性結構層1、耐沖擊層2和表面機械加工裝配層3;其中，所述主體剛性結構層I包括采用高模量纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層;所述耐沖擊層2包括采用高模量纖維與有機纖維的組成的混雜纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層;所述表面機械加工裝配層3包括采用高強度纖維制成的二維纏繞鋪層織物結構和浸漬固化在二維纏繞鋪層織物結構上的樹脂層;該機械臂還包括:將所述主體剛性結構層1、耐沖擊層2和表面機械加工裝配層3三個層進行縫合的二次纖維鋪縫結構。
[0079]本發明一種三維編織復合材料機械臂的制備方法，其制備具體實施工藝如下:
[0080](I)主體剛性結構層預制體織物的制備。選用M40J碳纖維，采用三維七向層連立體編織結構形式進行織物編織，主體剛性結構層截面加工成方形，主體剛性結構層長度為4.5米、厚度為3.5毫米。
[0081](2)中間耐沖擊層預制體織物的制備。選用M40J碳纖維與聚丙烯纖維進行混雜作為預制體編織長絲纖維原料，混雜體積比例為I: I，采用三維七向層連立體編織結構形式進行織物編織，中間耐沖擊層在剛性主體結構層的外部，其截面加工形狀及長度與主體剛性層一致，中間耐沖擊層的厚度為2毫米。
[0082](3)表面機械加工裝配層預制體織物的制備。選用T300碳纖維，采用緞紋織物預制體進行表面加工裝配層的螺旋纏繞，表面機械加工裝配層在中間耐沖擊層的外部，截面形狀及長度與中間耐沖擊層和主體剛性結構層相一致，厚度為2毫米。
[0083](4)高強度纖維的二次縫合強化。選用T300碳纖維進行厚度方向的二次縫合強化，使三層結構形成整體。厚度方向縫合纖維所占的體積比例為三層纖維預制體纖維總比例的30%。
[0084](5)三維編織復合材料機械臂的復合固化成型。采用熱固性環氧樹脂膠黏劑為基體，對以上二維纏繞鋪層、層連三維立體編織及二次鋪縫強化組合結構的三層預制體織物進行樹脂浸漬復合，采用VARI真空導入工藝實現樹脂膠液對混雜纖維立體結構的快速浸漬，熱固化過程在大型烘箱中進行，整個固化過程保持真空體系工作，真空度保證在0.1MPa，樹脂含膠量保持在50%，浸漬樹脂后的機械臂織物預制體于95°C固化2小時后成型，最終形成三維立體織物增強的樹脂基復合材料機械臂。
【主權項】
1.一種三維編織復合材料機械臂，其特征是:該機械臂從內至外依次包括主體剛性結構層、耐沖擊層和表面機械加工裝配層;其中，所述主體剛性結構層包括采用高模量纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層； 所述耐沖擊層包括采用高模量纖維與有機纖維組成的混雜纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層； 所述表面機械加工裝配層包括采用高強度纖維制成的二維纏繞鋪層織物結構和浸漬固化在二維纏繞鋪層織物結構上的樹脂層； 該機械臂還包括:采用鋪縫纖維將所述主體剛性結構層、耐沖擊層和表面機械加工裝配層三個層進行縫合的二次纖維鋪縫結構； 其中高模量纖維為高模量碳纖維或者陶瓷纖維的任意一種或多種，所述高模量碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維或瀝青基碳纖維;高強度纖維為高強度碳纖維或者芳綸纖維的任意一種或多種，所述高強度碳纖維為T300及其以上的碳纖維。2.如權利要求1所述的機械臂，其特征是:所述樹脂層的樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂的任意一種或多種組合。3.如權利要求1所述的機械臂，其特征是:所述陶瓷纖維包括氧化鋁、碳化硅、氮化硼、氮化硅、碳化硼的任意一種或者多種的組合。4.如權利要求1所述的機械臂，其特征是:所用有機纖維包括UHMWPE纖維、芳綸纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯纖維的任意一種或多種組合。5.—種工程機械設備或者工業機器人，包括權利要求1?4中任一項所述的機械臂。6.一種三維編織復合材料機械臂的制備方法，其特征是:包括以下步驟: (1)主體剛性結構層預制體的制備:選用高模量纖維通過層連三維編織結構制備連續纖維立體織物預制體； (2)耐沖擊層預制體的制備:選用高模量纖維與高韌性有機纖維混雜層連三維編織立體結構制備連續纖維立體織物預制體； (3)表面機械加工裝配層預制體的制備:選用高強度纖維采用二維纏繞鋪層織物形式制備預制體； (4)二次縫合:將主體剛性結構層預制體、耐沖擊層預制體、表面機械加工裝配層預制體由內至外排放好，采用二次纖維鋪縫工藝將上述預制體進行縫合； (5)采用熱固性樹脂基體對步驟(4)中的三維編復合材料機械臂浸漬、復合固化成型。7.如權利要求6所述的制備方法，其特征是:步驟(3)中，具體步驟是:高強度纖維選用高強型碳纖維或芳綸纖維中的任意一種進行二維平面織物制備，二維平面織物采用平紋、斜紋或緞紋織物中的任意一種，最后通過螺旋纏繞制備表面機械加工裝配層預制體； 步驟(4)中，二次纖維鋪縫工藝所用的纖維為高強度碳纖維，選用T300、T700、T800中的一種或多種組合;厚度向縫合纖維所占的體積比例為三層纖維預制體所用纖維總比例的5-40%。8.如權利要求6所述的制備方法，其特征是:步驟(5)中，復合固化成型的工藝采用真空導入、快速熱固化結合的復合工藝，具體是以熱固性樹脂膠黏劑為基體，采用VARI真空導入工藝實現樹脂膠黏劑對混雜纖維立體結構的浸漬，熱固化過程在烘箱中進行，整個固化過程保持真空體系。9.如權利要求8所述的制備方法，其特征是:所述熱固性樹脂膠黏劑為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂中的任意一種或多種。10.如權利要求8所述的制備方法，其特制是:所述真空度保持在0.06-0.1MPa，浸漬后的機械臂中樹脂的含量為35?50%。
【專利摘要】本發明公開一種三維編織復合材料機械臂及其制備方法，該機械臂從內至外依次包括主體剛性結構層、耐沖擊層和表面機械加工裝配層；其中，所述主體剛性結構層包括采用高模量纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層；所述耐沖擊層包括采用高模量纖維與有機纖維的組成的混雜纖維制成的三維立體編織結構和浸漬固化在三維立體編織結構上的樹脂層；所述表面機械加工裝配層包括采用高強度纖維制成的二維纏繞鋪層織物結構和浸漬固化在二維纏繞鋪層織物結構上的樹脂層。該機械臂具有強度大、剛性高、質量輕、不易變形、設計性和可加工裝配性強的優勢，減輕了構件的重量，減少了電機功率，節約能耗，保證了產品的穩定性及質量。
【IPC分類】B32B5/06, C08L23/06, B32B27/34, C08L23/12, C08K7/06, C08L63/00, B32B27/12, B32B9/04, C08K7/10, B32B9/00, C08K7/04, B32B37/02, C08L67/06, C08L77/00, B32B1/00, C08L77/10, B32B38/00, B32B27/02, B32B27/04, C08L61/06, B32B27/32
【公開號】CN105602200
【申請號】CN201610131235
【發明人】朱波, 曹偉偉, 喬琨, 王永偉, 趙圣堯
【申請人】山東中恒碳纖維科技發展有限公司
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月9日