[发明专利]一种碳纤维盒型预制件的缝制方法及定型模具

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料预制件的制备技术，具体为一种碳纤维盒型预制件的缝制方法及定型模具，该预制件具有半开口形状，主要用于碳/碳复合材料和陶瓷基复合材料，也可应用于树脂基复合材料。

背景技术

传统二维层合复合材料具有很好的面内机械性能，但其各层之间没有纤维增强，只是靠基体树脂起着粘结和传递载荷的作用，因此垂直于铺层方向以及铺层之间的性能相对较弱。当受到外部载荷作用时，该层合复合材料往往首先产生层间破坏，同时复合材料层间强度较低也导致了复合材料的抗损伤性能较差。为了改善层合复合材料的这些缺点，出现了很多提高复合材料层间韧性的技术。其中缝合技术可以显著提高复合材料的层间强度和抗冲阻抗，且缝合复合材料具有较强的结构整体性，目前缝合复合材料已经在诸如机翼、汽车挡板等一些简单构件上得到了应用。

盒型复合材料广泛地应用于航空航天用结构件中，例如：计算机机箱，加筋盒段，盖板等。由于盒型预制件在缝合过程中易变形，且缝合后尺寸稳定性较差，难以保证盒型预制件较高的尺寸精度，实际应用存在瓶颈。在申请人检索的范围内，还未见有对于碳纤维盒型结构预制件相关缝制技术的文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提出一种碳纤维盒型预制件的缝制方法及定型模具，该缝制方法及定型模具能够保证碳纤维盒型预制件具有较高的尺寸精度，并且能保证预制件具有较高的尺寸稳定性，用本发明方法及定型模具缝制的碳纤维盒型预制件具有较高的纤维体积含量，其复合材料具有优异的力学性能。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，设计一种碳纤维盒型预制件的缝制方法，该方法包括以下步骤：首先，根据盒型预制件的设计尺寸及叠层角度裁剪碳纤维布并铺层；其次，以完全穿透的方式缝合盒型预制件内腔的底部；再以部分穿透的方式缝合盒型预制件侧壁对应的底部；第三，利用成型芯模把二维叠层结构的碳纤维布包裹成立体的盒型结构；第四，用蒸馏水均匀地喷洒在盒型预制件上令其湿透后，用定型模具进行加热预定型；第五，以完全穿透的方式缝合盒型预制件的侧壁；第六，再次用蒸馏水均匀地喷洒在盒型预制件上令其湿透，然后用定型模具进行加热定型即得；

所述部分穿透的缝合方法是指将缝完盒型预制件内腔底部的叠层碳纤维布揭开工艺要求的层数，将剩下的碳纤维布围绕缝完区域的外轮廓线水平距离为一个行距的位置处缝合一圈，即完成一次部分穿透缝合；部分穿透缝合的次数为盒型预制件侧壁的厚度除以行距后减1，若所得次数非整数，则四舍五入；

所述包裹盒型预制件的方法是对一层或一组碳纤维布进行立体裁剪，去除多余碳纤维布，而将预留的碳纤维布，掀起折叠，无褶皱地贴在成型芯模的型面上或已经包裹到成型芯模上的碳纤维布上，并用夹子将竖起的碳纤维布夹在成型芯模的侧壁上，再用预缝合线将对接口预缝合好，重复裁剪并包裹，直至所有的碳纤维布都包裹到成型芯模上，达到预制件要求的侧壁厚度；

所述预定型的加热温度为80℃至150℃，加热时间为0.5至2小时；

所述定型的加热温度为80℃至150℃，加热时间为0.8至3小时；

所述揭开工艺要求的层数的具体层数要考虑包裹方法，使得揭开的碳纤维布经过相关包裹操作后包到侧壁上的厚度刚好为一个行距；

所述预缝合的操作方法是用细度低于碳纤维布经纬纱的预缝合线将对接口缝合4至20针，使得对接口固定在一起；预缝合线的材质为碳纤维或者能在盒型预制件最终复合过程中分解的材质。

本发明解决所述定型模具技术问题的技术方案是，设计一种盒型预制件的定型模具，该定型模具适用于本发明所述碳纤维盒型预制件的缝制方法，其特征在于该定型模具包括定型外模和成型芯模，所述成型芯模是一个盒形体，由可拆装的三个构件依次连接紧固而成，其连接方向为盒型预制件的长度方向，成型芯模的外壁型面为盒型预制件内腔的型面；所述成型芯模的三个构件是：一个板型体构件，两个盒型体构件，板型体构件位于中间，两个盒型体构件位于中间板型体构件的两侧连接；