[发明专利]复合材料多维织造成形机

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料织造成形技术领域，特别地，涉及一种复合材料多维织造成形机。

背景技术

碳纤维、芳纶、聚乙烯、玻纤等高强纤维及其复合材料制品作为中国战略性新兴产业的一部分，具有质量轻、强度高、耐腐蚀和隐蔽性独特等优点。复合材料被广泛地应用于风能、航空航天、汽车、轨道交通、建筑、兵器、装甲、船舶、化工和体育竞技等领域，一直是世界各国优先发展和竞争激烈的重要行业。在航空航天等尖端行业，复合材料是基础关键材料，例如，复合材料技术是波音和空中客车争霸的第一关键技术，也是我国民用大飞机项目的主要瓶颈制约技术之一。波音787飞机使用的复合材料已占飞机总质量的50％以上；隐形战斗机的外壳基本是由吸波的复合材料制造；同时，复合材料是飞机和舰艇隐形的基本要素之一。虽然复合材料有许多优异性能，但复合材料要进一步扩大应用，必须改进下列制约弱点：

第一，层间易开裂

现有纤维复合材料多由纤维布、预浸布等纤维片材垒叠相加到一定厚度，经树脂基体固化而成。片材平面的二维方向由于有超强纤维，强度比钢强几倍，可达3000MPa以上。然而片材之间是树脂塑料基体，层间强度很低，仅有100MPa左右，层内纤维与层间塑料强度相差30多倍，所以，层间易开裂是纤维复合材料的先天弱点。由于复合材料层间强度低，复合材料的抗冲击强度和抗压强度也较低，尤其是受到冲击载荷和受压疲劳载荷时，层间开裂更是复合材料的主要失效方式。

为提高复合材料的层间强度，可采用层间缝纫、三维纺织、三维编织等方法，虽然这些技术的研发取得了一些进展，但工艺复杂成本很高，使用受限。而应用较广的多轴向经编复合材料，受厚度所限，无法获得整体三维结构。这说明，层间易开裂是困扰复合材料性能的主要弱点，因而，如何低成本增强纤维复合材料层间强度也成为长期以来的世界难题。

第二，叠层效率低，劳动成本高

要使用长纤维做结构材料，通常由纱线做成纤维片，纤维片层合到一定厚度得到复合材料板或制品。应用长纤维做材料必然要经过线、面、板/体的过程，但是在生产纤维复合材料制品的整个生产流程中，只有线到面可以使用纺织技术高效率生产。由于难于自动化机械操作纤维片材，只有飞机制造等对纤维片材的叠层准确性要求很高的尖端行业才能够采用昂贵的纤维自动化铺层设备，因而在复合材料行业中，将纤维片材叠层到板和制品的

层合过程多采用手工叠层，生产效率低下，劳动成本高。其中，手工叠层效率低下是复合材料生产过程的一个主要瓶颈。

第三，碳纤维、芳纶、高模聚乙烯等高强纤维价格昂贵

由于纤维复合材料的层间强度低、叠层效率低、叠层工序劳动成本高，使得复合材料的使用范围受限，也使得碳纤维、芳纶、高模聚乙烯等高强纤维主要用在高端产品，市场容量受限；再加上发达国家对碳纤维、芳纶、高模聚乙烯纤维的技术垄断，这些高强纤维自然就十分昂贵。可喜的是，中国近几年逐步攻克了碳纤维和高模聚乙烯生产的难关，实现了国产化，芳纶纤维的国产化也胜利在望。

如果复合材料层间强度提高，叠层实现低成本自动化，复合材料的应用需求将急剧扩大，碳纤维、芳纶、高模聚乙烯的产量也会大幅提高，它们的制造成本就有望下降。

发明内容

本发明目的在于提供一种复合材料多维织造成形机，以解决现技术中不存在自动化程度高、能够织造出高强度的复合材料的制造设备的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种复合材料多维织造成形机，包括：导向模板，包括多个根据预制件的几何形状布置的柱形导向体；电控三维运动机构，位于导向模板的上方，电控三维运动机构包括：控制信号接收端，用于接收与预制件的几何形状相对应的运动控制信号；三维运动输出端，根据运动控制信号形成运动轨迹；编织机构，包括：编织针，与三维运动输出端相连，带动编织纤维沿运动轨迹在柱形导向体之间运动，使编织纤维按照预制件的几何形状在柱形导向体之间分布。

进一步地，导向模板包括编织平板，编织平板上设置有多个均匀分布的第一通孔，编织平板的下方设置有多孔板，多孔板具有多个与第一通孔同轴对应的第二通孔，导向柱穿过第一通孔和第二通孔，柱形导向体为套设在导向柱上的高度可选择的柱形套筒。

进一步地，三维运动输出端上设置有用于夹取编织针、柱形导向体和/或导向柱的气动夹头。