一种碳化硅纤维复合材料回转体构件及其缠绕成型方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硅纤维复合材料回转体构件及其缠绕成型方法，属于碳化硅纤维增强复合材料技术领域，用以解决现有技术中预浸料铺贴技术精度低

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅纤维复合材料回转体构件及其缠绕成型方法


[0001]本专利技术涉及碳化硅纤维增强复合材料
，尤其涉及一种碳化硅纤维复合材料回转体构件及其缠绕成型方法
。

技术介绍

[0002]碳化硅
(SiC)
纤维具有卓越的高温稳定性
、
高强度和耐腐蚀性能，因此在航空航天
、
能源
、
汽车工业等领域中具有广泛的应用潜力
。
碳化硅纤维筒体广泛用于制备高性能的轻量化组件，例如航天推进系统零部件
、
高温反应器
、
石油化工设备等
。
[0003]传统的碳化硅纤维筒体制备方法通常采用预浸料铺贴成型技术
。
这种方法涉及将碳化硅纤维预浸润在特定的树脂基质中，然后手工或半自动地将浸渍的纤维层叠加在模具上，经过多个固化和热处理步骤，最终形成筒体结构
。
尽管传统方法已经取得了一些成功，但它们存在着一些局限性，如制备过程复杂
、
耗时
、
耗力
、
难以实现复杂的结构设计和对筒体的精确控制
。
[0004]为了克服传统制备方法的局限性，近年来，缠绕成型技术得到了广泛的关注和应用
。
缠绕成型技术涉及将碳化硅纤维逐层缠绕在模具上，这种方法可以减少制备时间
、
降低劳动力成本
、
提高纤维与树脂的均匀性，并允许更复杂的结构设计
。
[0005]由于碳化硅纤维耐高温性能较好，最高使用温度达
1200℃
，可以广泛应用在航天推进系统零部件
、
高温反应器
、
石油化工设备等
。
但是脆性较大，普通的缠绕各条件参数难以控制，没有精准的匹配关系，在缠绕过程中容易产生断裂
、
分层
、
不均匀等问题，影响最终制品的性能
。

技术实现思路

[0006]鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件及其缠绕成型方法，用以解决现有技术中预浸料铺贴技术精度低
、
生产效率低
、
工艺难度大和产品质量低，碳化硅纤维的缠绕对各参数难以精准的控制，导致制备的回转体构件的质量差等问题之一
。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，包括如下步骤：
[0008](1)
在
CADWIND
软件中建立构件的三维模型；
[0009](2)
定义缠绕参数：所述的缠绕参数包括缠绕方式
、
缠绕角度
、
摩擦系数和位移参数；
[0010](3)
设置碳化硅纤维和树脂的材料参数；
[0011](4)
利用
CADWIND
软件进行碳化硅纤维的缠绕模拟试验，优化迭代确定缠绕参数；
[0012](5)
树脂制备：将氧化物陶瓷粉体
、
氧化物陶瓷有机前驱体和有机溶剂进行混合，得到分散均匀的树脂，将所述的树脂加入到树脂槽中；
[0013](6)
根据步骤
(4)
确定的缠绕参数
、
碳化硅纤维和树脂的材料参数进行实际的缠绕
操作，将碳化硅纤维按照纤维柜
‑
树脂槽
‑
缠绕机头
‑
模具的路径缠绕在模具上，且缠绕过程需要在加热的条件下进行，缠绕过程中纤维张力设置为5‑
8N
；
[0014](7)
将缠绕后的纤维进行热压成型，得到碳化硅纤维复合材料回转体构件
。
[0015]进一步的，步骤
(1)
中，通过构件的直径和高度确定构件的三维模型
。
[0016]进一步的，步骤
(3)
中，材料参数包括纤维密度
、
展纱宽度
、
纤维砂数
、
树脂密度和纤维体积分数
。
[0017]进一步的，步骤
(4)
中，缠绕参数具体通过如下方法确定：
[0018](a)
判断模拟试验中缠绕区域的覆盖率是否为
100
％；
[0019](b)
判断模拟试验中缠绕区域的总厚度与待生产构件的误差是否在
±
0.1mm
之内
。
[0020]进一步的，若步骤
(a)
和
(b)
判断结果均为是，则优化迭代确定缠绕的参数与步骤
(2)
中相同；
[0021]若步骤
(a)
判断结果为否，则将步骤
(2)
中的缠绕角度增加
0.2
°
；重新确定步骤
(4)
中缠绕参数，至步骤
(a)
和
(b)
判断结果均为是；
[0022]和
/
或，若步骤
(b)
判断结果为否，则调整步骤
(2)
中位移参数，重新确定步骤
(4)
中缠绕参数，至步骤
(a)
和
(b)
判断结果均为是
。
[0023]进一步的，所述的位移参数的调整具体如下：
[0024]计算
n0
＝厚度偏差
/
单层厚度，将第
n
‑
n0
层，
n
‑
n0+1
层，
n
‑
n0+2
层
……
至
n
层的缠绕位移参数进行调整，具体将第
n
‑
n0
层，
n
‑
n0+1
层，
n
‑
n0+2
层
……
至
n
层的缠绕位移参数修改为缠绕起点位移至误差区域起点，误差区域终点至缠绕终点位移；
[0025]其中，
n
为总层数，
n0
为误差层数，且
n
和
n0
均取整数
。
[0026]进一步的，步骤
(5)
中，按照质量百分比，氧化物陶瓷粉体
50
‑
60
％
、
氧化物陶瓷有机前驱体为
10
‑
30
％和有机溶剂
20
‑
30
％
。
[0027]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
在
CADWIND
软件中建立构件的三维模型；
(2)
定义缠绕参数：所述的缠绕参数包括缠绕方式
、
缠绕角度
、
摩擦系数和位移参数；
(3)
设置碳化硅纤维和树脂的材料参数；
(4)
利用
CADWIND
软件进行碳化硅纤维的缠绕模拟试验，优化迭代确定缠绕参数；
(5)
树脂制备：将氧化物陶瓷粉体
、
氧化物陶瓷有机前驱体和有机溶剂进行混合，得到分散均匀的树脂，将所述的树脂加入到树脂槽中；
(6)
根据步骤
(4)
确定的缠绕参数
、
碳化硅纤维和树脂的材料参数进行实际的缠绕操作，将碳化硅纤维按照纤维柜
‑
树脂槽
‑
缠绕机头
‑
模具的路径缠绕在模具上，且缠绕过程需要在加热的条件下进行，缠绕过程中纤维张力设置为5‑
8N
；
(7)
将缠绕后的纤维进行热压成型，得到碳化硅纤维复合材料回转体构件
。2.
根据权利要求1所述的一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，其特征在于，步骤
(1)
中，通过直径和高度确定构件的三维模型
。3.
根据权利要求1所述的一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，其特征在于，步骤
(3)
中，材料参数包括纤维密度
、
展纱宽度
、
纤维砂数
、
树脂密度和纤维体积分数
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，其特征在于，步骤
(4)
中，缠绕参数具体通过如下方法确定：
(a)
判断模拟试验中缠绕区域的覆盖率是否为
100
％；
(b)
判断模拟试验中缠绕区域的总厚度与待生产构件的误差是否在
±
0.1mm
之内
。5.
根据权利要求4所述的一种基于
CADWIND
软件的碳化硅纤维复合材料回转体构件的缠绕成型方法，其特征在于，若步骤
(a)
和
(b)
判断结果均为是，则优化迭代确定缠绕的参数与步骤
(2)
中相同；若步骤
(a)
判断结果为否，则将步骤
(2)
中的缠绕角度增加
0.2
°
；重新确定步骤
(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泓希，焦健，杨金华，石小磊，赵文青，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：