[发明专利]一种复合材料三维预制体穿刺织造装置及织造方法

说明书

本发明公开了一种复合材料三维预制体穿刺织造方法，利用配套穿刺织造装置，通过穿刺织造布针，逐层液压穿刺，Z向碳纤维穿纱的方式，穿刺织造出垂直方向由连续碳纤维缝合而成的三维立体织物。本发明还公开了一种复合材料三维预制体穿刺织造装置，解决了现有技术中超长穿刺钢针由于具有一定的韧性，在Z方向上易弯曲，无法有效定位，密集阵列的超长钢针在高强度液压穿刺过程中刚度和韧性不可调节适应性差等问题。这种方法保证了超长穿刺钢针可受较大压力，通过改变阵列钢针的排布，适用于穿刺任何结构形状和密度的三维织物，具有较高的通用性。

技术领域

本发明属于三维穿刺织造成型技术领域，具体涉及一种复合材料三维预制体穿刺织造方法。

背景技术

整体穿刺成型三维织物是由碳纤维布平面方向均匀铺设层叠增强，垂直方向由连续碳纤维缝合而成的三维立体织物。其工艺采用预先制造的机织布置于等距密排Z向钢针方针的顶端,机织布在穿刺模板与钢针方阵的顶端，机织布在穿刺模板与钢针方阵的相对运动下,被钢针刺过,并被推至钢针的下端施加压密实,待达到一定高度后,再由Z向纤维逐一取代Z向钢针,如此形成机织物整体穿刺织物。碳纤维立体织物穿刺装置是将叠层碳纤维织物放置在穿刺模板上,通过控制系统自动完成碳纤维织物的整体穿刺与压实工作。

整体穿刺成型三维织物具有良好的整体结构和较高的碳纤维体积含量，是制作高性能结构材料和热防护材料的优良基材，目前成功用于固体火箭发动机喷管、喉衬、燃烧室，运载火箭固体助推器等。由于碳纤维立体织物成型工艺复杂，技术难度高，目前我国整体穿刺成型碳纤维立体织物织造设备以半机械、半自动化的装备为主，有的甚至是手工操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料三维预制体穿刺织造方法，解决现有整体穿刺成型过程中，密集阵列的超长钢针在高强度液压穿刺过程中刚度和韧性不可调节适应性差等问题。

本发明的目的在于提供一种复合材料三维预制体穿刺织造方法。

本发明所采用的第一种技术方案是：一种复合材料三维预制体穿刺织造装置，包括内部中空的底座，在底座上固定有钢针阵列插板，钢针阵列插板上均匀设置有阵列钢针，钢针阵列插板的四个边角处对称设置有纵向的导向丝杆，导向丝杆上连接有钢针定位导板，钢针定位导板上设置有钢针孔，钢针孔与阵列钢针一一对应；

导向丝杆的下端固定连接有蜗杆，蜗杆竖直向下穿入底座内，蜗杆与电机的涡轮相啮合；

本发明的特点还在于，

钢针阵列插板的XY方向的四条边上分别通过导板活动连接相同数量的定位及增强隔板，每组定位及增强隔板均处于不同高度。

每组定位及增强隔板的插杆远离钢针定位导板的一端通过固定夹板固定连接。

钢针插接在钢针阵列插板上的固定孔内。

定位及增强隔板总数量为N个，由低到高依次形成N层，N为4的整数倍；X方向与Y方向的定位及增强隔板分别相对分布；X方向的定位及增强隔板均为奇数层或偶数层，Y方向的定位及增强隔板层数与X方向相反；定位及增强隔板在四个方向的排布顺序为绕阵列钢针一周逐层螺旋上升。

定位及增强隔板包括若干个并排分布的插杆组成，插杆的后端通过固定夹板固定连接在一起，每个方向上的定位及增强隔板靠近阵列钢针的一端设置有导板，导板上均匀有若干个导孔，每个导孔对应一个插杆；定位及增强隔板的插板能够同时穿过导板嵌插入阵列钢针中。

插杆靠近阵列钢针的一端为三角尖端，相邻插杆的间距与阵列钢针中个相邻钢针的间距一致。

本发明所采用的第二种技术方案是：一种复合材料三维预制体穿刺织造方法，具体操作步骤如下：

步骤1：在钢针阵列插板上布针，形成阵列钢针，然后通过钢针定位导板为钢针阵列进行初步定位，再依次从下至上采用定位及增强隔板对密集阵列钢针进行逐层定位和增强；