一种基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法与流程

【技术领域】

本发明涉及一种编织纤维增强结构件的制造方法，具体涉及一种基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法，属于纺织机械技术领域。

背景技术：

近年来随着航空航天、新能源汽车以及海洋装备的快速发展，对于高比强度和高抗腐蚀性的轻质高强材料需求日益旺盛。纤维增强复合材料是其中一类，首先由纺织工艺将高性能纤维交织成增强织物，并将织物放置入成型腔模，然后运用树脂转移塑模工艺将树脂注入模腔，待树脂充分固化后获得复合材料结构件。空心结构件能够在保持较轻质量的同时依然具有很好的力学特性，因此尤其受到关注。相对于其他的纺织成型技术（如机织或是针织），编织技术更为适合用于制造中空结构件。在编织过程中，编织纱被按照特定结构进行相互交织，并不断包覆在给定芯轴上形成无缝增强织物，在完成树脂注入和固化之后，将芯轴抽掉后获得中空复合材料结构件。

然而，即使在制备较为简单的规则中空复合材料结构件（具有定常截面）过程中，由于树脂固化之后和芯轴表面产生较强的粘合力，需要设计专门的夹具来帮助脱模，这在一定程序提高了制造工艺的复杂度。更为重要的是，由于装备主机空间布置或是功能设计上的要求，往往需要不规则的结构件。如果使用金属材料芯轴，将会在脱模环节遇到问题。为了满足不规则芯轴的制备要求，常见的技术方案包括：1）设计可组合的金属芯轴，这需要根据所制结构件特点，将整体芯轴拆分成为多个部分，然后采用螺栓等方式进行紧固组装，在完成结构件制备之后，将芯轴各部分之间的连接去除，然后依次取出，这种方式存在需要反复拆装，加工效率低下的问题；2）采用可去除的材料，如沙、蜡或是可溶融的高分子聚合物制备芯轴，在完成结构件的制备，通过物理/化学方式使芯轴软化变形，随后取出。然而这两类芯轴在实际使用过程均有特定问题，对于组装式的金属芯轴，存在拆卸不方便，加工效率的问题，由于在编织过程中，需要牵引机构对芯轴进行夹持和抽取，这一类芯轴的强度通常很难达到牵引要求。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法，其能够满足中空编织纤维增强结构件的制造工艺简单、脱模方便的要求，并且得到的结构件力学性能优良。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法，其包括如下工艺步骤：

（1）根据所需制备的结构件的几何特点，设计可抽取的金属轴芯，制造芯轴模具和结构件内表面模具；

（2）将金属轴芯置入芯轴模具，然后注入熔融状态下的蜡或者高分子聚合物，使该金属轴芯表面覆上所需制备的结构件形状的蜡，成为复合芯轴；

（3）将该复合芯轴夹持到三维编织装置的抽取机构上，得到编织后的表面覆有增强体的编织芯轴；

（4）将编织芯轴置入结构件内表面模具，注入树脂，并在适宜温度下进行固化；

（5）将固化的复合材料结构件置于烘箱中加热，使蜡液化流出，抽出金属轴芯，得到中空的编织纤维增强结构。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（2）中，所述熔融状态下的蜡是在注蜡机中以90℃熔化，再冷却到75℃得到的液态蜡。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（2）中，所述熔融状态下的蜡在0.3bar的大气压力下注入芯轴模具；所述芯轴模具通过一管道连接至一回收容器。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（4）中，所述的树脂为改性不饱和聚酯树脂添加一定剂量的促进剂和固化剂搅拌均匀无气泡和得到，所述促进剂主要成分为异辛酸钴，固化剂主要成分为过氧化甲乙酮，改性不饱和聚酯树脂:促进剂:固化剂比例为100:1:2。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（4）中，所述树脂在完全密闭环境中，在0.9mpa的大气压力下注入结构件内表面模具。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（4）中，所述结构件内表面模具上分别连接有一树脂桶和一回收桶；所述回收桶连接至一真空泵。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法进一步为：步骤（4）中，所述适宜温度为10-30℃，固化时间为16-24h。

本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法还为：步骤（5）中，所述固化的复合材料结构件在80℃的热箱中烘烤1h；所述热箱内设置有蜡液回收盒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法可制作不规则截面芯轴，制造工艺简单，拆卸方便，一次成型，强度高。因为本发明采用编织技术，增强体按照特定结构进行交织，可完成无缝连接，大大提高了结构件的强度；由于采用蜡或者高分子材料作为外部成型材料，既可以完全满足大部分异性结构件的形状要求，而且蜡在高温下液化，没有金属轴芯和树脂之间粘合力强，脱模不方便的问题；另外，本设计没有单独使用蜡或者高分子材料作为芯轴，而是采用金属轴芯和蜡复合的方式作为复合芯轴，大大提高了复合芯轴在三维编织装置上编织时的强度，有利于保护编织形状的规则性和完整性。

【附图说明】

图1是步骤（2）中在金属轴芯上包覆蜡模的状态图。

图2是步骤（2）中表面覆蜡的编织芯轴的状态图。

图3-1至图3-3是步骤（3）在芯轴上进行增强体编织时的状态图。

图4是步骤（3）在编织完成之后的编织芯轴的状态图。

图5是步骤（4）中将编织芯轴置入结构件内表面模具的状态图。

图6是步骤（4）中注入树脂的状态图。

图7是步骤（5）中复合材料结构件置于烘箱中加热的状态图。

图8是中空的编织纤维增强结构件的结构图。

图9是本发明的基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法工艺流程图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图9所示，本发明为一种基于复合芯轴的编织纤维增强结构件制造方法，其包括如下工艺步骤：

（1）根据所需制备的结构件的几何特点，设计可抽取的金属轴芯，制造芯轴模具和结构件内表面模具。

（2）将金属轴芯3置入芯轴模具2，然后注入熔融状态下的蜡或者高分子聚合物，使该金属轴芯2表面覆上所需制备的结构件形状的蜡，成为复合芯轴。

其中，所述熔融状态下的蜡是在注蜡机1中以90℃熔化，再冷却到75℃得到的液态蜡。所述熔融状态下的蜡在0.3bar的大气压力下注入芯轴模具2，保证了复合芯轴完全浸蜡并且覆盖均匀，表面光滑。所述芯轴模2具通过一管道连接至一回收容器4，以便于回收多余的蜡。

（3）将该复合芯轴夹持到三维编织装置的抽取机构上，得到编织后的表面覆有增强体的编织芯轴。所述三维编织装置为现有技术，在此不再赘述，其可根据具体结构件的要求调整抽取机构的运动速度以改变增强体在复合芯轴上的覆盖密度，增强结构件强度。

（4）将编织芯轴置入结构件内表面模具，注入树脂，并在适宜温度下进行固化。

其中，所述的树脂为改性不饱和聚酯树脂添加一定剂量的促进剂和固化剂搅拌均匀无气泡和得到，所述促进剂主要成分为异辛酸钴，固化剂主要成分为过氧化甲乙酮，改性不饱和聚酯树脂:促进剂:固化剂比例为100:1:2。所述树脂在完全密闭环境中，在0.9mpa的大气压力下注入结构件内表面模具5，使树脂完全覆盖增强体，并且无肉眼可见的气泡。所述适宜温度为10-30℃，固化时间为16-24h。

进一步的，所述结构件内表面模具5上分别连接有一树脂桶6和一回收桶7；所述回收桶7连接至一真空泵8。所述回收桶7利用重力去除管道中的树脂，防止树脂进入真空泵8。

（5）将固化的复合材料结构件10置于烘箱9中加热，使蜡液化流出，抽出金属轴芯3，得到中空的编织纤维增强结构11，尽可能除去内表面的剩余蜡。其中，所述固化的复合材料结构件10在80℃的烘箱中烘烤1h。所述烘箱9内设置有用于收集蜡液的蜡液回收盒12。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。