Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復合材料成型方法，特別是指一種Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于復合材料具有高的比模量比強度，同時因其結(jié)構(gòu)的設計與制造一體化的優(yōu)勢，使得復合材料在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應用。除此之外，復合材料還可以進一步加工成具有絕熱、導熱、導電、耐高溫、耐腐蝕等性能的耐高溫復合材料，成為航空航天領(lǐng)域的一些具有特殊性能要求的部件的制造材料的首選。例如，復合材料制造的航天發(fā)動機的噴管、高硅氧/酚醛復合材料制造的絕熱層。
[0003]復合材料成型的噴管預制體不僅簡化了噴管結(jié)構(gòu)，還可以大大提高發(fā)動機的沖質(zhì)比。從而使得纖維復合材料噴管在航天飛行器及戰(zhàn)術(shù)導彈發(fā)動機上被大量的應用。目前噴管預制體成型方法有三維編織和纏繞工藝，三維編織纏繞張力不均勻，成型質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)周期長。通過纏繞成型噴管預制體的方法分為三種:疊層纏繞、斜向纏繞、沿著母線平行方向纏繞。采用疊層纏繞將會導致噴管小口徑段需要填充大量材料造成浪費；斜向纏繞要求纏繞布帶有很大的變形率，成型的復合材料受限；一般沿母線平行方向纏繞因為母線方向纖維不連續(xù)而降低噴管整體性能。而針刺技術(shù)在沿著母線方向纏繞方法應用時會對布帶造成嚴重損傷且對母線方向纖維的連接效果一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，以滿足航天固體發(fā)動機噴管的減重性要求和提高噴管工作效率，降低纖維復合材料制造成本。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例提供一種Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，包括以下步驟:
[0006]S1、通過牽引裝置牽引增強碳纖維依次通過膠槽酚醛樹脂浸潤、模具成型并預固化、高溫烘道后固化處理，得高性能碳纖維增強酚醛Z-pin ;
[0007]S2、在Z-pin植入設備的軟件里輸入設計要求的Ζ-pin點陣分布，根據(jù)纏繞布帶寬度來確定Z-pin的X方向的間距，，利用Z-pin植入設備將Z-pin植入轉(zhuǎn)移泡沫，Z-pin植入泡沫長度等于Z-pin總長的一半，Z-pin植入角度為90° ;
[0008]S3、將加工完好的噴管芯模兩端的軸心與纏繞機轉(zhuǎn)軸頂針對齊，將噴管芯模安裝在纏繞設備旋轉(zhuǎn)軸上；
[0009]S4、將噴管芯模模具進行表面處理，并將聚四氟乙烯隔離薄膜纏繞到芯模上；
[0010]S5、進行線型試驗，在噴管芯模上進行試纏，確定纏繞需要的布帶寬度和纏繞張力；
[0011]S6、通過纏繞機編寫纏繞程序，采用碳纖維增強酚醛樹脂預浸布沿著模具母線平行方向螺旋纏繞成型噴管預制體，纏繞相鄰的兩層布帶之間搭接量為布帶寬度的一半；
[0012]S7、纏繞過程中可根據(jù)噴管不同部位的厚度調(diào)節(jié)纏繞層數(shù)，在噴管喉襯部位凹曲面進行補強；
[0013]S8、纏繞成型結(jié)束，將Z-pin通過超聲輔助植入設備植入噴管預制體纖維布搭接區(qū)域，去除泡沫和額外的Z-pin。
[0014]其中，所述步驟SI中所得的Z-pin直徑0.5mm。
[0015]其中，步驟S8中超聲輔助植入設備的植入頻率為35KHz。
[0016]其中，所述步驟S2中根據(jù)連接區(qū)域要求設計Z-pin點陣分布。
[0017]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:采用沿著母線平行方向纏繞成型方法，工藝簡便，提高了材料利用率，降低了技術(shù)難度，拓寬了成型材料種類。Z-pin將噴管預制體母線方向連續(xù)的纖維連接起來，將預制體連接為一個整體，提高了噴管整體性能。與針刺技術(shù)相比，Z-pin的連接效果明顯，同時降低了對基體材料的損傷程度。
【附圖說明】
[0018]圖1為Z-pin連接噴管預制體示意圖。
[0019]圖2為Z-pin連接噴管預制體示意圖。
[0020]圖中:1-Zpin ；2-泡沫；3_Z-pin的X方向間距；4_Z-pin的Y方向間距；
[0021]5_纖維布；6_噴管芯模模具。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0023]本發(fā)明實施例提供了一種Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，包括如下步驟:
[0024]S1、通過牽引裝置牽引增強碳纖維依次通過膠槽、模具、烘道，纖維在膠槽和酚醛樹脂浸潤，通過加熱的模具成型并預固化，高溫烘道對Z-pin進行后固化處理，提高Z-pin性能；根據(jù)Z-pin的拉擠工藝將Z-pin直徑確定在0.5mm ；
[0025]S2、在Z-pin植入設備的軟件里輸入設計要求的Ζ-pin點陣分布，根據(jù)纏繞布帶寬度來確定Z-pinl的X方向的間距，如圖1所示，Z-pinl的X方向間距3等于纏繞布帶寬度的一半，Y方向的間距4為5_ ； Z-p in I長度與噴管成型厚度相等；利用Z-pinl植入設備將Z-pin植入轉(zhuǎn)移泡沫2，Z-pin植入泡沫2長度等于Z-pinl總長的一半。Z-pin植入角度為90。；
[0026]S3、將加工完好的噴管芯模兩端的軸心與纏繞機轉(zhuǎn)軸頂針對齊，將噴管芯模安裝在纏繞設備旋轉(zhuǎn)軸上；
[0027]S4、將噴管芯模模具6進行表面處理，并將聚四氟乙烯隔離薄膜纏繞到芯模上；
[0028]S5、進行線型試驗，在噴管芯模上進行試纏，確定纏繞需要的布帶寬度為20mm，纏繞張力確定為:預張力(100±5)N;張力(200±40)N;壓輥壓力(120±2)N;
[0029]S6、通過纏繞機編寫纏繞程序，采用碳纖維增強酚醛樹脂預浸布沿著模具母線平行方向螺旋纏繞成型噴管預制體，纏繞相鄰的兩層布帶之間搭接量為布帶寬度的一半；
[0030]S7、纏繞過程中可根據(jù)噴管不同部位的厚度調(diào)節(jié)纏繞層數(shù)，在噴管喉襯部位凹曲面進行補強；
[0031]S8、纏繞成型結(jié)束，將Z-pinl通過超聲輔助植入設備植入噴管預制體纖維布5搭接區(qū)域，調(diào)整超聲植入設備的植入頻率為35KHz，將布滿Z-pin的泡沫載體切割成與噴管需要連接部位相符合的尺寸，在纏繞預制體外表面鋪放一層聚四氟乙烯薄膜，將切割好的布滿Z-pin的載體泡沫固定在噴管需要連接部位，通過超聲輔助植入設備將Z-pin植入纏繞完成的噴管預制體，植入深度達到噴管連接部位厚度時，關(guān)閉超聲植入設備，停止植入，將額外的Z-pin和載體泡沫去除。
[0032]本具體實施采用沿著母線平行方向纏繞成型方法，工藝簡便，提高了材料利用率，降低了技術(shù)難度，拓寬了成型材料種類。Z-pin將噴管預制體母線方向連續(xù)的纖維連接起來，將預制體連接為一個整體，提高了噴管整體性能。與針刺技術(shù)相比，Z-pin的連接效果明顯，同時降低了對基體材料的損傷程度。
[0033]以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、通過牽引裝置牽引增強碳纖維依次通過膠槽酚醛樹脂浸潤、模具成型并預固化、高溫烘道后固化處理，得高性能碳纖維增強酚醛Z-pin ; 52、在Z-pin植入設備的軟件里輸入設計要求的Z-pin點陣分布，根據(jù)纏繞布帶寬度來確定Z-pin的X方向的間距，，利用Z-pin植入設備將Z-pin植入轉(zhuǎn)移泡沫，Z-pin植入泡沫長度等于Z-pin總長的一半，Z-pin植入角度為90° ; 53、將加工完好的噴管芯模兩端的軸心與纏繞機轉(zhuǎn)軸頂針對齊，將噴管芯模安裝在纏繞設備旋轉(zhuǎn)軸上； 54、將噴管芯模模具進行表面處理，并將聚四氟乙烯隔離薄膜纏繞到芯模上； 55、進行線型試驗，在噴管芯模上進行試纏，確定纏繞需要的布帶寬度和纏繞張力； 56、通過纏繞機編寫纏繞程序，采用碳纖維增強酚醛樹脂預浸布沿著模具母線平行方向螺旋纏繞成型噴管預制體，纏繞相鄰的兩層布帶之間搭接量為布帶寬度的一半； 57、纏繞過程中可根據(jù)噴管不同部位的厚度調(diào)節(jié)纏繞層數(shù)，在噴管喉襯部位凹曲面進行補強； 58、纏繞成型結(jié)束，將Z-pin通過超聲輔助植入設備植入噴管預制體纖維布搭接區(qū)域，去除泡沫和額外的Z-pin。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，其特征在于，所述步驟SI中所得的Z-pin直徑0.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，其特征在于，步驟S8中超聲輔助植入設備的植入頻率為35KHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，其特征在于，所述步驟S2中根據(jù)連接區(qū)域要求設計Z-pin點陣分布。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Z-pin連接纖維復合材料噴管預制體成型方法，采用沿著母線平行方向纏繞成型方法，工藝簡便，提高了材料利用率，降低了技術(shù)難度，拓寬了成型材料種類。Z-pin將噴管預制體母線方向連續(xù)的纖維連接起來，將預制體連接為一個整體，提高了噴管整體性能。與針刺技術(shù)相比，Z-pin的連接效果明顯，同時降低了對基體材料的損傷程度。
【IPC分類】B29C70-32
【公開號】CN104875397
【申請?zhí)枴緾N201510237415
【發(fā)明人】董曉陽, 田杰, 左龍彥, 宋超, 范琳
【申請人】上海復合材料科技有限公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年5月11日