一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体制造技术

本实用新型专利技术公开了一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体，包括X

【技术实现步骤摘要】
一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体

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[0001]本技术涉及一种碳纤维穿刺预制体，尤其涉及一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体。

技术介绍
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[0002]碳纤维穿刺预制体是三维强度高、各向同性度高、整体结构强度好、力学性能优异的编织材料，用其加工的碳/碳复合材料具有优异的耐烧蚀性能、耐温度冲击性能、整体结构强度、三维力学性能等，在航空、航天等高端领域得到广泛应用。
[0003]目前国内通用的穿刺预制体编织过程是利用预先排布好的钢针矩阵，对碳纤维无纬布、无纬布/网胎、机织物等片材进行整体刺布和压实，然后由人工完成碳纤维置换Z向钢针操作，得到穿刺预制体。
[0004]其存在的问题如下：
[0005]1、成型模式和预制体结构设计方式单一，只能编织成型长方体形的预制体，对于需要利用预制体制作中空圆柱形结构的情况，无法一次性完成近净尺寸制件，需要经切割后得到近净尺寸的穿刺预制体；如此，就需要切割掉一定量的预制体，导致生产过程中原材料损耗大；
[0006]2、对于大尺寸的穿刺预制体制备，因为Z向钢针数量极大，操作阻力激增，穿刺过程中，钢针阵列控制难度大，导致较大尺寸的穿刺预制体无法制备；
[0007]3、由于Z向钢针的用量较大，且需要人工置换Z向钢针，而切割掉的预制体部分所对应的Z向钢针置换操作相当于无效工作，导致生产效率低，生产成本高。
[0008]4、由于水平(X
‑
Y)方向没有铺纱，在Z向钢针置换的过程中，钢针阵列中边缘处的钢针控制难度较大。
技术内容：
[0009]为了解决上述问题，本技术的目的在于提供一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体。
[0010]本技术由如下技术方案实施：
[0011]一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体，包括X
‑
Y方向复合结构和垂直穿刺X
‑
Y方向复合结构的一根Z向纤维；所述X
‑
Y方向复合结构的水平截面呈中心开孔的正n边形(n＝4m，m＝2,3,4
……
)；所述Z向纤维按照一定间距逐排穿设于所述X
‑
Y方向复合结构内。
[0012]进一步的，所述X
‑
Y方向复合结构包括若干层平面铺层结构和若干层纱线层结构，且所述平面铺层结构与所述纱线层结构交替重叠；
[0013]每层所述平面铺层结构均由多层平面铺层垂直重叠后构成，且每层所述平面铺层结构的总厚度为5～10mm；
[0014]每层所述纱线层结构由一个或多个纱线层垂直重叠后构成，且每层所述纱线层包括四层铺纱，其中：
[0015]第一层铺纱：第一根纱线沿与所述平面铺层任意一个边相平行的方向，由靠近该边的第一排Z向纤维与第二排Z向纤维之间的间隙穿入，并按照蛇形的方式往复铺设，直至第一根纱线的铺设路径覆盖了所述平面铺层1/2的面积；第二根纱线的铺设路径与第一根纱线的铺设路径以所述平面铺层的中心呈中心对称；
[0016]第二层铺纱：将第一层铺纱的全部铺设路径绕所述平面铺层的中心顺时针旋转90
°
，即为第二层铺纱的铺纱路径；
[0017]第三层铺纱：将第一层铺纱的全部铺设路径沿与第一根纱线的纱线方向相垂直的方向镜像对称，即为第三层铺纱的铺纱路径；
[0018]第四层铺纱：将第二层铺纱的全部铺设路径沿与第一根纱线的纱线方向相平行的方向镜像对称，即为第四层铺纱的铺纱路径。
[0019]进一步的，所述平面铺层为由碳纤维机织无纬布和碳纤维网胎重叠后得到的复合铺层。
[0020]进一步的，所述Z向纤维为碳纤维。
[0021]本技术的优点：
[0022]1、可直接编织成型八棱柱(或十二棱柱、十六棱柱等)、中空、近回转体形、近净尺寸碳纤维穿刺预制体，无需进行二次切割，可节省原材料；
[0023]2、可减少Z向钢针使用量，减小穿刺阻力，使大尺寸穿刺预制体成型成为可能；
[0024]3、大大的减少了Z向钢针的使用量，相应的钢针置换工作量同比降低，提升成型效率，降低生产成本；
[0025]4、通过引入碳纤维铺纱操作，使得铺设的碳纤维可对穿刺钢针起到限位和保持作用，降低了穿刺过程中的钢针阵列控制难度，也有利于大尺寸穿刺预制体的成型，而且，还可提升预制体的环向强度，提升X
‑
Y向性能的各向同性。
[0026]5、通过在局部铺设多个循环的纱线，可以提升局部连续纤维含量，提升该部位力学性能和抗烧蚀性能。
附图说明：
[0027]为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为实施例1中平面铺层的结构示意图；
[0029]图2为利用平面铺层结构与纱线层结构交替重叠得到的穿刺预制体的整体示意图，也即利用实施例2的方法制备得到的穿刺预制体的整体示意图；
[0030]图3为局部高度采用多个纱线层结构，其余部分采用平面铺层结构与纱线层结构交替重叠得到的穿刺预制体的整体示意图，也即利用实施例3的方法制备得到的穿刺预制体的整体示意图；
[0031]图4为实施例1中穿刺预制体中纱线层结构的示意图；
[0032]图5为实施例2和实施例3中刺入钢针阵列的平面铺层的示意图；
[0033]图6为实施例2和实施例3中第一层铺纱过程中第一根纱线的铺设路径；
[0034]图7为实施例2和实施例3中完成第一层铺纱后的示意图；
[0035]图8为实施例2和实施例3中完成一个循环的铺纱操作后的示意图。
[0036]图中：穿刺钢针1、平面铺层2、穿刺预制体3、纱线层结构4、纱线5、Z向纤维6。
具体实施方式：
[0037]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0038]实施例1：
[0039]一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体，包括X
‑
Y方向复合结构和垂直穿刺X
‑
Y方向复合结构的一根Z向纤维6；X
‑
Y方向复合结构的水平截面呈中心开孔的正n边形(n＝4m，m＝2,3,4
……
)；Z向纤维6逐排穿设于X
‑
Y方向复合结构内。
[0040]X
‑
Y方向复合结构包括若干层平面铺层结构和若干层纱线层结构4，且平面铺层结构与纱线层结构4交替重叠；
[0041]每层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体，其特征在于，包括X
‑
Y方向复合结构和垂直穿刺X
‑
Y方向复合结构的一根Z向纤维；所述X
‑
Y方向复合结构的水平截面呈中心开孔的正n边形，n＝4m，m＝2,3,4
……
；所述Z向纤维逐排穿设于所述X
‑
Y方向复合结构内。2.根据权利要求1所述的一种近净尺寸复合结构碳纤维穿刺预制体，其特征在于，所述X
‑
Y方向复合结构包括若干层平面铺层结构和若干层纱线层结构，且所述平面铺层结构与所述纱线层结构交替重叠；每层所述平面铺层结构均由多层平面铺层垂直重叠后构成，且每层所述平面铺层结构的总厚度为5～10mm；每层所述纱线层结构由一个或多个纱线层垂直重叠后构成，且每层所述纱线层包括四层铺纱，其中：第一层铺纱：第一根纱线沿与所述平面铺层任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝生，鲍鑫，霍蒙，云振义，
申请(专利权)人：内蒙古河西航天科技发展有限公司，
类型：新型
国别省市：