【技術領域】

本發(fā)明涉及一種編織纖維增強結構件的制造方法，具體涉及一種基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法，屬于紡織機械技術領域。

背景技術：

近年來隨著航空航天、新能源汽車以及海洋裝備的快速發(fā)展，對于高比強度和高抗腐蝕性的輕質高強材料需求日益旺盛。纖維增強復合材料是其中一類，首先由紡織工藝將高性能纖維交織成增強織物，并將織物放置入成型腔模，然后運用樹脂轉移塑模工藝將樹脂注入模腔，待樹脂充分固化后獲得復合材料結構件。空心結構件能夠在保持較輕質量的同時依然具有很好的力學特性，因此尤其受到關注。相對于其他的紡織成型技術（如機織或是針織），編織技術更為適合用于制造中空結構件。在編織過程中，編織紗被按照特定結構進行相互交織，并不斷包覆在給定芯軸上形成無縫增強織物，在完成樹脂注入和固化之后，將芯軸抽掉后獲得中空復合材料結構件。

然而，即使在制備較為簡單的規(guī)則中空復合材料結構件（具有定常截面）過程中，由于樹脂固化之后和芯軸表面產生較強的粘合力，需要設計專門的夾具來幫助脫模，這在一定程序提高了制造工藝的復雜度。更為重要的是，由于裝備主機空間布置或是功能設計上的要求，往往需要不規(guī)則的結構件。如果使用金屬材料芯軸，將會在脫模環(huán)節(jié)遇到問題。為了滿足不規(guī)則芯軸的制備要求，常見的技術方案包括：1）設計可組合的金屬芯軸，這需要根據所制結構件特點，將整體芯軸拆分成為多個部分，然后采用螺栓等方式進行緊固組裝，在完成結構件制備之后，將芯軸各部分之間的連接去除，然后依次取出，這種方式存在需要反復拆裝，加工效率低下的問題；2）采用可去除的材料，如沙、蠟或是可溶融的高分子聚合物制備芯軸，在完成結構件的制備，通過物理/化學方式使芯軸軟化變形，隨后取出。然而這兩類芯軸在實際使用過程均有特定問題，對于組裝式的金屬芯軸，存在拆卸不方便，加工效率的問題，由于在編織過程中，需要牽引機構對芯軸進行夾持和抽取，這一類芯軸的強度通常很難達到牽引要求。

因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法，以克服現有技術中的所述缺陷。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于一種基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法，其能夠滿足中空編織纖維增強結構件的制造工藝簡單、脫模方便的要求，并且得到的結構件力學性能優(yōu)良。

為實現上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：一種基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法，其包括如下工藝步驟：

（1）根據所需制備的結構件的幾何特點，設計可抽取的金屬軸芯，制造芯軸模具和結構件內表面模具；

（2）將金屬軸芯置入芯軸模具，然后注入熔融狀態(tài)下的蠟或者高分子聚合物，使該金屬軸芯表面覆上所需制備的結構件形狀的蠟，成為復合芯軸；

（3）將該復合芯軸夾持到三維編織裝置的抽取機構上，得到編織后的表面覆有增強體的編織芯軸；

（4）將編織芯軸置入結構件內表面模具，注入樹脂，并在適宜溫度下進行固化；

（5）將固化的復合材料結構件置于烘箱中加熱，使蠟液化流出，抽出金屬軸芯，得到中空的編織纖維增強結構。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（2）中，所述熔融狀態(tài)下的蠟是在注蠟機中以90℃熔化，再冷卻到75℃得到的液態(tài)蠟。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（2）中，所述熔融狀態(tài)下的蠟在0.3bar的大氣壓力下注入芯軸模具；所述芯軸模具通過一管道連接至一回收容器。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（4）中，所述的樹脂為改性不飽和聚酯樹脂添加一定劑量的促進劑和固化劑攪拌均勻無氣泡和得到，所述促進劑主要成分為異辛酸鈷，固化劑主要成分為過氧化甲乙酮，改性不飽和聚酯樹脂:促進劑:固化劑比例為100:1:2。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（4）中，所述樹脂在完全密閉環(huán)境中，在0.9mpa的大氣壓力下注入結構件內表面模具。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（4）中，所述結構件內表面模具上分別連接有一樹脂桶和一回收桶；所述回收桶連接至一真空泵。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法進一步為：步驟（4）中，所述適宜溫度為10-30℃，固化時間為16-24h。

本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法還為：步驟（5）中，所述固化的復合材料結構件在80℃的熱箱中烘烤1h；所述熱箱內設置有蠟液回收盒。

與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法可制作不規(guī)則截面芯軸，制造工藝簡單，拆卸方便，一次成型，強度高。因為本發(fā)明采用編織技術，增強體按照特定結構進行交織，可完成無縫連接，大大提高了結構件的強度；由于采用蠟或者高分子材料作為外部成型材料，既可以完全滿足大部分異性結構件的形狀要求，而且蠟在高溫下液化，沒有金屬軸芯和樹脂之間粘合力強，脫模不方便的問題；另外，本設計沒有單獨使用蠟或者高分子材料作為芯軸，而是采用金屬軸芯和蠟復合的方式作為復合芯軸，大大提高了復合芯軸在三維編織裝置上編織時的強度，有利于保護編織形狀的規(guī)則性和完整性。

【附圖說明】

圖1是步驟（2）中在金屬軸芯上包覆蠟模的狀態(tài)圖。

圖2是步驟（2）中表面覆蠟的編織芯軸的狀態(tài)圖。

圖3-1至圖3-3是步驟（3）在芯軸上進行增強體編織時的狀態(tài)圖。

圖4是步驟（3）在編織完成之后的編織芯軸的狀態(tài)圖。

圖5是步驟（4）中將編織芯軸置入結構件內表面模具的狀態(tài)圖。

圖6是步驟（4）中注入樹脂的狀態(tài)圖。

圖7是步驟（5）中復合材料結構件置于烘箱中加熱的狀態(tài)圖。

圖8是中空的編織纖維增強結構件的結構圖。

圖9是本發(fā)明的基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法工藝流程圖。

【具體實施方式】

請參閱說明書附圖1至附圖9所示，本發(fā)明為一種基于復合芯軸的編織纖維增強結構件制造方法，其包括如下工藝步驟：

（1）根據所需制備的結構件的幾何特點，設計可抽取的金屬軸芯，制造芯軸模具和結構件內表面模具。

（2）將金屬軸芯3置入芯軸模具2，然后注入熔融狀態(tài)下的蠟或者高分子聚合物，使該金屬軸芯2表面覆上所需制備的結構件形狀的蠟，成為復合芯軸。

其中，所述熔融狀態(tài)下的蠟是在注蠟機1中以90℃熔化，再冷卻到75℃得到的液態(tài)蠟。所述熔融狀態(tài)下的蠟在0.3bar的大氣壓力下注入芯軸模具2，保證了復合芯軸完全浸蠟并且覆蓋均勻，表面光滑。所述芯軸模2具通過一管道連接至一回收容器4，以便于回收多余的蠟。

（3）將該復合芯軸夾持到三維編織裝置的抽取機構上，得到編織后的表面覆有增強體的編織芯軸。所述三維編織裝置為現有技術，在此不再贅述，其可根據具體結構件的要求調整抽取機構的運動速度以改變增強體在復合芯軸上的覆蓋密度，增強結構件強度。

（4）將編織芯軸置入結構件內表面模具，注入樹脂，并在適宜溫度下進行固化。

其中，所述的樹脂為改性不飽和聚酯樹脂添加一定劑量的促進劑和固化劑攪拌均勻無氣泡和得到，所述促進劑主要成分為異辛酸鈷，固化劑主要成分為過氧化甲乙酮，改性不飽和聚酯樹脂:促進劑:固化劑比例為100:1:2。所述樹脂在完全密閉環(huán)境中，在0.9mpa的大氣壓力下注入結構件內表面模具5，使樹脂完全覆蓋增強體，并且無肉眼可見的氣泡。所述適宜溫度為10-30℃，固化時間為16-24h。

進一步的，所述結構件內表面模具5上分別連接有一樹脂桶6和一回收桶7；所述回收桶7連接至一真空泵8。所述回收桶7利用重力去除管道中的樹脂，防止樹脂進入真空泵8。

（5）將固化的復合材料結構件10置于烘箱9中加熱，使蠟液化流出，抽出金屬軸芯3，得到中空的編織纖維增強結構11，盡可能除去內表面的剩余蠟。其中，所述固化的復合材料結構件10在80℃的烘箱中烘烤1h。所述烘箱9內設置有用于收集蠟液的蠟液回收盒12。

以上的具體實施方式僅為本創(chuàng)作的較佳實施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng)作的精神及原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本創(chuàng)作的保護范圍之內。