一種纖維絲無切削層片的制備方法與流程

本發(fā)明涉及絲線型材料片狀成形制備工藝領域，具體是一種纖維絲無切削層片的制備方法。

背景技術：

針織絲、棒線等形態(tài)材料一般不能直接使用，這類絲線通常采用經編、緯編或其他紡織方法形成較大片狀織物，再經裁剪和縫紉等形成半成品或成品。這種工藝方法的致命缺陷是絲線被切割，織物整體性能功能受到削弱；在特定工況下，成品或半成品不允許有接頭要求時，難以制備使用。例如，關節(jié)軸承，在航空航天等領域有特別重要的用途，要求高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性和高壽命。

碳纖維(carbonfiber，簡稱cf)，它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維“外柔內剛”，質量比金屬鋁輕，但強度卻高于鋼鐵，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。

碳纖維是一種含碳量在95％以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料，適于做滑動摩擦襯層。而關節(jié)軸承滑動摩擦副為球面副，當按織物或按聚四氟乙烯層制備方法作碳纖維復合材料襯時，就會裁剪、形成接縫或難以安裝使用，必須采用新的制襯方法，保證絲線連續(xù)、不切割、無接縫。

因此，本發(fā)明提供一種纖維絲無切削層片的制備方法。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種纖維絲無切削層片的制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

一種纖維絲無切削層片的制備方法，包括：

一、型片工況分析，獲得運動副準確形態(tài)，得到工作面形態(tài)；

二、型片結構整體設計；型片結構采用平行錯位層疊式結構；所述平行錯位層疊式結構是指同層碳纖維絲線層的碳纖維絲采用往復式盤繞結構，且平行排布，相鄰層碳纖維絲線層的碳纖維絲采用錯位分布結構；

三、型片工況模板體的制備；基于相似理論，根據工作面形態(tài)制作模板體；模板體制成后，使用時在模板體的工作面涂工業(yè)石蠟層；

四、同層碳纖維絲線層繞成；同層碳纖維絲線層的碳纖維絲采用往復式盤繞結構，且平行排布；

五、相鄰碳纖維絲線層錯位分布，相鄰層碳纖維絲線層的碳纖維絲采用錯位分布結構；

六、同層碳纖維絲線層的碳纖維絲之間的連接采用環(huán)氧樹脂進行粘合連接，以及相鄰碳纖維絲線層的碳纖維絲之間的連接也采用環(huán)氧樹脂進行粘合連接；

七、采用相似性原理和比例縮放算法保證型片形貌，保證制作的型片來自摩擦副工作面形貌并與其完全一致；

八、型片厚度的控制，型片厚度t滿足：

九、型片的封裝；型片形成后，使用前，在型片上表面涂敷結合劑并封裝，即得纖維絲無切削層片。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述步驟一采用數學模型描述、曲線擬合或逼近方法重構工作面形態(tài)。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述步驟四具體包括：

所述型片為非環(huán)繞式型片時，同層碳纖維絲線層采用往復盤繞式結構，同層碳纖維絲線層包括若干連續(xù)的小段盤繞絲線，且小段盤繞絲線之間平行排布；

所述型片為環(huán)繞式型片時，同層碳纖維絲線層的碳纖維絲由同層絲線層第一次環(huán)繞起點呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第一次環(huán)繞終點，在由同層絲線層第二次環(huán)繞起點呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第二次環(huán)繞終點，第一次環(huán)繞結構與第二次環(huán)繞結構平行設置。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述錯位分布結構為中層碳纖維絲線層的碳纖維絲與上層碳纖維絲線層、下層碳纖維絲線層錯位排布，中層碳纖維絲線層的各碳纖維絲斷面均保證位于上層碳纖維絲線層的兩個碳纖維絲之間，且第二層碳纖維絲線層的各碳纖維絲斷面均保證位于下層碳纖維絲線層的兩個碳纖維絲之間。

作為本發(fā)明進一步的方案：所述步驟七采用偶合法保證型片形貌。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

該纖維絲無切削層片的制備方法設計合理，以碳纖維+環(huán)氧樹脂為復合材料，采用環(huán)繞式碳纖維復合襯層成型新工藝，用于關節(jié)軸承滑動摩擦副襯，以實現關節(jié)軸承在耐磨性、化學穩(wěn)定性、高低溫下工作可靠性和使用壽命等方面都得到顯著提高，該工藝方法適于形態(tài)復雜但有規(guī)律的絲線層片的制作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明重構工作面形態(tài)f(x)的原理圖。

圖2為本發(fā)明非環(huán)繞式型片的纖維絲無切削層片結構示意圖。

圖3為本發(fā)明非環(huán)繞式型片的同層纖維層繞成結構的原理圖。

圖4為本發(fā)明環(huán)繞式型片的纖維絲無切削層片結構示意圖。

圖5為本發(fā)明環(huán)繞式型片的同層纖維層繞成結構的原理圖。

圖6為纖維絲無切削層片的制備方法的流程圖。

其中：1-碳纖維絲；2-碳纖維絲線層；3-工業(yè)石蠟層；4-工作面形態(tài)f(x)；5-小段盤繞絲線；01-同層絲線層第一次環(huán)繞起點；02-同層絲線層第二次環(huán)繞終點；03-同層絲線層第二次環(huán)繞起點；04-同層絲線層第一次環(huán)繞終點；05-補償絲線。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-6，一種纖維絲無切削層片的制備方法，包括：

一、型片工況分析，獲得運動副準確形態(tài)，可采用數學模型描述，亦可用曲線擬合或逼近方法重構工作面形態(tài)，例如圖1中得到工作面形態(tài)f(x)4；

二、型片結構整體設計；本發(fā)明的型片結構采用平行錯位層疊式結構，經力學分析和工藝研究，此種結構為最優(yōu)；所述平行錯位層疊式結構是指同層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1采用往復式盤繞結構，且平行排布，所述型片為非環(huán)繞式型片時，如圖3中，同層碳纖維絲線層2采用來回往復的盤繞，且盤繞時保證各盤繞的小段盤繞絲線5之間是平行的；所述型片為環(huán)繞式型片時，同層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1由同層絲線層第一次環(huán)繞起點01呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第一次環(huán)繞終點04，在由同層絲線層第二次環(huán)繞起點03呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第二次環(huán)繞終點02，第一次環(huán)繞結構與第二次環(huán)繞結構平行設置；相鄰層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1采用錯位分布結構，例如圖1中，第二層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1與上層碳纖維絲線層2、下層碳纖維絲線層2錯位排布，第二層碳纖維絲線層2的各碳纖維絲1斷面均保證位于上層碳纖維絲線層2的兩個碳纖維絲1之間，且第二層碳纖維絲線層2的各碳纖維絲1斷面均保證位于下層碳纖維絲線層2的兩個碳纖維絲1之間，從而實現錯位排布；

三、型片工況模板體的制備；基于相似理論，根據工作面形態(tài)制作模板體；該模板體相當于一”模具”，而纖維絲線則在該模板體上形成，模板體制成后，使用時在模板體的工作面涂工業(yè)石蠟層3；

四、同層碳纖維絲線層2繞成，

所述型片為非環(huán)繞式型片時，同層碳纖維絲線層2采用往復盤繞式結構，同層碳纖維絲線層2包括若干連續(xù)的小段盤繞絲線5，且小段盤繞絲線5之間平行排布，這不僅保證絲線連續(xù)，同時使得絲線密集；如圖3，同層碳纖維絲線層2采用來回往復的盤繞，且在盤繞過程中保證各盤繞的小段盤繞絲線5之間是平行的；

所述型片為環(huán)繞式型片時，同層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1由同層絲線層第一次環(huán)繞起點01呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第一次環(huán)繞終點04，在由同層絲線層第二次環(huán)繞起點03呈環(huán)形往復環(huán)繞至同層絲線層第二次環(huán)繞終點02，第一次環(huán)繞結構與第二次環(huán)繞結構平行設置；往復式纏繞結構，可保證型片的高強度，絲線的高密度，也易于實現連續(xù)敷設絲線；

五、相鄰碳纖維絲線層2錯位分布，例如圖1中，第二層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1與上層碳纖維絲線層2、下層碳纖維絲線層2錯位排布，第二層碳纖維絲線層2的各碳纖維絲1斷面均保證位于上層碳纖維絲線層2的兩個碳纖維絲1之間，且第二層碳纖維絲線層2的各碳纖維絲1斷面均保證位于下層碳纖維絲線層2的兩個碳纖維絲1之間，從而實現錯位排布；相鄰纖維絲線層絲線錯位分布，通過不斷增加補償絲線05，可形成高強度、均勻的多層絲線層，同時實現各層絲線不間斷，保證整體型片”一絲完成”；

六、同層碳纖維絲線層2的碳纖維絲1之間的連接采用環(huán)氧樹脂進行粘合連接，以及相鄰碳纖維絲線層2的碳纖維絲1之間的連接也采用環(huán)氧樹脂進行粘合連接；

七、型片形貌的保證技術與方法采用偶合法，采用相似性原理和比例縮放算法并通過相應的機構加以實現，從而保證制作的型片，來自摩擦副工作面形貌并與其完全一致；

八、型片厚度的控制；按照摩擦副的設計要求確定型片的厚度t，按纏繞工藝，實際制作的型片厚度t滿足：

式中，n為纖維絲線層數，df為單絲線平均直徑；

九、型片的封裝；型片形成后，使用前，在型片上表面涂敷結合劑并封裝，即得纖維絲無切削層片。

本發(fā)明的工作原理是：可實現纖維絲線加基礎相無切削加工-連續(xù)性環(huán)繞式成層，最大限度地發(fā)揮原纖維絲線材料應有的本質性能特征。連續(xù)”平行”盤繞，形成不間斷單一絲線層；往復式補償”平行”環(huán)繞，相鄰纖維絲線層絲線錯位分布，形成高強度、均勻的多層絲線層，同時實現各層絲線不間斷，保證整體型片”一絲完成”；往復式補償”平行”環(huán)繞，形成多層絲線層。運用相似原理和縮放比例算法，通過模板體+比例縮放方法的通用性，即可制作相同形態(tài)而尺寸不一的纖維絲線型片。

該纖維絲無切削層片的制備方法設計合理，以碳纖維+環(huán)氧樹脂為復合材料，采用環(huán)繞式碳纖維復合襯層成型新工藝，用于關節(jié)軸承滑動摩擦副襯，以實現關節(jié)軸承在耐磨性、化學穩(wěn)定性、高低溫下工作可靠性和使用壽命等方面都得到顯著提高，該工藝方法適于形態(tài)復雜但有規(guī)律的絲線層片的制作。

在本纖維絲無切削層片的制備方法的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“設置”、“相連”及“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。