復合材料回轉體組合式抗沖擊結構及其制備裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料制備的技術領域，尤其涉及一種采用特殊間斷浸膠工藝方法纏繞成型制備的復合材料回轉體及其工藝過程，具體的說，是一種復合材料回轉體組合式抗沖擊結構及其制備裝置和方法。
【背景技術】
[0002]回轉體構件作為航空航天飛行器等結構上常見構件，在使用過程中，極易受到飛鳥、冰塊、輪胎碎片和其自身結構斷裂碎片等沖擊損傷。復合材料因其比強度大、比剛度高、可設計性好、抗疲勞性能好、抗沖擊性能好等優(yōu)點，逐漸取代金屬材料成為航空航天結構上回轉體構件的主要制備材料。目前，回轉體結構主要包括全金屬型、金屬和復合材料組合型、全復合材料型。其中金屬與復合材料組合型結構因其重量輕、抗沖擊性能好、制備工藝簡單而成為回轉體構件首選材料。
[0003]但現(xiàn)有金屬與復合材料組合型回轉體結構厚度較薄，抗沖擊能力有限，若增加厚度，重量將會隨之增加，且外部需要更厚復合材料對其進行保護和固定，更增加了重量。因此，亟需開發(fā)一種抗沖擊性能好的回轉體結構。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種在不增加結構重量基礎上，增大了復合材料回轉體的厚度，增強了復合材料回轉體的抗沖擊性能的復合材料回轉體組合式抗沖擊結構及其制備裝置和方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
復合材料回轉體組合式抗沖擊結構，其中:包括由內之外依次包覆固定的金屬薄壁筒體、內側芳綸纖維纏裹層和外側芳綸纖維纏裹層，內側芳綸纖維纏裹層上間隔浸潤樹脂使內側芳綸纖維纏裹層具有部分中空結構，外側芳綸纖維纏裹層上均勻浸潤樹脂。
[0006]為優(yōu)化上述技術方案，采取的具體措施還包括:
金屬薄壁筒體的材質為鋁合金或鈦合金。
[0007]將內側芳綸纖維纏裹層和外側芳綸纖維纏裹層的材質由芳綸纖維材料替換為碳纖維材料。
[0008]樹脂為尚韋刃性、尚溫環(huán)氧樹脂。
[0009]復合材料回轉體組合式抗沖擊結構的制備裝置，包括芳綸纖維輥、間斷浸膠輥、連續(xù)浸膠輥以及金屬芯模，纖維紗一端繞在芳綸纖維輥上，另一端穿過牽引導向輥繞在金屬芯模上，間斷浸膠輥和連續(xù)浸膠輥均設置在芳綸纖維輥和金屬芯模之間，間斷浸膠輥能對纖維紗間斷式涂膠，連續(xù)浸膠輥能對纖維紗連續(xù)涂膠。
[0010]連續(xù)浸膠輥處設置有膠槽，膠槽內盛放樹脂膠液，連續(xù)浸膠輥下部浸入樹脂膠液，上部與纖維紗接觸。
[0011]間斷浸膠輥為滲孔浸膠輥，滲孔浸膠輥由中心軸、輥體和儲膠槽組成，中心軸帶動輥體轉動，儲膠槽位于輥體內側并存儲樹脂膠液，輥體由間隔設置的帶孔滲膠層和實心層組成，帶孔滲膠層能透入樹脂膠液，在滲孔浸膠輥旋轉過程中，帶孔滲膠層能間隔地接觸纖維紗，并將樹脂膠液涂抹在纖維紗上。
[0012]間斷浸膠輥為凸臺浸膠輥，凸臺浸膠輥由中心輥及數(shù)個間隙設置的浸膠凸臺組成，凸臺浸膠輥下部放置盛放樹脂膠液的容器，在凸臺浸膠輥旋轉過程中，浸膠凸臺頂部能伸入容器浸入膠液，然后旋轉到最高點與纖維紗接觸，使樹脂浸潤纖維紗。
[0013]復合材料回轉體組合式抗沖擊結構的制備方法，包括以下步驟:
步驟一:采用金屬沖壓加工方法加工復合材料回轉體內部金屬層；
步驟二:將金屬層繞在芯模中心軸上，作為纏繞制備纖維層的金屬芯模；
步驟三:將所用樹脂膠液加入膠槽中，并加熱，調節(jié)溫度以得到適合纏繞的樹脂粘度； 步驟四:將芳綸纖維紗穿過導向牽引輥、間斷浸膠輥，固定在金屬芯模纏繞起始點位置；
步驟五:按照設計要求，設置纏繞芯模、間斷浸膠輥轉速，使得芳綸纖維紗間斷浸膠，同時進行內側芳綸纖維纏裹層纏繞；
步驟六:當芳綸纖維纏繞到最后數(shù)層，停止間斷浸膠輥轉動，并使間斷浸膠輥的浸膠端不接觸纖維紗；
步驟七:使連續(xù)浸膠輥運作，芳綸纖維紗與之接觸時連續(xù)浸膠，制備均勻浸膠的外側芳綸纖維纏裹層；
步驟八:將纏繞完成的復合材料回轉體組合式結構在熱壓罐中固化，形成復合材料回轉體組合式抗沖擊結構。
[0014]通過改變間斷浸膠輥的轉速和纏繞芯模的轉速以及纏繞方向，能控制內側芳綸纖維纏裹層內的樹脂布置方式。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
(I)分布在纖維層內部的樹脂與芳綸纖維層形成部分中空結構，該結構在最大限度減輕結構重量基礎上，增大了復合材料回轉體的厚度，且保持了芳綸纖維層高韌性、能量吸收性能好的優(yōu)點，增強了復合材料回轉體的抗沖擊性能。
[0016](2)可以顯著提高復合材料回轉體內側金屬薄壁與芳綸纖維層及外側復合材料層層間連接強度，纖維定位性能好。
[0017](3)通過改變間斷浸膠輥的轉速和纏繞芯模的轉速以及纏繞方向，以得到樹脂在芳綸纖維纏裹層內部不同的布置方式(單向、交叉及不同的α角度)，以適應不同受力環(huán)境，即結構具有可設計性。
【附圖說明】
[0018]圖1為復合材料回轉體組合式抗沖擊結構截面示意圖；
圖2為樹脂在芳綸纖維纏裹層內部單向排布方式；
圖3為樹脂在芳綸纖維纏裹層內部交叉排布方式；
圖4為凸臺浸膠輥間斷浸膠纏繞工藝方法制備復合材料回轉體的工藝示意圖；
圖5為凸臺浸膠輥結構示意圖；
圖6為滲孔浸膠輥間斷浸膠纏繞工藝方法制備復合材料回轉體的工藝示意圖； 圖7為滲孔浸膠輥結構示意圖。
[0019]圖中標號名稱:1、金屬薄壁筒體，2、內側芳綸纖維纏裹層，3、外側芳綸纖維纏裹層，4、樹脂，5、金屬芯模，6、芳綸纖維紗，7、牽引導向輥，8、連續(xù)浸膠輥，9、凸臺浸膠輥，10、膠槽，11、樹脂膠液，12、芳綸纖維輥，13、中心輥，14、浸膠凸臺，15、滲孔浸膠輥，16、帶孔滲膠層，17、實心層，18、中心軸，19、儲膠槽。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作詳細說明。
[0021 ] 第一實施例:
復合材料回轉體組合式抗沖擊結構，其中:包括由內之外依次包覆固定的金屬薄壁筒體1、內側芳綸纖維纏裹層2和外側芳綸纖維纏裹層3，內側芳綸纖維纏裹層2上間隔浸潤樹脂使內側芳綸纖維纏裹層2具有部分中空結構，外側芳綸纖維纏裹層3上均勻浸潤樹脂。
[0022]金屬薄壁筒體I的材質為鋁合金。
[0023]樹脂為尚韋刃性、尚溫環(huán)氧樹脂。
[0024]復合材料回轉體組合式抗沖擊結構的制備裝置，包括芳綸纖維輥12、間斷浸膠輥、連續(xù)浸膠輥8以及金屬芯模5，纖維紗6—端繞在芳綸纖維輥12上，另一端穿過牽引導向輥繞在金屬芯模5上，間斷浸膠輥和連續(xù)浸膠輥8均設置在芳綸纖維輥12和金屬芯模5之間，間斷浸膠輥能對纖維紗6間斷式涂膠，連續(xù)浸膠輥8能對纖維紗6連續(xù)涂膠。
[0025]連續(xù)浸膠輥8處設置有膠槽10，膠槽10內盛放樹脂膠液11，連續(xù)浸膠輥8下部浸入樹脂膠液11，上部與纖維紗6接觸。
[0026]間斷浸膠輥為滲孔浸膠輥15，滲孔浸膠輥15由中心軸18、輥體和儲膠槽19組成，中心軸18帶動輥體轉動，儲膠槽19位于輥體內側并存儲樹脂膠液，輥體由間隔設置的帶孔滲膠層16和實心層17組成，帶孔滲膠層16能透入樹脂