【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的制造方法，具體涉及一種基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法，屬于紡織機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著航空航天、新能源汽車以及海洋裝備的快速發(fā)展，對(duì)于高比強(qiáng)度和高抗腐蝕性的輕質(zhì)高強(qiáng)材料需求日益旺盛。纖維增強(qiáng)復(fù)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(qiáng)織物，并將織物放置入成型腔模，然后運(yùn)用樹(shù)脂轉(zhuǎn)移塑模工藝將樹(shù)脂注入模腔，待樹(shù)脂充分固化后獲得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件?？招慕Y(jié)構(gòu)件能夠在保持較輕質(zhì)量的同時(shí)依然具有很好的力學(xué)特性，因此尤其受到關(guān)注。相對(duì)于其他的紡織成型技術(shù)（如機(jī)織或是針織），編織技術(shù)更為適合用于制造中空結(jié)構(gòu)件。在編織過(guò)程中，編織紗被按照特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行相互交織，并不斷包覆在給定芯軸上形成無(wú)縫增強(qiáng)織物，在完成樹(shù)脂注入和固化之后，將芯軸抽掉后獲得中空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。

然而，即使在制備較為簡(jiǎn)單的規(guī)則中空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件（具有定常截面）過(guò)程中，由于樹(shù)脂固化之后和芯軸表面產(chǎn)生較強(qiáng)的粘合力，需要設(shè)計(jì)專門的夾具來(lái)幫助脫模，這在一定程序提高了制造工藝的復(fù)雜度。更為重要的是，由于裝備主機(jī)空間布置或是功能設(shè)計(jì)上的要求，往往需要不規(guī)則的結(jié)構(gòu)件。如果使用金屬材料芯軸，將會(huì)在脫模環(huán)節(jié)遇到問(wèn)題。為了滿足不規(guī)則芯軸的制備要求，常見(jiàn)的技術(shù)方案包括：1）設(shè)計(jì)可組合的金屬芯軸，這需要根據(jù)所制結(jié)構(gòu)件特點(diǎn)，將整體芯軸拆分成為多個(gè)部分，然后采用螺栓等方式進(jìn)行緊固組裝，在完成結(jié)構(gòu)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(fù)拆裝，加工效率低下的問(wèn)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(jié)構(gòu)件的制備，通過(guò)物理/化學(xué)方式使芯軸軟化變形，隨后取出。然而這兩類芯軸在實(shí)際使用過(guò)程均有特定問(wèn)題，對(duì)于組裝式的金屬芯軸，存在拆卸不方便，加工效率的問(wèn)題，由于在編織過(guò)程中，需要牽引機(jī)構(gòu)對(duì)芯軸進(jìn)行夾持和抽取，這一類芯軸的強(qiáng)度通常很難達(dá)到牽引要求。

因此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，確有必要提供一種創(chuàng)新的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于一種基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法，其能夠滿足中空編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件的制造工藝簡(jiǎn)單、脫模方便的要求，并且得到的結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能優(yōu)良。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法，其包括如下工藝步驟：

（1）根據(jù)所需制備的結(jié)構(gòu)件的幾何特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可抽取的金屬軸芯，制造芯軸模具和結(jié)構(gòu)件內(nèi)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(jié)構(gòu)件形狀的蠟，成為復(fù)合芯軸；

（3）將該復(fù)合芯軸夾持到三維編織裝置的抽取機(jī)構(gòu)上，得到編織后的表面覆有增強(qiáng)體的編織芯軸；

（4）將編織芯軸置入結(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具，注入樹(shù)脂，并在適宜溫度下進(jìn)行固化；

（5）將固化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(qiáng)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法進(jìn)一步為：步驟（2）中，所述熔融狀態(tài)下的蠟是在注蠟機(jī)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(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法進(jìn)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(guò)一管道連接至一回收容器。

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

本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法進(jìn)一步為：步驟（4）中，所述樹(shù)脂在完全密閉環(huán)境中，在0.9mpa的大氣壓力下注入結(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具。

本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法進(jìn)一步為：步驟（4）中，所述結(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具上分別連接有一樹(shù)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(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法進(jìn)一步為：步驟（4）中，所述適宜溫度為10-30℃，固化時(shí)間為16-24h。

本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法還為：步驟（5）中，所述固化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在80℃的熱箱中烘烤1h；所述熱箱內(nèi)設(shè)置有蠟液回收盒。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法可制作不規(guī)則截面芯軸，制造工藝簡(jiǎn)單，拆卸方便，一次成型，強(qiáng)度高。因?yàn)楸景l(fā)明采用編織技術(shù)，增強(qiáng)體按照特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行交織，可完成無(wú)縫連接，大大提高了結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)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(jié)構(gòu)件的形狀要求，而且蠟在高溫下液化，沒(méi)有金屬軸芯和樹(shù)脂之間粘合力強(qiáng)，脫模不方便的問(wèn)題；另外，本設(shè)計(jì)沒(méi)有單獨(dú)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(fù)合的方式作為復(fù)合芯軸，大大提高了復(fù)合芯軸在三維編織裝置上編織時(shí)的強(qiáng)度，有利于保護(hù)編織形狀的規(guī)則性和完整性。

【附圖說(shuō)明】

圖1是步驟（2）中在金屬軸芯上包覆蠟?zāi)５臓顟B(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(jìn)行增強(qiáng)體編織時(shí)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(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具的狀態(tài)圖。

圖6是步驟（4）中注入樹(shù)脂的狀態(tài)圖。

圖7是步驟（5）中復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(qiáng)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)圖。

圖9是本發(fā)明的基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法工藝流程圖。

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)附圖1至附圖9所示，本發(fā)明為一種基于復(fù)合芯軸的編織纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件制造方法，其包括如下工藝步驟：

（1）根據(jù)所需制備的結(jié)構(gòu)件的幾何特點(diǎn)，設(shè)計(jì)可抽取的金屬軸芯，制造芯軸模具和結(jié)構(gòu)件內(nèi)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(jié)構(gòu)件形狀的蠟，成為復(fù)合芯軸。

其中，所述熔融狀態(tài)下的蠟是在注蠟機(jī)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(fù)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(guò)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(fù)合芯軸夾持到三維編織裝置的抽取機(jī)構(gòu)上，得到編織后的表面覆有增強(qiáng)體的編織芯軸。所述三維編織裝置為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述，其可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)件的要求調(diào)整抽取機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度以改變?cè)鰪?qiáng)體在復(fù)合芯軸上的覆蓋密度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度。

（4）將編織芯軸置入結(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具，注入樹(shù)脂，并在適宜溫度下進(jìn)行固化。

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

進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)件內(nèi)表面模具5上分別連接有一樹(shù)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(shù)脂，防止樹(shù)脂進(jìn)入真空泵8。

（5）將固化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(qiáng)結(jié)構(gòu)11，盡可能除去內(nèi)表面的剩余蠟。其中，所述固化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件10在80℃的烘箱中烘烤1h。所述烘箱9內(nèi)設(shè)置有用于收集蠟液的蠟液回收盒12。

以上的具體實(shí)施方式僅為本創(chuàng)作的較佳實(shí)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(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之內(nèi)。