[发明专利]具有开孔结构的纤维织物及具有开孔结构的纤维复合材料制件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种具有开孔结构的纤维织物以及具有开孔结构的纤维复合材料制件的制备方法。 

背景技术

纤维复合材料因其具有高比强度、高比刚度、优良的减震性、耐疲劳性、抗腐蚀性等优点，已广泛应用于航空航天、体育用品、汽车、风力发电等领域。出于材料连接、减轻重量和视窗等要求，纤维复合材料制件上常常需要开孔(开口)。而纤维复合材料上开孔(开口)必然会使孔(口)边缘产生应力集中，极大的降低了纤维复合材料的力学性能。 

现有增强开孔部位的方法有： 

(1)补强法：先对纤维复合材料制件开孔，打断纤维，再采用补强片对开孔部位进行加强；或者在制备纤维复合材料制件时将补强片铺放在开孔部位，然后一体固化成型，再对成型后的纤维复合材料制件开孔，但是同样需要打断纤维复合材料本体纤维。 

(2)增强织物成型法：增强织物成型法充分利用了纤维力学性能各向异性的特点，避免打断纤维，采用纤维丝带直接制备开孔结构织物，再成型开孔纤维复合材料制件。 

补强法需要在原纤维复合材料制件开孔部位额外增加一层或数层补强片，增加制件重量并且需要额外补强工艺。相对于补强法，增强织物成型法在不需要额外的补强工艺的前提下大大降低了开孔纤维复合材料在孔部位的应力集中因子，提高了强度，减重效果显著。 

增强织物成型法中，用纤维丝带制备具有开孔结构的纤维织物时纤维轨迹的形式主要包括如下几种： 

(1)纤维轨迹与主应力方向一致 

该形式的纤维轨迹易导致纤维不连续和曲率半径过小，产生应力集中。 

(2)在开孔部位预埋螺钉挤压纤维，使纤维轨迹呈曲线形状 

该形式的纤维轨迹仅适用于在拉力条件下的开孔层合板。 

(3)在近孔部位纤维轨迹为圆形曲线，在远孔部位纤维轨迹为直线 

该形式的纤维轨迹在近孔部位和远孔部位的交界处由于纤维方向产生大角度改变，容易产生应力集中，大大降低了纤维复合材料制件的强度。 

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有技术中利用增强织物成型法制备具有开孔结构的纤维复合材料制件时，由于纤维轨迹的铺设形式而导致的纤维不连续，曲率半径过小，易产生应力集中等不足，提供一种具有开孔结构的纤维织物，该纤维织物具有纤维连续、纤维方向参数化、曲率半径可控、能够有效减小应力集 中、适用于批量生产的优点，使用该纤维织物制得的具有开孔结构的纤维复合材料制件具有低成本、高强度、制作方便简单、几乎无纤维材料浪费等优点。 

本发明实现上述技术目的所采取的技术方案为：一种具有开孔结构的纤维织物，该纤维织物是单层或多层以一定轨迹铺放的纤维在缝合线和/或粘合剂作用下形成的织物，该纤维轨迹由如下椭圆曲线族方程表示： 

x2(r+vt)2+y2(r+t)2=1]]>

其中， 

r为具有开孔结构的纤维织物的孔半径； 

t为椭圆曲线族扩展系数； 

v为优化设计参数，可以是任意常数或是t的任意函数，表示椭圆曲线族从孔边缘至纤维织物边缘处，长轴相对于短轴长度变化的快慢。 

所述的纤维是纤维预浸带或干态纤维束中的一种或两种的混杂物。其中，纤维预浸带是指浸渍基体树脂的纤维，此时，基体树脂同时具有粘合剂作用。所述的基体树脂选自不饱和树脂、环氧树脂、乙烯基酯类树脂中的一种。 

所述的纤维束种类包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或几种。 

使用本发明的纤维织物制备具有开孔结构的纤维复合材料制件的方法包括如下步骤(该纤维复合材料是由基体树脂材料与纤维材料形成的复合材料)：