异型曲面准三向织物及其编织工艺方法与应用与流程

本发明涉及一种编织工艺，特别是指一种异型曲面准三向织物及其编织工艺方法与应用。

背景技术：

天线罩是一种耐高温、耐高磁波穿透能力的轻质高强薄壳结构，热、电、结构强度和刚度等综合性能要求苛刻。天线罩内外结构均为异形曲面，气动外形为鸭嘴型乘波体结构，天线罩内、外型面为异型自由曲面，变壁厚特征的编织结构。这类零件存在负曲率结构，在2.5维浅交弯联编织过程中由于纤维存在张力往往不能贴膜；再者针刺和穿刺在编织过程中钢针挤占率和对纤维的损伤导致编织体本身的不均匀性。以上织物在浸胶的过程中由于结构的影响导致浸胶的不一致，罩体的密度不均匀，即使在物理厚度一致的情况下，电厚度往往存在差异，导致天线罩的电性能存在误差。因此在织物编织过程中，要考虑纤维的交织重叠的一致性，考虑织物的纤维密度、纤维直径的综合影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种不损伤纤维的异型曲面准三向织物及其编织工艺方法与应用。

为实现上述目的，本发明所设计的异型曲面准三向织物的编织工艺方法，包括如下步骤：

1)根据织物的外形设计并制作中空结构的芯模，按照织物的纤维分布在芯模上设置多个与法向纤维粗细相当的针孔；

2)将数量与织物法向纤维数量相同、长度不小于织物厚度与芯模厚度之和的钢针的针尾分别穿上法向纤维，再将每根钢针的针尖朝外从芯模内部穿过一个针孔并使针尾留置在针孔内；

3)在芯模的外侧表面上的钢针间隙中缠绕经向纤维与纬向纤维，完成经向与纬向的纤维层编织；

4)当经向纤维与纬向纤维达到指定厚度分布时，逐根拔出钢针并将法向纤维留在纤维层内，采用预压工装压紧纤维层，脱模得到异型曲面准三向织物。

优选地，步骤1)中，针孔的前后左右间距为1～20mm，更优为3～8mm。

优选地，步骤3)中，经向与纬向的纤维层编织方法为：按照一层经向纤维与一层纬向纤维进行交替垂直铺排。进一步地，在经向与纬向的纤维层编织过程中，通过局部增加经向纤维或纬向纤维的层数，或通过变化经向纤维或纬向纤维的丹尼尔数，或通过改变局部纤维密度来改变纤维层的局部厚度。

优选地，步骤3)中，经向与纬向的纤维层编织方法为：将纤维与芯模轴线形成一定的夹角，通过缠绕形成与模具贴合的纤维层，每相邻的纤维层之间呈相反的走向，与模具轴线形成对称等值的夹角，通过该方式形成的纤维层，其在轴向与经向的分量分别对应经向纤维与纬向纤维。进一步地，纤维与芯模轴线的夹角为10°～80°，更优为25°～65°。进一步地，在经向与纬向的纤维层编织过程中，通过局部回头绕纱，或通过增加局部纤维丹尼尔数，或通过改变局部缠绕密度来改变纤维层的局部厚度。

优选地，步骤4)中，所述预压工装包括底座、固定于底座上的第一压板和采用压紧螺栓连接在第一压板侧面的第二压板，所述第一压板和第二压板分别与芯模的一侧外形相匹配，二者合拢后形成刚好容纳芯模的内腔。进一步地，所述芯模的下部设置有裙座，所述裙座上设置有定位孔；所述预压工装上还设置有芯模定位装置，所述芯模定位装置包括芯模定位螺杆、螺杆固定座和螺杆限位块，所述定位螺杆的两端分别螺纹连接在螺杆固定座和螺杆限位块上，所述螺杆固定座固定在预压工装的底座上，所述螺杆限位块可插入定位孔内对芯模进行定位，避免安装第二压板时芯模发生位移。

本发明同时提供了采用所述编织工艺方法制成的异型曲面准三向织物，以及该异型曲面准三向织物在天线罩上的应用。

与现有技术相比，本发明的显著优点在于：

1)采用准三向正交的结构设计，实现了立体异型织物的成型，通过调整钢针密度，改变各向纤维的体积含量，实现了不同受力情况构件的对应设计。

2)实现了各向纤维的相对连续性，克服了针刺和整体穿刺对纤维的损伤，达到了异型织物结构的力学性能良好和高可靠性。

3)实现了异型织物的纤维含量的均匀性，保证了后续复合的均匀性，达到了不同厚度、不同结构的复合均匀性。

4)织物编织的工艺参数与钢针的密度的对应，实现异型织物参数的可设计性。

附图说明

图1为本发明所设计的芯模的立体示意图。

图2为图1中芯模底部(不含裙座)的法向纤维布置示意图。

图3为将芯模沿图2中a-a方向剖开的断面上法向纤维的布置示意图。

图4为本发明所设计的预压工装(含芯模和织物)的结构示意图。

图5为图1中预压工装的正视结构示意图。

图6为本发明制得的异型曲面准三向的单胞图。

图7为本发明制得的天线罩的立体示意图

其中：芯模1、针孔1.1、裙座1.2、定位孔1.3、钢针2、经向纤维3.1、纬向纤维3.2、法向纤维3.3、预压工装4、底座4.1、第一压板4.2、第二压板4.3、压紧螺栓4.4、加强筋4.5、芯模定位装置5、芯模定位螺杆5.1、螺杆固定座5.2、螺杆限位块5.3、天线罩6

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明所提供的异型曲面准三向织物的编织工艺方法，包括如下步骤：

1)芯模制作

根据天线罩外形采用聚四氟乙烯制作芯模(1)，如图1所示，芯模(1)为中空结构，其下部设置有裙座(1.2)，裙座(1.2)上设置有若干定位孔(1.3)，其中位于底部凸出侧中间的定位孔(1.3)为矩形。根据织物结构的需要在芯模(1)上形成1.5mm×1.5mm针孔(1.1)矩阵。

2)钢针置入

如图2、图3所示，将钢针(2)尾部预穿法向纤维(3.3)，再将钢针(2)从芯模(1)上的针孔(1.1)中从内向外穿出固定，在芯模(1)上形成1.5mm×1.5mm钢针(2)矩阵，保证钢针(2)的伸出长度大于织物厚度。

3)经向、纬向的纤维编织

经向、纬向的纤维编织按照一层经向纤维(3.1)与一层纬向纤维(3.2)进行交替垂直铺排。

其中，经向编织方法为：将经向纤维(3.1)固定于芯模(1)底部一侧钢针(2)处，沿两排钢针(2)间隙，紧贴芯模(1)铺设，绕过芯模(1)顶部后，继续向下绕行至芯模(1)底部另一侧钢针(2)处固定。重复上述操作，逐次完成单层经向纤维(3.1)的编织。

纬向编织方法为：将纬向纤维(3.2)沿着环向进行编织，通过两列钢针(2)缝隙，紧贴芯模(1)，环向绕行，直至单层纬向纤维(3.2)编织完成。

重复上述操作，交替完成经向、纬向的纤维编织。

编织过程中，对于棱边、背部等需要增厚的部位，采取在对应部位每层均匀增加经纱层厚度的方法实现。

4)织物预压成型

逐根拔出钢针(2)，将所有钢针(2)都置换为法向纤维(3.3)，再采用预压工装(4)将纤维层压紧。

如图4、图5所示，该步骤所采用的预压工装(4)包括底座(4.1)、第一压板(4.2)、第二压板(4.3)和芯模定位装置(5)，第一压板(4.2)和第二压板(4.3)分别与芯模(1)的一侧外形相匹配，二者合拢后形成刚好容纳芯模(1)的内腔。

第一压板(4.2)固定于底座(4.1)上，其外侧设置有加强筋(4.5)。

第二压板(4.3)采用压紧螺栓(4.4)可拆卸地与第一压板(4.2)相连。

芯模定位装置(5)包括芯模定位螺杆(5.1)、螺杆固定座(5.2)和螺杆限位块(5.3)，定位螺杆的两端分别螺纹连接在螺杆固定座(5.2)和螺杆限位块(5.3)上，螺杆固定座(5.2)固定在预压工装(4)的底座(4.1)上。

进行预压时，首先拆下第二压板(4.3)，将芯模(1)放置在安装位置，将螺杆限位块(5.3)插入定位孔(1.3)内对芯模(1)进行定位，再将第二压板(4.3)从芯模(1)外侧与第一压板(4.2)合拢，通过压紧螺栓(4.4)固定并压紧芯模(1)。

脱模得到异型曲面准三向织物，织物单胞结构如图6所示。

该异型曲面准三向织物经后续高固含量硅溶胶+浓缩一体化浸渍复合，900℃焙烧处理后得到如图7所示的天线罩6，提高其致密化度。

本发明所提供的工艺方法可用于复杂曲面结构的编织成型，对于后续复合工序的浸渍的均匀性和效率都有明显提高。所制得的异型曲面天线罩的编织工艺成型精度较高，满足负曲率的编织需要，完全满足产品设计精度要求。