本发明专利技术涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种立体缠绕成型复合材料的制备方法，a)将第一纤维以轴向方式缠绕于转动模具表面，将第二纤维以周向方式缠绕于转动模具表面，第一纤维和第二纤维交叉缠绕，获得预成型复合材料；b)浸渍预成型复合材料进行浸渍、固化后，获得立体缠绕成型复合材料；本发明专利技术还提供一种立体缠绕成型复合材料的制备系统，通过设定制备方法和可联动的制备系统的结构设计及制备方法，获得的立体缠绕成型复合材料，以解决复合材料纤维层与层之间的强度低、复合材料层间易分散等问题。问题。问题。
【技术实现步骤摘要】
一种立体缠绕成型复合材料的制备方法及其制备系统
[0001]本专利技术涉及复合材料
，尤其是涉及一种立体缠绕成型复合材料的制备方法及其制备系统。
技术介绍
[0002]复合材料具有轻质、高强、可设计性强的特点，随着复合材料耐压壳体设计制造技术的日益成熟，越来越多的海洋、航天等部件都采用碳纤维复合材料替代传统金属，要求也相应提高为全海深使用、满足信号类设备使用等。想要完全胜任深海耐压结构体制备，复合材料耐压壳体必须攻克缠绕成型壳体易分层的缺点。传统耐压壳体缠绕工艺设计角度逐层缠绕，固化后的复材结构体强度高，但热固性树脂耐冲击性较差，因其逐层制造的过程，致使其在冲击下层间易分散(图1)。而大深度用耐下壳体(即复合材料强度层厚度大)，结构功能一体件(例如水下换能器)，对分层或层间半黏合状态极为敏感，表现为或影响信号传递等声、波功能，或影响壳体寿命甚至直接破坏。
[0003]CN201010599275.3带有轴向纤维的复合材料管的制备方法及装置，提出进行轴向和横向缠绕纤维的铺设，铺设的次序和层次根据需要设定，其中铺设轴向纤维时使运动小车沿模具轴线从一端运动到另一端后使模具转过一个设定的角度停住，再使运动小车回走，回走到起点后令模具转动一个设定的角度后停住，再使运动小车向模具的另一端运行，如此往复，直至模具转过360度完成一层复合材料纤维的铺设，如果轴向纤维的厚度达不到设定的值可再重复以上动作一遍，直至轴向纤维层的厚度达到设计值；铺设横向缠绕纤维时应使铺放机头转动一定的角度，使铺放机头的排纱器垂直于最终缠绕成形的纤维，使模具连续转动，同时使运动小车沿模具轴向匀速移动，当运动小车从模具的一端运动到另一端后，使铺放机头的排纱器与轴向纤维成90度，然后使运行小车匀速返回的同时使模具连续转动直至运动小车回到起始位置即完成一层横向交叉纤维的缠绕，如果缠绕的横向交叉纤维的厚度达到设计值则进入下一层轴向纤维层的缠绕，如果达不到设计厚度时，则重复横向缠绕纤维的铺设直到符合设计要求；重复轴向和横向纤维层的铺设，直到纤维层的总厚度满足设计要求为止，然后进行固化处理。该专利目的是制备获得层层铺叠、横纵交叉的带有轴向纤维的复合材料。但是，缠绕成型的耐压壳体层与层间的力不足的问题在日渐要求轻量化缩小壳体裕度、循化疲劳工况、透声/波等发展上是个不可忽视的障碍。控制工艺实施属于治标不治本的解决措施，不能够解决纤维层与层之间的强度。需要更好的办法能够改造纤维之间缠绕方式，设计一种在厚度方向也有纤维缠绕的成型的纤维缠绕复合材料。
[0004]因此，针对所述问题本专利技术急需提供一种立体缠绕成型复合材料的制备方法及其制备系统。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种立体缠绕成型复合材料的制备方法及其制备系统，通
过设定制备方法和可联动的制备系统的结构设计及制备方法，获得的立体缠绕成型复合材料，以解决复合材料纤维层与层之间的强度低、复合材料层间易分散等问题。
[0006]本专利技术提供了一种立体缠绕成型复合材料的制备方法，
[0007]a)将第一纤维以轴向方式缠绕于转动模具表面，将第二纤维以周向方式缠绕于转动模具表面，第一纤维和第二纤维交叉缠绕，获得预成型复合材料；
[0008]b)浸渍预成型复合材料进行浸渍、固化后，获得立体缠绕成型复合材料；
[0009]其中，转动模具的旋转速度标记为V1，V1＝π
×
D
×
n，其中，D的范围为100
‑
3000mm，n的范围为10
‑
120转/分钟；
[0010]第一纤维的轴向移动速度标记为V2,V2＝C1×
V1，其中，C1的范围为0.378—2.75；
[0011]公式中，V1为转动模具的旋转线速度，mm/min，D为转动模具横截面的直径，mm，n为转动模具的转速，转/min；C1为系数，V2为第一纤维的轴向移动速度；
[0012]第一纤维轴向缠绕与转动模具轴线的角度为20
°‑
60
°
角度。
[0013]优选地，步骤a中，第二纤维沿轴向的移动速度为V3，V3＝C2×
V1，其中，C2的范围为0.1—2.5；C2均为系数，V3为第二纤维沿轴向的移动速度。
[0014]优选地，第一纤维沿轴向移动距离为L1，L1的范围为100
‑
15000mm；第二纤维沿轴向的移动距离为L2，L2的范围为90
‑
14550mm；
[0015]优选地，步骤a中，转动模具的长度为L，L≥L1。
[0016]还包括基于上述制备方法的立体缠绕成型复合材料制备系统，包括：
[0017]缠绕装置，用于将第一纤维和第二纤维进行交叉缠绕；
[0018]轴向纤维传送装置，用于将第一纤维以一定角度传送给缠绕装置以实现纤维的轴向缠绕；
[0019]周向纤维传送装置，用于将第二纤维传送给缠绕装置，以实现纤维的周向缠绕；
[0020]还包括浸渍固化装置，用于将预成型浸渍、固化，以获得立体缠绕成型复合材料。
[0021]优选地，还包括控制器和操控模块；操控模块与控制器电连接，缠绕装置、轴向纤维传送装置、周向纤维传送装置、浸渍固化装置均与控制器电连接。
[0022]优选地，缠绕装置包括转动模具，转动模具为两端凸出的柱状模具，转动模具内贯穿有转动轴，转动轴一端安装于第一支架一侧的支撑杆上，转动轴另一端固定连接有驱动轴，驱动轴的另一端安装于第一电机上，第一电机固定安装于第一支架一侧支撑杆上，第一电机与控制器电连接。
[0023]优选地，轴向纤维传送装置包括移动杆，移动杆延长度方向上依次安装有第一导线圈、第一绕线圈和第一导线梳，第一导线圈通过旋转件安装于移动杆上，第一绕线圈为半圆形设置，第一绕线圈通过旋转件安装于移动杆上，第一导线梳通过旋转件安装于移动杆上；移动杆靠近第一导线梳的一端固定安装于法兰环上；还包括传动板，传动板上开设有通孔，法兰环内嵌于传动板的通孔上，传动板的上部挂接于传动皮带的下部，传动皮带绕设于主动轮和被动轮上，主动轮通过转轴与第二电机连接；主动轮、被动轮和第二电机均安装于第二支架上，第二电机与控制器电连接；
[0024]还包括第一纤维辊，第一纤维辊套设于第二转轴上，第二转轴通过连接件与第一张紧器连接，第二转轴和第一张紧器均固定安装于第一底座上。
[0025]优选地，周向纤维传送装置包括伸缩杆，伸缩杆设于转动模具的上方，伸缩杆延长
度方向依次安装有第二导线圈、第二绕线圈和第二导线梳，第二导线圈通过旋转件安装于伸缩杆端部，第二绕线圈为弧形设置，第二绕线圈通过旋转件安装于伸缩杆上，第二导线梳通过旋转件安装于伸缩杆上；伸缩杆靠近第二导线梳的一端连接有第三电机，第三电机与控制器电连接；第三电机安装于转盘上；转盘的直径大于转动模具的外径；转盘通过可卡扣的旋转件安装于第三支架上；
[0026]还包括第二纤维辊，第二纤维辊套设于第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种立体缠绕成型复合材料的制备方法，其特征在于，a)将第一纤维以轴向方式缠绕于转动模具(101)表面，将第二纤维以周向方式缠绕于转动模具(101)表面，第一纤维和第二纤维交叉缠绕，获得预成型复合材料；b)浸渍预成型复合材料进行浸渍、固化后，获得立体缠绕成型复合材料；其中，转动模具(101)的旋转速度标记为V1，V1＝π
×
D
×
n，其中，D的范围为100
‑
3000mm，n的范围为10
‑
120转/分钟；第一纤维的轴向移动速度标记为V2,V2＝C1×
V1，其中，C1的范围为0.378—2.75；公式中，V1为转动模具(101)的旋转线速度，mm/min，D为转动模具(101)横截面的直径，mm，n为转动模具(101)的转速，转/min；C1为系数，V2为第一纤维的轴向移动速度；第一纤维轴向缠绕与转动模具(101)轴线的角度为20
°‑
60
°
角度。2.根据权利要求1所述的立体缠绕成型复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，第二纤维沿轴向的移动速度为V3，V3＝C2×
V1，其中，C2的范围为0.1—2.5；C2均为系数，V3为第二纤维沿轴向的移动速度。3.根据权利要求2所述的立体缠绕成型复合材料的制备方法，其特征在于，第一纤维沿轴向移动距离为L1，L1的范围为100
‑
15000mm；第二纤维沿轴向的移动距离为L2，L2的范围为90
‑
14550mm。4.根据权利要求3所述的立体缠绕成型复合材料的制备方法，其特征在于，步骤a中，转动模具(101)的长度为L，L≥L1。5.基于上述制备方法的立体缠绕成型复合材料制备系统，其特征在于，包括：缠绕装置(1)，用于将第一纤维和第二纤维进行交叉缠绕；轴向纤维传送装置(2)，用于将第一纤维以一定角度传送给缠绕装置(1)以实现纤维的轴向缠绕；周向纤维传送装置(3)，用于将第二纤维传送给缠绕装置(1)，以实现纤维的周向缠绕；还包括浸渍固化装置，用于将预成型浸渍、固化，以获得立体缠绕成型复合材料。6.根据权利要求5所述的立体缠绕成型复合材料制备系统，其特征在于，还包括控制器(5)和操控模块；操控模块与控制器(5)电连接，缠绕装置(1)、轴向纤维传送装置(2)、周向纤维传送装置(3)、浸渍固化装置均与控制器(5)电连接。7.根据权利要求6所述的立体缠绕成型复合材料制备系统，其特征在于，缠绕装置(1)包括转动模具(101)，转动模具(101)为两端凸出的柱状模具，转动模具(101)内贯穿有转动轴(102)，转动轴(102)一端安装于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，宋江，李怀富，
申请(专利权)人：中国建材集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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