[发明专利]一种基于二维编织的单向纤维增强复合材料管的制造方法

说明书

本发明公开了一种基于二维编织的单向纤维增强复合材料管的制造方法，采用捆绑纤维、增强纤维进行二维编织，且增强纤维与捆绑纤维的体积分数比为20~40，本发明有效解决了二维编织复合材料管因纤维的屈曲带来的材料力学性能降低的问题。本发明大幅降低了编织纱线的屈曲，实现类似帘子布结构的单向增强纤维层结构在制品中的保留，显著提高编织复合材料管的力学性能。本发明在不改变二维编织基本工艺原理的条件下，能够兼顾二维编织的工艺优势和增强纤维的低屈曲带来的性能改善，具有较好的实用性。

技术领域

本发明属于复合材料制造的技术领域，具体涉及一种基于二维编织的单向纤维增强复合材料管的制造方法。

背景技术

连续纤维增强复合材料具有优异的比强度、比模量及耐疲劳性，被广泛应用于航空航天、汽车、化工及建筑等领域。在航空制造中，目前应用较为广泛的连续纤维增强复合材料仍然以二维层合材料为主，层合材料是由预浸料铺层结合热压罐或烘箱工艺制作，这一过程需要大量人工干预，且预浸料的保存和清洁不仅大大增加了材料的制作成本，还会消耗大量的能源。另外，层合材料在制作异型结构件过程中不可避免会出现褶皱和纤维不连续，较难完成复杂结构件的制作，因此胶接、共固化、机械连接等连接方式成为了决定结构件力学性能的主要因素，材料本身力学性能的优势并没有得到较好的发挥。同时，层合材料还存在一些力学限制，相比于传统航空金属材料，层合材料虽然在材料比强度、比刚度方面有很大优势，但层间强度低、抗冲击性能较差，进一步限制了其在某些产品结构中的应用。

复合材料管的生产工艺包括预浸料卷绕，丝束缠绕，二维编织等，预浸料卷绕工艺受限于设备，只能生产直管。而丝束缠绕工艺制备复合材料管存在效率较低的问题，且形状适应性较差。相较而言，二维编织具有更强的形状适应性，能够适应变截面、非直母线特征的复杂外形管结构的近净成形，且具有自动化程度高，可设计性强等优势。但是传统的二维编织过程中两组编织纱均为同种类同规格的纱线，在编织过程中纱线在编织面内相互交叠，产生明显的屈曲，削弱了纤维的增强效应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二维编织的单向纤维增强复合材料管的制造方法，旨在解决传统二维编织复合材料管因纤维的屈曲带来的材料力学性能降低的问题。

本发明主要通过以下技术方案实现：

一种基于二维编织的单向纤维增强复合材料管的制造方法，包括以下步骤：

步骤S1：分别准备增强纤维、捆绑纤维，所述增强纤维与捆绑纤维的体积分数比为20～40；分别将增强纤维、捆绑纤维分卷并安装到二维编织机的两组纱锭上；

步骤S2：启动编织机，往复编织达到目标编织层数；

步骤S3：然后将编织物包覆的成型芯模取下，并通过成型工艺与基体树脂复合成型，且脱模后得到单向纤维增强的二维编织复合材料管。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S1中增强纤维为T700级碳纤维、无碱玻璃纤维、Kevlar纤维中的任意一种或多种；所述捆绑纤维为Kevlar纤维或无碱玻璃纤维。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述增强纤维与捆绑纤维的体积分数比为33.5，所述捆绑纤维为PPS纤维，且密度为1.35g/m³、线密度为150D。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3中的基体树脂为QY8911-IV双马来酰亚胺树脂体系或Hansort 2810A/B环氧树脂体系。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3中成型工艺为树脂传递模塑或真空辅助树脂浸渍工艺。相比较于预浸料卷管工艺而言成型过程中纤维无断裂，整体性较好，且能够成型非等截面管结构。

本发明通过改变增强纤维与捆绑纤维的体积比来解决传统二维编织复合材料管因纤维的屈曲带来的材料力学性能降低的问题。所述捆绑纤维的细度越低，增强纤维与捆绑纤维体积比越大，捆绑纤维对增强纤维造成的屈曲影响也就越低。