[发明专利]一种多材料复合构件及其成形工艺

说明书

本发明公开一种多材料复合构件及其成形工艺，多材料复合构件包括内层、过渡层和外层，分别选用不同种类材料，以构件外形轮廓为参照，选用可溶性材料制备芯模，在芯模表面植入导向棒。内层结构以芯模为支撑，采用三维织造成形工艺。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梯度结构的复合构件。本发明复合构件内层、过渡层和外层采用不同材料，分别采用三维织造、缠绕铺放、针刺成形工艺，能够实现多材料复合构件一体化成形和复合制造。

技术领域

本发明设计一种多材料复合材料构件及其成形工艺，具体涉及一种内层、过渡层和外层选用不同类型材料，内层采取以芯模为支撑的三维织造工艺，过渡层采用无导向纤维铺放缠绕工艺，外层采用针刺工艺，将内层、过渡层和外层连成一体。

背景技术

复合材料构件具有高比强度、高比模量、耐疲劳、抗侵蚀、抗冲击、可设计性好等优点，其成形制造技术水平是工业发达国家高新技术、高端装备水平的重要标志，在航空航天、国防军工领域的应用比例越来越大。

多材料复合预制体作为增强体的复合材料构件具有优异力学性能，在发动机喷管、扩张段及飞行器关键部件具有广阔的应用前景。目前，变曲率、异形截面构件多采用单一材料，同时受到制备工艺的限制，导致变曲率、异形截面构件成形困难。

针对上述问题，本发明提出内层三维织造、过渡层纤维缠绕、外层针刺一体化的多材料复合结构成形工艺，能够实现异形截面、变曲率复合材料构件一体化成形。

发明内容

针对异形截面、变曲率复材构件材料体系单一和成形难等问题，本发明提供一种多材料复合构件及其成形工艺。

本发明采取的技术手段如下：

一种多材料复合构件及其成形工艺，包括内层1、过渡层2以及外层3，分别选用不同种类材料，内层1结构以芯模4为支撑，采用三维织造成形工艺，过渡层2纤维以一定张紧力沿着内层1按照不同角度和组合方式进行无导向层层铺放缠绕，同时对内层1进行压实，消除纤维内间隙，外层3选用碳布或网胎缠绕过渡层，采用针刺成形工艺，通过刺针作用将碳布或网胎内纤维刺入内层1和过渡层2，实现将内层1、过渡层2和外层3连成一体，制备出具有多材料梯度结构的复合构件。

一种多材料复合构件及其成形工艺，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，织造厚度为导向棒漏在外面高度。

(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。

所述的芯模4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。