三維碳纖維織物結構的製作方法

2023-06-01 17:11:01 2

專利名稱：三維碳纖維織物結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有高滲透率的三維碳纖維織物結構。
背景技術：
樹脂真空導入成型工藝由於具有產品性能優良、產品質量穩定、環境汙染小和勞動條件好等優點，因此具有明顯的技術優勢。但由於一般纖維織物的滲透率低，為了提高樹脂的浸潤速度，需要籍助於高滲透率的滲透介質(通常為尼龍二維編織物)，可使樹脂滲透速度提高10倍以上。為了配合滲透介質的使用，還需要在滲透介質和複合材料鋪層之間加以脫模布，以保證在工藝完成後，除去滲透介質。由於滲透介質的高孔隙率，在工藝完成後，介質中樹脂含量可達70%左右。連同在脫模布上的樹脂，廢棄的樹脂達I 2kg/m2，造成很大的浪費。同時這些廢棄的富含樹脂的滲透介質和脫模布如處置不當，會自燃並引起火災，對環境造成不利影響。而且此方法不適合於閉模技術，如樹脂傳遞模塑(RTM)技術。

發明內容
本發明的第一個目的是提供一種新穎的高滲透率三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構中碳纖維在空間中以針織結構呈均勻分布。因此本發明的三維碳纖維織物結構也稱立體針織結構，即所述結構中碳纖維在三維空間中沿各個方向均勻分布。本發明提供的高滲透率三維碳纖維織物結構利用三維織物的高孔隙率來獲得織 物結構的高滲透率。根據需要，本發明的高滲透率三維碳纖維織物結構可採用三維針織物結構(參見圖I)和三維針織間隔織物結構(參見圖2)等三維的高孔隙率結構。三維針織物是由紗線編織成圈並依次串套而形成的織物，分為緯編和經編兩大類。通常的針織設備能夠織造二維織物，但採用特殊的工藝也能形成三維立體結構織物；三維針織間隔織物是一種整體編織而成、層與層之間紗線相連、呈中空結構的織物。本發明的高滲透率三維碳纖維織物結構的孔隙率為50-80 %，滲透率為I X 10_8m2-l X 10_7m2，可達常見纖維織物的20倍以上，厚度可根據需要控制在O. 5 50mm的範圍內。高滲透率三維碳纖維織物結構中的孔隙具有均勻性，因此在樹脂導流過程中，具有各向同性的特點。本發明的三維碳纖維織物的滲透率和它的孔隙率正相關，在纖維材料確定的情況下，一般通過控制進線長度控制其孔隙率，織物的進線長度越大，織物的孔隙率就越大，其滲透率也越大。進線長度是指每百支針所需的紗長，它是針織物線圈長度的體現，即為從第一個線圈的針編弧到第一百個線圈的指編弧之紗長，因為控制一個線圈的紗長是比較困難的，所以通常採用控制一百支針內之紗長。進線長度一般由機器餵入裝置進線控制器控制，單位為機器一轉的進線長度。因此，本發明的第二個目的是提供製備上述高滲透率三維碳纖維織物結構的方法，為獲得較高的滲透率，在製備本發明的三維碳纖維織物結構的方法中，將進線長度控制在60-100cm，即機器一轉的進線長度的60-100cm，在德國Stoll電腦橫機上控制器上直接設定。本發明的高滲透率三維碳纖維織物結構通常可由紗線採用德國Stoll電腦橫機來製備。三維碳纖維織物結構成型工藝，選用雙針板編織，關閉機頭上對角的兩個起針三角，機頭往復運行一次，再打開一個關閉的起針三角，機頭往復運行一次，然後打開另一關閉的起針三角，同時關閉前面打開的起針三角，機頭再往復運行一次，如此往復循環編織，可得到三維針織物碳纖維織物。由於綜合性能優越，三維針織結構預製件已經得到了比較廣泛的應用。而三維針織間隔織物是由上下兩個表面層組成，中間有線圈組織連接，在導紗梳櫛1、2、3、4、5和6上(見圖3)添加碳纖維紗，間隔厚度由上下兩層之間的距離確定，一般為
2-8mm，織造過程中，採用高和低針踵針，通過同一導紗器成圈，並在針盤針上編織/添紗，同時將導紗器的中間層連接紗編織，得到本發明三維針織間隔織物結構。 本發明的第三個目的是提供所述的三維碳纖維織物結構在樹脂真空導入技術和其它需要利用滲透介質來提高樹脂導流速度的複合材料製造技術中的用途。本發明的高滲透率三維碳纖維織物結構可在樹脂真空導入工藝中替代通常的滲透介質。本發明的高滲透率三維碳纖維結構可用於碳纖維複合材料，採用和所製造的結構件完全相同的纖維材料。在使用過程中，既可和通常的滲透介質一樣，放在鋪層的上層；也可放在鋪層的中層和下層，因此在使用中有很大的自由度。在產品製造工藝完成後，高滲透針織物就成為產品的一部分，不需要除去，既節約了原材料，也縮短了製造周期，降低了製造成本和減輕對環境的影響。本發明的高滲透率三維碳纖維織物結構也同樣適用於其它需要利用滲透介質來提高樹脂導流速度的複合材料製造技術。如RTM技術，輕質RTM技術和軟模技術等。


圖I是本發明的三維針織物結構圖。圖2是本發明各種形狀的三維針織間隔織物結構圖。圖3是導紗梳櫛，為導紗針的集合體，編號1、2、3、4、5、6為導紗針，其作用為控制和引導紗線按照加工要求，將紗線繞於織針上，圖中下面的數字為橫移針距數，右邊的編號為對應偏心編號。
具體實施例方式採用東麗公司12K碳纖維T300在德國Stoll電腦橫機(型號CMS303TC)根據針織成形方法編織本發明三維碳纖維織物結構。實施例I選用雙針板編織，在CMS303TC橫機的編織系統裡選針時，關閉機頭上對角的兩個起針三角，機頭往復運行一次，再打開一個關閉的起針三角，機頭往復運行一次，然後打開另一關閉的起針三角，同時關閉前面打開的起針三角，機頭再往復運行一次，如此往復循環編織，可得到本發明三維針織物結構，其中進線長度控制為65cm。CMS303TC橫機的計算機根據程序設計自動調整活動三角、集圈壓板、接圈壓板，使其處於正確的移圈狀態。
實施例2 選用雙針板編織，在CMS303TC橫機的編織系統裡選針時，關閉機頭上對角的兩個起針三角，機頭往復運行一次，再打開一個關閉的起針三角，機頭往復運行一次，然後打開另一關閉的起針三角，同時關閉前面打開的起針三角，機頭再往復運行一次，如此往復循環編織，可得到本發明三維針織物結構，其中進線長度控制為90cm。CMS303TC橫機的計算機根據程序設計自動調整活動三角、集圈壓板、接圈壓板，使其處於正確的移圈狀態。
實施例3在CMS303TC橫機上，在前後針床分貝編織平針組織，在前針床上每隔一針進行一組餵紗，在後針床上每隔一針進行另一組餵紗，兩組餵紗重複進行，得到上下兩個表層，三維針織間隔織物是由上下兩個表面層組成，中間有線圈組織連接，在導紗梳櫛1、2、3、4、5和6上(見圖3)添加碳纖維紗，間隔厚度由上下兩層之間的距離確定，織造過程中，採用高和低針踵針，通過同一導紗器成圈，並在針盤針上編織編織/添紗，同時將導紗器的中間層連接紗編織，得到本發明三維針織間隔織物結構，其中進線長度控制為65cm。實施例4在CMS303TC橫機上，在前後針床分貝編織平針組織，在前針床上每隔一針進行一組餵紗，在後針床上每隔一針進行另一組餵紗，兩組餵紗重複進行，得到上下兩個表層，三維針織間隔織物是由上下兩個表面層組成，中間有線圈組織連接，在導紗梳櫛1、2、3、4、5和6上(見圖3)添加碳纖維紗，間隔厚度由上下兩層之間的距離確定，織造過程中，採用高和低針踵針，通過同一導紗器成圈，並在針盤針上編織編織/添紗，同時將導紗器的中間層連接紗編織，得到本發明三維針織間隔織物結構，其中進線長度控制為90cm。實施例5 :本發明三維碳纖維織物結構的孔隙率和滲透率測定孔隙率測定方法測量三維碳纖維織物的重量，除以纖維密度得到纖維的體積，測量織物的長寬高，得到織物的體積，纖維體積除以織物體積即為孔隙率。滲透率測定方法用單向法測定植物的滲透率，採用矩形模腔，流體採用實驗既有，粘度為O. 059Pa.s，流體從模具的一端注入，通過測量流體在織物中的流速和一維流動壓力差，帶入Darcy定律可得滲透率。在複合材料液體模塑工藝中，要保證樹脂對織物的充分浸潰。樹脂對不同織物的滲透情況是不同的。滲透率是描述織物為樹脂滲透的能力，是織物的固有特性，和織物的材料、結構、纖維方向和纖維的粗細度等因素有關。通常採用達西定律(Darcy’s Law)來描述樹脂流過織物的過程。
權利要求
1.三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構中碳纖維在空間中以針織結構呈均勻分布，且所述結構的滲透率為I X 1(Γ8Π12-1 X l(T7m2。
2.根據權利要求I所述的三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構的孔隙率為50-80%。
3.根據權利要求I所述的三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構選自三維針織物結構或三維針織間隔織物結構。
4.根據權利要求I所述的三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構的厚度為O.5-50mmo
5.製備權利要求1-4任一項所述的三維碳纖維織物結構的方法，其特徵在於包括將進線長度控制為60-100cm的步驟。
6.根據權利要求1-4任一項所述的三維碳纖維織物結構在樹脂真空導入技術和其它需要利用滲透介質來提高樹脂導流速度的複合材料製造技術中的用途。
全文摘要
本發明公開一種新穎的高滲透率三維碳纖維織物結構，其特徵在於所述結構中碳纖維在空間中以針織結構呈均勻分布，且所述結構的滲透率為1×10-8m2-1×10-7m2。本發明也公開了製備所述高滲透率三維碳纖維織物結構的方法和所述高滲透率三維碳纖維織物結構在樹脂真空導入技術和其它需要利用滲透介質來提高樹脂導流速度的複合材料製造技術中的用途。
文檔編號B29C70/42GK102943339SQ20121035925
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月24日 優先權日2012年9月24日
發明者羅永康, 蘇佳智, 陳萍, 閻建華, 孫寶忠 申請人:上海飛機製造有限公司, 東華大學