RU2722494C1 - Method of striping of volume preforms - Google Patents

Method of striping of volume preforms Download PDF

Info

Publication number
RU2722494C1
RU2722494C1 RU2019132237A RU2019132237A RU2722494C1 RU 2722494 C1 RU2722494 C1 RU 2722494C1 RU 2019132237 A RU2019132237 A RU 2019132237A RU 2019132237 A RU2019132237 A RU 2019132237A RU 2722494 C1 RU2722494 C1 RU 2722494C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thread
reinforcing
fixing
threads
laying
Prior art date
Application number
RU2019132237A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Нелюб
Максим Андреевич Орлов
Александр Николаевич Калинников
Алексей Сергеевич Бородулин
Дмитрий Викторович Афанасьев
Роман Алексеевич Жуков
Ирина Александровна Поликарпова
Вячеслав Владимирович Богачев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2019132237A priority Critical patent/RU2722494C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2722494C1 publication Critical patent/RU2722494C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention relates to the technology of making preforms of articles from polymer composite materials (PCM) - workpieces based on reinforcing fibres. Invention can be used in basic industries, such as aircraft engineering, space industry, power engineering, shipbuilding and automotive industry, for production of parts and their components from PCM, which can withstand extreme mechanical loads. Technical result of disclosed solution consists in elimination of deformation and damages of main reinforcing thread, as well as substrate due to non-use of sewing fixing thread, according to the proposed scheme of layer-by-layer strip of volumetric preforms and selection of substrate material, which leads to broader technological capabilities of the process of making fibrous blanks, and also selectively affects strength properties of target articles and their components from PCM. Proposed method consists in laying and fixing of main reinforcing thread on fixed substrate with subsequent build-up of layers of three-dimensional structure according to TFP technology on programmed embroidery machine. Fixation of the main thread is carried out by needle piercing with the substrate thread on the basis of the water-washing nonwoven with the clamp of the formed loop due to friction with the substrate material and further movement in the rectilinear direction of the stowing head with the needle to the next point specified by the program. In case of curved direction of laying in bending point or maximum stress, main thread loop is fixed additionally with suture filament by means of second needle operating in automatic mode synchronously with first, wherein in case of layers up to preset thickness of preform the perimeter of trajectory of every next layer of the main thread should exceed the previous one. Reinforcing threads used are carbon fibres, including in the form of roving, and the aramide fibres are used as the fixing threads.
EFFECT: proposed scheme of layers laying allows reinforcing preforms as straight and level as possible - without bends and waves, with threads, which allows to achieve the best characteristics of reinforcing filler when testing final products for bending and stretching.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области изготовления преформ изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) - заготовок на основе армирующих волокон. Изобретение может быть использовано в базовых отраслях промышленности, таких как авиастроение, космическая отрасль, энергетика, судо- и автомобилестроение для производства деталей и их компонентов из ПКМ, которые могут выдерживать экстремальные механические нагрузки.The invention relates to the field of manufacturing preforms of products from polymer composite materials (PCM) - blanks based on reinforcing fibers. The invention can be used in basic industries, such as aircraft, space, energy, shipbuilding and automotive for the production of parts and their components from PCM, which can withstand extreme mechanical loads.

Усиленные изделия из ПКМ изготавливаются на основе заготовки-преформы путем укладки необходимого количества слоев армирующих волокон, помещения заготовки в оснастку, пропитки связующим материалом на основе полимеров и/или смол и последующего отверждения. При этом фиксированная направленность армирующих волокон имеет решающее влияние на жесткость и прочность целевого изделия.Reinforced PCM products are made on the basis of a preform preform by laying the required number of layers of reinforcing fibers, placing the preform in a snap, impregnation with a binder based on polymers and / or resins and subsequent curing. Moreover, the fixed directivity of the reinforcing fibers has a decisive influence on the stiffness and strength of the target product.

Одним из возможных путей обеспечения предъявляемым требованиям к ориентации волокон в соответствии с силовой нагрузкой на изделия в целом и их конструктивные элементы является TFP-технология (Tailored Fiber Placement - направленная укладка волокна). TFP-технология включает в себя укладку волокнистых слоев-прядей («пучки» или «жгуты» волокон), которые, в свою очередь, формируются из множества отдельных армирующих волокон, проходящих параллельно друг другу по требуемой, как правило криволинейной, траектории, и их крепление с помощью фиксирующей нити на несущем слое основания заготовки. Обычно TFP-технология реализуется с помощью универсальных швейных или вышивальных машин с числовым программным управлением (ЧПУ). Следствием обозначенного механического армирования является направленная ориентация отдельных волокнистых прядей, которая оптимальным образом соответствует направлению нагрузки, действующей на изделие в рабочем состоянии.One of the possible ways to ensure the requirements for the orientation of the fibers in accordance with the power load on the product as a whole and their structural elements is TFP-technology (Tailored Fiber Placement - directional fiber laying). TFP-technology includes laying fiber layers-strands ("bundles" or "bundles" of fibers), which, in turn, are formed from many separate reinforcing fibers that run parallel to each other along the desired, usually curved, trajectory, and their fastening with a fixing thread on the base layer of the workpiece. Typically, TFP technology is implemented using universal sewing or embroidery machines with numerical control (CNC). The consequence of the indicated mechanical reinforcement is the directional orientation of the individual fibrous strands, which optimally corresponds to the direction of the load acting on the product in working condition.

В патенте RU 2401740 описан способ изготовления одно- или многослойной волокнистой заготовки согласно TFP-технологии. Способ формирования волокнистой заготовки-преформы включает в себя следующие операции: укладку и закрепление волокнистых прядей на гибком и эластичном основании посредством фиксирующей нити, пропущенной через швейную головку швейной или вышивальной машины с ЧПУ; введение фиксирующей нити в основание посредством иглы, установленной на швейной головке, причем в результате введения фиксирующей нити в основание образуемые петли фиксирующих нитей плотно удерживаются в основании; снятие сформированной волокнистой заготовки с основания. Для того чтобы сформировать законченный композитный компонент, после отделения от основания волокнистая заготовка отверждается посредством известной RTM-технологии ("Resin Transfer Molding" - "Трансферного Формования Пластмасс"). С этой целью волокнистая заготовка насыщается или пропитывается отверждаемым полимерным материалом, например полиэфирной смолой, эпоксидной смолой или им подобной.RU 2401740 describes a method for manufacturing a single or multilayer fibrous preform according to TFP technology. The method of forming a fiber preform preform includes the following operations: laying and securing the fiber strands on a flexible and elastic base by means of a fixing thread passed through the sewing head of a CNC sewing or embroidery machine; introducing the fixing thread into the base by means of a needle mounted on the sewing head, and as a result of introducing the fixing thread into the base, the formed loops of the fixing threads are tightly held in the base; removing the formed fibrous preform from the base. In order to form a finished composite component, after separation from the base, the fiber preform is cured using the well-known RTM technology ("Resin Transfer Molding" - "Transfer Molding Plastics"). To this end, the fiber preform is saturated or impregnated with a curable polymeric material, for example, polyester resin, epoxy resin or the like.

В патенте RU 2388599 описано устройство, посредством которого по TFP-технологии можно изготавливать волокнистую заготовку, которая имеет по существу любую заданную геометрию поверхности, в частности, отличающуюся от плоской формы. При этом в заготовке армирующие волокна по существу ориентированы в соответствии с действием нагрузки благодаря тому, что швейная головка и/или направляющие средства могут быть позиционированы в пространственном направлении z.RU 2388599 describes a device by which, using TFP technology, it is possible to produce a fiber preform that has essentially any given surface geometry, in particular, different from a flat shape. In this case, the reinforcing fibers in the preform are substantially oriented according to the action of the load due to the fact that the sewing head and / or guiding means can be positioned in the spatial direction z.

В патенте US 7942993 предложен способ, с помощью которого можно по TFP-технологии изготавливать заготовки из многослойного адаптированного волокна любой толщины. Для этого армирующие волокна пришивают к опоре фиксирующими нитями, в результате чего образуется заданная структура преформы из армирующего волокна. Затем фиксирующие нити в волокнистой заготовке химически растворяют или термически расплавляют и тем самым происходит отделение преформы от несущей тканой основы.US Pat. No. 7,942,993 proposes a method by which, using TFP technology, it is possible to produce preforms from a multilayer adapted fiber of any thickness. For this, reinforcing fibers are sewn to the support with fixing threads, as a result of which a predetermined preform structure is formed of reinforcing fibers. Then, the fixing threads in the fiber preform are chemically dissolved or thermally melted, and thereby the preform is separated from the carrier woven base.

В заявках US 2010/0126652 А1 и US 2009/0229761 А1 описывается способ и соответственно устройство для изготовления волокнистых заготовок, посредством которых можно выполнять требование ориентации волокон в изготавливаемом конструктивном элементе в соответствии с нагрузкой. При этом применяется TFP-технология, по которой нити или жгуты волокон выкладываются в направлении вдоль произвольного, воздействующего на готовый конструктивный элемент, силового потока, и посредством фиксирующих ниток предварительно фиксируются. Для этого применяются швейно-вязальные автоматы с ЧПУ, которые используются в текстильной промышленности.In the application US 2010/0126652 A1 and US 2009/0229761 A1 describes a method and, accordingly, a device for the manufacture of fiber preforms, by which it is possible to fulfill the requirement of orientation of the fibers in the manufactured structural element in accordance with the load. In this case, the TFP-technology is applied, according to which the threads or bundles of fibers are laid out in a direction along an arbitrary force flow acting on the finished structural element, and are pre-fixed by means of fixing threads. For this, sewing and knitting machines with CNC are used, which are used in the textile industry.

Необходимо отметить, что известные способы изготовления волокнистых заготовок-преформ с комплексными трехмерными структурами, являются всегда технически трудоемкими и дорогостоящими.It should be noted that the known methods of manufacturing fibrous preform preforms with complex three-dimensional structures are always technically laborious and expensive.

В патенте RU 2583017 описан один из возможных путей изготовления волокнистых заготовок, который связан с применением так называемых нетканых материалов с многоосным расположением волокон. Под указанными материалами понимаются конструкции из нескольких расположенных друг на друге нитяных пластов, причем эти пласты состоят из множества расположенных параллельно друг другу армирующих ниток. Расположенные друг на друге пласты ниток могут соединяться друг с другом и фиксироваться друг относительно друга посредством множества расположенных рядом и проходящих параллельно друг другу и образующих петли швейных или трикотажных ниток, так что нетканый материал с многоосным расположением волокон таким образом стабилизируется. В многослойном нетканом полотне по данному изобретению можно применять в качестве армирующих волокон обычно используемые для получения усиленных композиционных материалов армирующие волокна или нити. Предпочтительно в случае комплексной армирующей нити речь идет о нити из углеродного волокна, а также стекловолокна или арамидной нити, или о вытянутой UHMW-полиэтиленовой нити.The patent RU 2583017 describes one of the possible ways of manufacturing fiber preforms, which is associated with the use of so-called non-woven materials with a multiaxial arrangement of fibers. These materials are understood to mean constructions of several thread layers located on top of each other, and these layers consist of a plurality of reinforcing threads arranged parallel to each other. The yarn layers located on one another can be connected to each other and fixed relative to each other by a plurality of adjacent or parallel to one another and forming loops of sewing or knitting threads, so that a nonwoven fabric with a multiaxial arrangement of fibers is thereby stabilized. In the multilayer nonwoven fabric of the present invention, reinforcing fibers or threads commonly used for the production of reinforced composite materials can be used as reinforcing fibers. Preferably, in the case of a complex reinforcing yarn, this is a carbon fiber yarn, as well as fiberglass or aramid yarn, or an elongated UHMW polyethylene yarn.

В патенте РФ №2386534 указано на то, что технические армирующие текстильные материалы, такие как арамидные волокна, стеклянные волокна или углеродные волокна, могут использоваться в качестве фиксирующих волокон. Отмечается также, что в целях обеспечения определенных технологических характеристик могут использоваться нити, не имеющие армирующих свойств, например полиэфирные нити или им подобные, то есть нити, обладающие эластичностью, но способные в последующем композитном элементе выдерживать лишь небольшие механические нагрузки, поскольку в области фиксирующих нитей могут появиться волны и/или разрывы, а в области матрицы могут возникнуть микротрещины. Для улучшения механических свойств композитных компонентов известен также прием использования фиксирующих нитей, которые могут растворяться, в частности, при применении TFP-технологии. Один из эффектов, получаемых от использования фиксирующих нитей, растворяющихся по окончании операции сшивания, заключается в уменьшении волн армирующих волокон, которые создаются фиксирующими нитями. Однако, по мнению авторов, растворимые фиксирующие нити лишь условно пригодны для TFP-технологии или других способов сшивания, поскольку они не имеют требуемых механических свойств обычных фиксирующих нитей, а следовательно, могут появляться разрывы нитей, отслаивания нитей, разделяющиеся концы и т.д.In the patent of the Russian Federation No. 2386534 it is indicated that technical reinforcing textile materials, such as aramid fibers, glass fibers or carbon fibers, can be used as fixing fibers. It is also noted that in order to ensure certain technological characteristics, yarns that do not have reinforcing properties, for example polyester yarns or the like, that is, yarns with elasticity, but capable of withstanding only small mechanical loads in the subsequent composite element, can be used, since in the region of the fixing yarns waves and / or gaps may appear, and microcracks can occur in the matrix region. To improve the mechanical properties of composite components, the method of using fixing threads, which can be dissolved, in particular, using TFP technology, is also known. One of the effects obtained from the use of fixing threads that dissolve at the end of the crosslinking operation is to reduce the waves of reinforcing fibers that are created by the fixing threads. However, according to the authors, soluble fixing threads are only conditionally suitable for TFP technology or other methods of crosslinking, since they do not have the required mechanical properties of conventional fixing threads, and therefore, tearing of the threads, peeling of the threads, separable ends, etc. may appear.

В патенте РФ №2562490 отмечается, что недостатком структур заготовок, подобным описанных выше, является относительно высокая доля материала, который не состоит из армирующих волокон и тем самым не способствует прочности получаемого в итоге конструктивного элемента. Матричный материал относится к общему количеству армирующих волокон и материала основы, так что относительно объема конструктивного элемента получается меньшее содержание армирующих волокон в конструктивном элементе и соответственно меньшая прочность конечного изделия.In the patent of the Russian Federation No. 2562490 it is noted that the disadvantage of the preform structures similar to those described above is the relatively high proportion of the material, which does not consist of reinforcing fibers and thus does not contribute to the strength of the resulting structural element. Matrix material refers to the total number of reinforcing fibers and the base material, so that relative to the volume of the structural element, a lower content of reinforcing fibers in the structural element and, accordingly, lower strength of the final product are obtained.

В патенте РФ №2370368, выбранном в качестве прототипа, описан способ изготовления волокнистой заготовки, на первом этапе которого пряди сначала укладываются на опорном слое по TFP-технологии посредством известных автоматических швейных и вышивальных машин с ЧПУ, предпочтительно таким образом, чтобы они имели ориентацию, соответствующую направлению действия нагрузки, и крепятся верхней и нижней фиксирующими нитями. Верхняя фиксирующая нить образует под опорным слоем петли, через которые проходит нижняя фиксирующая нить с целью надежного закрепления волокнистых заготовок на опорном слое или подложке для препятствия их перемещениям.In the patent of the Russian Federation No. 2370368, selected as a prototype, a method for manufacturing a fiber preform is described, in the first stage of which the strands are first laid on a support layer using TFP technology using known automatic CNC sewing and embroidery machines, preferably so that they have an orientation, corresponding to the direction of the load, and are fastened with upper and lower fixing threads. The upper fixing thread forms loops under the support layer through which the lower fixing thread passes in order to reliably fix the fibrous preforms on the support layer or substrate to prevent them from moving.

Направление подлежащих укладке волокнистых прядей и их закрепление на опорном слое осуществляются посредством швейной иглы, работа которой управляется с помощью компьютера, по меньшей мере, в двух пространственных направлениях.The direction of the fiber strands to be laid and their fastening on the support layer are carried out by means of a sewing needle, the operation of which is controlled by a computer, in at least two spatial directions.

При этом отмечено, что с фиксирующей нитью и опорным слоем TFP-технология вводит в волокнистую заготовку два элемента, которые в последующем композитном компоненте уже больше не выполняют никакой функции, в частности опорной функции. По мнению авторов, как опорный слой, так и фиксирующие нити вызывают проблемы в плане реализации идеальной последовательности слоев, а, кроме того, представляют собой достаточно заметную часть в общем весе. В качестве альтернативы волокнистая заготовка может также укладываться и прошиваться посредством так называемой технологии "простегивания". В этом случае используется только верхняя фиксирующая нить, которая непосредственно фиксируется в надлежащим образом выбранном опорном слое посредством зажима в нем. Нижняя фиксирующая нить для фиксирования верхней фиксирующей нити под опорным слоем путем связывания или образования петли с верхней фиксирующей становится лишней. В качестве опорного слоя предлагается использовать, например, гибкий и эластичный резиновый лист, пенопласт и т.п., в который, по меньшей мере, в поверхность которого вводится игла. Петли верхней фиксирующей нити, которые образуются в резиновом листе после удаления иглы, крепко удерживаются внутри резинового листа и в результате фиксируются. Эта процедура имеет, в частности, то преимущество, что опорный слой можно отделять от волокнистой заготовки в фиксирующем устройстве перед растворением и вымыванием фиксирующих нитей без сколько-нибудь заметного повреждения армирующих волокон.It was noted that with the fixing thread and the support layer, the TFP technology introduces two elements into the fiber preform, which in the subsequent composite component no longer perform any function, in particular, the support function. According to the authors, both the support layer and the fixing threads cause problems in terms of the implementation of the ideal sequence of layers, and, in addition, represent a fairly noticeable part in the total weight. Alternatively, the fibrous preform can also be stacked and stitched using the so-called “quilting” technology. In this case, only the upper fixing thread is used, which is directly fixed in the properly selected support layer by clamping therein. The lower fixing thread for fixing the upper fixing thread under the support layer by binding or looping with the upper fixing thread becomes superfluous. As a support layer, it is proposed to use, for example, a flexible and elastic rubber sheet, foam, etc., into which at least a needle is inserted into the surface. The loops of the upper fixing thread, which are formed in the rubber sheet after removing the needle, are firmly held inside the rubber sheet and as a result are fixed. This procedure has, in particular, the advantage that the support layer can be separated from the fiber preform in the fixing device before dissolving and washing out the fixing threads without any noticeable damage to the reinforcing fibers.

В соответствии с полезным усовершенствованием способа по указанному изобретению, фиксирующая нить или фиксирующие нити и/или опорный слой или опорные слои выполнены из материала, который может быть удален химическим или физическим путем, в частности из материала, который может быть растворен, например, из водорастворимого полимера (однако конкретно полимер из которого сделана подложка не указан).In accordance with a useful improvement of the method according to the invention, the fixing thread or fixing threads and / or the supporting layer or supporting layers are made of material that can be removed chemically or physically, in particular from a material that can be dissolved, for example, from a water-soluble polymer (however, specifically the polymer of which the substrate is made is not specified).

В качестве возможного растворителя предлагается использовать дистиллированную воду. В качестве водорастворимых фиксирующих нитей могут использоваться, например, нити, реализуемые под товарными знаками SOLVRON® Sewing Thread SX 100Т/1×3 и SOLVRON® SF62dtex компании NITIVY Co. LTD. Токио, Япония.It is proposed to use distilled water as a possible solvent. As water-soluble fixing threads, for example, threads sold under the trademarks SOLVRON® Sewing Thread SX 100T / 1 × 3 and SOLVRON® SF62dtex from NITIVY Co. can be used. LTD. Tokyo, Japan.

Технической задачей предлагаемого изобретения является минимизация влияния фиксирующих нитей на армирующие волокна в процессе нашивки объемных преформ по TFP-технологии.The technical task of the invention is to minimize the effect of fixing threads on the reinforcing fibers in the process of stitching bulk preforms using TFP technology.

Технический результат заявленного решения заключается в устранении деформации и повреждений основной армирующей нити, а также подложки, за счет по-возможности полного отказа от использования прошивочной фиксирующей нити, по предлагаемой схеме послойной нашивки объемных преформ и подбора материала подложки, что приводит в итоге к расширению технологических возможностей процесса изготовления волокнистых заготовок, а также избирательно влияет на прочностные свойства целевых изделий и их компонентов из ПКМ.The technical result of the claimed solution is to eliminate the deformation and damage of the main reinforcing thread, as well as the substrate, due to the possible complete rejection of the use of stitching fixing thread, according to the proposed scheme of layer-by-layer sewing of bulk preforms and selection of substrate material, which ultimately leads to the expansion of technological capabilities of the manufacturing process of fibrous preforms, and also selectively affects the strength properties of the target products and their components from PCM.

Сущность изобретения поясняется следующими иллюстративными материалами.The invention is illustrated by the following illustrative materials.

На фигуре 1 изображен фрагмент узла швейной головки с укладывающей лапкой и иглой для прошивочной - фиксирующей нити (волокна), реализующий традиционный способ формования преформ вышивальной установкой с ЧПУ.The figure 1 shows a fragment of the node of the sewing head with a laying foot and a needle for flashing - fixing thread (fiber), which implements the traditional method of forming preforms with an embroidery machine with CNC.

На фигуре 2 изображен общий вид вышивальной установки с ЧПУ, на которой реализован заявленный способ формования преформ, на фигуре 3 показана часть ее узлов, где обозначены позиции:Figure 2 shows a General view of the embroidery machine with CNC, which implements the claimed method of forming preforms, Figure 3 shows part of its nodes, where the positions are indicated:

1 - бобина с мотком основной углеродной нити; 2 - подложка, водовымываемая; 3 - несущая рама; 4 - укладочная головка;1 - a reel with a skein of the main carbon thread; 2 - substrate, water-washable; 3 - supporting frame; 4 - laying head;

5, 6 - блоки автоматизированной системы движения в направлениях относительно оператора 0° (5) и 90° (6);5, 6 - blocks of an automated movement system in directions relative to the operator 0 ° (5) and 90 ° (6);

7 - блок управления;7 - control unit;

8, 9 - блоки автоматизированной системы движения челнока в перпендикулярных направлениях (0° и 90°) для фиксации дополнительной нити;8, 9 - blocks of an automated shuttle movement system in perpendicular directions (0 ° and 90 °) for fixing an additional thread;

10 - игла с основной нитью;10 - needle with the main thread;

11 - игла с дополнительной фиксирующей нитью;11 - needle with an additional fixing thread;

12 - укладочная лапка.12 - laying foot.

На фигуре 4 изображен фрагмент узла швейной головки с укладывающей лапкой и двумя иглами, одной - для основной нити, второй для прошивочной - фиксирующей нити.The figure 4 shows a fragment of the node of the sewing head with a laying foot and two needles, one for the main thread, the second for the broaching - fixing thread.

На фигуре 5 изображена фиксация основной нити прошивочной нитью в заданной программой точке изменения направления основной нити.The figure 5 shows the fixation of the main thread of the firmware thread at a given point in the program change the direction of the main thread.

На фигуре 6 изображена схема укладки слоев при наращивании заданной толщины преформы.The figure 6 shows the layout of the layers when building a given thickness of the preform.

Процесс фиксирования основной нити прошивочной (фиг. 1) по традиционной технологии протекает следующим образом. Игла с дополнительной нитью проходит через подложку и как на обычной швейной машинке цепляется крюком нижнего челнока (не показан, находится под крепежной рамой), игла начинает подъем и натягивает нить, в это время челнок совершает оборот и образует петлю из дополнительной прошивочной нити, петля затягивается за счет натяжения нити иглой. Фиксация прошивочной нити петлей при помощи нижнего челнока полностью автоматизирована и синхронизирована между движением иглы и вращением челнока, получаемые петли имеют определенный шаг и плотность укладки.The process of fixing the main thread firmware (Fig. 1) by traditional technology proceeds as follows. The needle with the additional thread passes through the substrate and, as on a regular sewing machine, clings to the hook of the lower hook (not shown, located under the mounting frame), the needle begins to rise and pulls the thread, at this time the shuttle rotates and forms a loop from the additional thread, the loop is tightened by tensioning the thread with a needle. Fixing the stitching thread with a loop using the lower shuttle is fully automated and synchronized between the movement of the needle and the rotation of the shuttle, the resulting loops have a certain pitch and density.

Общим недостатком известных способов с дополнительной прошивочной нитью является факт деформации и повреждения основной нити, а также повреждения подложки, что может привести даже к отрыву подложки и остановке процесса нашивки преформы.A common drawback of known methods with an additional firmware thread is the fact of deformation and damage to the main thread, as well as damage to the substrate, which can even lead to tearing off of the substrate and stopping the preform sewing process.

Для решения поставленной технической задачи предложен способ для нашивки преформ, который реализован следующим образом: из бобины с основной - углеродной нитью (ровингом) (1), на водовымываемую подложку (2), закрепленную на несущей раме (3), осуществляется проход «туда-обратно» иглы с основной нитью (10) через водовымываемое основание-подложку из флизелина, как правило на глубину 3-5 мм - достаточной для создания петли, и с последующим перемещением укладочной головки (4) с иглой в следующую заданную программой точку, при этом основная нить прижимается укладочной лапкой (12), регулируется при помощи автоматизированной системы движения в направлениях 0° относительно оператора (5) и 90° (6) по сигналу блока управления (7), где она снова фиксируется петлей (фиг. 4). Из этой точки основная нить протягивается и укладывается лапкой, после чего в следующей выбранной точке образует очередную петлю.To solve the technical problem, a method is proposed for stripping preforms, which is implemented as follows: from a bobbin with a main thread - carbon thread (roving) (1), to a water-washed substrate (2), mounted on a supporting frame (3), the passage “there- back "needles with the main thread (10) through a water-based non-woven base-substrate, usually to a depth of 3-5 mm - sufficient to create a loop, and then moving the laying head (4) with the needle to the next point specified by the program, while the main thread is pressed by the laying foot (12), is regulated by an automated movement system in the directions 0 ° relative to the operator (5) and 90 ° (6) by the signal of the control unit (7), where it is again fixed by a loop (Fig. 4). From this point, the main thread is stretched and laid with a foot, after which at the next selected point it forms another loop.

В случае необходимости: значительное изменение направления укладки или локальной концентрации напряжения, что может привести к сильной натяжке и опасности выхода петли из подложки, основная нить фиксируется дополнительной прошивочной, которая при помощи своей иглы (11) проходит через подложку-основание, и фиксируется по традиционной технологии челноком (как на обычной швейной машинке), который расположен под закрепленной подложкой и перемещается в различных направлениях при помощи аналогичного блокам (5,6) механизму автоматизированного синхронного действия блоков (8,9), в заранее определенных и заложенных в программу точках (фиг. 5).If necessary: a significant change in the laying direction or local stress concentration, which can lead to strong tension and the danger of loops coming out of the substrate, the main thread is fixed with an additional thread, which with its needle (11) passes through the substrate-base, and is fixed according to the traditional technology by shuttle (as on a conventional sewing machine), which is located under a fixed substrate and moves in different directions using a mechanism of automated synchronized action of blocks (8.9) similar to blocks (5,6), at points defined and laid down in the program (Fig. . 5).

В качестве дополнительной - фиксирующей использовали арамидную нить Русар-С. Можно также использовать другие высокомодульные нити, такие как СВМ, Армос, Artec и АРУС.As an additional - fixing used aramid thread Rusar-S. Other high modulus threads such as CBM, Armos, Artec and ARUS can also be used.

Необходимо отметить, что основная - углеродная нить когда протыкает подложку и поднимается назад, образуя петлю под подложкой, специальными известными приспособлениями, типа прижимных «губок», не фиксируется, а держится за счет силы трения. Этот эффект обеспечен подбором материала подложки, в качестве которого используют флизелин, где в качестве носителя-стабилизатора применяют 100% поливиниловый спирт.It should be noted that the main carbon thread when piercing the substrate and rises back, forming a loop under the substrate, with special known devices, such as pressure “sponges”, is not fixed, but is held by the friction force. This effect is ensured by the selection of the substrate material, which is used as non-woven, where 100% polyvinyl alcohol is used as a stabilizer.

Флизелин- бумагоподобный нетканый материал на основе модифицированных целлюлозных волокон. За счет модификации волокон и их химической сшивки при формовке конечного продукта флизелины обладают большей, чем обычные целлюлозные волокна, прочностью на разрыв, стойкостью к истиранию и жесткостью. В рассматриваемом случае для придания требуемых свойств материалу подложки изготовитель аппретировал матрицу 100% поливиниловым спиртом (ПВС, международное название: PVA - искусственный, водорастворимый, термопластичный полимер). Под водорастворимым флизелином на основе поливинилового спирта в заявке понимается вышеобозначенный материал. Авторы заявки использовали флизелины на основе поливинилового спирта отечественных и зарубежных производителей, в основном типа Н и G (фирмы Allbiz, Westtext, Aurora и др.). Согласно характеристикам производителей поверхностная плотность применяемого в данной заявке водорастворимого флизелина составляла порядка 35-40 г/м2. Свойства такого флизелина были достаточны для зажима петли нити из углеродного волокна-ровинга за счет трения, тогда как в прототипе заявки (патент РФ №2370368) специально подбирали материал подложки - из резины или пенопласта. Оптимальное растворение с последующим вымыванием подложки проводят при первоначальной температуре воды 80°С и выдержке преформы в течение 3-х минут.Non-woven paper-like non-woven material based on modified cellulose fibers. Due to the modification of the fibers and their chemical crosslinking during the molding of the final product, non-woven fabrics have greater tensile strength, abrasion resistance and stiffness than ordinary cellulose fibers. In this case, to give the required properties to the substrate material, the manufacturer applied the matrix with 100% polyvinyl alcohol (PVA, international name: PVA - artificial, water-soluble, thermoplastic polymer). Under the water-soluble non-woven base based on polyvinyl alcohol in the application refers to the above material. The authors of the application used non-woven fabrics based on polyvinyl alcohol of domestic and foreign manufacturers, mainly of type H and G (Allbiz, Westtext, Aurora, etc.). According to the characteristics of the manufacturers, the surface density of the water-soluble interlining used in this application was about 35-40 g / m 2 . The properties of such a non-woven fabric were sufficient for clamping a loop of carbon fiber roving yarn due to friction, while in the prototype application (RF patent No. 2370368), the substrate material was specially selected - from rubber or foam. Optimal dissolution followed by leaching of the substrate is carried out at an initial water temperature of 80 ° C and holding the preform for 3 minutes.

К одному из основных особенностей проектирования преформ и программировании процесса нашивки относится требование не прошивать фиксирующей нитью основную нить (на практике часто используют ту же основную или близкую ей по свойствам). В предлагаемом способе основная нить и дополнительная прошивочная не идут постоянно строчкой вдоль направления основной нити, постоянно ее прошивая и тем самым деформируя, а прошивают только в запрограммированных точках. При этом каждый новый слой основной нити должен перекрывать предыдущий по площади, чтобы новые петли основной нити не деформировали уже уложенную основную нить предыдущего слоя. Из этого следует, что каждый последующий слой преформы должен занимать большую площадь, а периметр фиксирующих петель из основных нитей должен быть больше, чем у предыдущего (фиг. 6). При этом направление укладки армирующей нити может быть абсолютно любым.One of the main features of preform design and programming of the patch process is the requirement not to sew the main thread with a fixing thread (in practice they often use the same main thread or one close to it in properties). In the proposed method, the main thread and the additional firmware do not go constantly along the direction of the main thread, constantly flashing it and thereby deforming it, but only flashing it at the programmed points. In addition, each new layer of the main thread should overlap the previous one in area so that new loops of the main thread do not deform the already laid main thread of the previous layer. It follows that each subsequent preform layer should occupy a large area, and the perimeter of the fixing loops of the main threads should be larger than the previous one (Fig. 6). Moreover, the laying direction of the reinforcing thread can be absolutely anything.

По завершению укладки всех слоев основной нити, можно уже прошить дополнительно всю заготовку фиксирующими нитями, по желанию не только в местах поворота или изгиба, но и там, где необходимо в силу конкретных требований увеличить стойкость к сдвиговым нагрузкам и расслоению конечного изделия.Upon completion of the laying of all layers of the main thread, it is possible to additionally flash the entire workpiece with fixing threads, if desired, not only in places of rotation or bending, but also where it is necessary, due to specific requirements, to increase resistance to shear loads and delamination of the final product.

Предлагаемая схема укладки слоев позволяет армировать преформы максимально прямыми и ровными - без перегибов и волн, стежками нитей, что позволяет добиться от армирующего наполнителя наилучших характеристик при испытаниях целевых изделий на изгиб и растяжение. А прошивка в избранных местах приводит к локальному увеличению устойчивости с пластичностью в этой области.The proposed layering scheme allows reinforcing the preforms as straight and straight as possible - without bends and waves, with thread stitches, which allows to obtain the best characteristics from the reinforcing filler during bending and tensile testing of the target products. And firmware in selected places leads to a local increase in stability with plasticity in this area.

В тоже самое время данный способ позволяет не только фиксировать основную нить в моменты изменения направления или перехода от одного слоя к другому, но и прошивать несколько слоев, для увеличения прочности преформы на сдвиг и расслоение. При этом прошивка происходит только в заранее запланированных и заложенных в программу ЧПУ вышивальной машины точках.At the same time, this method allows not only fixing the main thread at the moment of changing direction or transition from one layer to another, but also stitching several layers to increase the shear and delamination strength of the preform. At the same time, firmware only occurs at points previously planned and included in the embroidery machine's CNC program.

Claims (4)

1. Способ нашивки объемных преформ, заключающийся в укладке и фиксации основной - армирующей - нити на закрепленной подложке с последующим наращиванием слоев трехмерной структуры по TFP-технологии на вышивальной машине с программным управлением, отличающийся тем, что фиксацию основной нити осуществляют путем прошивки иглой с нитью подложки на основе водовымываемого флизелина с зажимом образовавшейся петли и последующим перемещением в прямолинейном направлении укладочной головки с иглой в следующую заданную программой точку, а в случае криволинейного направления укладки в точке изгиба или максимального напряжения петлю основной нити фиксируют дополнительно прошивочной нитью с помощью второй иглы, действующей в автоматическом режиме синхронно с первой, при этом в случае наращивания слоев до заданной толщины преформы периметр траектории каждого последующего слоя основной нити должен быть больше предыдущего.1. The method of sewing bulk preforms, which consists in laying and fixing the main - reinforcing - thread on a fixed substrate and then building up the layers of the three-dimensional structure according to the TFP technology on a programmed embroidery machine, characterized in that the main thread is fixed by flashing with a needle and thread substrates based on water-washable interlining with a clamp of the formed loop and subsequent movement in the straight direction of the laying head with the needle to the next point specified by the program, and in the case of a curved direction of laying at the point of bending or maximum voltage, the loop of the main thread is additionally fixed with a second needle acting in automatic mode, synchronously with the first, while in the case of layers growing to a given preform thickness, the perimeter of the trajectory of each subsequent layer of the main thread should be larger than the previous one. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве армирующих нитей используют углеродные волокна.2. The method according to p. 1, characterized in that carbon fibers are used as reinforcing threads. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве армирующих нитей используют волокна в виде ровинга.3. The method according to p. 2, characterized in that as the reinforcing threads use fibers in the form of roving. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве фиксирующих нитей используют арамидные волокна.4. The method according to p. 1, characterized in that aramid fibers are used as fixing threads.
RU2019132237A 2019-10-11 2019-10-11 Method of striping of volume preforms RU2722494C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132237A RU2722494C1 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Method of striping of volume preforms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019132237A RU2722494C1 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Method of striping of volume preforms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2722494C1 true RU2722494C1 (en) 2020-06-01

Family

ID=71067973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019132237A RU2722494C1 (en) 2019-10-11 2019-10-11 Method of striping of volume preforms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2722494C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1723373A1 (en) * 1989-11-20 1992-03-30 Научно-производственное объединение "Композит" Nonsplit joint of parts and method used to provide it
US20030132543A1 (en) * 2002-01-11 2003-07-17 Gardner Slade H. Carbon layup tape with fugitive binder and method of use
RU2008101257A (en) * 2005-07-22 2009-08-27 Эйрбас Дойчланд Гмбх (De) METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE OR MULTILAYER FIBER PREPARATIONS ACCORDING TO TFP TECHNOLOGY
RU2370368C1 (en) * 2005-07-22 2009-10-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Method of producing one- or multi-layer fibrous product, fixing thread and bearing layer
RU2406607C2 (en) * 2005-07-22 2010-12-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Method of producing one- or multilayer fibrous workpiece using tfp-technology, and back-up layer

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1723373A1 (en) * 1989-11-20 1992-03-30 Научно-производственное объединение "Композит" Nonsplit joint of parts and method used to provide it
US20030132543A1 (en) * 2002-01-11 2003-07-17 Gardner Slade H. Carbon layup tape with fugitive binder and method of use
RU2008101257A (en) * 2005-07-22 2009-08-27 Эйрбас Дойчланд Гмбх (De) METHOD FOR MANUFACTURING SINGLE OR MULTILAYER FIBER PREPARATIONS ACCORDING TO TFP TECHNOLOGY
RU2370368C1 (en) * 2005-07-22 2009-10-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Method of producing one- or multi-layer fibrous product, fixing thread and bearing layer
RU2406607C2 (en) * 2005-07-22 2010-12-20 Эйрбас Дойчланд Гмбх Method of producing one- or multilayer fibrous workpiece using tfp-technology, and back-up layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2370368C1 (en) Method of producing one- or multi-layer fibrous product, fixing thread and bearing layer
RU2401740C2 (en) Method of producing one- or multilayer fibrous workpiece in compliance with tfp-process
KR100738285B1 (en) Multiaxially stitched base material for reinforcing and fiber reinforced plastic, and method for preparing them
RU2466871C2 (en) Manufacturing method of core structure equipped with protective layer on both sides, as well as core structure itself
CN103210129B (en) Structural warp knit sheet and laminate thereof
JP2009503274A5 (en)
JP2017007342A (en) Unidirectionally reinforced material, production method of unidirectionally reinforced material and use thereof
RU2425748C2 (en) Procedure for fabrication of fibrous layer at production of work piece of composite part
US20080061464A1 (en) Multi-Layered, Variable-angled, Non-Crimped Fabric for Reinforcement of Composite Materials
CN1860016B (en) Crimp-free infusible reinforcement fabric and composite reinforced material therefrom
JP6699752B2 (en) Reinforcement base material for composite material, composite material, and method for manufacturing reinforcement base material for composite material
JP5847033B2 (en) Carbon fiber stitch substrate and wet prepreg using the same
KR102597683B1 (en) Nonwoven fabric laid in one direction and its uses
KR102492502B1 (en) A method for producing a dry preform produced by knitting, a method for producing a product made of a composite material from the preform
US20230083354A1 (en) Automatic textile winding system with multi-stranded rotatable yarn feed
US4867086A (en) Method of making a dry fiber form and composites prepared therefrom
RU2722494C1 (en) Method of striping of volume preforms
RU2386534C2 (en) Fixing thread for stitching of reinforcing fibers
JP6439528B2 (en) Method for producing reinforcing fiber substrate
RU2736367C1 (en) Method for manufacturing a multilayer fibrous work piece of flat shape
JP6897705B2 (en) Reinforcing fiber woven fabric and its manufacturing method
RU2718789C1 (en) Method for manufacturing flat-form fibrous workpieces
RU165528U1 (en) REINFORCED POWER GRILLE FROM POLYMER COMPOSITE MATERIAL
RU2775600C2 (en) Method for production of dry preliminary workpiece created as result of knitting, method for creation of product made of composite materials, using mentioned preliminary workpiece
RU2717228C1 (en) Method of making preforms for gas turbine engine compressor blades

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210203

Effective date: 20210203

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220204

Effective date: 20220204

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20220207

Effective date: 20220207