专利名称：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溃效果差，常常出现浸不透、浸溃不均等缺陷；叶片制造中有的在编织或铺好叠层后插入的针管，然后用树脂等浸溃，这样的结构对提高层间剪切强度有益，但是针管插入时对纤维造成损伤，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溃过程中，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、浸溃不均匀、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，一起浸溃固化成型，对于厚度大的预制件起到了减重和易于浸溃的作用，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，浸溃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溃成型，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，浸溃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溃，使浇注基体的浸溃均匀，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。
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I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。
具体实施例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I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，浸溃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溃效果更好，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，浸溃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°C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°C，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，向预制件内浸溃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。浸溃支撑管附近的纤维，并由此向外向深处扩散，形成内外一体化浸溃。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的浸溃即可。向预制件内浸溃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溃成型，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，浸溃支撑管附近的纤维，并由此向外向深处扩散，形成内外一体化浸溃。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溃到，避免了浸不透、浸溃不均以及干斑等缺陷的出现，提高了浸溃质量。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。
权利要求
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)，浸溃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。
2.根据权利要求I所述的复合材料制件，其特征在于，所述支撑骨架件(10)为支撑管。
3.根据权利要求I或2所述的复合材料制件，其特征在于，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)。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求3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。
6.一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； 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。
7.根据权利要求6所述的复合材料制件成形方法，其特征在于，所述支撑骨架件为支撑管。
8.根据权利要求7所述的复合材料制件成形方法，其特征在于，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。
9.根据权利要求6、7或8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。
全文摘要
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。
文档编号B29C70/02GK102700147SQ20121018719
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者刘丰, 单忠德, 杜伟肖 申请人:机械科学研究总院先进制造技术研究中心