一種三維預(yù)制體的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種三維預(yù)制體，尤其是對現(xiàn)有陶瓷基或樹脂基復(fù)合材料用針刺三維預(yù)制體性能的提升。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強的復(fù)合材料因其優(yōu)異的力學(xué)高損傷容限、耐沖擊、抗分層、抗疲勞等綜合性能，及結(jié)構(gòu)性能可設(shè)計性強，已廣泛應(yīng)用于筒狀、板狀以及異形結(jié)構(gòu)功能一體化部件，其中根據(jù)選用纖維材質(zhì)的不同、封頂結(jié)構(gòu)部件可應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域用功能材料、結(jié)構(gòu)材料等。封頂預(yù)制體作為該類陶瓷基或樹脂基復(fù)合材料的骨架，其性能好壞影響復(fù)合工藝和最終復(fù)合材料的性能。
[0003]中國專利(200610013430.2)公開了一種封頂三維織物及其織造方法，該織造方法將預(yù)置預(yù)留長度經(jīng)紗法、直線形引瑋法和預(yù)留長度瑋紗法三種織造工藝相結(jié)合，制備出成型封頂部分繼而采用機織或編織方法繼續(xù)進行身部織造而成的整體封端織物。該織造、編織方法引入連續(xù)纖維，力學(xué)性能佳，但由于織造、編織工序繁多，人工參與多，制備成本高，均勻性和一致性難以控制，無法滿足封頂預(yù)制體的高性能、低成本、快速批量生產(chǎn)的要求。
[0004]中國專利(CN102731130B)公開了根據(jù)天線罩的幾何尺寸設(shè)計出芯模，在芯模上用石英布和石英氈通過針刺法刺成相應(yīng)幾何尺寸的仿形結(jié)構(gòu)織物，該織物低成本，快速成型，但該方法所述的石英布需根據(jù)天線罩外形進行裁剪分瓣，造成了面內(nèi)纖維不連續(xù)，降低了材料環(huán)向力學(xué)性能，其次該方法所述的石英布層間為針刺短纖維，層間力學(xué)性能低，影響織物的整體性能。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型針對上述技術(shù)問題，提出了一種三維預(yù)制體，該預(yù)制體單元層面內(nèi)具備連續(xù)纖維層，單元層層間具備縫合連續(xù)纖維和針刺短纖維，連續(xù)纖維含量高且分布均勻，環(huán)向、母向、層間均分布有連續(xù)纖維，層間結(jié)合強度好、整體力學(xué)性能高，且成型速度快，仿形精度高等特點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]—種三維預(yù)制體，該預(yù)制體由機織布層，連續(xù)纖維層，網(wǎng)胎層疊層形成單元層，多個單元層組合針刺后縫合成型為三維整體結(jié)構(gòu)。
[0008]進一步地，所述的單元層內(nèi)機織布層、連續(xù)纖維層及網(wǎng)胎層配置比例為設(shè)定值。
[0009]進一步地，所述機織布層的機織布依據(jù)產(chǎn)品外形仿形裁剪后鋪層，其面密度為100 ?640g/m2。
[0010]進一步地，所述網(wǎng)胎層的網(wǎng)胎面密度為40?160g/m2。
[0011]進一步地，所述連續(xù)纖維層的連續(xù)纖維纏繞方式為螺旋形或網(wǎng)格形。
[0012]進一步地，所述預(yù)制體的針刺密度為15?35針/cm2。
[0013]進一步地，所述縫合針距為2?20mm，行距為2?20mm。
[0014]進一步地，所述預(yù)制體的體積密度為0.30?0.88g/cm3。
[0015]本實用新型涉及的這種三維預(yù)制體，機織布層內(nèi)的機織布仿形分瓣裁剪后貼芯模鋪層、螺旋形或網(wǎng)格形纏繞的連續(xù)纖維層形成面內(nèi)均勻的連續(xù)纖維和網(wǎng)胎層疊層形成單元層，單元層經(jīng)組合針刺后進行縫合成型預(yù)制體。該預(yù)制體單元層面內(nèi)和層間均具備均勻分布的連續(xù)纖維，力學(xué)性能高，整體性能穩(wěn)定。通過連續(xù)纖維纏繞彌補了機織布因開剪仿形鋪層易形變的不足，且通過設(shè)計纏繞方式在預(yù)制體內(nèi)部形成完整密實的具有連續(xù)纖維網(wǎng)絡(luò)單元的連續(xù)纖維層，滿足預(yù)制體單元層面內(nèi)各方向纖維體積含量高和均勻性高的要求。較三維封頂機織、編織預(yù)制體相比，成型過程簡單，成型速度提高50%以上，制備效率高、成本低。各向同性網(wǎng)胎的引入在預(yù)制體內(nèi)部形成有效通道，有利于復(fù)合過程中基體的均勻滲透，通過針刺可在層間引入連接短纖維，在層間方向形成網(wǎng)絡(luò)通道，便于后期基體材質(zhì)的滲透；采用縫合技術(shù)在預(yù)制體單元層層間引入連續(xù)縫合纖維，層間的連續(xù)纖維可顯著提高材料的層間力學(xué)性能和抗沖擊損傷能力，提升了預(yù)制體增強結(jié)構(gòu)的整體性和一致性，滿足了航空航天用功能材料、結(jié)構(gòu)材料高性能、低成本的發(fā)展要求。
[0016]本實用新型提出的一種三維預(yù)制體與中國專利(200610013430.2)公開的一種封頂三維織物相比，成型過程簡單，成型速度提高50%以上，制備效率高、成本低；本實用新型提出的一種預(yù)制體與中國專利(CN102731130B)公開的仿形結(jié)構(gòu)織物相比增加了預(yù)制體單元層面內(nèi)的連續(xù)纖維層和層間連續(xù)的縫合纖維，提高了預(yù)制體環(huán)向和層間力學(xué)性能，在滿足快速低成本的基礎(chǔ)上，提高了預(yù)制體力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細(xì)說明:
[0018]圖1為本實用新型的錐形封頂三維預(yù)制體示意圖；
[0019]圖2為圖1中A-A剖視圖；
[0020]圖3為圖2中I部放大圖示意圖；
[0021]圖4為本實用新型的兩級錐封頂三維預(yù)制體示意圖；
[0022]圖5為圖4中B-B剖視圖；
[0023]圖6為本實用新型的球形封頂三維預(yù)制體示意圖；
[0024]圖7為圖6中C-C剖視圖。
[0025]其中，圖中各符合說明如下:
[0026]維形封頂二維預(yù)制體 1 ;維形芯模 2 ;單兀層 3 ;機織布層 4 ;連續(xù)纖維層 5 ;網(wǎng)胎層 6 ;縫合纖維 7 ;兩級維封頂二維預(yù)制體 8 ;兩級維封頂預(yù)制體連接區(qū) 9 ;兩級維芯模 10 ;球形封頂二維預(yù)制體 11 ;球形封頂預(yù)制體封頂區(qū)——12 ;球形芯?！?3。
【具體實施方式】
[0027]體現(xiàn)本實用新型特征與優(yōu)點的典型實施例將在以下的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本實用新型能夠在不同的實施例上具有各種的變化，其皆不脫離本實用新型的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當(dāng)作說明之用，而非用以限制本實用新型。
[0028]實施例1
[0029]采用85tex石英纖維制備錐形封頂三維預(yù)制體1，外形結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，設(shè)計單元層3為一層石英纖維機織布層4 一層連續(xù)纖維層5 —層網(wǎng)胎層6。將(120±8) g/m2石英纖維布按照圖2、3所示仿形裁剪貼合錐形芯模2鋪層形成機織布層4，纏繞(50±5) g/m2的石英纖維形成連續(xù)纖維層5，接著鋪覆一層(55±5)g/m2石英纖維網(wǎng)胎形成網(wǎng)胎層6，后法向仿形針刺成型預(yù)制體，針刺密度為22針/cm2，重復(fù)上述步驟至最終產(chǎn)品厚度25_，此時預(yù)制體單元層的層間密度為15.6層/cm，然后對預(yù)制體進行整體非貫穿縫合引入縫合纖維7，縫合深度20mm，針距15mm，行距15mm。預(yù)制體體積密度為0.35g/cm3。
[0030]實施例2
[0031]采用高娃氧布和190tex石英纖維制備圖4、圖5所示的兩級錐封頂三維預(yù)制體8，設(shè)計單元層3為:兩層厚度0.25mm高硅氧布的機織布層4 一層連續(xù)纖維層5 —層網(wǎng)胎層6。參照圖3的鋪層順序?qū)?230 ±10) g/m2高硅氧布仿形裁剪貼合兩級錐芯模10鋪層形成機織布層4，纏繞(65±10)g/m2的石英纖維網(wǎng)格纖維層形成連續(xù)纖維層5，鋪覆一層(60±10)g/m2石英纖維網(wǎng)胎形成網(wǎng)胎層6，后仿形針刺成型預(yù)制體，針刺密度為22針/cm2，重復(fù)上述步驟至最終產(chǎn)品厚度30_，后在兩級錐封頂預(yù)制體連接區(qū)9進行貫穿縫合引入縫合纖維7，縫合針距為8mm，行距為5mm，預(yù)制體體積密度為0.71g/cm3。
[0032]實施例3
[0033]采用12K碳纖維制備圖6、圖7所示的球形封頂三維預(yù)制體11，設(shè)計單元層3為:一層緞紋碳纖維布的機織布層4一層連續(xù)纖維層5—層碳纖維網(wǎng)胎層6。參照圖3的鋪層順序?qū)?560±20) g/m2碳纖維布仿形裁剪貼合球形芯模13鋪層形成機織布層4，纏繞(95±10)g/m2的碳纖維網(wǎng)格纖維層形成連續(xù)纖維層5，再鋪覆一層(140± 15) g/m 2碳纖維網(wǎng)胎形成網(wǎng)胎層6，后仿形針刺成型預(yù)制體，針刺密度為22針/cm2，重復(fù)上述步驟至最終產(chǎn)品厚度15mm，然后對球形封頂預(yù)制體封頂區(qū)12進行貫穿縫合引入縫合纖維7，縫合針距10mm，行距10mm。此時預(yù)制體體積密度為0.83g/cm3。
[0034]本實用新型的技術(shù)方案已由可選實施例揭示如上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識到在不脫離本實用新型所附的權(quán)利要求所揭示的本實用新型的范圍和精神的情況下所作的更動與潤飾，均屬本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種三維預(yù)制體，其特征在于，該預(yù)制體由機織布層，連續(xù)纖維層，網(wǎng)胎層疊層形成單元層，多個單元層組合針刺后縫合成型為三維整體結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述的單元層內(nèi)機織布層、連續(xù)纖維層及網(wǎng)胎層配置比例為設(shè)定值。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述機織布層的機織布依據(jù)產(chǎn)品外形仿形裁剪后鋪層，其面密度為100?640g/m2。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述網(wǎng)胎層的網(wǎng)胎面密度為.40 ?160g/m2。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述連續(xù)纖維層的連續(xù)纖維纏繞方式為螺旋形或網(wǎng)格形。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述預(yù)制體的針刺密度為15?35針 / cm2 ο7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述縫合針距為2?20mm，行距為.2 ?20mmo8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維預(yù)制體，其特征在于，所述預(yù)制體的體積密度為0.30?.0.88g/cm3ο
【專利摘要】本實用新型公開了一種三維預(yù)制體，該預(yù)制體由機織布層，連續(xù)纖維層，網(wǎng)胎層疊層形成單元層，多個單元層組合針刺后縫合成型為三維整體結(jié)構(gòu)。本實用新型中預(yù)制體單元層面內(nèi)和層間的連續(xù)纖維，提高了預(yù)制體環(huán)向和層間力學(xué)性能，在滿足快速低成本的基礎(chǔ)上，提高了預(yù)制體力學(xué)性能。該預(yù)制體力學(xué)性能好，不易分層，成型速度快，整體性能穩(wěn)定，適用于陶瓷基或樹脂基復(fù)合材料的增強材料。
【IPC分類】B29C70/08, B29C70/12, B29C70/24
【公開號】CN205086375
【申請?zhí)枴緾N201520517325
【發(fā)明人】繆云良
【申請人】江蘇天鳥高新技術(shù)股份有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年7月16日