基于数字化导向模版的复合材料预制件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数字化导向模版的复合材料预制件及其制备方法。其中，该复合材料预制件包括多根导向套和缠绕在多根导向套间的纤维，纤维呈扁平带状，纤维沿多根导向套之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层交叉。应用本发明专利技术的技术方案，纤维沿多根导向套之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层交叉，因此，空隙较小，通过这种铺放的形式，可以根据叠加纤维束的层数来设计预制件的厚度。同时，缠绕纤维也极大的提高了复合材料预制件的纤维体积含量，也就极大的提高了复合材料预制件的力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料制备
，具体而言，涉及一种。
技术介绍
三维织造复合材料预制件的制作是三维织造复合材料制备的基础，而且预制件的性能(包括制作方法和工艺)在根本上决定了所制作的复合材料的性能。所以从20世纪80年代以来，对复合材料预制件织造成形方法能织造大尺寸、形状复杂、高性能、轻量化的预制件的要求也越来越高。目前预制件的形式也是多种多样的，主要分为三维编织预制件、正交三向编织预制件、缝合织物预制件等。其中，三维编织预制件是通过一组带有编织纱的锭子在编织平面按设定的运动程序不断改变相互间的位置使编织纱在空间相互交缠形成的立体织物。由于采用三维编织工艺制作的增强预制件显著地提高了材料的强度和刚度，使材料具有优良的抗冲击损伤性能、力学性能和耐烧蚀性能，特别是层间连接强度远远优于其它层合材料。然而，对于结构复杂的预制件，需通过在编织过程中改变纤维排布或数量，使得加工工序复杂化，不易于自动化控制，所以三维编织技术更多地只用于加工截面尺寸变化较小的预制件。正交三向织物是由沿空间直角坐标X、Y、Z三个方向的碳纤维在空间不断重叠延伸而形成的立体织物。美国、澳大利亚、日本等国家开展了较多的研究。Shikishima Canvas公司开发的正交交织技术工艺简单，成本低，可在传统的二维编织机上加以改装以实现加工。然而，该技术的不足之处是预制件在分层上仅有几排纤维束互相交织，分层的厚度受到了限制，不适用于大尺寸制件的加工。缝合织物预制件是利用成熟的缝纫工艺将二维平面织物加工成三维预制件，将得到的预制件经树脂浸溃后最终形成制件。其生产工艺简单，成本较低，被各国认定是一种有潜力的加工技术。此方法在分层上仅有几排纤维束互相交织，并且由于受到缝合工艺的限定，仅被应用在加工垂直方向的缝合，对于曲面预制件的加工仍有局限性，对预制件的厚度有一定的限制。三维织造预制件是以整体织物作为增强体的复合材料，是20世纪80年代发展起来的一种新型复合材料织造成形技术。采用此技术可以直接编织出各种形状、不同尺寸的整体异型预制件。用这些预制件制成的三维织造复合材料制件不需再加工，这就避免了由于加工所造成的纤维损伤。而且采用此方法制备的三维织造复合材料具有高强度、基体损伤不易扩展、高抗冲击性能和综合力学性能好，以及耐烧蚀、抗高温、热绝缘性能好等独特的优点，目前已经引起了美国、德国等世界各国的关注。在现有技术中，首先由于传统三维织造的工艺和织造机器本身的尺寸限制，现阶段三维织造预制件厚度难以超过50mm，难以实现厚度较大的预制件织造。同时，由于现有技术中用于三维织造预制件的纤维通常是带状的，在三维织造预制件的织造过程中在拉力的作用下，纤维较宽的面通常是贴附在导向套上，使纤维层与层之间的间隙较大，即使后续还有压实的工序，预制件的纤维体积含量仍得不到很大的提高，因此，三维织造预制件的力学性能的提高也受到阻碍。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种，以解决现有技术中预制件的厚度受限和纤维体积含量得不到较大提高的技术问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于数字化导向模版的复合材料预制件。该复合材料预制件包括多根导向套和缠绕在多根导向套间的纤维，纤维呈扁平带状，纤维沿多根导向套之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层垂直。进一步地，多根导向套按照预定路径排列形成预定形状。进一步地，每相邻的3根导向套形成三角形，三角形经阵列后组成数字化导向模版，纤维在多根导向套间沿三角形的边所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。进一步地，每相邻的4根导向套形成四边形，四边形经阵列后组成数字化导向模版，纤维在多根导向套间沿四边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。进一步地，每相邻的6根导向套形成六边形，六边形经阵列后组成数字化导向模版，纤维在多根导向套间沿六边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。进一步地，导向套的外表面上设置有用于定位纤维的定位凹槽。进一步地，导向套为中空结构或实心结构。根据本专利技术的另一个方面，提供一种上述复合材料预制件的制备方法。该复合材料预制件的制备方法包括以下步骤:将多根导向套按预定路径固定在导向模版上形成预定形状；将纤维沿多根导向套之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层交叉；对缠绕在多根导向套间的纤维进行压实处理，得到复合材料预制件。进一步地，每相邻的3根导向套形成三角形，纤维在多根导向套间沿三角形的边所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。进一步地，每相邻的4根导向套形成四边形，纤维在多根导向套间沿四边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。进一步地，每相邻的6根导向套形成六边形，纤维在多根导向套间沿六边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且纤维缠绕在位于预定形状外周的导向套上。根据本专利技术的再一个方面，提供一种复合材料。该复合材料包括复合材料预制件和填充在复合材料预制件中的基体，复合材料预制件为如权利要求至中任一项的复合材料预制件。应用本专利技术的技术方案，纤维沿多根导向套之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层交叉，即扁平带状的纤维较宽的面是垂直于或近似垂直于导向套的轴向，纤维层与层之间是通过较宽的带面贴合，因此，空隙较小，通过这种铺放的形式，可以根据叠加纤维束的层数来设计预制件的厚度，同时，缠绕纤维也极大的提高了复合材料预制件的纤维体积含量，也就极大的提高了复合材料预制件的力学性能。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1示出了根据本专利技术一实施例的纤维三角形铺放路径示意图；图2示出了根据本专利技术再一实施例的纤维四边形铺放路径示意图；图3示出了根据本专利技术又一实施例的纤维四边形铺放路径示意图；图4示出了根据本专利技术又一实施例的纤维四边形铺放路径示意图；图5示出了根据本专利技术又一实施例的纤维六边形铺放路径示意图；图6示出了根据本专利技术又一实施例的设置有导向套的六边形导向模版的俯视图结构示意图；图7示出了根据本专利技术又一实施例的六边形导向模版上的纤维铺放路径示意图；图8a示出了根据本专利技术实施例的T型粱主视结构示意图；图8b示出了根据图8a的T型粱左视结构示意图。具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。根据本专利技术一种典型的实施方式，提供一种基于数字化导向模版的复合材料预制件。该复合材料预制件包括多根导向套10和缠绕在多根导向套10件间的纤维20，纤维20呈扁平带状，纤维20沿多根导向套10之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，纤维的带面在铺设层内延伸，导向套的延伸方向与铺设层交叉，即纤维是铺放设置在导向套20间。如图1所示。应用本专利技术的技术方案，由于纤维是铺放缠绕在多根导向套间，即扁平带状的纤维较宽的面是垂直与导向套的轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字化导向模版的复合材料预制件，包括多根导向套（10）和缠绕在多根所述导向套（10）间的纤维（20），所述纤维（20）呈扁平带状，其特征在于，所述纤维（20）沿多根所述导向套（10）之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，所述纤维的带面在所述铺设层内延伸，所述导向套的延伸方向与所述铺设层垂直。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字化导向模版的复合材料预制件，包括多根导向套(10)和缠绕在多根所述导向套(10)间的纤维(20)，所述纤维(20)呈扁平带状，其特征在于，所述纤维(20)沿多根所述导向套(10)之间的间隙穿行铺设并形成多个叠置的铺设层，所述纤维的带面在所述铺设层内延伸，所述导向套的延伸方向与所述铺设层垂直。2.根据权利要求1所述的复合材料预制件，其特征在于，多根所述导向套(10)按照预定路径排列形成预定形状。3.根据权利要求2所述的复合材料预制件，其特征在于，每相邻的3根所述导向套(10)形成三角形，所述三角形经阵列后组成数字化导向模版，所述纤维(20)在多根所述导向套(10)间沿所述三角形的边所在的直线铺放，且所述纤维(20)缠绕在位于所述预定形状外周的所述导向套(10)上。4.根据权利要求2所述的复合材料预制件，其特征在于，每相邻的4根所述导向套(10)形成四边形，所述四边形经阵列后组成数字化导向模版，所述纤维(20)在多根所述导向套(10)间沿所述四边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且所述纤维(20)缠绕在位于所述预定形状外周的所述导向套(10)上。5.根据权利要求2所述的复合材料预制件，其特征在于，每相邻的6根所述导向套(10)形成六边形，所述六边形经阵列后组成数字化导向模版，所述纤维(20)在多根所述导向套(10)间沿所述六边形的边所在的直线或对角线所在的直线铺放，且所述纤维(20)缠绕在位于所述预定形状外周的所述导向套(10)上。6.根据权利要求1所述的复合材料预制件，其特征在于，所述导向套(10)的外表面上设置有用于定位所述纤维(20)的定位凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：单忠德，刘丰，陈思思，
申请(专利权)人：机械科学研究总院先进制造技术研究中心，
类型：发明
国别省市：