[发明专利]大尺寸变厚度回转体预制体及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸变厚度回转体预制体，其壁厚沿轴线方向连续变化，变厚度回转体预制体由变厚度预制体经多层卷绕而成，变厚度预制体为三维层连结构织物，变厚度预制体的纬向方向与变厚度回转体预制体的中心轴线位于同一平面内。本发明还公开了上述回转体预制体的制备方法，步骤如下：(1)确定拟生产的变厚度回转体预制体的尺寸参数；(2)确定拟生产的变厚度回转体预制体的均匀分层数量，基于变厚度回转体预制体的尺寸参数确定变厚度预制体的尺寸参数；(3)在织机上织造变厚度预制体并完成；(4)将变厚度预制体连续卷绕在回转体芯模上，获得变厚度回转体预制体。本发明具有制造连续，效率高，以及变厚度回转体直径不受限等优点。

技术领域

本发明涉及一种大尺寸变厚度回转体预制体及其制备方法，属于三维编织预制体领域。

背景技术

高性能纤维增强复合材料在航空航天领域及国防领域的应用越来越受到重视。回转体预制体是高性能纤维增强复合材料常用的增强体，通常采用三维整体编织(例如CN106400295 A所公开的方法)及圆形三维机织方法(例如CN 101811365 A所公开的方法)制备回转体预制体，但这些方法受织机尺寸限制，仅限于小尺寸预制体制备，通常直径限制在500mm以内，且制造时需要布置大量的纱线，织机占地面积较大，人工数量较多，工序较繁琐，制造效率低。而对用于类似航空发动机机匣这种大尺寸部件所需的大尺寸变厚度回转体预制体的制备(内径高达2米)，一次成型所需纱线的数量更多，采用上述方法目前尚无法实现。

三维层连结构织物由于在厚度方向存在联接纱线，使得其抗分层能力较强，结构整体性好，三维层连结构织物作为复合材料的增强体在航空航天及军事领域应用越来越广泛。为了满足仿形要求，增强体的厚度常常需要变化。目前改变三维层连结构织物厚度的方法主要有专利CN 20110278215.6中的采用衬经、衬纬和纬纱规格及专利CN 201510195792中的采用纱束移动方法变厚度，上述的变厚度方法是针对沿着制造长度方向(经向)改变厚度，不适应于幅宽方向(纬向)连续变厚度而制造长度方向厚度不变的预制体制备。

由于上述现有技术中的限制，目前采用三维层连结构织物来制作直径超过500mm、厚度沿轴线方向连续变化的大尺寸回转体预制体尚无法实现，限制了三维层连结构织物作为增强体在大尺寸部件上的应用。

发明内容

本申请的目的在于克服上述限制，制造大尺寸的变厚度回转体预制体，为此，本申请首先提出了一种大尺寸变厚度回转体预制体，具体的技术方案如下：

一种大尺寸变厚度回转体预制体，其壁厚沿轴线方向连续变化，该变厚度回转体预制体由变厚度预制体经多层卷绕而成，所述变厚度预制体为三维层连结构织物，变厚度预制体的纬向方向与变厚度回转体预制体的中心轴线位于同一平面内。上述变厚度回转体预制体的内径能够≥500mm。变厚度回转体预制体的壁厚沿轴线方向连续变化，即该变厚度回转体预制体的母面沿径向方向的厚度是连续变化的。优选地，所述变厚度预制体的厚度沿纬向方向连续变化，变厚度预制体的厚度在经向方向上保持不变。

本申请中，变厚度回转体预制体由为三维层连结构织物的变厚度预制体卷绕而成，克服了现有织机由于织造尺寸的限制，无法织造直径超过500mm的回转体预制体的问题。由于采用卷绕方式形成，变厚度回转体预制体的厚度可以根据具体的需要进行设计，而不必限制于现有织机在编织回转体预制体时的尺寸限制，利用变厚度预制体在厚度方面的灵活设置，可根据需要设置不同的变厚度回转体预制体。尤其是所采用的变厚度预制体的厚度是沿纬向方向连续变化时，直接将变厚度预制体进行多层卷绕，即可得到相应的变厚度回转体预制体，这些变厚度回转体预制体可直接作为一些大型的回转体的增强体。

由于采用卷绕而成，可根据现有织机的织造能力，灵活地将变厚度回转体预制体设计为不同的卷绕层数，以便于现有织机能够顺利地完成所对应的变厚度预制体。由于采用卷绕方式制造，具有制造连续，效率高，以及变厚度回转体直径不受限等优点。