纺织结构复合材料中的纺织品
纺织结构复合材料中的纺织品
刘洪玲 (东华大学纺织学院,上海,200051)
摘 要:本文从结构的角度分别综述纺织结构复合材料中的几种纺织品:机织物、编织物、针织物和非织造布,分析各种织物的结构特点及性能,同时也指出了各种织物应用于复合材料时存在的不足。
关键词:纺织品,复合材料,结构,特性
中图分类号:TS10616 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2001)10-0002-05
1 概述
利用纺织品作为增强材料与基体相结合所形成的复合材料称为纺织结构复合材料。应用于复合材料的纺织品,广义上包括纤维束、纱线、机织物、针织物、编织物及非织造布等。由于纤维束和纱线并不是纺织所特有的,因此,一般只将机织物、针织物、编织物及非织造布等作为应用于复合材料的纺织品[1～3]。
以纺织品作为增强结构的纺织结构复合材料的应用由来已久。早在一百多年前,就出现了用机织物与橡胶复合制造的轮胎,以后又陆续出现了充气筏、传送带、篷面材料、灯箱材料等柔性纺织结构复合材料。20世纪50年代,刚性纺织结构复合材料诞生了,它具有比强度高、比模量大的优点,可作为金属和木材的替代物,能够显著减轻重量[4]。但这类层压织物复合材料的层间剪切强度低,易分层,这主要是由于织物层间仅靠性能较低的基体粘结。为了解决分层问题,人们采取了很多措施,主要包括基体改性、厚度方向缝纫和衬入纤维,但这些方法不仅成本较高,而且还不能从根本上解决分层问题[5]。三维纺织结构复合材料能够从根本上解决分层问题,这类纺织品包括三
收稿日期:2001-03-27
作者简介:刘洪玲,女,1973年生,博士研究生。从事纺织材料及纺织品的开发研究。维机织物、三维编织物、多轴向缝编针织物等。在这类结构中,纤维束在空间相互交错、交织形成一个整体结构,从而在厚度方向引入增强纤维,提高了复合材料的层间剪切强度和损伤容限,因此它不会分层。这类结构的另一优点是可以加工各种不同形状的预型件,在浸渍前最终产品已经预成型,因而避免了由切割加工引起的性能下降[3,6]。因此,近几年来三维纺织结构复合材料的发展极为迅速,各种新型织机及其相应的产品不断出现,其性能研究也逐步深入,从而大大推动了纺织结构复合材料的发展与应用[7,8]。本文拟从结构的角度分析纺织结构复合材料中机织物、编织物、针织物和非织造布,分析各种织物的结构特点及性能(而不是从具体加工工艺的角度分析各种织物),同时也指出了各种织物存在的不足。
2 机织物
机织物是应用于纺织结构复合材料中最常见的纺织品。它既有平面二轴向结构,也有平面多轴向结构,还有空间三维结构。
2.1 平面机织物
2.1.1 平面二轴向机织物
根据织物组织结构,平面二轴向机织物可以分为以下几种:①平纹织物,它是机织物中最简单的组织,经纬纱交织次数最多。当经纬纱号数、密度相同时,可织成经纬向各向同性的增强结构。
②斜纹织物,它较平纹织物有更好的变形能力。
③缎纹织物,经纬向有较长的浮长线,纱线交织次数少,屈曲次数少,便于基体浸渍。④单向布,指在一个方向有大量粗股纱通过,而在另一方向只有较少的细股纱通过。这种设计可根据经纬纱的号数、经纬向密度的差异满足不同方向的增强要求[2]。
在织造平面二维织物的基础上,将若干层织物用树脂固化成型,即可制造出重量轻、强度高的复合材料。以上织物是由两个相互垂直的纱线系统交织而成,表现出各向异性。在受到平面斜向拉伸时易发生剪切变形,为了解决这个问题,人们开发了平面多轴向织物。
2.1.2 平面多轴向机织物
构,其基本结构为三组纱线两两交织呈60°。该结构相对稳定,各向力学性能基本一致。在其他条件相同的情况下,其撕裂强度是平面二轴向织物的四倍。又由于三纱线系统是封闭交叉组织,具有良好的平面抗剪切能力[9]。但该织物的织造较为复杂,生产效率低,现随着新型结构的发展而逐步被淘汰。
从上述分析可以看出,平面织物增强结构一般适宜制作管材和薄型板材等预型件,若要制作较厚的复合材料则需将多层织物叠合压制,但如此仍不能克服层间剪切强度低的缺点。解决这个问题的一种方法是在多层织物叠合后利用缝纫机缝纫,形成一个整体。这种方法加工简便,能够明显提高层间断裂韧性,因此在近几年受到人们广泛的注意[10]。但针刺过程中引起了纤维损伤,从而降低了材料的面内拉伸、压缩和弯曲性能,可以说通过缝纫而使织物层间性能提高是以降低面内性能为代价的[11]。
2.2 三维机织物
三维机织物是一种建立在平面机织物结构叠加的基础上,通过在厚度方向引入接结纱而一次成型的三维纤维集合体[12]。三维机织复合材料首次应用出现于三十多年前,由Avco公司生产的三维机织碳/碳复合材料代替金属材料用作飞机制动闸,不仅具有比强度高、比模量大的特点,而且耐高温。随后三维机织复合材料的研究进入相对低谷,直到20世纪80年代中期,由于传统的层压复合材料难以满足航天业生产复杂结构对成本和损伤容限的要求,三维机织复合材料的研究才再掀高潮[6]。
根据接结纱取向的不同,三维机织物可分为角联接结和正交接结;根据接结深度的不同,又可以分为分层接结和贯穿接结几种不同接结组织[12]。
与层压复合材料相比,三维机织复合材料具有以下优点[6]:①可以生产复杂形状的净型预型件,如T字型、H型、矩形、内三角形等。②制作复杂结构的成本相对较低,工艺简便,一般只需对传统织机进行适当改造,即可加工三维机织物。也可利用专业织机,可以实现高速织造。③可以满足对厚度方向有特殊要求的应用。④层间断裂韧性高,抗分层性能好,弹道冲击性能和冲击损伤容限高,因为接结纱阻止和延缓了分层裂纹的形成和扩展速度。⑤拉伸失效应变高。
尽管三维机织复合材料具有诸多优点和潜在广阔的市场前景,但到目前为止它在民用领域的应用还不十分广泛,这是由多方面的原因造成的。首先,目前大多数织机还不能加工三维各向同性的机织预型件,纱线在织物平面中只有0°和90°两个方向,导致材料剪切性能较低[6]。其次,材料的面内性能比二维机织层压复合材料低,研究表明拉伸强度和压缩强度下降了15%～20%。这主要是由于纱线在织物中呈屈曲状态,力学性能利用率低,加上在织造过程中纱线受到损伤。所以如何合理设计结构及织造工艺,以减少纱线的屈曲程度和加工过程中的损伤成为研究内容之一。另外,由于机织物结构复杂,加之织造和复合成型都会对材料性能产生影响,使得建模并准确预测材料的力学性能往往比较困难,结构参数对预型件及复合材料性能的影响也不十分清楚[6,7]。三维机织复合材料的研究尚需进一步深入。
3 编织物
编织技术的历史悠久,简单的草帽辫就是编织的一种。近三十年来,由于复合材料发展的需要,才使这门古老的纺织技术得到了迅速发展。编织的种类很多,按编织形状分有圆形编织和方
型编织;按编织物厚度分有二维编织和三维编织[13]。
3.1 二维编织物
二维编织是指编织物的厚度不大于编织纱直径三倍的编织方法,一般用于生产鞋带和衣服上的绳、带等,但也可用于加工异型薄壳预型件。
二维编织物中编织纱可分为两组,一组在轨道盘上沿一个方向运动,另一组则沿着相反方向运动,这样纱线相互交织,并与织物成型方向呈±θ角。如果希望提高织物轴向性能,可以在轴向加入轴纱系统。
3.2 三维编织物
三维编织物是指编织物厚度至少超过编织纱直径的三倍,并且在厚度方向有纱线或纤维束相互交织的编织方法。它是最早应用于生产复合材料三维预型件的工艺,早在20世纪60年代,三维编织碳/碳复合材料就用作火箭发动机部件,可以减重30%～50%[6]。
三维编织方法有多种,如二步法、四步法、多步法、多层角锁编织等,但常用的主要是二步法和四步法。
3.2.1 四步法编织物
四步法,又称纵横步进编织法,由于一个编织循环包括四个机器运动,故称此名。四步法中,编织纱沿织物成型方向排列,在编织过程中每根编织纱按一定的规律同时运动,从而相互交织形成一个不分层的三维整体结构。如果在编织过程中加入轴纱系统,则可以提高复合材料轴向的力学性能。
从四步法编织物的表面形状及内部的结构单元体可以看出,纱线在织物中呈空间取向的排列,结构整体性好。
3.2.2 二步法编织物
二步法编织的历史较短,它由P opper于1987年首先提出。在二步法编织中,纱线系统有轴向纱和编织纱两种。轴向纱的排列决定了编织物的截面形状,它构成纱线的主体部分;编织纱位于主体纱的周围。在编织过程中,编织纱按一定的规律在轴向纱之间运动,这样不仅它们之间相互交织,而且也将轴向纱捆绑成一个整体[4]。
由于二步法中轴向纱的比例较大,并且轴向纱在编织过程中保持伸直状态,因此二步法编织复合材料在该方向具有优良的力学性能。另外,二步法编织中只有编织纱运动,而且编织纱所占比例较小,故运动的纱线较少,便于实现编织的自动化。
从二步法编织物的表面形状及内部的结构单元体可以看出编织纱的比例较少,轴向纱占主要部分。
3.2.3 多步法编织物
多步法即指一个编织循环包括多步机器运动。它可以编织混杂结构预型件,即在特定的位置编织特种纱线,它还可以在一定程度上解决编织物尺寸较小的问题。如八步法在编织角较小时,其结构比四步法编织预型件更稳定,因为八步法的机器运动数是四步法的两倍,并且编织节长更长。但从本质上讲,四步法和二步法都是多步法的特例,而通过改变纱线的排列,四步法也可以编织出二步法预型件[14]。
三维编织预型件独特的生产工艺和独特的空间结构决定了三维编织复合材料具有以下优点[6]:①可以加工形状复杂的净型预型件,只需改变纱线的排列即可编织出各种异型结构,并且加工复杂预型件的成本更低。②抗分层性能好,冲击损伤容限高。③可以实现自动化控制,从而提高生产效率及预型件质量。④编织复合材料对缺口不敏感,这是由于在缺口处纱线是连续的。
尽管如此,三维编织复合材料的应用仍不是很广泛。其主要的问题是预型件的尺寸问题,大多数工业编织机只能编织较窄的预型件,宽度最大也只有100mm[6]。若要加工大尺寸的编织物,必须开发大型昂贵的编织机械。另外,大多数的编织机的编织速度较低。对编织复合材料性能的研究也不广泛,目前所研究的性能包括拉伸、压缩、弯曲、断裂韧性和疲劳性能,研究表明其模量和强度均低于层压复合材料,而层间剪切性能、层间断裂韧性、蠕变性能等尚无人研究。
4 针织物
针织物的最大特点是存在相互串套的线圈,与机织物相比,针织物加工的工艺流程短、产量
高、成本低。由于线圈相互串套,因而针织物复合材料抗冲击性好,具有很高的弹性,适于复杂结构的成型。针织物包括经编和纬编,它既可以是平面针织物,也可以是多层多轴向的针织物。
4.1 平面针织物
平面针织物包括平面经编和平面纬编织物,它在各个方向上具有较大的伸缩性,适合于拉伸大的模压成型复合材料。该结构复合材料具有良好的抗冲击和能量吸收性能,在拉伸变形中有较好的延伸性,因而可以作为一种柔性复合材料。
针织物作为柔性复合材料的增强结构,是利用了其变形大的特点,但它不适宜用作承载结构。由于针织物易变形、尺寸稳定性差,这类复合材料往往刚性不够。于是,人们根据需要通过加入不参加织造的增强纱线或纤维,实现针织结构的稳定。由于增强纱线不参加织造,处于伸直状态,力学性能充分利用,且提高了刚度,织物尺寸稳定性提高。若在一个方向加入增强纤维,则可得到在该方向较稳定的针织物;若在经纬向均加入增强纤维,则可得到尺寸稳定的针织物。
4.2 多层多轴向针织物
多轴向经编针织物是一种典型的复合材料增强结构,先进的工业国家对其加工技术、加工设备及复合材料竞相开展研究,其产品已应用于航空航天、汽车、建材等工业部门。目前,世界上能生产多轴向经编机的主要有利巴公司的C opcentra2 Multi2Axial和K arl?Mayer公司的RS DS2V两种。
多层多轴向针织物是根据材料实际应用中的受力情况,在经向、纬向、斜向铺设伸直的强度较高的增强纤维(衬经、衬纬及斜向衬纬),再利用成圈纱线采用经编结构将这些纱层缝合,确保纱线不会发生滑移[15]。由于纱线在织物中是平直状而不像机织物中的波浪状,所以纱线的拉伸强度可以充分利用。当四组衬纱采用碳纤维时,织造后用树脂固化成碳纤维复合材料,可替代传统的金属材料;如用玻璃纤维做衬纱,可用作T字梁、工字梁等结构材料,成本较低,适于在民用部门推广使用。这种多轴向针织复合材料最多可达8层纱线,但仍不能满足复合材料对厚度的要求。
多轴向缝编织物则可以满足厚度上的要求,它是将多轴向织出的织物两层、三层、四层或更多层地组合在一起,用缝纫法缝合在一起成为多层多轴向织物[16]。
尽管多轴向缝编织物复合材料已有一定的应用,如在高速赛艇中多轴向缝编织物复合材料已经取代了机织物复合材料。但由于针织物复合材料中纤维体积含量较低及呈线圈结构,加之针刺过程中纤维的损伤,使针织物复合材料的强度和模量明显偏低,其应用要比机织物、编织物少。并且大多数针织机只能加工薄型预型件,专业加工设备尚处于开发阶段,相应力学性能的研究也不够深入。
5 非织造布
非织造布在复合材料领域中的应用,只是近几年的事情。由于一般非织造布中纤维随机排列,且纤维间相互纠缠较少,因而机械性能不高,一直未得到人们的重视。随着混杂纤维复合材料的发展,非织造布才在复合材料领域中受到人们的重视,并研究开发了一些复合材料制品。由于非织造布特殊的结构,使其受载时应力扩散均匀,破坏稳定性较好,因而可以替代钢材用于混凝土结构中。这种复合材料不仅质量轻、强度高,而且当受到地震等破坏时结构仍很稳定,不易产生突然性的崩溃。
6 结语
纺织工业是一个历史悠久的工业,其理论研究较深入、实验设备较齐全,实际经验非常丰富,这就为加工纺织结构预型件奠定了坚实的基础。但纺织结构预型件又不同于传统意义上的纺织品,它必须能够满足材料承受各种载荷的要求,所以对尺寸有一定的要求,同时应尽量减少纱线在预型件内的屈曲及加工过程中的损伤。只有充分了解纺织结构预型件的特点,纺织结构复合材料的广泛应用才会成为可能。
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7～12
T extiles in T extile Structural C om posite Materials
Liu Hongling (C ollege of T extile,D ong Hua University)
Abstract:This paper presented the textiles used for com posites,such as w oven fabric,braided fabric,knitting fabric and nonw ovens.The characters and performances of each fabric were als o described.And the
disadvantages of fabric rein forced com posites were mentioned too.
K eyw ords:textiles,com posite material,structure,characteristic
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洗性好，织物柔软性好可提高缝纫性。生态指标显示生产过程中无泡无不良气味产生。 抗静电剂主要成分为有机氮化合物物化性能为:外观为无色透明的液体阳离子型助剂,pH值5~ 51525C时密度约105能用水稀释。整理用浸责法、浸轧法。整理效果表现为可赋予合成纤维及其混纺的各类针纺织品优良的抗静电性能有良好的干洗牢度可与拒油、拒水整理同时进行，无明显的相互抑制作用可使织物获得丰满、柔软的手感。生态指标显示不产生泡沫,无毒性。 2、防紫外线整理剂及性能指标 紫外线吸收剂:主要成分为杂环化合物:物化性能为阴离子型白色粘稠液体pH值6.与水、酸、碱接稳定性好:与非离子、阴离子型物质相容性好与阳离子相容可能出现沉淀。 整理用浸责法、浸轧法整理效果表现为纤维反应性紫外吸收剂主要用于纤维素纤维和锦纶织物与羟基基团和氨基基团反应而产生紫外线吸收效果。耐日晒和耐水洗效果优良。生态指标显示无泡可按一般染化料对待。
纺织复合材料
纺织复合材料的应用及研究进展 陈新琪（学号：1015033006）杨小玲（学号：1015063005） （武汉纺织大学材料与工程学院） [摘要]纺织复合材料具有质轻、高强、刚性好等性能，由于其优越的性能，其应用范围日益扩大，纺织复合材料几乎可渗透到所有的领域。本方主要介绍了纺织复合材料的基本概念，论述了纺织复合材料的成型技术、纺织复合材料的应用及其研究进展。 [关键词]纺织；复合材料；应用；研究进展 1 前言 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。纺织复合材料的定义是在复合材料的基础上定义的，它是含有纤维、纱线或织物的复合材料。 纺织复合材料的原材料包括增强材料和基体材料。作为增强材料的纤维一般有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维和芳纶；基体材料主要包括金属基体材料、陶瓷基体材料和树脂基体材料，其中树脂基体材料使用最为广泛。树脂的基本功能是为纤维提供一种支撑，并将纤维在材料中预定的位置固定，使构件具有完整稳定的结构。 纺织复合材料具有质轻、高强、刚性好等性能。纺织复合材料的强度、刚性比金属的大，而密度则比金属的小。经研究表明:钢的强度数值为 1.8，而玻璃纤维复合材料的为7.1，碳纤维复合材料的是11.2；代表刚性大小的比弹性模量值按上述材料排列的顺序分别是 2.2、2.8、10.0。但是，纺织复合材料的密度则为钢的1/4、铝的1/2[1]。 2 纺织复合材料成型技术 2.1 手糊成型工艺 纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温或加热、无压或低压条件
纺织复合材料技术的发展和应用
（ 二 〇 一 零 年 零 六 月 纺织复合材料论文 题 目：纺织复合材料技术的发展和应用 姓 名： 学 院：轻工与纺织学院 班 级：纺织工程08-2班 学 号：
摘要 纺织复合材料涉及日常生活方方面面，研究其发展和应用有极其重要的社会价值和现实意义。 本文是纺织复合材料从十九世纪开始发展历经二百余年的发展过程的缩影包括19世纪的纤维素化学和碳纤维20世纪的煤炭化学、玻璃纤维和复合材料、合成纤维和复合材料、太空时代的先进复合材料；纺织复合材料的应用领域包括、航天航空领域飞行器的重量、降落伞、个体防护装备、弹射座椅、等其它航空装备中复合材料的应用，船舶工业，汽车工业，军事工业和其他行业。 关键词：纺织复合材料、发展、应用、玻璃纤维、航空、军事、船舶
Abstract Textile composite materials involved in every aspect of daily life, study their development and application of a very important social value and practical significance Textile composite materials involved in every aspect of daily life, study their development and application of a very important social value and practical significance Keywords: textile composite、developing 、application glass fiber、aviation、car military、shipping
纺织复合材料复习
一、第一章 （一）绪论 1、复合材料：两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 2、复合材料的组成及作用 3、基体、界面和增强体 基体：复合材料中的连续相，起到将增强体粘结成整体、并赋予复合材料一定形状、传递外界作用力、保护增强体免受外界环境侵蚀的作用。（环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂、高性能树脂基体） 增强体：高性能结构复合材料的关键组分，在复合材料中起着增加强度、改善性能的作用。（玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、其他高性能纤维（高强高模聚乙烯纤维、陶瓷纤维、金属纤维、硼纤维）） 界面：复合材料中增强体与基体接触构成的界面。 （二） 1、纺织复合材料：以纺织材料(纤维、纱线、织物作为增强体)与基体结合形成的复合材料是现代纺织材料技术和复合材料技术的集成与创新。 特点： 1）显著的抵抗应力集中、冲击损伤和裂纹扩展的能力，而且还能实现复合材料结构件的近净体加工。 2）受到航空、航天、国防等领域的广泛重视，成为国家防御、航空航天、能源环境、交通运输等领域的重要基础材料。 2、分类（按基体材料分） 1）聚合物基复合材料（热塑性树脂基、橡胶基、热固性树脂基） 2）金属基复合材料（高熔点金属基、轻金属基、金属间化合物基） 3）陶瓷基复合材料（玻璃基、高温陶瓷基、玻璃陶瓷基） 4）水泥基复合材料 5）碳基复合材料 3、高比强度、高比模量（刚度） 比强度= 拉伸强度/密度MPa /（g/cm3）质量相等的前提下，衡量材料承载能力； 比模量= 弹性模量/密度GPa /（g/cm3）质量相等的前提下，刚度特性指标； 1）一般比强度愈大，原料自重就愈小；比模量越大，零件的刚性就愈大。 2）据估计，当用复合材料和用高强度钢制成具有相同强度的零件时，其重量可减轻70％左右，这对于需要减轻材料重量的构件具有十分重大的意义。 二、第二章 1、复合材料组成部分中增强材料所起的作用 1）纤维在复合材料中起增强作用，是主要承力组分 2）纤维不仅能使材料显示出较高的抗拉强度和刚度而且能减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等 2、三大纤维 1)玻璃纤维 分类（以不同的含碱量来区分）：无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维、高碱玻璃纤维、特种玻璃纤维 生产玻璃纤维的常用方法主要有：坩埚法拉丝、池窑漏板法拉丝法。 一）玻璃纤维的物理性能 1.外观和密度
浅议纺织复合材料的技术及应用分析(一)
浅议纺织复合材料的技术及应用分析(一) 论文关键词:化工行业；纺织材料；纺织复合材料论文摘要:本文介绍了一种新型材料—纺织结构复合材料的发展与应用情况，对其组成特点、成型工艺和设计因素进行了分析，并提出分析该种材料力学性能的一般性方法。 材料、能源和食品既是人类赖以生存的三大要素，又是人类与自然界作斗争所追求的三大目标，由它们组成的某个时代的物质世界就是人类历史演进的标志。 一、纺织复合材料技术分析 纺织结构复合材料是纺织技术和现代复合材料技术结合的产物，它与通常的纤维复合材料具有较大的区别。纤维复合材料是通过把纤维束按一定的角度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成的，基体材料和纤维材料于铺层或缠绕时同时组合，形成层状结构，因此也称层合(压)复合材料。纤维复合材料中的纤维是平行的、互不交叠的。而纺织结构复合材料是利用纺织技术首先用纤维束织造成所需结构的形状，形成预成型结构件(简称预成型)，然后以预成型作为增强骨架进行浸胶固化而直接形成复合材料结构。正是这种工艺的变革，使纺织结构复合材料与普通复合材料相比具有许多突出的优点，同时由于细观结构的复杂化又给设计和分析增添了更多的困难。迄今虽然经过许多研究者的努力，已经发展了各种分析模型，能解决一些应用问题，但还远没有成熟，还需要经过比较、积累和进一步发展，以形成完善而统一的分析、设计方法和相应的标准，才能使纺织结构复合材料得到更广泛的应用。 二、纺织复合材料的发展 在20年代，波音公司就已经使用纺织结构来增强飞机的机翼。50年代，美国通用电器公司也选择纺织结构作为碳/碳复合材料鼻锥的增强形式。70年代初，在缠绕工艺的影响下，二维编织工艺被引入复合材料领域。随着复合材料的发展，二维编织工艺也得到了迅速的发展，并为制造复杂形状复合材料开辟了一条成功之路。80年代，通过纺织界与复合材料界的合作，编织技术由二维发展到三维，从而为制造高性能复合材料提供了新的途径。三维编织结构复合材料由于其增强体为三维整体结构，大大提高了其厚度方向的强度和抗冲击损伤的性能，因而倍受重视并获得迅速发展。创造不补充加油而连续环球飞行一周记录的“航行者”飞机与美国比奇公司的“星舟”1号公务机，都采用了一些编织结构件。英国道蒂公司的复合材料螺旋浆，其浆叶为编织结构，获得1991年英国女王技术成果大奖。美国航空航天局(NASA)大力开展三维编织结构复合材料研究工作。计划中包括开发编织技术和自动化加工、开发热塑性树脂等重要内容。 由此可见，现代纺织结构复合材料是在常规复合材料高度发展和广泛应用于各工业领域的基础上产生和发展起来的，通过吸收纺织学科各类织造技术，形成了机织、针织、编织等类别的纺织结构复合材料。值得指出的是，在过去40年里，还主要是以层板复合材料应用最广，特别是在航空航天、军事工业、交通等领域占据重要地位。复合材料的出现和发展对20世纪的结构工程产生了巨大的推动作用，并形成全球性的先进纤维材料的市场。在这种应用背景下，层板复合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点:如分层、开裂敏感和损伤扩展快，垂直结构厚度方向强度低，抗冲击性能差等都显露出来。由此古代纺织结构复合材料的思想必然被人们接受用来消除复合材料的“层”。在常规复合材料成熟的设计分析方法、织造工艺以及高效的纺织织造技术的前提下，现代纺织结构复合材料以惊人的速度蓬勃发展，已波及美国、法国、英国、德国、俄罗斯、拉脱维亚、芬兰、比利时、中国、日本、南朝鲜等国。其重要原因之一，就是纺织构造的优越的力学性能，特别是不同的织造技术所形成的纤维束的微观构 型，适应十分广泛的载荷环境作用下的工程结构的要求。 三、纺织结构复合材料应用 （一）按当代历史观点，纺织结构复合材料的出现是近世纪材料科学发展的重大进步之一。
对纺织复合材料技术的应用及分析
对纺织复合材料技术的应用及分析 发表时间：2019-05-14T17:11:22.093Z 来源：《青年生活》2019年第02期作者：李雪，张雨婷，孙宁[导读] 摘要：纺织结构复合材料是近来在纺织行业中较为流行的一种材料，该种材料的纤维性和定型性特点，能够给纺织及服装加工带来一定的经济利润。 摘要：纺织结构复合材料是近来在纺织行业中较为流行的一种材料，该种材料的纤维性和定型性特点，能够给纺织及服装加工带来一定的经济利润。材料、能源和食品既是人类赖以生存的三大要素，又是人类与自然界作斗争所追求的三大目标，由它们组成的某个时代的物质世界就是人类历史演进的标志。本文介绍了一种新型材料—纺织结构复合材料的发展与应用情况，对其组成特点、成型工艺和设计因素进行了分析，并提出分析该种材料力学性能的一般性方法。 关键词：纺织工程，复合材料，技术应用，分析探究 一、纺织复合材料的发展在20年代，波音公司就已经使用纺织结构来增强飞机的机翼。50年代，美国通用电器公司也选择纺织结构作为碳/碳复合材料鼻锥的增强形式。70年代初，在缠绕工艺的影响下，二维编织工艺被引入复合材料领域。随着复合材料的发展，二维编织工艺也得到了迅速的发展，并为制造复杂形状复合材料开辟了一条成功之路。80年代，通过纺织界与复合材料界的合作，编织技术由二维发展到三维，从而为制造高性能复合材料提供了新的途径。三维编织结构复合材料由于其增强体为三维整体结构，大大提高了其厚度方向的强度和抗冲击损伤的性能，因而倍受重视并获得迅速发展。创造不补充加油而连续环球飞行一周记录的“航行者”飞机与美国比奇公司的“星舟”1号公务机，都采用了一些编织结构件。英国道蒂公司的复合材料螺旋浆，其浆叶为编织结构，获得1991年英国女王技术成果大奖。美国航空航天局(NASA)大力开展三维编织结构复合材料研究工作。计划中包括开发编织技术和自动化加工、开发热塑性树脂等重要内容。由此可见，现代纺织结构复合材料是在常规复合材料高度发展和广泛应用于各工业领域的基础上产生和发展起来的，通过吸收纺织学科各类织造技术，形成了机织、针织、编织等类别的纺织结构复合材料。值得指出的是，在过去40年里，还主要是以层板复合材料应用最广，特别是在航空航天、军事工业、交通等领域占据重要地位。复合材料的出现和发展对20世纪的结构工程产生了巨大的推动作用，并形成全球性的先进纤维材料的市场。在这种应用背景下，层板复合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点:如分层、开裂敏感和损伤扩展快，垂直结构厚度方向强度低，抗冲击性能差等都显露出来。由此古代纺织结构复合材料的思想必然被人们接受用来消除复合材料的“层”。在常规复合材料成熟的设计分析方法、织造工艺以及高效的纺织织造技术的前提下，现代纺织结构复合材料以惊人的速度蓬勃发展，已波及美国、法国、英国、德国、俄罗斯、拉脱维亚、芬兰、比利时、中国、日本、南朝鲜等国。其重要原因之一，就是纺织构造的优越的力学性能，特别是不同的织造技术所形成的纤维束的微观构型，适应十分广泛的载荷环境作用下的工程结构的要求。 二、纺织结构复合材料应用优势在航天科技中，高温、烧蚀和高速冲刷的导弹头锥、火箭发动机的喉衬采用三维整体编织结构复合材料。发动机裙和导弹弹体以及飞机机身则采用二维编织或机织结构复合材料。目前对空间飞行器，特别是对那些长时间在轨道运行的空间站、空间实验室和重复使用的太空运输系统，正在进行一类智能型纺织结构复合材料的研究。这些复合材料的运用，能够在最大限度发挥材料力学的特点基础上，能够提高产品的稳固性，能够帮助材料形成很强的力度，从而适应材料在航空运用中的需要。该种材料运用于纺织中，能够在有效发挥材料的彼此合力作用前提条件下，能够形成一定的可塑性。因此具有具有高强度、高模量，特别是包括厚度方向、横向的全方位增强，使材料具有高损伤容限、高断裂韧性、耐冲击、抗分层、开裂和疲劳等。正是基于上述特点，我们可根据按加载方向增加纤维束数，以及按实际需要(整体)织造复杂形状的零、部件和一次完成组合件，如加筋壳、开孔结构的制造等，帮助设计制作，形成可定型性，满足不同物质材料的发展需要。在交通运输、建筑领域、体育用品等企业的生产过程中，选用合适的材料，并能够最大限度降低生产成本则是企业应该注意的地方。在生产过程中，可自动化高效率生产和接近实际产品形状的制造，使加工量和连接大大减少。因而经济性好、成本低、制造周期短。除此而外，在预成型和复合前安放机敏类材料，从而实现对复合工艺质量监控、产品在服务期间的寿命监测、振动控制等，这样既提高了产品质量又增加了可靠性。 三、三维纺织复合材料。三维纺织复合材料是一种先进的结构复合材料。它使用三维整体纺织预制件作为增强相，克服了以往各种结构复合材料层间强度低的致命缺点，具有优异的整体受力性能，可用以制造各种结构的主要承载构件。利用高强度纤维（例如碳纤维）制成的三维纺织复合材料具有比强度高，比模量大，扰疲劳性能好，以及良好的形态可设计性等优点。用它们代替钢制件时，在满足同样的强度和刚度的前提下，减轻重量70%左右。三维纺织复合材料还具有损伤后易修理，工艺上便于整体成型和一次成型的优点，可减少零件和模具的数量。目前，采用三维编织复合材料可以制作飞行器、汽车等上的多种不同形状的承力梁、接头，多种形式的耐烧蚀、高承受力的圆筒形、锥筒形的制件：还可以在人造生物组织方面发挥作用，制作人造骨、人造韧带，以及制作接骨板等。在保证力学性能相同或提高的情况下，大大减轻这些制件的重量，从而使整个飞行器、汽车等的性能得到提高。 结束语：综上所述，运用好纺织结构复合材料，应该在注意其性能特点的基础上，根据所使用领域的特殊要求，注重预成型和固化等技术方面的处理，不仅能够提高产品的使用效果，还能够满足企业在生产过程中的需要。通过合理的优化，能够更好满足未来生产发展需要，提高企业的市场竞争力。 参考文献： [1]管云青. 基于纺织复合材料技术及其运用探析[J].东方企业文化，2011年20期。 [2] 刘元坤常浩汤伟赵前进.织物及其复合材料的弹道冲击性能研究进展[J].纤维复合材料，2009年04期。 [3] 朱民儒.三维纺织复合材料的结构特点和应用[J].产业用纺织品，2002年06期。
一、纺织材料
浙江理工大学成果汇编 一、纺织新材料 (1)抗紫外线功能纳米聚酯纤维的开发应用 项目简介： 本项目应用了当今最新的纳米材料与纳米技术，采用独创的纳米粉体的分散工艺，首先对纳米材料进行复配和分散处理，有效地解决了纳米材料的再团聚问题，大大提高了聚酯纤维对紫外线的屏蔽能力，其薄型织物（平纹组织）的紫外线屏蔽率达到99.41%。通过检测，该纤维各项指标均为一等的，其薄型平纹织物的紫外线透过率小于1%，且为凉爽型的抗紫外线织物。抗紫外线共聚酯切片：[η]：0.67di/ml；凝聚粒子：1个/mg；b值：3.99；Tm：>260℃；抗紫外线纤维：符合国际GB/T14460-1993一等品标准。织物抗紫外线性能：按照国际GB/T-17032-1997标准测试，紫外线透过率为0.59%（<1%）。 本成果制成的抗紫外线辐射服饰品种有夏季服装、户外工作服、运动服、等。技术先进，可操作性强，在生产上无任何技术障碍，有广泛的应用前景。本项目曾获浙江省科技进步二等奖。 (2)功能化舒适性纤维的制备及产业化 项目简介： 本项目研究优化和复配共聚物的改性单体，完成适应于多品种织物开发的一整套“多功能舒适性聚酯纤维”的生产工艺及技术关键，解决多纤复合的染色问题；根据社会需求向多功能技术发展，赋予纤维特定的功能，如抗紫外线、抗菌防臭等品种；研究了纤维深加工的新工艺、新技术（花式加捻加弹等）。每种纤维具有两种以上功能，如导湿、排汗、常温可染等；纤维 上染率：85%以上（在98℃的染温下）；皂洗牢度：褪色4 ～5级，沾色4 ～ 5 级；摩擦速度：干4 ～5级，湿4 ～ 5级；织物强力：经向（牛顿/5×20cm）600 以上，纬向（牛顿/5×20cm）300以上。 本成果可制作穿着舒适、可导湿排汗、开发美观、舒适的服装，有着良好的市场前景。开发具有综合功能的差别化纤维，顺应了国际新型纤维发展的潮流，提高了产品的技术含量和产品档次，具有较好的经济效益。可联合开发或转让。 (3)渐变形、圆形截面立体机织预成形体及其 复合材料的研制
纺织结构复合材料动态强度实验室
纺织结构复合材料动态强度实验室 研究生工作条例 实验室现在招生规模日渐扩大，为保证培养质量，对研究生的日常研究工作有如下条例： 0实验工作，安全第一。尤其使用Hopkinson杆，要格外注意冲击损伤；注意用电安全。 1每个研究生都要有长期(整个读研期间)、中期(一个学期)、短期(一个月)的奋斗目标。 例如：在读研期间发表两篇SCI论文；考好GRE、TOEFL、IELTS争取国外奖学金；准备公务员考试；考出所需证书；抓紧完成研究工作，争取在第四学期完成研究，以便第五学期找工作等等。实验室积极为大家营造竞争、向上、愉悦的氛围，力求让每位研究生发挥最大潜能，真正成为某一个领域的专家，同时具有宽广的纺织专业知识面。 毕竟不是每个人都能成为元帅，如目标无法达到，但是不能没有实际行动和远大志向。 2实验室负责每位同学的研究目标，所以必须在学期开始时把中期目标、月初时把短期研究目标用书面的方式，向实验室汇报。 3每个周二晚上是组会时间，结合国外实验室研究生的惯例，现有如下强化措施： 针对每个月的短期目标，细化到每个月四周共计四次的子目标。 用书面的方式(电子版发送至顾伯洪、孙宝忠)，告诉实验室在刚过去一周中，汇报自己的学习近况，并及时进行反思。 把一个月4周的工作合并起来，看是否达到月初自定的目标，用书面方式告诉实验室：这个月的工作、目标实现的程度、未实现的原因、如何改进的措施、未来一月的打算。 流于口头的豪言是空谈，我们要留下书面的材料、付诸实际的行动。
4每周针对各自的目标，向实验室每位同学汇报研究工作或者学习进展，分享各自的研究成果或学习心得。实验室组会时间控制在两小时以内，18:00开始，20:00结束。由于学生太多，请及时向学院办公室以实验室名义登记借用学院会议室，组会放在学院会议室进行。登记工作由资历最深的博士生负责，逐年轮流顺推。 5每周轮到一位研究生做一次30分钟的演讲，估计每位在一个学期轮到两次，内容针对半个学期的总进展；一位学生reading，时间15分钟，对某一书籍(内容不限)，谈心得体会。 6研究工作常用数据库：在校园网内登录图书馆数据库页面，常用的有： SCI数据库：SCIE(ISI Web of Science) EI数据库：EI_Village 2 Elsevier 数据库：Science Direct (Elsevier) Wiley 数据库：Wiley InterScience 7平时每天上网时间不要超过2小时，请经常浏览《科学网》： 。务必不要浪费宝贵时间，浪费时间就是自杀。 8每位学生的科研文件应及时备份，研究成果(包括各类子程序)归实验室所有，并向导师汇报。工作进展及时总结，看是否可以形成paper。切记：不要把事情拖到最后(Don’t leave everything at last time.)。 9学校配备的研究生经费卡(硕士生每年500元，博士生每年1500元)自己保管，用于购买书籍、文具和报销市内交通费。 10每位研究生要有及时清洁实验室环境的习惯，保持实验室环境的整洁。无法想象随地乱扔纸屑、工作环境混乱的人会受人欢迎，包括你们的异性朋友。 希望大家在实验室拥有你们最有成果、最具青春活力、最难忘的岁月！