一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法技术

技术编号:14492804 阅读:7 留言:0更新日期:2017-01-29 15:16
一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法,包括下列步骤:(1)芯模(20)外裹隔离毡(30);(2)根据不封顶和封顶芯模(20)展开图制备相应形状的单元层(80);(3)单元层(80)裹在隔离毡(30)外面通过3根针的针刺头(50)随机针刺固定;(4)不封顶回转型预成型体(40)用三排刺针(90)的卧式针刺机沿母线方向整体针刺,旋转一个步距再针刺;封顶回转型预成型体(40)则是把单元层(89)裁切成扇形和莲花形,以顶部为中心交替叠加,先用3根针的针刺头(50)由顶部向底部逐圈针刺,达到一定厚度后换7根针乃至18根针的针刺头(50),直至达到厚度要求。采用本发明专利技术制备的回转型针刺预成型体(40)密度高、层间连接强度大、形状复杂,可应用于高温过滤、防热复合材料。

一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种回转型针刺预成型体的制备方法,尤其是不封顶或封顶、高密度针刺预成型体的制备方法,属于纤维集合体

技术介绍
目前锥管形、半圆形、棱锥形、凹腰形棱锥等异形预成型体在高温防、隔热复合材料领域应用较为广泛,异形预成型体作为复合材料增强体,对其性能提升起到了关键作用。现使用的增强预成型体的制备工艺分为两大类:网胎与布针刺成形工艺,定长纤维编织成形工艺。采用网胎加布针刺工艺解决了快速、低成本制造,但其体积密度和层间连接强度偏低,用作高温隔热复合材料等力学性能要求不高的部件上可以满足使用要求,但对于高温防热复合材料,要求体积密度和层间力学性能高的部件,现有工艺无法满足要求;采用定长纤维编织成形的预成型体在体积密度和层间力学性能上均能满足高温防热复合材料的使用要求,但其制造周期长、成本高,无法满足大批量的应用需求,而要实现其快速、低成本制备,由于该成形工艺编织路径长、工序多、工序间为间断式作业,实现机械化、自动化的难度非常大,因此在短期内实现其快速低成本制备基本不可行。中国专利公告号CN1255600C,公告日是2006年5月10日,名称为‘一种可针刺无纺织物及准三维预制件’中公开了一种由聚丙烯晴基碳纤维预制薄层无纺织物及编织布,以及经多重交替叠层针刺形成的准三维预制件,克服了已有采用长条碳纤维前体聚丙烯晴基预氧纤维(OPF)为主叠层针刺预制件的缺陷,该专利技术重点在于直接用碳纤维制备针刺预制件,减少了用碳纤维前体聚丙烯晴基预氧纤维(OPF)制备针刺毡后还需再碳化,使其密度及性能不易保证等问题,使针刺毡的制造总成本及周期显著减少,但对高密度针刺毡以及不封顶与封顶回转型针刺预成型体的制备均未涉及。中国专利公告号CN103668779A,公告日是2014年3月26日,名称为‘一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法’中公开了一种碳化硅纤维针刺毡及其制备方法,采用单层针刺和叠层针刺工艺,在Z向力学性能大大提高的同时,X-Y向的力学性能和热物理性能也较非针刺毡显著提高,该专利只针对碳化硅纤维针刺毡,且采用的基础工艺还是毡和布,在此工艺基础上进行了创新,并在纤维材料上实现了提升,用碳化硅纤维代替了碳纤维,采用该专利技术制备的碳化硅针刺毡X-Y向的力学性能和热物理性能显著提高,但其体积密度偏低,只适用于高温过滤、隔热等需要低密度的复合材料部件上,对于高密度针刺毡以及不封顶与封顶回转型针刺预成型体的制备该专利技术均未涉及。本专利技术采用结构和工艺两条途径进行创新,在结构上用方格布代替网胎提供Z向连接纤维,方格布的孔隙大小可根据连接密度及强度设计;基布种类较多,现有单向布、二维布(平纹、斜纹、缎纹及其变异组织)、2.5维(浅交弯联、浅交直联、深联及其变异结构)、正交三向和三维多向等,可根据产品密度和层间性能指标,优选基布结构和面密度并确定与方格布的组合结构型式;以设计的针刺参数(针刺幅宽、密度、深度等)制备单元层,经等静压精确控制单元层厚度并消除内应力,再根据不同产品外形分别使用卧式和立式针刺毡设备及其配套工装完成高密度回转型针刺预成型体的制备。采用本专利技术可实现基布与方格布组合方式可设计、产品密度和层间连接性能可设计、形状(封顶与不封顶)以及厚度可设计,提供了一种快速、低成本制备不封顶或封顶回转型针刺预成型体的方法,可在高温过滤、防热复合材料部件上应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就是现有技术中网胎加布针刺工艺制备的针刺毡密度和层间连接性能偏低;长纤维整体编织工艺虽能满足密度及层间连接性能要求,但其制备周期长、成本高无法满足大批量产品需求等问题,提出一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法。本专利技术一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法包括如下步骤:(1)采用卧式针刺设备,根据产品的尺寸裁剪隔离毡(30),使其长度和周长与芯模(20)相同,厚度大于针刺深度2mm,内刷万能胶粘裹在芯模(20)外表面;(2)调整固定芯模(20)的中心轴(70),使其与水平线夹角等于芯模(20)半锥角,保持芯模(20)母线与针床(60)平面平行;(3)调整针刺参数,把芯模(20)中心轴(70)的旋转步距调整为3cm对应的旋转角,先安装3根针的针刺头(50),准备7根和18根针的针刺头(50);(4)根据不封顶芯模(20)展开图制备矩形或扇形尺寸裁切的单元层(80);(5)将单元层(80)包裹在隔离毡(30)表面,用柔性工装夹持,抚平压实单元层(80),使单元层(80)紧贴在隔离毡(30)表面,把其搭接缝处用3根针的针刺头(50)针刺固定,在针床(60)上植入三排刺针(90),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿母线方向整体针刺;(6)每刺完一层须降低一次芯模中心轴(70)的高度,其降低值为当前芯模(20)上增加的单元层(80)厚度;按设定的针刺参数及单元层(80)层数可制备出高密度不封顶回转型针刺预成型体;(7)换用立式针刺设备,把旋转工作台(10)的步距调整为3cm对应的旋转角,进入第一单元层(80)针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备扇形尺寸裁切的单元层(80),将其包裹在隔离毡(30)表面,用3根针的针刺头(50)在单元层(80)搭接缝处和其它任意表面取多点进行针刺,使其与隔离毡(30)固定为优,再用柔性工装抚平压实单元层(80),使其紧贴隔离毡(30)表面;用3根针的针刺头(50),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿圆周方向针刺,再按由上至下的顺序逐圈针刺,直至芯模(20)底部收尾,并作标记;(8)第二单元层针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备莲花形尺寸裁切的单元层(80),将封顶尖部对准第一单元层(80)顶部中心位置,并使其莲花形花瓣紧贴在第一单元层(80)外表面;用3根针的针刺头(50),采用与第一单元层(80)相同针刺参数进行针刺,并在芯模(20)底部收尾处作出标记;(9)间隔重复第一单元层(80)和第二单元层(80)针刺步骤,并使每次针刺的收尾位置递进式错开,针刺到一定厚度换7根针或18根针的针刺头(50)直至制备完成高密度封顶回转型针刺预成型体;(10)前述步骤(4)中,单元层(80)是由基布(100)和方格布(110)层叠针刺而成,基布(100)与方格布(110)规格、层叠方式乃至单元层(80)密度可调;(11)前述步骤(4)中,制备母线为直线且平行其中心轴线的回转型针刺预成型体(40)须把单元层(80)裁切成矩形,母线为直线且与其中心轴线斜交须用扇形单元层(80),母线为空间曲线则须用条带形单元层(80)从小端至大端缠绕固定后针刺;(12)前述步骤(5)中,柔性夹持工装是指多瓣形可收缩阴模,针刺用芯模(20)作为阳模,两者配套使用可保证针刺预成型体(40)厚度;(13)前述步骤(8)中,莲花形单元层(80)的尖部为无缝、全封闭,且上下莲花形单元层(80)的尖部直径呈递增规律,其递增值=(产品尖部直径-起始单元层尖部直径)/(顶部厚度/单元层厚度);(14)前述步骤(9)中,3针、7针和18针的针刺头(50)的使用范围为单元层(80)叠层厚度在5mm以内用3根针的针刺头(50),5mm~10mm使用7根针的针刺头(50),10mm以上用18根针的针刺头(50);(15)前本文档来自技高网
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一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法

【技术保护点】
一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法,其特征是包括下列步骤:①采用卧式针刺设备,根据产品的尺寸裁剪隔离毡(30),使其长度和周长与芯模(20)相同,厚度大于针刺深度2mm,内刷万能胶粘裹在芯模(20)外表面;②调整固定芯模(20)的中心轴(70),使其与水平线夹角等于芯模(20)半锥角,保持芯模(20)母线与针床(60)平面平行;③调整针刺参数,把芯模(20)中心轴(70)的旋转步距调整为3cm对应的旋转角;④根据不封顶芯模(20)展开图制备矩形或扇形尺寸裁切的单元层(80);⑤将单元层(80)包裹在隔离毡(30)表面,用柔性工装夹持,抚平压实单元层(80),使单元层(80)紧贴在隔离毡(30)表面,把其搭接缝处用3根针的针刺头(50)针刺固定,在针床(60)上植入三排刺针(90),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿母线方向整体针刺;⑥每刺完一层须降低一次芯模中心轴(70)的高度,其降低值为当前芯模(20)上增加的单元层(80)厚度;按设定的针刺参数及单元层(80)层数可制备出高密度不封顶回转型针刺预成型体;⑦换用立式针刺设备,把旋转工作台(10)的步距调整为3cm对应的旋转角,进入第一单元层(80)针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备扇形尺寸裁切的单元层(80),将其包裹在隔离毡(30)表面,用3根针的针刺头(50)在单元层(80)搭接缝处和其它任意表面取多点进行针刺,使其与隔离毡(30)固定为优,再用柔性工装抚平压实单元层(80),使其紧贴隔离毡(30)表面;用3根针的针刺头(50),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿圆周方向针刺,再按由上至下的顺序逐圈针刺,直至芯模(20)底部收尾,并作标记;⑧第二单元层针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备莲花形尺寸裁切的单元层(80),将封顶尖部对准第一单元层(80)顶部中心位置,并使其莲花形花瓣紧贴在第一单元层(80)外表面;用3根针的针刺头(50),采用与第一单元层(80)相同针刺参数进行针刺,并在芯模(20)底部收尾处作出标记;⑨间隔重复第一单元层(80)和第二单元层(80)针刺步骤,并使每次针刺的收尾位置递进式错开,针刺到一定厚度换7根针或18根针的针刺头(50)直至制备完成高密度封顶回转型针刺预成型体。...

【技术特征摘要】
1.一种高密度回转型针刺预成型体的制备方法,其特征是包括下列步骤:①采用卧式针刺设备,根据产品的尺寸裁剪隔离毡(30),使其长度和周长与芯模(20)相同,厚度大于针刺深度2mm,内刷万能胶粘裹在芯模(20)外表面;②调整固定芯模(20)的中心轴(70),使其与水平线夹角等于芯模(20)半锥角,保持芯模(20)母线与针床(60)平面平行;③调整针刺参数,把芯模(20)中心轴(70)的旋转步距调整为3cm对应的旋转角;④根据不封顶芯模(20)展开图制备矩形或扇形尺寸裁切的单元层(80);⑤将单元层(80)包裹在隔离毡(30)表面,用柔性工装夹持,抚平压实单元层(80),使单元层(80)紧贴在隔离毡(30)表面,把其搭接缝处用3根针的针刺头(50)针刺固定,在针床(60)上植入三排刺针(90),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿母线方向整体针刺;⑥每刺完一层须降低一次芯模中心轴(70)的高度,其降低值为当前芯模(20)上增加的单元层(80)厚度;按设定的针刺参数及单元层(80)层数可制备出高密度不封顶回转型针刺预成型体;⑦换用立式针刺设备,把旋转工作台(10)的步距调整为3cm对应的旋转角,进入第一单元层(80)针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备扇形尺寸裁切的单元层(80),将其包裹在隔离毡(30)表面,用3根针的针刺头(50)在单元层(80)搭接缝处和其它任意表面取多点进行针刺,使其与隔离毡(30)固定为优,再用柔性工装抚平压实单元层(80),使其紧贴隔离毡(30)表面;用3根针的针刺头(50),调整好针刺参数,按每针刺一次旋转3cm对应的中心角步距沿圆周方向针刺,再按由上至下的顺序逐圈针刺,直至芯模(20)底部收尾,并作标记;⑧第二单元层针刺,根据封顶芯模(20)展开图制备莲花形尺寸裁切的单元层(80),将封顶尖部对准第一单元层(80)顶部中心位置,并使其莲花形花瓣紧贴在第一单元层(80)外表面;用3根针的针刺头(50),采用与第一单元层(80)相同针刺参数进行针刺,并在芯...

【专利技术属性】
技术研发人员:蒋云陈美琴
申请(专利权)人:苏州勤耘纤维集合体科技有限公司
类型:发明
国别省市:江苏;32

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