[发明专利]一种截面内外轮廓均为凸多边形的预制体多针织造方法

说明书

本发明公开了一种截面内外轮廓均为凸多边形的预制体多针织造方法，属于复合材料预制体成形技术领域，包括预制体截面划分、导向阵列布置、分区域织造、压实等工艺过程。该方法成形工艺简单，可操作性强，织造效率高。

技术领域

本发明涉及一种截面内外轮廓均为凸多边形的预制体多针织造方法，属于复合材料预制体成形技术领域。该方法主要用于制备复合材料三维预制体，成形工艺简单，可显著提高成形效率。

背景技术

纤维预制体作为增强体材料用于制作先进复合材料，已成功用于航空、航天、船舶、轨道交通等高技术领域，具有良好的发展前景。

目前纤维预制体主要是通过机织工艺和细编穿刺工艺来实现。机织工艺通过多臂机构控制综框运动形成多层移动的梭口，采用两根以上引纬针双侧交替引纬，Z向纱分上、下两层，也由综框控制。采用该方法织造的预制体宽度可达20mm-100mm，但难以实现大厚度、空心预制体的织造成形。细编穿刺工艺是采用钢针阵列逐层穿刺碳纤维平纹织物或缎纹织物，达到要求织物厚度后，再用碳纤维束逐根替代钢针，形成三向正交结构。细编穿刺工艺难以实现空心预制体的织造，同时易对XY向纤维造成损伤。

发明内容

针对现有复合材料三维预制体成形方法的不足，本发明提供了一种截面内外轮廓均为凸多边形的预制体多针织造方法。该方法成形工艺简单，可显著提高成形效率，制备的预制体具有纤维连续、预制体边缘整齐、纤维体积分数高、缺陷少、整体性能优良等优点。

本发明所述的一种截面内外轮廓均为凸多边形的预制体多针织造方法，具体包括以下工艺步骤：

S1：沿X方向经过截面内外轮廓均为凸多边形的预制体截面内孔凸多边形Y方向上下边缘，将预制体截面剖分成大凹型部分Sx1和小凹型部分Sx2，大凹型部分Sx1和小凹型部分Sx2都由预制体部分内外轮廓和与X方向平行的分割线组成；

S2：沿Y方向经过内外边缘均为凸多边形的空心预制体截面内孔凸多边形X方向左右边缘，将预制体截面剖分成大凹型部分Sy1和小凹型部分Sy2，大凹型部分Sy1和小凹型部分Sy2都由预制体部分内外轮廓和与Y方向平行的分割线组成；

S3：根据内外边缘均为凸多边形的空心预制体截面形状布置Z向导向阵列；

S4：进行X向大凹型部分Sx1的织造，采用阶梯凹型编织针阵列沿X方向从大凹型部分Sx1外侧铺设纤维，使编织针阵列两侧凸起部分穿过两侧凸起导向阵列到达大凹型部分Sx1另一外侧外面，而编织针阵列中间凹陷部分穿过中间凹陷导向阵列到达中间孔边缘外面；

S5：采用3根与Y方向平行的弹性边棒分别穿过大凹型部分Sx1外边缘和大凹型部分Sx1中间凹陷部分边缘铺放纤维束折叠形成的纤维阵列环；

S6：收紧X向阵列纤维束，使弹性边棒变形贴紧大凹型部分Sx1边缘，完成X向大凹型部分Sx1织造；

S7：进行X向小凹型部分Sx2的织造，采用编织针阵列沿X方向从小凹型部分Sx2外侧铺设纤维，使编织针阵列穿过导向阵列到达小凹型部分Sx2另一外中间孔边缘外面；

S8：采用2根沿Y方向平行的弹性边棒分别穿过小凹型部分Sx2外边缘和小凹型部分Sx2中间凹陷部分边缘铺放纤维束折叠形成的纤维阵列环；

S9：收紧X向阵列纤维束，使弹性边棒变形贴紧小凹型部分Sx2边缘，完成X向小凹型部分Sx2织造，进而完成一层截面X向纤维束铺放；

S10：采用与X向截面相同的方案完成一层Y向截面纤维束铺放；

S11：重复步骤S4至S10的过程，完成一定层数的X方向、Y方向的纤维束铺放；

S12：进行Z向压实，将织造的纤维层致密化；