[发明专利]一种三维整体复合材料及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种三维整体复合材料及制作方法。

背景技术

复合材料以其结构的多样性、性能的综合性、形态的可设计型、良好的成型性等性能在产业应用领域已受到广泛的重视。三维整体复合材料克服了传统层合复合材料易分层破坏的致命缺点,具有优异的力学性能,为应用于航空航天主承力结构和多功能结构件提供了光明而广阔的前景。

力学性能是三维整体复合材料结构设计的核心，直接关系应用安全性和可靠性。如何改进提高力学性能一直是三维整体复合材料的研究重点，具有重要的科学价值与实践意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种三维整体复合材料，具有更优异的力学性能。

基于上述目的本发明提供的三维整体复合材料，包括：编织纱线系统、填充纱线系统、非编织网胎、三维针刺系统；

其中，所述填充纱线系统包括设置于X、Y轴平面内的0°填充纱线铺层、90°填充纱线铺层、±θ填充纱线铺层，其中θ为0°和90°之间的任意角度；

所述非编织网胎设有多个，铺设于所述填充纱线系统中任意一层填充纱线的上方或下方；

所述编织纱线系统在Z轴方向将所述填充纱线系统和所述非编织网胎捆绑编织；

所述三维针刺系统包括多个针刺束，每个针刺束将所述填充纱线系统和非编织网胎中的至少两个在Z轴方向相连接。

可选的，所述填充纱线系统在Z轴正方向或负方向按照铺层顺序依次包括：非编织网胎、0°填充纱线铺层、非编织网胎、+45°填充纱线铺层、非编织网胎、-45°填充纱线铺层、非编织网胎、90°填充纱线铺层、非编织网胎。

可选的，所述三维针刺系统包括：

第一针刺束单元，用于将所述非编织网胎、0°填充纱线铺层、±45°填充纱线铺层、90°填充纱线铺层中的任意填充纱线系统铺层与其相邻的一个非编织网胎在Z轴方向连接；

第二针刺束单元，用于将所述非编织网胎、0°填充纱线铺层、±45°填充纱线铺层、90°填充纱线铺层中的任意填充纱线系统的铺层与其相邻的两个非编织网胎在Z轴方向连接；

第三针刺束单元，用于将所述0°填充纱线铺层、±45°填充纱线铺层、90°填充纱线铺层中的任意两个填充纱线系统的铺层在Z轴方向连接；

所述第一针刺束单元、第二针刺束单元、第三针刺束单元分别由不同的针刺束组成。

可选的，所述三维整体复合材料还包括：

机织纱线系统：包括至少一层机织纱线铺层，设置于填充纱线系统和非编织网胎之间。

可选的，所述机织纱线系统采用下述机织结构：平纹、斜纹、缎纹、经重平、纬重平或变化组织结构中的至少一种。

可选的，所述三维针刺系统还包括：

第四针刺单元：用于在Z方向将所述机织纱线系统的任意两个铺层连接。

可选的，所述三维针刺系统包括沿着Z方向延伸的针刺束，每个针刺束用于在Z方向连接机织纱线系统、填充纱线系统、非编织网胎中的任意两个铺层；针刺束的针刺面积比不小于33％；

所述针刺面积比为针刺束在X、Y轴所在平面内的面积，与针刺单元在X、Y轴所在平面内的面积比；

所述针刺单元为，将所有针刺束投影到X、Y轴所在平面时，一个针刺束及其邻近未设置针刺束的空余部分所形成的单元。

可选的，θ不小于20°且小于90°

同时，本发明还提供一种三维整体复合材料的制造方法，包括如下步骤：

在X、Y轴平面内按照预设的顺序铺设填充纱线系统和非编织网胎；采用三维针刺系统将填充纱线系统和非编织网胎在Z轴方向连接；

采用编织纱线系统将所述填充纱线系统和非编织网胎在Z轴方向回绕捆绑编织。

可选的，所述填充纱线系统在Z轴正方向或负方向按照铺层顺序依次包括：第一非编织网胎、0°填充纱线铺层、第二非编织网胎、+45°填充纱线铺层、第三非编织网胎、-45°填充纱线铺层、第四非编织网胎、90°填充纱线铺层、第五非编织网胎；