專(zhuān)利名稱(chēng)：復(fù)合材料制件及其成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料加工成形技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種復(fù)合材料制件。此外，本發(fā)明還涉及一種關(guān)于上述復(fù)合材料制件的成形方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料制件性能優(yōu)異，越來(lái)越多的應(yīng)用于航空航天、國(guó)防軍工、醫(yī)學(xué)、汽車(chē)等高端領(lǐng)域。目前，常見(jiàn)的液體成型的復(fù)合材料三維制件結(jié)構(gòu)多樣，但各有其缺點(diǎn)。夾心結(jié)構(gòu)中，上下面板和芯子通過(guò)粘結(jié)和膠結(jié)的方式連接在一起，可以使整個(gè)制件輕量化，但無(wú)法形成可靠的整體結(jié)構(gòu)，容易出現(xiàn)芯子與面板脫層，降低復(fù)合材料制件的強(qiáng)度；通過(guò)機(jī)織、針織、縫制和其它方式織造的三維織造復(fù)合材料，整體性能好，但是對(duì)·于厚度大的預(yù)制件浸潰效果差，常常出現(xiàn)浸不透、浸潰不均等缺陷；葉片制造中有的在編織或鋪好疊層后插入的針管，然后用樹(shù)脂等浸潰，這樣的結(jié)構(gòu)對(duì)提高層間剪切強(qiáng)度有益，但是針管插入時(shí)對(duì)纖維造成損傷，進(jìn)而影響整個(gè)復(fù)合材料制件的性能。另一方面，傳統(tǒng)的液體成形方法的浸潰過(guò)程中，澆注基體都是由外表面向預(yù)制件內(nèi)部逐步滲透。對(duì)于大厚度和形狀復(fù)雜的復(fù)合材料預(yù)制件，往往出現(xiàn)滲透慢、浸不透、浸潰不均勻、干斑和氣泡等缺陷，使整個(gè)復(fù)合材料制件致密度降低，影響整個(gè)零件的強(qiáng)度和性能，無(wú)法滿足航空航天、國(guó)防軍工等高質(zhì)量和高可靠性的要求。現(xiàn)有技術(shù)中采用了一些解決措施，例如，真空導(dǎo)入工藝?yán)脤?dǎo)流介質(zhì)能夠提高預(yù)制件的滲透性能；在模具上加工溝槽，增加了澆注基體流通區(qū)域的外部分配渠道，促進(jìn)了澆注基體的流動(dòng)速度，然而樹(shù)脂等澆注基體仍只是由預(yù)制件的外表面向內(nèi)部流動(dòng)和滲透，對(duì)于薄殼狀和厚度小一些的預(yù)制件效果很好，但對(duì)于厚度大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的預(yù)制件收效不大。還比如，泡沫和蜂窩夾芯復(fù)合材料將泡沫和蜂窩狀?yuàn)A芯放入預(yù)制件中，一起浸潰固化成型，對(duì)于厚度大的預(yù)制件起到了減重和易于浸潰的作用，但是由于夾芯材料和預(yù)制件中的纖維編織部分不是一個(gè)整體，不可避免的產(chǎn)生各種缺陷，諸如裂紋、脫膠、弱粘結(jié)、層與層分離、發(fā)泡膠空洞、蜂窩芯塌陷和疏松界面分離等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合材料制件及其成形方法，以解決現(xiàn)有復(fù)合材料三維制件容易出現(xiàn)層間錯(cuò)位、復(fù)合材料制件強(qiáng)度低的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合材料制件，包括多根支撐骨架件，根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置；編織纖維，編織在支撐骨架件的外表面之間并與支撐骨架件共同形成與復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件；澆注基體，浸潰于預(yù)制件內(nèi)并經(jīng)固化后與預(yù)制件一體形成復(fù)合材料制件。進(jìn)一步地，支撐骨架件為支撐管。
進(jìn)一步地，支撐管的管壁上均設(shè)置有多個(gè)用于使液態(tài)的澆注基體流通的流通通孔。進(jìn)一步地，支撐管內(nèi)部形狀和外部形狀與復(fù)合材料制件的形狀相適應(yīng)。進(jìn)一步地，澆注基體為樹(shù)脂基、金屬基或陶瓷基中的一種。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種復(fù)合材料制件成形方法，包括如下步驟根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置；在支撐骨架件的外表面之間編織編織纖維，使編織纖維與支撐骨架件共同形成與復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件；向預(yù)制件內(nèi)注入澆注基體并使?jié)沧⒒w固化與預(yù)制件一體形成復(fù)合材料制件。進(jìn)一步地，支撐骨架件為支撐管。
進(jìn)一步地，在根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置之前，還包括在每根支撐骨架件的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)多個(gè)使?jié)沧⒒w流通的流通通孔。進(jìn)一步地，向預(yù)制件內(nèi)注入澆注基體時(shí)采用液體成型工藝。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件及其成形方法，由支撐骨架件和編織纖維共同編織成一個(gè)整體的與待加工的復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件并浸潰成型，不會(huì)產(chǎn)生層間變形和錯(cuò)位等缺陷，增加了復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度以及抗壓和抗彎強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料制件的整體致密度，進(jìn)而剛度和可靠性也得到改善，適應(yīng)航空航天和國(guó)防軍工等主承力結(jié)構(gòu)件的需求。另外，本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件采用在支撐管作為支撐骨架件，并在支撐管的管壁上設(shè)置多個(gè)使?jié)沧⒒w流通的流通通孔，當(dāng)澆注基體在注入支撐管以后，穿過(guò)流通通孔從支撐管的內(nèi)部向外部滲透，浸潰支撐管附近的編織纖維，并由此向外向深處擴(kuò)散滲透，使預(yù)制件形成一體化浸潰，使?jié)沧⒒w的浸潰均勻，減少氣泡和干斑等缺陷，從而提高復(fù)合材料制件的整體致密度和強(qiáng)度。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。


構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖I是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的復(fù)合材料制件的內(nèi)部剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的支撐管的正面結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的支撐管的半剖結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種復(fù)合材料制件，包括多根支撐骨架件10，這些支撐骨架件10根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置；編織纖維30，逐層地布置在支撐骨架件10的外表面之間并與這些支撐骨架件10共同形成與復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件；澆注基體50，浸潰于預(yù)制件內(nèi)并經(jīng)固化后與預(yù)制件一體形成復(fù)合材料制件。本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件中采用多根支撐骨架件10作為支撐及成形結(jié)構(gòu)，再逐層地在支撐骨架件10的外表面指尖布置編織纖維30，可以使復(fù)合材料制件的層間剪切強(qiáng)度增強(qiáng)，克服了復(fù)合材料制件受沖擊后易變形的缺陷，提高了復(fù)合材料制件的可靠性。支撐骨架件10可以采用中間為中空結(jié)構(gòu)的支撐管，由于該支撐管同時(shí)起到了對(duì)編制纖維30的導(dǎo)向作用，也可以稱(chēng)其為導(dǎo)向支撐管。進(jìn)一步地，為了使復(fù)合材料預(yù)制件的浸潰效果更好，每根支撐管的管壁上均設(shè)置有多個(gè)用于使液態(tài)的澆注基體50流通的流通通孔11。在實(shí)際編織過(guò)程中，應(yīng)該要注意盡量避免將流通通孔11堵住。如圖2和圖3所示，導(dǎo)向支撐管為中空結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)向支撐管的內(nèi)部形狀和外部形狀與需要制備的復(fù)合材料制件的形狀相適應(yīng)，也可以說(shuō)導(dǎo)向支撐管的內(nèi)部形狀和外部形狀根據(jù)需要的復(fù)合材料制件的形狀結(jié)構(gòu)而不同。導(dǎo)向支撐管的管壁上設(shè)置貫通的流通通孔11， 流通通孔11的形狀任意。導(dǎo)向支撐管在復(fù)合材料制件內(nèi)的位置和角度也隨復(fù)合材料制件的形狀和性能要求而不同，導(dǎo)向支撐管的外部形狀可以為柱形管，也可以為錐形管，其內(nèi)部形狀可以是也可以是錐形或柱形，還可以是波紋形等。根據(jù)要制造的復(fù)合材料制件的性能要求，浸潰于預(yù)制件內(nèi)的澆注基體50可以是樹(shù)脂基、金屬基或陶瓷基等基體中的一種。這些材料均為已知材料，其中，樹(shù)脂基又稱(chēng)為高聚物基，高聚物基又可分熱固性高聚物基(如環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯和聚酰亞胺等)和熱塑性高聚物基(如各種通用型塑料以及聚醚酚、聚苯硫醚等高性能品種)。高聚物(樹(shù)脂)基體在復(fù)合材料中應(yīng)用很廣泛，其工藝成熟，尤其是熱固性高聚物使用歷史長(zhǎng)，但一般只能在300°C以下使用。金屬基體常用的有Al、Mg、Ti等，高溫合金和難熔金屬也在試用中。它們的使用溫度范圍為400至1100°C，但工藝尚不成熟。還可以采用玻璃基、陶瓷基等作為澆注基體50。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種復(fù)合材料制件成形方法，該方法包括如下步驟第一，根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置；第二，在支撐骨架件的外表面之間逐層地編織纖維，使編織纖維與其共同形成與復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件；第三，向預(yù)制件內(nèi)浸潰澆注基體并使?jié)沧⒒w固化與預(yù)制件一體形成復(fù)合材料制件。具體地說(shuō)，支撐骨架件為中空的支撐管。在根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置之前，還包括在每根支撐骨架件的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)多個(gè)使基體流通的流通通孔。在支撐管的關(guān)閉上開(kāi)設(shè)多個(gè)流通通孔。浸潰支撐管附近的纖維，并由此向外向深處擴(kuò)散，形成內(nèi)外一體化浸潰。根據(jù)要制造的復(fù)合材料制件的形狀、強(qiáng)度的不同，流通通孔11的大小、形狀、和數(shù)量不定，只要能夠滿足復(fù)合材料制件的強(qiáng)度并能夠很好的實(shí)現(xiàn)澆注基體50的浸潰即可。向預(yù)制件內(nèi)浸潰澆注基體時(shí)可以采用液體成形工藝將樹(shù)脂等類(lèi)基體進(jìn)注入到預(yù)制件內(nèi)。本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件及其成形方法，由支撐管和編織纖維共同編織成一個(gè)整體的與待加工的復(fù)合材料預(yù)制件的形狀相匹配的預(yù)制件并浸潰成型，避免受力變形等缺陷，增加了復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度以及抗壓和抗彎強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料制件的整體致密度，進(jìn)而剛度和可靠性也得到改善，適應(yīng)航空航天和國(guó)防軍工等主承力結(jié)構(gòu)件的需求。另外，本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件及其成形方法在支撐管的管壁上設(shè)置多個(gè)使?jié)沧⒒w流通的流通通孔，當(dāng)基體在注入多孔導(dǎo)向支撐管以后，通過(guò)流通通孔由多孔支撐 管的內(nèi)部向外部滲透，浸潰支撐管附近的纖維，并由此向外向深處擴(kuò)散，形成內(nèi)外一體化浸潰。支撐管管壁的微孔增加了樹(shù)脂流動(dòng)通道，促進(jìn)樹(shù)脂流動(dòng)速度，縮短了復(fù)合材料成型時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)能夠使?jié)沧⒒w流動(dòng)均勻，在預(yù)制件深處的纖維也能被基體均勻地浸潰到，避免了浸不透、浸潰不均以及干斑等缺陷的出現(xiàn)，提高了浸潰質(zhì)量。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料制件，其特征在于，包括 多根支撐骨架件(10)，根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置； 編織纖維(30)，編織在所述支撐骨架件(10)的外表面之間并與所述支撐骨架件(10)共同形成與所述復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件； 澆注基體(50)，浸潰于所述預(yù)制件內(nèi)并經(jīng)固化后與所述預(yù)制件一體形成所述復(fù)合材料制件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料制件，其特征在于，所述支撐骨架件(10)為支撐管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的復(fù)合材料制件，其特征在于，所述支撐管的管壁上均設(shè)置有多個(gè)用于使液態(tài)的所述澆注基體(50)流通的流通通孔(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料制件，其特征在于，所述支撐管內(nèi)部形狀和外部形狀與所述復(fù)合材料制件的形狀相適應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料制件，其特征在于，所述澆注基體(50)為樹(shù)脂基、金屬基或陶瓷基中的一種。
6.一種復(fù)合材料制件成形方法，其特征在于，包括如下步驟 根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置； 在所述支撐骨架件的外表面之間編織編織纖維，使所述編織纖維與所述支撐骨架件共同形成與所述復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件； 向所述預(yù)制件內(nèi)注入澆注基體并使所述澆注基體固化與所述預(yù)制件一體形成所述復(fù)合材料制件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料制件成形方法，其特征在于，所述支撐骨架件為支撐管。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料制件成形方法，其特征在于，在所述根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置多根支撐骨架件的位置之前，還包括在每根所述支撐骨架件的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)多個(gè)使所述澆注基體流通的流通通孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7或8所述的復(fù)合材料制件成形方法，其特征在于，向所述預(yù)制件內(nèi)注入澆注基體時(shí)采用液體成型工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料制件及其成形方法。復(fù)合材料制件利用多根支撐骨架件，根據(jù)復(fù)合材料制件的形狀布置；并在支撐骨架件的外表面之間布置編織纖維，使之與多根支撐骨架件共同形成與復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件；再向制成的預(yù)制件內(nèi)浸漬澆注基體并經(jīng)固化后與預(yù)制件一體形成復(fù)合材料制件。本發(fā)明提供的復(fù)合材料制件及其成形方法，由支撐骨架件和編織纖維共同編織成一個(gè)整體的與待加工的復(fù)合材料制件的形狀相匹配的預(yù)制件并浸漬成型，不會(huì)產(chǎn)生層間變形和錯(cuò)位等缺陷，增加了復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度以及抗壓和抗彎強(qiáng)度，提高了復(fù)合材料制件的整體致密度，進(jìn)而剛度和可靠性也得到改善，適應(yīng)航空航天和國(guó)防軍工等主承力結(jié)構(gòu)件的需求。
文檔編號(hào)B29C70/02GK102700147SQ20121018719
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者劉豐, 單忠德, 杜偉肖 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心