一种经纬编织连接的轴向复合纤维管材的成型装置及工艺的制作方法

本技术属于复合材料成型，具体涉及一种经纬编织连接的轴向复合纤维管材的成型装置及工艺。

背景技术：

1、纤维增强复合材料管材因其强度高、耐腐蚀、可设计性强等优点得到了广泛应用。复合纤维管材加工需要经过编织织物预制体、树脂浸渍、拉挤成型等一系列工序。

2、现有技术中织物预制体采用平面态织物经过裁剪、卷绕等二次加工，导致织物预制体中形成接缝，使得增强纤维在管材周向或轴向上不连续分布，缺乏整体性，造成管材强度偏低，影响使用可靠性。

3、因此，亟需开发一种能够实现管状多轴向一体化编织成型装置及成型工艺。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术采用的技术方案是：

2、本技术第一方面提供了一种经纬编织连接的轴向复合纤维管材成型装置，包括：

3、多轴向经编机构，用于在管状空间内直接编织形成包含0度轴向纱、±θ度编织纱和90度环向纱的多轴向一体化管状织物预制体；

4、浸渍机构，设置于所述多轴向经编机构下游，包括树脂浸渍槽和真空辅助浸渍装置，所述真空辅助浸渍装置与所述浸渍槽连通，用于在浸渍过程中抽真空以排除气泡；

5、拉挤模具，设置于所述浸渍机构下游，沿轴向依次设置有预热区、凝胶区、固化区和冷却区，用于对浸渍后的管状预制体进行加热固化成型；

6、模块化芯模系统，贯穿所述多轴向经编机构、浸渍机构和拉挤模具；

7、牵引切割机构，设置于所述拉挤模具下游，用于牵引固化后的管材并按设定长度切割。

8、进一步的，所述多轴向经编机构包括：

9、环形纱架，沿圆周方向均匀布置有多组纱锭，所述环形纱架包括：

10、内层纱锭组，用于供给0度轴向纱，所述内层纱锭组中的纱锭沿轴向平行排列；

11、中层纱锭组，用于供给±θ度编织纱，所述中层纱锭组中的纱锭以相对于轴向呈±θ度角排列，θ角在15～75度范围内可调；

12、外层纱锭组，用于供给90度环向纱，所述外层纱锭组中的纱锭沿环向排列；用于供给0度轴向纱、±θ度编织纱和90度环向纱；

13、管状成圈机构，设置于所述环形纱架下游，包括沿圆周方向布置的复合针、梳栉和沉降片，用于将各方向纱线通过经编线圈结构捆绑成无接缝一体化管状织物；

14、多层铺纬装置，设置于所述环形纱架的不同径向圈层位置，包括至少3层独立控制的铺纬小车，各层铺纬小车沿管状织物的厚度方向分层设置且可绕管状织物的轴线相对转动，相邻层铺纬小车的纬纱层之间形成错层搭接，错层间距为1～5个线圈纵行，使各层纬纱在厚度方向上相互错开并通过经编线圈贯穿厚度方向捆绑；

15、牵拉卷取机构，设置于所述管状成圈机构下游，用于将编织完成的管状织物沿轴向连续牵出；

16、所述管状成圈机构中，所述复合针为沿环形针床周向排列的钩针，所述梳栉为沿环形针床周向排列的导纱梳栉，所述沉降片为沿环形针床周向排列的沉降片，所述钩针、导纱梳栉和沉降片协同运动，将0度轴向纱、±θ度编织纱和90度环向纱捆绑成经编线圈结构。

17、进一步的，所述中层纱锭组设置有编织角调节机构，所述编织角调节机构包括：

18、角调节盘，安装于所述中层纱锭组的纱锭载体上；

19、伺服电机，驱动所述角调节盘转动以改变纱线引出角；

20、角编码器，用于实时检测并反馈所述±θ度编织纱的实际编织角，使实际编织角与设定值的偏差控制在±1度以内。

21、进一步的，所述模块化芯模系统包括：

22、芯模本体，由多个沿轴向拼接的芯模块组成，各芯模块之间通过锥面配合连接；

23、螺旋导流槽，开设于所述芯模本体外表面，为沿芯模外表面连续延伸的螺旋凹槽，槽深为0.5mm～3mm，螺距为10mm～50mm，用于引导树脂在浸渍过程中沿轴向和周向均匀流动。

24、进一步的，所述浸渍机构的浸渍槽为开放式浸渍槽，槽内设有导流板，用于引导树脂流动；所述浸渍机构还包括树脂循环温控系统，用于控制浸渍槽内树脂温度在20℃～60℃。

25、进一步的，所述拉挤模具中，预热区的温度为80℃～120℃，凝胶区的温度为120℃～180℃，固化区的温度为160℃～220℃，冷却区的温度为40℃～80℃；各温区之间设置有隔热段。

26、本技术第二方面提供了一种经纬编织连接的轴向复合纤维管材成型工艺，采用上述所述的经纬编织连接的轴向复合纤维管材成型装置，包括以下步骤：

27、s1：管状多轴向经编成型步骤

28、在管状空间内，通过多轴向经编机构将0度轴向纱、±θ度编织纱和90度环向纱同时进行编织，形成无接缝一体化管状织物预制体；其中，0度轴向纱沿管材轴向平行衬入，±θ度编织纱以相对于轴向呈±θ度角交织，90度环向纱沿管材环向铺设，各方向纱线通过经编线圈结构捆绑成整体；采用至少3层独立控制的铺纬小车进行多层铺纬，相邻层铺纬小车的纬纱层之间形成错层搭接，错层间距为1～5个线圈纵行，使各层纬纱在厚度方向上相互错开，通过经编线圈贯穿厚度方向捆绑；

29、s2：连续牵引步骤

30、通过牵拉卷取机构将编织完成的管状织物预制体沿模块化芯模系统连续牵引至浸渍机构；

31、s3：真空辅助浸渍步骤

32、在真空辅助浸渍装置提供的负压环境下，将管状织物预制体引入浸渍槽中进行树脂浸渍；浸渍过程中，树脂沿模块化芯模系统外表面的螺旋导流槽沿轴向和周向均匀流动，实现树脂在管壁厚度方向和周向的均匀分布；

33、s4：拉挤固化步骤

34、将浸渍后的管状预制体连续引入拉挤模具，依次经过预热区、凝胶区、固化区和冷却区，在牵引切割机构的牵引下完成拉挤成型和固化，得到复合纤维管材成品；

35、s5：牵引切割步骤

36、通过牵引切割机构将固化后的管材按设定长度牵引并切割，得到成品管材。

37、进一步的，在步骤s1中：

38、所述0度轴向纱的纤维体积含量为30%～60%，所述±θ度编织纱的纤维体积含量为20%～40%，所述90度环向纱的纤维体积含量为10%～30%；

39、所述±θ度编织纱的编织角θ在15°～75°范围内根据管材力学性能需求进行调节；

40、所述管状织物预制体的编织密度为5～20纵行/cm，所述经编线圈结构的线圈长度为2mm～8mm。

41、进一步的，在步骤s3中：

42、所述真空辅助浸渍装置提供的真空度为-0.05mpa～-0.1mpa；

43、浸渍温度为20℃～60℃；

44、在步骤s3之前，根据目标管材的内径选择相应规格的芯模块，并通过膨胀机构将芯模本体调整至设计外径；

45、在步骤s5之后，通过收缩所述膨胀机构使芯模本体外径减小，实现管材与芯模的自动脱模。

46、进一步的，在步骤s4中：

47、拉挤速度为0.1m/min～2m/min；

48、预热区温度为80℃～120℃，凝胶区温度为120℃～180℃，固化区温度为160℃～220℃，冷却区温度为40℃～80℃；

49、所述拉挤模具的压缩比为1.1～1.5，使浸渍后的管状预制体在通过模具时受到径向压缩；

50、所述0度轴向纱、±θ度编织纱和90度环向纱选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维或其混杂组合；所述树脂选自环氧树脂、乙烯基酯树脂或不饱和聚酯树脂。。

51、与现有技术相比，本技术的有益效果为：

52、1、本技术通过多轴向经编机构在管状空间内直接编织0°轴向纱、±θ°编织纱和90°环向纱，实现了管状预制体的一体化无接缝成型，消除了接缝和搭接区域，纤维连续无断口，层间结合强度显著提高。

53、2、本技术将多轴向经编机构、浸渍机构和拉挤模具沿同一轴线串联布置，实现了从纤维到成品管材的连续自动化生产，克服了传统工序多、效率低的缺陷，生产效率大幅提高。

54、3、本技术采用至少3层独立控制的铺纬小车，相邻层之间形成错层搭接（错层间距1-5个线圈纵行），使各层纬纱在厚度方向上相互错开，通过经编线圈贯穿厚度方向捆绑，显著提高了层间连接强度和抗分层性能，壁厚可调范围更大。