一种纤维丝无切削层片的制备方法与流程

本发明涉及丝线型材料片状成形制备工艺领域，具体是一种纤维丝无切削层片的制备方法。

背景技术：

针织丝、棒线等形态材料一般不能直接使用，这类丝线通常采用经编、纬编或其他纺织方法形成较大片状织物，再经裁剪和缝纫等形成半成品或成品。这种工艺方法的致命缺陷是丝线被切割，织物整体性能功能受到削弱；在特定工况下，成品或半成品不允许有接头要求时，难以制备使用。例如，关节轴承，在航空航天等领域有特别重要的用途，要求高精度、高可靠性、高稳定性和高寿命。

碳纤维(carbonfiber，简称cf)，它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，适于做滑动摩擦衬层。而关节轴承滑动摩擦副为球面副，当按织物或按聚四氟乙烯层制备方法作碳纤维复合材料衬时，就会裁剪、形成接缝或难以安装使用，必须采用新的制衬方法，保证丝线连续、不切割、无接缝。

因此，本发明提供一种纤维丝无切削层片的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种纤维丝无切削层片的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纤维丝无切削层片的制备方法，包括：

一、型片工况分析，获得运动副准确形态，得到工作面形态；

二、型片结构整体设计；型片结构采用平行错位层叠式结构；所述平行错位层叠式结构是指同层碳纤维丝线层的碳纤维丝采用往复式盘绕结构，且平行排布，相邻层碳纤维丝线层的碳纤维丝采用错位分布结构；

三、型片工况模板体的制备；基于相似理论，根据工作面形态制作模板体；模板体制成后，使用时在模板体的工作面涂工业石蜡层；

四、同层碳纤维丝线层绕成；同层碳纤维丝线层的碳纤维丝采用往复式盘绕结构，且平行排布；

五、相邻碳纤维丝线层错位分布，相邻层碳纤维丝线层的碳纤维丝采用错位分布结构；

六、同层碳纤维丝线层的碳纤维丝之间的连接采用环氧树脂进行粘合连接，以及相邻碳纤维丝线层的碳纤维丝之间的连接也采用环氧树脂进行粘合连接；

七、采用相似性原理和比例缩放算法保证型片形貌，保证制作的型片来自摩擦副工作面形貌并与其完全一致；

八、型片厚度的控制，型片厚度t满足：

九、型片的封装；型片形成后，使用前，在型片上表面涂敷结合剂并封装，即得纤维丝无切削层片。

作为本发明进一步的方案：所述步骤一采用数学模型描述、曲线拟合或逼近方法重构工作面形态。

作为本发明进一步的方案：所述步骤四具体包括：

所述型片为非环绕式型片时，同层碳纤维丝线层采用往复盘绕式结构，同层碳纤维丝线层包括若干连续的小段盘绕丝线，且小段盘绕丝线之间平行排布；

所述型片为环绕式型片时，同层碳纤维丝线层的碳纤维丝由同层丝线层第一次环绕起点呈环形往复环绕至同层丝线层第一次环绕终点，在由同层丝线层第二次环绕起点呈环形往复环绕至同层丝线层第二次环绕终点，第一次环绕结构与第二次环绕结构平行设置。

作为本发明进一步的方案：所述错位分布结构为中层碳纤维丝线层的碳纤维丝与上层碳纤维丝线层、下层碳纤维丝线层错位排布，中层碳纤维丝线层的各碳纤维丝断面均保证位于上层碳纤维丝线层的两个碳纤维丝之间，且第二层碳纤维丝线层的各碳纤维丝断面均保证位于下层碳纤维丝线层的两个碳纤维丝之间。

作为本发明进一步的方案：所述步骤七采用偶合法保证型片形貌。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该纤维丝无切削层片的制备方法设计合理，以碳纤维+环氧树脂为复合材料，采用环绕式碳纤维复合衬层成型新工艺，用于关节轴承滑动摩擦副衬，以实现关节轴承在耐磨性、化学稳定性、高低温下工作可靠性和使用寿命等方面都得到显著提高，该工艺方法适于形态复杂但有规律的丝线层片的制作。

附图说明

图1为本发明重构工作面形态f(x)的原理图。

图2为本发明非环绕式型片的纤维丝无切削层片结构示意图。

图3为本发明非环绕式型片的同层纤维层绕成结构的原理图。

图4为本发明环绕式型片的纤维丝无切削层片结构示意图。

图5为本发明环绕式型片的同层纤维层绕成结构的原理图。

图6为纤维丝无切削层片的制备方法的流程图。

其中：1-碳纤维丝；2-碳纤维丝线层；3-工业石蜡层；4-工作面形态f(x)；5-小段盘绕丝线；01-同层丝线层第一次环绕起点；02-同层丝线层第二次环绕终点；03-同层丝线层第二次环绕起点；04-同层丝线层第一次环绕终点；05-补偿丝线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-6，一种纤维丝无切削层片的制备方法，包括：

一、型片工况分析，获得运动副准确形态，可采用数学模型描述，亦可用曲线拟合或逼近方法重构工作面形态，例如图1中得到工作面形态f(x)4；

二、型片结构整体设计；本发明的型片结构采用平行错位层叠式结构，经力学分析和工艺研究，此种结构为最优；所述平行错位层叠式结构是指同层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1采用往复式盘绕结构，且平行排布，所述型片为非环绕式型片时，如图3中，同层碳纤维丝线层2采用来回往复的盘绕，且盘绕时保证各盘绕的小段盘绕丝线5之间是平行的；所述型片为环绕式型片时，同层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1由同层丝线层第一次环绕起点01呈环形往复环绕至同层丝线层第一次环绕终点04，在由同层丝线层第二次环绕起点03呈环形往复环绕至同层丝线层第二次环绕终点02，第一次环绕结构与第二次环绕结构平行设置；相邻层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1采用错位分布结构，例如图1中，第二层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1与上层碳纤维丝线层2、下层碳纤维丝线层2错位排布，第二层碳纤维丝线层2的各碳纤维丝1断面均保证位于上层碳纤维丝线层2的两个碳纤维丝1之间，且第二层碳纤维丝线层2的各碳纤维丝1断面均保证位于下层碳纤维丝线层2的两个碳纤维丝1之间，从而实现错位排布；

三、型片工况模板体的制备；基于相似理论，根据工作面形态制作模板体；该模板体相当于一”模具”，而纤维丝线则在该模板体上形成，模板体制成后，使用时在模板体的工作面涂工业石蜡层3；

四、同层碳纤维丝线层2绕成，

所述型片为非环绕式型片时，同层碳纤维丝线层2采用往复盘绕式结构，同层碳纤维丝线层2包括若干连续的小段盘绕丝线5，且小段盘绕丝线5之间平行排布，这不仅保证丝线连续，同时使得丝线密集；如图3，同层碳纤维丝线层2采用来回往复的盘绕，且在盘绕过程中保证各盘绕的小段盘绕丝线5之间是平行的；

所述型片为环绕式型片时，同层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1由同层丝线层第一次环绕起点01呈环形往复环绕至同层丝线层第一次环绕终点04，在由同层丝线层第二次环绕起点03呈环形往复环绕至同层丝线层第二次环绕终点02，第一次环绕结构与第二次环绕结构平行设置；往复式缠绕结构，可保证型片的高强度，丝线的高密度，也易于实现连续敷设丝线；

五、相邻碳纤维丝线层2错位分布，例如图1中，第二层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1与上层碳纤维丝线层2、下层碳纤维丝线层2错位排布，第二层碳纤维丝线层2的各碳纤维丝1断面均保证位于上层碳纤维丝线层2的两个碳纤维丝1之间，且第二层碳纤维丝线层2的各碳纤维丝1断面均保证位于下层碳纤维丝线层2的两个碳纤维丝1之间，从而实现错位排布；相邻纤维丝线层丝线错位分布，通过不断增加补偿丝线05，可形成高强度、均匀的多层丝线层，同时实现各层丝线不间断，保证整体型片”一丝完成”；

六、同层碳纤维丝线层2的碳纤维丝1之间的连接采用环氧树脂进行粘合连接，以及相邻碳纤维丝线层2的碳纤维丝1之间的连接也采用环氧树脂进行粘合连接；

七、型片形貌的保证技术与方法采用偶合法，采用相似性原理和比例缩放算法并通过相应的机构加以实现，从而保证制作的型片，来自摩擦副工作面形貌并与其完全一致；

八、型片厚度的控制；按照摩擦副的设计要求确定型片的厚度t，按缠绕工艺，实际制作的型片厚度t满足：

式中，n为纤维丝线层数，df为单丝线平均直径；

九、型片的封装；型片形成后，使用前，在型片上表面涂敷结合剂并封装，即得纤维丝无切削层片。

本发明的工作原理是：可实现纤维丝线加基础相无切削加工-连续性环绕式成层，最大限度地发挥原纤维丝线材料应有的本质性能特征。连续”平行”盘绕，形成不间断单一丝线层；往复式补偿”平行”环绕，相邻纤维丝线层丝线错位分布，形成高强度、均匀的多层丝线层，同时实现各层丝线不间断，保证整体型片”一丝完成”；往复式补偿”平行”环绕，形成多层丝线层。运用相似原理和缩放比例算法，通过模板体+比例缩放方法的通用性，即可制作相同形态而尺寸不一的纤维丝线型片。

该纤维丝无切削层片的制备方法设计合理，以碳纤维+环氧树脂为复合材料，采用环绕式碳纤维复合衬层成型新工艺，用于关节轴承滑动摩擦副衬，以实现关节轴承在耐磨性、化学稳定性、高低温下工作可靠性和使用寿命等方面都得到显著提高，该工艺方法适于形态复杂但有规律的丝线层片的制作。

在本纤维丝无切削层片的制备方法的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。