高度；且将针板4的布针数量、采用的针刺密度值、针刺深度值以及针刺起始点姿态信息输入到针刺机器人编程软件中生成可编程的针刺执行程序；所述S2-1中针板4的布针数为47根；针刺密度可选10～30针/cm2；针刺深度可选择10～20mm。
S2-2将S1中裁切好的碳纤维展宽布1和碳纤维网胎3按照设计的铺层顺序叠层铺放成单元层，铺放时须保证原料的长度、宽度方向和针刺工作台的长宽方向相互平行，以保证实际针刺轨迹和设计轨迹的一致性；所述S2-2中的一个单元层可选择由3～5层碳纤维展宽布1和1层碳纤维网胎3组成。
S2-3将S2-1中生成的针刺程序下载至机器人示教器中，调整校对针刺机器人，按编写的针刺程序对单元层进行连续针刺。所述S2-3中采用的刺针型号可选择细针15×18×40×3C222 JZ13801、中针15×18×36×3C333D24101、粗针14×16×36×3C333 JZ01301。所述S2-3中的所述连续针刺采用先刺后压的针刺方式，这样做的好处是剥网板先接触织物表面，给织物一个预压力，将铺层织物压实，更有利于刺针介入带动网胎的短纤维实现层间连接，同时提高成型效果。
S3、电推剥离：使用电推子5将已经针刺完成单元层顶部的碳纤维网胎3进行去除，得到只有碳纤维展宽布1的底层单元层；所述S3中电推子5的刀头为底部静刀和顶部动刀的组合体，剥离时，将刀头至于碳纤维网胎3右上角的底面也即短纤维剥离起点6，使刀头从相对碳纤维网胎3的长度方向约20°切入；所述刀头做“S”形移动路线，电推子5向前推进剪断Z向的针刺纤维束2。剥离时拎住碳纤维网胎3被剥离的部分，剥离时扶持网胎以期最大化减少Z向针刺纤维束2的揪出，从而提升层间剩余强度。
所述S3中的电推子5为充电式，型号为志高牌ZG-F838系列，电机为3.7V，刀头为钛合金陶瓷材质。所述刀头做“S”形移动路线具体为从碳纤维网胎3右上角的底面向左下方按“S”行路线移动到左侧边，然后接着向右下方移动到右侧边为一个周期，重复上述过程直至整个碳纤维网胎3被剔除。
S4、循环针刺：在底层单元层的织物厚度方向上继续铺放下一个单元层，其中的碳纤维网胎3放置角度和上一个单元层保持一致，按照铺层的实际厚度抬高剥网板的针刺高度，水平面内的针刺轨迹保持不变以保证针刺机器人进行原位针刺，在针刺结束后，继续使用电推子5对单元层顶部的碳纤维网胎3进行去除；循环进行S4直至完成整个织物目标厚度的针刺成型。所述S4中每次针刺前均需要将针刺高度值输入到针刺机器人编程软件中生成新的可编程针刺执行程序，下载该程序至机器人示教器中，启动针刺机器人运行程序对织物进行连续针刺。
本发明还包括一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，使用上述制备方法制成，所述织物包括若干层碳纤维展宽布1以及垂直刺入其层间的若干针刺纤维束2。
实施例1：
一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，面内只有碳纤维展宽布，不存在碳纤维网胎，该织物铺层针刺中所使用的网胎为带有切口的半切网胎。
针刺工艺：每个单元层针刺完后剥掉表面的半切网胎层，接着铺下一个单元层针刺剥离。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维半切网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm，切口长度和切口间距为25mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，半切网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：5层展宽布加1层半切网胎为一个单元层，展宽布在下，半切网胎在上。
对比例1-1：
一种传统展宽布加半切网胎铺层，即短纤维不剥离的针刺织物，面内有碳纤维展宽布层和半切碳纤维网胎层。
针刺工艺：每个单元层针刺完后保留表面的半切网胎层，然后铺下一个单元层针刺。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维半切网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm，切口长度和切口间距为25mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，半切网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：3层展宽布+1层半切网胎为一个单元层，展宽布在下，半切网胎在上。
对比例1-2：
一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，面内只有碳纤维展宽布，不存在碳纤维网胎，该织物铺层针刺中所使用的网胎为未经半切的传统完整网胎。
针刺工艺：每个单元层针刺完后剥掉表面的完整网胎层，接着铺下一个单元层针刺剥离。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维完整网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，完整网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：5层展宽布+1层完整网胎为一个单元层，展宽布在下，完整网胎在上。
实施例2：
一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，面内只有碳纤维展宽布，不存在碳纤维网胎，该织物铺层针刺中所使用的网胎为带有切口的半切网胎，在针刺结束后进行织物的RTM复合制成复合材料。
针刺工艺：每个单元层针刺完后剥掉表面的半切网胎层，接着铺下一个单元层针刺剥离。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维半切网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm，切口长度和切口间距为25mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，半切网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：5层展宽布+1层半切网胎为一个单元层，展宽布在下，半切网胎在上。
对比例2-1：
一种传统展宽布加半切网胎铺层，即短纤维不剥离的针刺织物，面内有碳纤维展宽布层和半切碳纤维网胎层，在针刺结束后进行织物的RTM复合制成复合材料。
针刺工艺：每个单元层针刺完后保留表面的半切网胎层，接着铺下一个单元层针刺。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维半切网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm，切口长度和切口间距为25mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，半切网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：3层展宽布+1层半切网胎为一个单元层，展宽布在下，半切网胎在上。
对比例2-2：
一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，面内只有碳纤维展宽布，不存在碳纤维网胎，该织物铺层针刺中所使用的网胎为未经半切的传统完整网胎,在针刺结束后进行织物的RTM复合制成复合材料。
针刺工艺：每个单元层针刺完后剥掉表面的完整网胎层，接着铺下一个单元层针刺剥离。
材料参数：碳纤维展宽布面密度为200g/m2，厚度为0.2mm；碳纤维完整网胎面密度为50g/m2，厚度为0.4mm。
针刺参数：针刺密度为15针/cm2，针刺深度为15mm，完整网胎面密度为50g/m2，刺针型号采用中针15×18×36×3C333 D24101，一个单元层刺一遍。
铺层设计：5层展宽布+1层完整网胎为一个单元层，展宽布在下，完整网胎在上。
针刺完成的织物按照GJB 1867-94进行织物的层间剥离和面内拉伸性能测试；经RTM工艺得到的针刺复合材料按照GB/T 28891-2012进行双悬臂梁(DCB)实验、按照GB/T1447-2005进行面内拉伸性能测试。具体的，如图4所示，织物的剥离测试是两两单元层间的测试，依次从下至上，共3个层间；织物的拉伸测试为3次层间剥离结束后逐个单元层的测试，依次从上至下；复合材料的DCB测试位置为板子厚度中间层；复合材料的拉伸测试为正常板子的拉伸测试。
表1织物层间剥离强度
表2织物面内拉伸强度
表3复合材料Ⅰ型层间断裂韧性
| 序号 | Ⅰ型层间断裂韧性GⅠC(mj/mm2) |
| 实施例2 | 0.93 |
| 对比例2-1 | 0.36 |
| 对比例2-2 | 0.73 |
表4复合材料面内拉伸强度
| 序号 | 面内拉伸强度(Mpa) |
| 实施例2 | 651.06 |
| 对比例2-1 | 440.18 |
| 对比例2-2 | 600 |
上述表1～4展示了织物及其复合材料的力学性能对比。实施例1、实施例2、对比例1-2和对比例2-2为本文所提基于短纤维剥离的针刺织物及其复合材料；对比例1-1和对比例2-1为传统展宽布+网胎叠层针刺，即网胎不剥离织物及其复合材料。
实施例1和对比例1-1在均为半切的前提下，对比网胎剥离和不剥离的区别；实施例1和对比例1-2在均为剥离的前提下，对比半切剥离和一整块剥离的区别；复合材料的对比组合同织物一样。
表1显示了织物层间剥离强度对比。和对比例1-1相比，实施例1的层间剥离强度提升了42.3％；和对比例1-2相比，实施例1的层间剥离强度提升了74.7％。
表2显示了织物面内拉伸强度对比。和对比例1-1相比，实施例1的面内拉伸强度提升了84.1％；和对比例1-2相比，实施例1的面内拉伸强度提升了12.1％。
表3显示了复合材料Ⅰ型层间断裂韧性对比。和对比例2-1相比，实施例2的Ⅰ型层间断裂韧性GⅠC提升了158.3％；和对比例2-2相比，实施例2的Ⅰ型层间断裂韧性GⅠC提升了27.3％。
表4显示了复合材料面内拉伸强度对比。和对比例2-1相比，实施例2的面内拉伸强度提升了47.9％；和对比例2-2相比，实施例2的面内拉伸强度提升了8.5％。
由上述实验结果可以看出，本文所提基于短纤维剥离的高承载针刺织物结构对针刺织物及其复合材料的力学性能均有较大的提升。
尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法包括，其特征在于，包括以下步骤：S1、准备原料：按照预先设计的半切轨迹对网胎进行精准切割，依次形成合适尺寸大小的碳纤维网胎和碳纤维展宽布；所述碳纤维网胎加工成半切网胎；S2、铺层针刺：将若干层碳纤维展宽布和一层碳纤维网胎从下到上依次叠层铺放成一个单元层，碳纤维网胎位于单元层顶部；使用针刺机器人按预先编写的针刺程序对单元层进行针刺；S3、电推剥离：使用电推子将已经针刺完成单元层顶部的碳纤维网胎进行去除，得到只有碳纤维展宽布的底层单元层；S4、循环针刺：在底层单元层的织物厚度方向上继续铺放下一个单元层，其中的碳纤维网胎放置角度和上一个单元层保持一致，按照铺层的实际厚度抬高剥网板的针刺高度，水平面内的针刺轨迹保持不变以保证针刺机器人进行原位针刺，在针刺结束后，继续使用电推子对单元层顶部的碳纤维网胎进行去除；循环进行S4直至完成整个织物目标厚度的针刺成型。
2.根据权利要求1所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S1包括S1-1设计半切网胎和S1-2裁切碳纤维网胎及碳纤维展宽布；S1-1对碳纤维网胎的半切轨迹进行参数化设计，半切网胎是将碳纤维网胎进行横向或纵向的等间距切割，前一行与后一行或前一列与后一列的轨迹相互错开，相互错开的距离为两个切口间距的一半，生成带有若干个定值切口的有序排列集合网络；S1-2将半切切割轨迹文件和原料切割轨迹文件传输到PC端的CNC数控裁床配套软件中，生成可执行切割任务的文件，然后将该文件从PC端下载至CNC数控裁床中，最后将碳纤维网胎和碳纤维展宽布的原料卷分别水平铺放于裁床上，启动机器进行原料切割。
3.根据权利要求2所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S1-1中半切轨迹参数包括切口长度L和切口间距b，切口长度为15～35mm，两个相邻切口间距为10～30mm。
4.根据权利要求2所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S1-2中碳纤维网胎的面密度为50～60g/m2；碳纤维展宽布的组织结构为平纹，展宽布规格为格宽为8～9mm、面密度为200～205g/m2或格宽为16～17mm、面密度为100～105g/m2或格宽为20～21mm、面密度为80～85g/m2。
5.根据权利要求1所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S2包括S2-1编写针刺程序、S2-2铺放针刺原料和S2-3针刺；S2-1将单元层的实际铺层厚度值作为机器人末端执行器的抬高针刺高度；且将针板的布针数量、采用的针刺密度值、针刺深度值以及针刺起始点姿态信息输入到针刺机器人编程软件中生成可编程的针刺执行程序；S2-2将S1中裁切好的碳纤维展宽布和碳纤维网胎按照设计的铺层顺序叠层铺放成单元层；S2-3将S2-1中生成的针刺程序下载至机器人示教器中，调整校对针刺机器人，按编写的针刺程序对单元层进行连续针刺。
6.根据权利要求5所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：S2-1中针板的布针数为47根；针刺密度可选10～30针/cm2；针刺深度10～20mm。
7.根据权利要求5所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S2-2中的一个单元层可选择由3～5层碳纤维展宽布和1层碳纤维网胎组成。
8.根据权利要求1所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S3中电推子的刀头为底部静刀和顶部动刀的组合体，剥离时将刀头至于碳纤维网胎右上角的底面，使刀头从相对碳纤维网胎的长度方向20°切入；所述刀头做“S”形移动路线，电推子向前推进剪断Z向的针刺纤维束。
9.根据权利要求1所述的一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物的制备方法，其特征在于：所述S4中每次针刺前均需要将铺层的实际厚度值输入到针刺机器人编程软件中生成新的可编程针刺执行程序，下载该程序至机器人示教器中，启动针刺机器人运行程序对织物进行连续针刺。
10.一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物，其特征在于：使用如权利要求1-9任一所述的制备方法制成，所述织物包括若干层碳纤维展宽布以及垂直刺入其层间的若干针刺纤维束。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410029596.1A CN117818155A (zh) | 2024-01-09 | 2024-01-09 | 一种基于短纤维剥离的高承载针刺织物及其制备方法 |
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