[发明专利]基于单边缝合工艺的三维复合材料预制体制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于单边缝合工艺的三维复合材料预制体制备方法及装置，属于三维复合材料预制体技术领域，其方法主要分为以下步骤：步骤一，两层二维复合材料预制体的缝合；步骤二，三维复合材料预制体的制备。其装置包括移动装置、缝合头和缝合头运动装置。本发明的制备方法可以得到层间断裂韧性好、层间连接强度高的三维复合材料预制体，本发明的装置简单有效，可以实现大型预制体的制备。

技术领域

本发明属于三维复合材料预制体技术领域，具体涉及一种基于单边缝合工艺的三维复合材料预制体制备方法及装置。

背景技术

三维复合材料因为具有高比强度、耐腐蚀、抗疲劳等优异的性能而被广泛应用于军工、航天、汽车等领域。

传统的三维复合材料形成方法是将二维复合材料按制品结构裁剪出对应的形状并按照某种角度铺设出层叠状的层合板预制品，然后将其固化成型得到三维制品，但是其在垂直纤维方向上主要凭借树脂基体进行粘结和传递载荷，因此力学性能较弱、层间强度低、冲击韧性差、易发生分层破坏。除此之外还有z-pin层间增强、三维编织等方法。z-pin层间增强技术是在预制件厚度方向上嵌入高强度的纤维或金属等刚性短棒，该方法虽然能够显著提高层合板的抗分层韧性，但是同时也会对纤维造成波动与损伤。三维编织技术工艺较为繁琐，并且由于设备的限制，目前仅能实现小型预制体的加工。

因此如何提供一种三维复合材料预制体制备方法及装置，能够制备大型预制体的同时显著增强三维复合材料预制体的层间断裂韧性和层间连接强度是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够制备大型预制体，并且显著增强三维复合材料预制体的层间断裂韧性和层间连接强度的基于单边缝合工艺的三维复合材料预制体制备方法及装置。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于单边缝合工艺的三维复合材料预制体制备方法，具体包括以下步骤：

步骤一：两层二维复合材料预制体的缝合：带有缝合线的引线针在曲柄摇杆机构的驱动下以一定角度穿过二维复合材料预制体，并继续运动至一定位置处再次穿过预制体后沿原路返回，在引线针返回的过程中，由于缝合线和预制体之间的摩擦力导致缝合线积聚形成线圈；当线圈的形态到达最佳时，挡线针钩取线圈；引线针继续以一定角度穿过上一次形成的线圈，并从线圈处通孔中穿过后继续运动至一定位置处再次穿过预制体后沿原路返回，形成新线圈，与此同时，挡线针钩取新线圈，在挡线针和引线针的作用下，线圈被锁结，完成一个缝合周期；在经历上述多个缝合周期之后，便会形成连续的单边链式缝合线迹，在完成一条缝合线迹之后，引线针和挡线针向右侧移动一定距离，继续进行缝合工作，直至最右侧的线迹缝合完成；

步骤二：三维复合材料预制体的制备：将多个已经缝好的两层复合材料预制体叠在一起，继续按照上述方法进行缝合，缝合完成之后继续叠加多个已经缝好的两层复合材料预制体进行缝合，重复该步骤，直至得到一定层数的三维复合材料预制体。

优选地，步骤一中所述引线针为弯月形针，针头处带有通孔。

优选地，步骤一中引线针向前移动距离为10-20mm，两条线迹之间的距离为7-15mm。

优选地，步骤二中最终得到的三维复合材料预制体层数为6-30层。

优选地，只用一根缝合线便可完成一条所述缝合线迹。

本发明的另一目的通过以下技术方案实现：