技术领域
[0001] 本
发明属于纺织技术领域，具体涉及一种双层材料预制体结构设计与制备方法。
背景技术
[0002] 目前
复合材料为内层为
碳/酚
醛、外层为高
硅氧/酚醛的双层复合材料，该复合材料的传统成型方式是由两种
增强材料先制备成预浸布，再采用预浸布复合缠绕成型，从而达到内层抗烧蚀，外层绝热的目的。
[0003] 因内层碳
纤维材料表面惰性较强，与酚醛
树脂复合时，两种界面间的结合强度较弱；采用传统的缠绕方式成型时，碳层布带的层间结合
力较弱，当
固化时的热
应力或加工过程中的机械应力较大时，易出现碳层布带间的层间开裂，根据应力大小的不同，从而出现碳层材料的分层、开裂、微裂纹等现象；为此，我们提出一种双层材料预制体结构设计与制备方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种双层材料预制体结构设计与制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种双层材料预制体的结构，包括模具，所述模具上铺设有内层，所述内层的上表面缝合有过渡层，所述过渡层的上表面缝合有连接层，所述连接层的上表面缝合有本体层。
[0006] 本发明还提供了一种双层材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
[0007] S1、内层铺层：将宽度为20mm～110mm的碳布带沿模具型面进行逐层铺层；
[0008] S2、过渡层铺层缝合：将满足厚度要求的碳布材料表面包覆1mm～3mm厚度的外层纤维布带，用内层纤维缝合线将内层与过渡层缝合为一体；
[0009] S3、连接层铺层缝合：在过渡层外表面用外层纤维布包覆3mm～5mm；
[0010] S4、本体层镝层缝合：按照外层剩余厚度要求，用外层纤维布带包覆至厚度要求，用外层纤维缝合线将剩余层与外层缝合为一体；
[0011] S5、完成对双层材料预制体结构的制备。
[0012] 本发明作为进一步优选的：在S1中，布带铺层方向与模具轴线方向一致，铺层过程中设置用于布层密实的一定铺
层压力，压力数值为0.1MPa～1MPa。
[0013] 本发明作为进一步优选的：在S3中，用外层纤维布包覆时，采用外层纤维缝合线逐层进行缝合。
[0014] 本发明作为进一步优选的：所述内层材料为碳布，所述外层由过渡层、连接层和本体层组成，所述过渡层、连接层和本体层为同一材料，所述模具材质为木质、金属材质中的任意一种，所述外层纤维材料为高硅氧玻璃纤维布、
石英玻璃纤维布中的任意一种，所述内层纤维缝合线为
碳纤维纱，所述外层纤维缝合线为石英玻璃纤维纱。
[0015] 本发明作为进一步优选的：所述外层材料铺层方向与模具
母线方向一致。
[0016] 本发明作为进一步优选的：所述模具为可拆卸式。
[0017] 本发明作为进一步优选的：所述缝合方式为
锁式缝合、斜缝缝合、单边缝合及勾连缝合中的任意一种或多种。
[0018] 本发明作为进一步优选的：在内层铺层前，进行布带裁切工作，进行布带裁切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切。
[0019] 本发明作为进一步优选的：在外层进行缝合前，对外层进行
修剪，对外层进行修剪时，按照产品形状，用切刀等工具将预制体外形修剪至符合产品尺寸要求。
[0020] 本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种双层材料预制体结构设计与制备方法，与
现有技术相比，具有以下优点：
[0021] 本发明改变了内层材料的结构形式，在布层的层间加入了Z向缝合，从而大大增强了内层材料的层间结构强度，克服了内层复合材料在成型过程中易出现的分层、开裂、微裂纹等现象，极大改善了双层复合材料制品的内部
质量。
附图说明
[0022] 图1为本发明中预制体的制备示意图；
[0023] 图2为本发明中的单边缝合示意图；
[0024] 图3为本发明中的斜缝缝合示意图；
[0025] 图4为本发明中的锁式缝合示意图；
[0026] 图5为本发明中的勾连缝合示意图。
[0027] 图中：1、模具；2、内层；3、过渡层；4、连接层；5、本体层。
具体实施方式
[0028] 下面将结合本发明
实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029] 实施例一
[0030] 本发明提供了如图1～5所示的一种双层材料预制体的结构，包括模具1，所述模具1上铺设有内层2，所述内层2的上表面缝合有过渡层3，所述过渡层3的上表面缝合有连接层
4，所述连接层4的上表面缝合有本体层5。
[0031] 本发明还提供了一种双层材料预制体的制备方法，包括以下步骤：
[0032] S1、内层铺层：将宽度为20mm～110mm的碳布带沿模具型面进行逐层铺层；
[0033] S2、过渡层铺层缝合：将满足厚度要求的碳布材料表面包覆1mm～3mm厚度的外层纤维布带，用内层纤维缝合线将内层与过渡层缝合为一体；
[0034] S3、连接层铺层缝合：在过渡层外表面用外层纤维布包覆3mm～5mm；
[0035] S4、本体层铺层缝合：按照外层剩余厚度要求，用外层纤维布带包覆至厚度要求，用外层纤维缝合线将剩余层与外层缝合为一体；
[0036] S5、完成对双层材料预制体结构的制备。
[0037] 本发明具体的：在S1中，布带铺层方向与模具轴线方向一致，铺层过程中设置用于布层密实的一定铺层压力，压力数值为0.1MPa～1MPa。
[0038] 通过采用上述方案，可以保证布带铺层的准确性。
[0039] 本发明具体的：在S3中，用外层纤维布包覆时，采用外层纤维缝合线逐层进行缝合。
[0040] 通过采用上述方案，可以使缝合的效果为最佳状态。
[0041] 本发明具体的：所述内层材料为碳布，所述外层由过渡层、连接层和本体层组成，所述过渡层、连接层和本体层为同一材料，所述模具材质为木质、金属材质中的任意一种，所述外层纤维材料为高硅氧玻璃纤维布、石英玻璃纤维布中的任意一种，所述内层纤维缝合线为碳纤维纱，所述外层纤维缝合线为石英玻璃纤维纱。
[0042] 本发明具体的：所述外层材料铺层方向与模具母线方向一致。
[0043] 通过采用上述方案，可以保证外层铺层的准确性
[0044] 本发明具体的：所述模具为可拆卸式。
[0045] 通过采用上述方案，可以将缝合好的双层材料预制体进行拆卸。
[0046] 本发明具体的：所述缝合方式为锁式缝合、斜缝缝合、单边缝合及勾连缝合中的任意一种或多种。
[0047] 通过采用上述方案，可以采用多种缝合方式进行缝合，达到最佳缝合效果。
[0048] 本发明具体的：在内层铺层前，进行布带裁切工作，进行布带裁切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切。
[0049] 通过采用上述方案，可以根据实际情况进行裁切。
[0050] 本发明具体的：在外层进行缝合前，对外层进行修剪，对外层进行修剪时，按照产品形状，用切刀等工具将预制体外形修剪至符合产品尺寸要求。
[0051] 通过采用上述方案，使得外层可以符合产品尺寸要求。
[0052] 工作原理：首先进行布带裁切工作，进行布带裁切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切，然后进行内层铺层，接着进行过渡层铺层缝合，然后进行连接层铺层缝合，最后进行本体层铺层缝合，完成对双层材料预制体结构的制备，改变了内层材料的结构形式，在布层的层间加入了Z向缝合，从而大大增强了内层材料的层间结构强度，克服了内层复合材料在成型过程中易出现的分层、开裂、微裂纹等现象，极大改善了双层复合材料制品的内部质量。
[0053] 实施例二
[0054] 本发明还提供了如图1～5所示的一种双层材料预制体的制备方法，与实施例一不同的是，包括以下步骤：
[0055] 一、布带裁切步骤：将1K碳布和高硅氧玻璃纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行载切；
[0056] 二、内层铺层步骤：将碳布带沿模具(材质：木质)型面进行逐层铺层(或缠绕)，布带铺层(或缠绕)方向与模具轴线方向一致；铺层(或缠绕)过程中需有一定铺层压力(或缠绕
张力)至布层密实(纤维体积分数需达到相关要求)；
[0057] 三、过渡层铺层缝合步骤：将满足厚度要求的碳层表面包覆2mm厚度的高硅氧玻璃纤维布带，用碳纤维纱将内层与过渡层缝合为一体，缝合方式：锁式缝合，缝合针距：3*3；
[0058] 四、连接层铺层缝合步骤：在过渡层外表面用外层纤维布包覆3mm，包覆过程中，需采用石英玻璃纤维纱逐层进行缝合(缝合方式：勾连缝合)，并且石英纤维缝合线不得进入到内层中；
[0059] 五、本体层镝层缝合步骤：按照外层剩余厚度要求，用高硅氧玻璃纤维布带包覆至厚度要求，然后用石英玻璃纤维纱将剩余层与外层缝合为一体(缝合方式：斜缝，缝合针距：6*6)，并且石英玻璃纤维纱不得进入到内层中；
[0060] 六、外层修剪步骤：按照产品形状，用切刀等工具将预制体外形修剪至符合产品尺寸要求。
[0061] 工作原理：首先进行布带裁切工作，进行布带裁切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行载切，然后进行内层铺层，接着进行过渡层铺层缝合，然后进行连接层铺层缝合，最后进行本体层铺层缝合，完成对双层材料预制体结构的制备，改变了内层材料的结构形式，在布层的层间加入了Z向缝合，从而大大增强了内层材料的层间结构强度，克服了内层复合材料在成型过程中易出现的分层、开裂、微裂纹等现象，极大改善了双层复合材料制品的内部质量。
[0062] 实施例三
[0063] 本发明还提供了如图1～5所示的一种双层材料预制体的制备方法，与实施例一不同的是，包括以下步骤：
[0064] 步骤一、布带裁切步骤：将3K碳布和石英玻璃纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切；
[0065] 步骤二、内层铺层步骤：将碳布带沿模具(材质：
铝质)型面进行逐层铺层(或缠绕)，布带铺层(或缠绕)方向与模具轴线方向一致；铺层(或缠绕)过程中需有一定铺层压力(或缠绕张力)至布层密实(纤维体积分数需达到相关要求)；
[0066] 步骤三、过渡层铺层缝合步骤：将满足厚度要求的碳层表面包覆1mm厚度的石英玻璃纤维布带，用碳纤维纱将内层与过渡层缝合为一体，缝合方式：锁式缝合，缝合针距：4*4；
[0067] 步骤四、连接层铺层缝合步骤：在过渡层外表面用外层纤维布包覆4mm，包覆过程中，需采用石英玻璃纤维纱逐层进行缝合(缝合方式：勾连缝合)，并且石英纤维缝合线不得进入到内层中；
[0068] 步骤五、本体层铺层缝合步骤：按照外层剩余厚度要求，用石英玻璃纤维布带包覆至厚度要求，然后用石英玻璃纤维纱将剩余层与外层缝合为一体(缝合方式：斜缝，缝合针距：8*8)，并且石英玻璃纤维纱不得进入到内层中；
[0069] 步骤六、外层修剪步骤：按照产品形状，用切刀等工具将预制体外形修剪至符合产品尺寸要求。
[0070] 工作原理：首先进行布带裁切工作，进行布带裁切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切，然后进行内层铺层，接着进行过渡层铺层缝合，然后进行连接层铺层缝合，最后进行本体层铺层缝合，完成对双层材料预制体结构的制备，改变了内层材料的结构形式，在布层的层间加入了Z向缝合，从而大大增强了内层材料的层间结构强度，克服了内层复合材料在成型过程中易出现的分层、开裂、微裂纹等现象，极大改善了双层复合材料制品的内部质量。
[0071] 实施例四
[0072] 本发明还提供了如图1～5所示的一种双层材料预制体的制备方法，与实施例一不同的是，包括以下步骤：
[0073] 步骤一、布带裁切步骤：将1K碳布和石英玻璃纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切；
[0074] 步骤二、内层铺层步骤：将碳布带沿模具(材质：
钢质)型面进行逐层铺层(或缠绕)，布带铺层(或缠绕)方向与模具轴线方向一致；铺层(或缠绕)过程中需有一定铺层压力(或缠绕张力)至布层密实(纤维体积分数需达到相关要求)；
[0075] 步骤三、过渡层铺层缝合步骤：将满足厚度要求的碳层表面包覆3mm厚度的石英玻璃纤维布带，用碳纤维纱将内层与过渡层缝合为一体，缝合方式：锁式缝合，缝合针距：5*5；
[0076] 步骤四、连接层铺层缝合步骤：在过渡层外表面用外层纤维布包覆5mm，包覆过程中，需采用石英玻璃纤维纱逐层进行缝合(缝合方式：勾连缝合)，并且石英纤维缝合线不得进入到内层中；
[0077] 步骤五、本体层铺层缝合步骤：按照外层剩余厚度要求，用石英玻璃纤维布带包覆至厚度要求，然后用石英玻璃纤维纱将剩余层与外层缝合为一体(缝合方式：斜缝，缝合针距：6*6)，并且石英玻璃纤维纱不得进入到内层中；
[0078] 步骤六、外层修剪步骤：按照产品形状，用切刀等工具将预制体外形修剪至符合产品尺寸要求。
[0079] 工作原理：首先进行布带裁切工作，进行布带载切工作时，将两类不同种类纤维布分别按照产品形状计算出的布带宽度进行裁切，然后进行内层铺层，接着进行过渡层铺层缝合，然后进行连接层铺层缝合，最后进行本体层铺层缝合，完成对双层材料预制体结构的制备，改变了内层材料的结构形式，在布层的层间加入了Z向缝合，从而大大增强了内层材料的层间结构强度，克服了内层复合材料在成型过程中易出现的分层、开裂、微裂纹等现象，极大改善了双层复合材料制品的内部质量。
[0080] 最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0081] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和
修改。所以，所附
权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0082] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
