[发明专利]一种多材料复合构件及其成形工艺

权利要求书

1.一种多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，所述多材料复合构件包括内层、过渡层以及外层，内层、过渡层和外层分别选用不同种类材料，所述的内层材料为连续碳纤维、碳化硅纤维或玄武岩纤维，内层结构以芯模为支撑，采用三维织造成形工艺，所述的过渡层选用连续石英纤维或者玻璃纤维，过渡层纤维以一定张紧力沿着内层按照不同角度和组合方式进行无导向层层缠绕铺放，同时对内层纤维进行压实，消除纤维内间隙，外层选用碳布或网胎缠绕过渡层，采用针刺形成工艺，通过刺针作用将碳布或网胎内纤维刺入内层和过渡层，将内层、过渡层和外层连成一体，最终制备出具有多材料变曲率梯度结构的复合构件；

所述成形工艺步骤包括：

(1)选用在特定压力、温度或溶剂作用下可溶材料，以构件外形轮廓为参照，制备芯模；

(2)在芯模表面自动植入导向棒，芯模表面经纬方向导向棒间距为均匀或不均匀，导向棒植入厚度可根据要求进行调整；

(3)内层结构以芯模和导向棒为支撑，纤维沿着导向棒切线方向绕着芯模进行织造，纤维可沿着同一排导向棒依次织造，也可以沿着不同排导向棒交叉织造，织造厚度为导向棒预留高度；

(4)过渡层结构每束纤维按照设定的张紧力沿着内层表面按照不同角度进行无导向铺放缠绕，过渡层纤维同时能够对内层纤维进行压实作用，消除纤维内间隙，完成第一层铺放，第二层纤维按照与第一层纤维相同或不同角度再次铺放缠绕，以此类推，完成过渡层的缠绕铺放；

(5)过渡层铺放完成后，碳布或网胎沿着过渡层进行缠绕，直至要求的厚度；

(6)采用针刺工艺，通过针刺作用将碳布或网胎内的纤维刺入内层和过渡层，将内层、过渡层和外层连为一体；

(7)完成上述步骤后，在一定温度、压力或溶剂作用下，芯模自动消失，完成多材料复合预制体的成形。

2.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，所述的芯模为可溶性材料，在特定温度、压力或者溶剂作用下芯模能够气化或溶解。

3.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，所述的导向棒为金属材料或者非金属材料。

4.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，在芯模上预置导向棒，保证导向棒预置深度一致，纤维沿着导向棒进行三维织造，织造厚度为导向棒预置后的剩余高度。

5.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，每根纤维以一定张紧力沿着内层结构，采用±α°进行铺放缠绕，并且可逐根变角度铺放缠绕，层层铺放，最终形成过渡层。

6.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，碳布或者网胎逐层铺设在过渡层外面，铺设一定厚度后对碳布层或者网胎层进行多角度、或多深度、或变密度针刺，形成沿针刺方向的增强纤维，从而使内层、过渡层以及外层连接成一体，制备出多材料复合构件。

7.根据权利要求1中所述的多材料复合构件的成形工艺，其特征在于，通过控制各层厚度、预置导向棒经纬方向间距、过渡层纤维张紧力以及针刺密度实现所述梯度结构。