[发明专利]一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，通过二维纤维预制体制备得到三维纤维预制体，具体为包括如下步骤：A.二维纤维预制体制备：采用热熔线将纤维丝束铺缝在基材上，制成二维纤维预制体；B.三维纤维预制体制备：将所述二维纤维预制体根据子预制体的铺层方案，安放于模具上，采用热隔膜成型工艺，以红外加热为热源，热隔膜膜片为介质，真空为驱动力，热熔缝线受热后定型得三维纤维预制体。该方法实现了基于铺缝工艺的三维纤维预制体的自动化制备，保证了产品的质量一致性和稳定性，大大提高了生产效率，节约了生产成本。

技术领域

本发明属于复合材料预成型技术领域，具体涉及一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法。

背景技术

纤维变角度牵引铺缝技术(VAT，Variable Angle Tow Placement，亦称TFP，Tailored Fiber Placement)，其基本原理是采用纱线将纤维丝束铺缝在基材上(如多轴无纺纤维织物)制备成纤维预成型体，然后通过复合材料液态成型工艺(RTM、VARI、RFI)制成复合材料制品。与传统的纤维铺放技术相比，TFP技术可根据产品的受力情况进行，任意设计和优化纤维的方向，能够实现纤维的连续变角度铺缝，可实现复合材料厚度上的逐渐变化，从而提高产品的承载能力。

TFP技术是通过计算机软件辅助设计了纤维铺放路径，然后将程序输入到纤维铺缝设备中，设备将按设计好的铺缝路径自动执行命令，因而得到铺放精度较高的纤维预制体，实现了纤维预制体的自动化制备。因其生产效率较高，应用领域广泛。在航空航天领域，TFP技术能够用于局部加强，可制造飞机舷窗，工形梁和加强筋等结构，还可用于制造机翼壁板、尾翼壁板，卫星或雷达天线的反射面等。交通运输领域，可用于生产汽车的车围、加筋面板、汽车座椅、脚踏板等结构。此外，TFP技术还广泛用于生产自行车车架、滑雪板、各种医疗器械、特殊接头等复合材料结构件。

现有技术中，制备上述复合材料零件的三维结构，采用手工操作的方法，将单个二维纤维预制体逐个变形为三维纤维预制体，以热熔线作为缝线，采用固化炉加热，热熔缝线受热后具有定型的功能，降温后每个二维纤维预制体变形为三维纤维预制体，但是变形过程，纤维角度变化不稳定，产品的质量不一致，每个二维预制体都需进行固化炉定型加热一次，生产效率较低。

发明内容

针对上述现有技术问题，本发明公开了一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，采用热隔膜成型工艺完成了二维纤维预制体到三维纤维预制体的制备。

本发明的技术方案：

一种基于纤维铺缝工艺的三维纤维预制体的制备方法，通过二维纤维预制体制备得到三维纤维预制体，具体为包括如下步骤：

A.二维纤维预制体制备：采用热熔线将纤维丝束铺缝在基材上，制成二维纤维预制体；

B.三维纤维预制体制备：将所述二维纤维预制体根据子预制体的铺层方案，安放于模具上，采用热隔膜成型工艺，以红外加热为热源，热隔膜膜片为介质，真空为驱动力，热熔缝线受热后定型得三维纤维预制体。

作为优选方案，所述热熔缝线为聚酰胺纱线，缝线的熔点为80℃～150℃。

作为优选方案，所述热隔膜成型工艺采用单隔膜或者双隔膜方式。

作为优选方案，所述步骤B中，以红外加热为热源，将热隔膜膜片和模具制件的密封腔室内部形成真空，控制真空压力、真空速率和热隔膜膜片的变形速率完成三维纤维预制体的变形，保温一段时间，冷却，去除真空和热隔膜膜片，取出三维纤维预制体。

作为优选方案，控制红外加热的温度高于聚酰胺纱线的熔点温度2℃～5℃，真空速率的范围为25kPa/min～400kPa/min,真空压差不低于0.085MPa，保温时间为5min～10min。

作为优选方案，所述热隔膜膜片选自橡胶膜片和/或真空袋膜。