[发明专利]一种条型复合材料预成型体的缝制模具及方法

说明书

本发明关于一种条型复合材料预成型体的缝制模具及方法，属于复合材料预成型体的制备领域。该方法包括以下步骤：首先，裁剪纤维布并叠层；第二，初步固定各层纤维布的相对位置；第三，将芯模拼块连接在一起，以倒U型的形式放置；第四，将纤维布置于芯模之上；第五，将底模拼块连接在一起，盖在纤维布上并固定；第六，将左右两侧模块全部连接到芯模与底模上，合模完成；第七，将该位置对应的芯模、底模及侧模拼块卸下，进行缝合，待缝完该位置后，再将对应位置的模块安装；第八，重复第七步直至全部缝合完成。本发明保证了预成型体较高的尺寸精度和尺寸稳定性，同时具有较高的纤维体积含量，最终的复合材料制品具有优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及条型复合材料预成型体的制造领域，具体涉及一种具有U型截面的条型复合材料预成型体的缝制方法。该预成型体主要用于对力学性能和尺寸精度要求比较高的碳/碳复合材料、陶瓷基复合材料或树脂基复合材料等。

背景技术

传统二维层合复合材料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，层合复合材料往往首先产生层间破坏，较低的层间强度将导致较差的抗损伤性能。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。缝合技术是在铺层完成的纤维布上使用纤维束进行厚度方向上的缝合。这种方法由于成本较低，增韧效果较好，受到学术界和工业界的广泛关注。

条型复合材料广泛地应用于航空航天用结构件中，例如：机翼加强筋、飞行器蒙皮或各种梁式构件等。现有的具有U型截面的条型复合材料预成型体的缝制方法为：首先缝制出平板型预成型体；然后，将其置于模具中加压，强迫其产生形变，从而形成U型截面形状。但是，这种方法导致了大部分面内纤维发生了屈曲变形、弯折甚至断裂，严重降低了最终复合材料制件的力学性能，预成型体尺寸稳定性差，难以保证较高的尺寸精度。

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，提出一种条型预成型体的缝制模具及方法，该缝制模具及方法在缝制过程中预成型体一直保持U型的截面形状，面内纤维始终为顺直状态，缝制完成后的预成型体平整无褶皱，从而保持了复合材料制件较高的力学性能。同时，本发明能够保证条型预成型体在缝合过程中具有较高的尺寸精度和尺寸稳定性，用本发明方法缝制的条型预成型体还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。

为达到上述目的，本发明揭示一种条型复合材料预成型体的缝制模具与方法，本发明中的缝制模具具有如下特征：1.在预成型体截面方向上，模具由芯模、底模、左侧模及右侧模四部分组成，这四部分模具所围成的内部空间为模具的型腔；2.在预成型体长度方向上，模具由可拆卸的若干组拼块组成，每组拼块沿预成型体截面方向均包含芯模、底模、左侧模及右侧模拼块，拼块长度均在30mm至200mm之间；3.模具的所有芯模拼块和底模拼块能在相对应的芯模架和底模架上组合成完整的芯模和底模；4.在缝合的过程中每组拼块均能独立拆卸及安装。

一种条型复合材料预成型体的缝制方法如下：

首先，按照预成型体的尺寸裁剪纤维布，并按照设计的铺层角度及顺序叠放在一起；

第二，在平铺叠放的纤维布对应U型截面中心位置处沿长度方向进行1至3行的缝合，从而初步固定各层纤维布的相对位置；

第三，将芯模拼块连接在一起，以倒U型的形式放置；

第四，将缝合固定的纤维布置于芯模之上；

第五，将底模拼块连接在一起，型面对正，盖在纤维布上并固定；

第六，将左右两侧模块全部连接到芯模与底模上，合模完成；

第七，对合模完成的预成型体进行缝合，缝合到某一位置时，将该位置对应的芯模、底模及侧模拼块卸下，待缝合完该位置后，再将对应的模块安装；

第八，重复第七步直至预成型体全部缝合完成。