CN102700147B - 复合材料制件及其成形方法 - Google Patents

复合材料制件及其成形方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102700147B
CN102700147B CN201210187197.5A CN201210187197A CN102700147B CN 102700147 B CN102700147 B CN 102700147B CN 201210187197 A CN201210187197 A CN 201210187197A CN 102700147 B CN102700147 B CN 102700147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite product
frame member
support rib
rib frame
prefabricated component
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210187197.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102700147A (zh
Inventor
单忠德
杜伟肖
刘丰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Manufacture Technology Center China Academy of Machinery Science and Technology
Original Assignee
Advanced Manufacture Technology Center China Academy of Machinery Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Manufacture Technology Center China Academy of Machinery Science and Technology filed Critical Advanced Manufacture Technology Center China Academy of Machinery Science and Technology
Priority to CN201210187197.5A priority Critical patent/CN102700147B/zh
Publication of CN102700147A publication Critical patent/CN102700147A/zh
Priority to PCT/CN2012/086777 priority patent/WO2013181911A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102700147B publication Critical patent/CN102700147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C39/00—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor
    • B29C39/02—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C39/10—Shaping by casting, i.e. introducing the moulding material into a mould or between confining surfaces without significant moulding pressure; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles incorporating preformed parts or layers, e.g. casting around inserts or for coating articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B29C70/24—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length oriented in at least three directions forming a three dimensional structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

本发明提供了一种复合材料制件及其成形方法。复合材料制件利用多根支撑骨架件，根据复合材料制件的形状布置；并在支撑骨架件的外表面之间布置编织纤维，使之与多根支撑骨架件共同形成与复合材料制件的形状相匹配的预制件；再向制成的预制件内浸渍浇注基体并经固化后与预制件一体形成复合材料制件。本发明提供的复合材料制件及其成形方法，由支撑骨架件和编织纤维共同编织成一个整体的与待加工的复合材料制件的形状相匹配的预制件并浸渍成型，不会产生层间变形和错位等缺陷，增加了复合材料层间剪切强度以及抗压和抗弯强度，提高了复合材料制件的整体致密度，进而刚度和可靠性也得到改善，适应航空航天和国防军工等主承力结构件的需求。

Description

复合材料制件及其成形方法
技术领域
本发明涉及复合材料加工成形技术领域，特别地，涉及一种复合材料制件。此外，本发明还涉及一种关于上述复合材料制件的成形方法。
背景技术
复合材料制件性能优异，越来越多的应用于航空航天、国防军工、医学、汽车等高端领域。目前，常见的液体成型的复合材料三维制件结构多样，但各有其缺点。
夹心结构中，上下面板和芯子通过粘结和胶结的方式连接在一起，可以使整个制件轻量化，但无法形成可靠的整体结构，容易出现芯子与面板脱层，降低复合材料制件的强度；
通过机织、针织、缝制和其它方式织造的三维织造复合材料，整体性能好，但是对于厚度大的预制件浸渍效果差，常常出现浸不透、浸渍不均等缺陷；
叶片制造中有的在编织或铺好叠层后***的针管，然后用树脂等浸渍，这样的结构对提高层间剪切强度有益，但是针管***时对纤维造成损伤，进而影响整个复合材料制件的性能。
另一方面，传统的液体成形方法的浸渍过程中，浇注基体都是由外表面向预制件内部逐步渗透。对于大厚度和形状复杂的复合材料预制件，往往出现渗透慢、浸不透、浸渍不均匀、干斑和气泡等缺陷，使整个复合材料制件致密度降低，影响整个零件的强度和性能，无法满足航空航天、国防军工等高质量和高可靠性的要求。现有技术中采用了一些解决措施，例如，真空导入工艺利用导流介质能够提高预制件的渗透性能；在模具上加工沟槽，增加了浇注基体流通区域的外部分配渠道，促进了浇注基体的流动速度，然而树脂等浇注基体仍只是由预制件的外表面向内部流动和渗透，对于薄壳状和厚度小一些的预制件效果很好，但对于厚度大、内部结构复杂的预制件收效不大。还比如，泡沫和蜂窝夹芯复合材料将泡沫和蜂窝状夹芯放入预制件中，一起浸渍固化成型，对于厚度大的预制件起到了减重和易于浸渍的作用，但是由于夹芯材料和预制件中的纤维编织部分不是一个整体，不可避免的产生各种缺陷，诸如裂纹、脱胶、弱粘结、层与层分离、发泡胶空洞、蜂窝芯塌陷和疏松界面分离等。
发明内容
本发明目的在于提供一种复合材料制件及其成形方法，以解决现有复合材料三维制件容易出现层间错位、复合材料制件强度低的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合材料制件，包括：多根支撑骨架件，根据复合材料制件的形状布置；编织纤维，编织在支撑骨架件的外表面之间并与支撑骨架件共同形成与复合材料制件的形状相匹配的预制件；浇注基体，浸渍于预制件内并经固化后与预制件一体形成复合材料制件。
进一步地，支撑骨架件为支撑管。
进一步地，支撑管的管壁上均设置有多个用于使液态的浇注基体流通的流通通孔。
进一步地，支撑管内部形状和外部形状与复合材料制件的形状相适应。
进一步地，浇注基体为树脂基、金属基或陶瓷基中的一种。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种复合材料制件成形方法，包括如下步骤：根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置；在支撑骨架件的外表面之间编织编织纤维，使编织纤维与支撑骨架件共同形成与复合材料制件的形状相匹配的预制件；向预制件内注入浇注基体并使浇注基体固化与预制件一体形成复合材料制件。
进一步地，支撑骨架件为支撑管。
进一步地，在根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置之前，还包括在每根支撑骨架件的侧壁上开设多个使浇注基体流通的流通通孔。
进一步地，向预制件内注入浇注基体时采用液体成型工艺。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的复合材料制件及其成形方法，由支撑骨架件和编织纤维共同编织成一个整体的与待加工的复合材料制件的形状相匹配的预制件并浸渍成型，不会产生层间变形和错位等缺陷，增加了复合材料层间剪切强度以及抗压和抗弯强度，提高了复合材料制件的整体致密度，进而刚度和可靠性也得到改善，适应航空航天和国防军工等主承力结构件的需求。
另外，本发明提供的复合材料制件采用在支撑管作为支撑骨架件，并在支撑管的管壁上设置多个使浇注基体流通的流通通孔，当浇注基体在注入支撑管以后，穿过流通通孔从支撑管的内部向外部渗透，浸渍支撑管附近的编织纤维，并由此向外向深处扩散渗透，使预制件形成一体化浸渍，使浇注基体的浸渍均匀，减少气泡和干斑等缺陷，从而提高复合材料制件的整体致密度和强度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的复合材料制件的内部剖面结构示意图；
图2是本发明优选实施例的支撑管的正面结构示意图；以及
图3是本发明优选实施例的支撑管的半剖结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，根据本发明的一个方面，提供了一种复合材料制件，包括：多根支撑骨架件10，这些支撑骨架件10根据复合材料制件的形状布置；编织纤维30，逐层地布置在支撑骨架件10的外表面之间并与这些支撑骨架件10共同形成与复合材料制件的形状相匹配的预制件；浇注基体50，浸渍于预制件内并经固化后与预制件一体形成复合材料制件。
本发明提供的复合材料制件中采用多根支撑骨架件10作为支撑及成形结构，再逐层地在支撑骨架件10的外表面指尖布置编织纤维30，可以使复合材料制件的层间剪切强度增强，克服了复合材料制件受冲击后易变形的缺陷，提高了复合材料制件的可靠性。
支撑骨架件10可以采用中间为中空结构的支撑管，由于该支撑管同时起到了对编制纤维30的导向作用，也可以称其为导向支撑管。进一步地，为了使复合材料预制件的浸渍效果更好，每根支撑管的管壁上均设置有多个用于使液态的浇注基体50流通的流通通孔11。在实际编织过程中，应该要注意尽量避免将流通通孔11堵住。
如图2和图3所示，导向支撑管为中空结构，该导向支撑管的内部形状和外部形状与需要制备的复合材料制件的形状相适应，也可以说导向支撑管的内部形状和外部形状根据需要的复合材料制件的形状结构而不同。导向支撑管的管壁上设置贯通的流通通孔11，流通通孔11的形状任意。导向支撑管在复合材料制件内的位置和角度也随复合材料制件的形状和性能要求而不同，导向支撑管的外部形状可以为柱形管，也可以为锥形管，其内部形状可以是也可以是锥形或柱形，还可以是波纹形等。
根据要制造的复合材料制件的性能要求，浸渍于预制件内的浇注基体50可以是树脂基、金属基或陶瓷基等基体中的一种。这些材料均为已知材料，其中，树脂基又称为高聚物基，高聚物基又可分热固性高聚物基（如环氧树脂、不饱和聚酯和聚酰亚胺等）和热塑性高聚物基（如各种通用型塑料以及聚醚酚、聚苯硫醚等高性能品种）。高聚物（树脂）基体在复合材料中应用很广泛，其工艺成熟，尤其是热固性高聚物使用历史长，但一般只能在300℃以下使用。金属基体常用的有Al、Mg、Ti等，高温合金和难熔金属也在试用中。它们的使用温度范围为400至1100℃，但工艺尚不成熟。还可以采用玻璃基、陶瓷基等作为浇注基体50。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种复合材料制件成形方法，该方法包括如下步骤：
第一，根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置；
第二，在支撑骨架件的外表面之间逐层地编织纤维，使编织纤维与其共同形成与复合材料制件的形状相匹配的预制件；
第三，向预制件内浸渍浇注基体并使浇注基体固化与预制件一体形成复合材料制件。
具体地说，支撑骨架件为中空的支撑管。
在根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置之前，还包括在每根支撑骨架件的侧壁上开设多个使基体流通的流通通孔。在支撑管的关闭上开设多个流通通孔。浸渍支撑管附近的纤维，并由此向外向深处扩散，形成内外一体化浸渍。
根据要制造的复合材料制件的形状、强度的不同，流通通孔11的大小、形状、和数量不定，只要能够满足复合材料制件的强度并能够很好的实现浇注基体50的浸渍即可。
向预制件内浸渍浇注基体时可以采用液体成形工艺将树脂等类基体进注入到预制件内。
本发明提供的复合材料制件及其成形方法，由支撑管和编织纤维共同编织成一个整体的与待加工的复合材料预制件的形状相匹配的预制件并浸渍成型，避免受力变形等缺陷，增加了复合材料层间剪切强度以及抗压和抗弯强度，提高了复合材料制件的整体致密度，进而刚度和可靠性也得到改善，适应航空航天和国防军工等主承力结构件的需求。
另外，本发明提供的复合材料制件及其成形方法在支撑管的管壁上设置多个使浇注基体流通的流通通孔，当基体在注入多孔导向支撑管以后，通过流通通孔由多孔支撑管的内部向外部渗透，浸渍支撑管附近的纤维，并由此向外向深处扩散，形成内外一体化浸渍。支撑管管壁的微孔增加了树脂流动通道，促进树脂流动速度，缩短了复合材料成型时间，提高生产效率；同时能够使浇注基体流动均匀，在预制件深处的纤维也能被基体均匀地浸渍到，避免了浸不透、浸渍不均以及干斑等缺陷的出现，提高了浸渍质量。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种复合材料制件，其特征在于，包括：
多根支撑骨架件(10)，根据复合材料制件的形状布置；
编织纤维(30)，编织在所述支撑骨架件(10)的外表面之间并与所述支撑骨架件(10)共同形成与所述复合材料制件的形状相匹配的预制件；
浇注基体(50)，浸渍于所述预制件内并经固化后与所述预制件一体形成所述复合材料制件；
所述支撑骨架件(10)为中间为中空结构的支撑管；
所述支撑管的管壁上均设置有多个用于使液态的所述浇注基体(50)流通的流通通孔(11)。
2.根据权利要求1所述的复合材料制件，其特征在于，所述支撑管内部形状和外部形状与所述复合材料制件的形状相适应。
3.根据权利要求1所述的复合材料制件，其特征在于，所述浇注基体(50)为树脂基、金属基或陶瓷基中的一种。
4.一种复合材料制件成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置，其中所述支撑骨架件为中间为中空结构的支撑管；
在所述支撑骨架件的外表面之间编织编织纤维，使所述编织纤维与所述支撑骨架件共同形成与所述复合材料制件的形状相匹配的预制件；
向所述预制件内注入浇注基体并使所述浇注基体固化与所述预制件一体形成所述复合材料制件；
在所述根据复合材料制件的形状布置多根支撑骨架件的位置之前，还包括在每根所述支撑骨架件的侧壁上开设多个使所述浇注基体流通的流通通孔。
5.根据权利要求4所述的复合材料制件成形方法，其特征在于，向所述预制件内注入浇注基体时采用液体成型工艺。
CN201210187197.5A 2012-06-07 2012-06-07 复合材料制件及其成形方法 Active CN102700147B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210187197.5A CN102700147B (zh) 2012-06-07 2012-06-07 复合材料制件及其成形方法
PCT/CN2012/086777 WO2013181911A1 (zh) 2012-06-07 2012-12-17 复合材料制件及其成形方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210187197.5A CN102700147B (zh) 2012-06-07 2012-06-07 复合材料制件及其成形方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102700147A CN102700147A (zh) 2012-10-03
CN102700147B true CN102700147B (zh) 2015-09-16

Family

ID=46893349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210187197.5A Active CN102700147B (zh) 2012-06-07 2012-06-07 复合材料制件及其成形方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN102700147B (zh)
WO (1) WO2013181911A1 (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102700147B (zh) * 2012-06-07 2015-09-16 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 复合材料制件及其成形方法
WO2014094226A1 (zh) * 2012-12-18 2014-06-26 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 带凸起的导向套
WO2014101017A1 (zh) * 2012-12-26 2014-07-03 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 用于制备复合材料预制件的导向套
CN103061045B (zh) * 2012-12-26 2015-04-15 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 一种纵向增强的复合材料预制件制备方法和复合材料
CN103894611B (zh) * 2014-04-18 2017-02-01 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 一种基于柔性导向杆的金属件三维打印成形方法
GB201414363D0 (en) * 2014-08-13 2014-09-24 Cytec Ind Inc Hybrid woven textile for composite reinforcement
US10661513B2 (en) 2015-12-01 2020-05-26 The Boeing Company Multi-planar fiber matrix tool-less preform for resin infusion
CN105823666A (zh) * 2016-05-16 2016-08-03 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 一种预制复合材料层压板异形分层缺陷的方法
CN113074188B (zh) * 2021-03-23 2022-06-21 哈尔滨工业大学 微缝气浮单元及其成型方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101440554A (zh) * 2007-11-21 2009-05-27 空中客车德国有限公司 用于制造增强的泡沫材料的装置
CN101871569A (zh) * 2009-04-21 2010-10-27 无锡百沐得科技有限公司 拉挤木玻织物玻璃钢管及成型方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1298936A (en) * 1968-12-12 1972-12-06 Dunlop Holdings Ltd Improvements in and relating to mechanical belting
DE1960279A1 (de) * 1969-12-01 1971-06-03 Albert Pfleger Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden Bauelementen und Raumkoerpern aus Kunststoff
US3870580A (en) * 1971-02-25 1975-03-11 Jack T Belcher Method of manufacturing of a fiber reinforced structure and method of manufacture
US6099781A (en) * 1998-08-14 2000-08-08 The Procter & Gamble Company Papermaking belt and process and apparatus for making same
CN102700147B (zh) * 2012-06-07 2015-09-16 机械科学研究总院先进制造技术研究中心 复合材料制件及其成形方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101440554A (zh) * 2007-11-21 2009-05-27 空中客车德国有限公司 用于制造增强的泡沫材料的装置
CN101871569A (zh) * 2009-04-21 2010-10-27 无锡百沐得科技有限公司 拉挤木玻织物玻璃钢管及成型方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013181911A1 (zh) 2013-12-12
CN102700147A (zh) 2012-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102700147B (zh) 复合材料制件及其成形方法
CN104388848B (zh) 一种3d打印制备长纤维增强金属基复合材料的方法
EP2661357B1 (en) Laminate pre-form for a wind turbine blade and method of its manufacture
US8741198B2 (en) Process for producing fiber reinforced resin
CN106079474B (zh) 一种舰船复合材料螺旋桨叶片预成型体及其制备方法
CN107225773A (zh) 用于组装加强的复合结构的方法
CN103991225B (zh) 三维间隔连体织物增强树脂基复合材料的固化方法及固化用的微波炉
CN102729488A (zh) 碳纤维复合材料臂架、其生产方法及包括其的混凝土泵车
CN104385627A (zh) 带有抗雷击表面功能层的先进树脂基复合材料及制备方法
US20100196654A1 (en) Process for producing composite laminate structures and composite laminate structures formed thereby
CN202727355U (zh) 复合材料制件
CN106980737B (zh) 一种连续纤维增强复合材料轻质结构的制造方法
CN106739245A (zh) 电子产品外壳及其制造方法
CN104379326A (zh) 用于生产特别旨在用于航空领域的蜂窝板的方法
GB2498704A (en) Fibre-reinforced metallic foam made by electroforming
CN109676958B (zh) 共固化成型的碳纤维复合材料翼面及其制备方法
CN105690799B (zh) 碳纤维增强树脂基复合材料轨道车辆车头罩的制备方法
CN204844994U (zh) 强化泡沫夹芯板
CN111086234A (zh) 热塑性复合材料和复合材料部件及其制造方法
CN102970837A (zh) 刚性强化复合材料及其制造方法
CN105544926A (zh) 一种高抗压3d中空复合地板及其制造方法
KR102349669B1 (ko) 섬유 강화 플라스틱의 성형방법
CN110588013A (zh) 一种多功能一体化复合材料的复合成形方法
KR20200099458A (ko) 3d-프린트된 (격자 구조) 금속 - 플라스틱 매트릭스 화합 물질
US20230182439A1 (en) Molded article and method of producing same

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant