纺织结构复合材料中的纺织品
纺织结构复合材料分类
纺织结构复合材料分类纺织结构复合材料是一种由纤维素纤维和基体材料组成的复合材料。
纺织结构复合材料具有轻质、高强度、耐磨损、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
根据纺织结构的不同特点和用途，可以将纺织结构复合材料分为以下几类。
一、三维编织复合材料三维编织复合材料是一种由三维编织纤维构成的复合材料。
它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。
三维编织复合材料可以用于制造飞机零部件、汽车零部件以及建筑结构等。
该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。
在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。
二、二维织物复合材料二维织物复合材料是一种由二维织物和基体材料构成的复合材料。
它具有良好的柔韧性和可塑性，适用于制造需要弯曲和变形的零部件。
二维织物复合材料可以通过手工编织、机器编织或者预浸料等方法制备。
在制备过程中，需要考虑织物的纤维类型、纤维密度以及编织结构的优化，以提高复合材料的性能。
三、非编织纤维复合材料非编织纤维复合材料是一种由非编织纤维和基体材料构成的复合材料。
非编织纤维包括无纺布、纳米纤维以及纤维毡等。
这类复合材料具有较好的柔韧性和吸湿性，适用于制造衣物、过滤材料以及隔音材料等。
非编织纤维复合材料的制备过程相对简单，可以通过热压、湿压和自粘等方法制备。
四、三维编织纤维复合材料三维编织纤维复合材料是一种由三维编织纤维和基体材料构成的复合材料。
它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。
三维编织纤维复合材料适用于制造需要承受复杂载荷的零部件，如飞机机翼、汽车车身等。
该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。
在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。
纺织结构复合材料根据纺织结构的不同特点和用途，可以分为三维编织复合材料、二维织物复合材料、非编织纤维复合材料以及三维编织纤维复合材料等几类。
纺织材料学复习资料
纺织材料学复习资料1.纺织材料的概念与范畴纺织材料：包括纺织加⼯⽤的各种纤维原料和以纺织纤维加⼯成的各种产品。
服⽤纺织品：⾐服、鞋、帽、纱⼱家⽤纺织品：被、床单、桌布、坐垫产业⽤纺织品：绳索、缆绳、帐篷、炮⾐复合材料：轮胎、飞机壳体、风⼒发电设备的桨叶、⼟⼯布、防弹⾐、⽕箭整流罩和喷⽕喉管、海⽔淡化滤材 2.纺织材料的分类（1）纺织纤维 textile fibers概念：截⾯呈圆形或各种异形的、横向尺⼨较细、长度⽐细度⼤许多倍的、具有⼀定强度和韧性的（可挠曲的）细长物体。
按材料类别分为：有机、⽆机纤维按材料来源分为：天然纤维和化学纤维天然纤维：⾃然界⽣长或形成的，适⽤于纺织⽤的纤维。
化学纤维：是指⽤天然的或合成的⾼聚物为原料，经过化学和机械⽅法加⼯制造出来的纤维。
化学纤维⼜可分为再⽣纤维、合成纤维、⽆机纤维。
再⽣纤维：以天然⾼分⼦化合物为原料，经化学处理和机械加⼯⽽再⽣制成的纤维。
合成纤维：由低分⼦物质经化学合成的⾼分⼦聚合物，再经纺丝加⼯⽽成的纤维。
⼆、聚集态结构1.对于纤维聚集态的形式，20世纪40年代出现了“两相结构”模型，即认为纤维中存在明显边界的晶区与⾮晶区，⼤分⼦可以穿越⼏个晶区与⾮晶区，晶区的尺⼨很⼩，为10nm 数量级，分⼦链在晶区规则排列，在⾮晶区完全⽆序堆砌。
这种模型成为缨状微胞模型。
从晶区到⾮晶区是否存在逐步转化的过渡区，尚有不同解释2.Hearle 教授提出的缨状原纤结构模型，对此作了很好的解释，并与纤维的原纤结构形成很好的对应。
3.Kellel 等⼈提出了著名的折叠链⽚晶假说，并认为，线性⾼分⼦链可达⼏百到⼏千纳⽶，具很⼤表⾯能，极易在⼀定条件下⾃发折叠，形成⽚状晶体。
4. 依照⽚晶理论及事实，⼈们认为⽚晶就如同缨状微胞结构中的微胞，伸出的分⼦就像缨状分⼦，再进⼊其他⽚晶的为“缚结分⼦”，是纤维产⽣强度的主机制。
1、结晶态结构（1）结晶态：纤维⼤分⼦有规律地整齐排列的状态。
纺织复合材料研究报告
纺织复合材料研究报告随着现代工业的发展，纺织品已经不再只是传统的衣物和家纺，而是涵盖了更广泛的领域，包括建筑、交通、医疗和航空等。
纤维材料的机械性能和热性能已成为工程设计中的重要考虑因素。
为了满足市场需求，纺织品制造商正在不断寻求新的材料和技术。
本报告旨在介绍纺织复合材料的研究进展和应用前景。
二、纺织复合材料的定义和分类纺织复合材料是指由两种或两种以上的不同纤维或纤维和其他材料组成的一种新的材料。
根据纤维的类型和结构，纺织复合材料可以分为以下几类：1.纤维增强复合材料：由纤维和基体组成，纤维起到增强作用，基体起到支撑和保护作用。
2.混合纤维复合材料：由两种或两种以上的不同纤维组成，具有更好的机械性能和热性能。
3.纤维/纤维复合材料：由两种或两种以上的纤维相互交错组成，具有更好的强度和韧性。
4.多层纤维复合材料：由多层纤维和基体交替组成，具有更好的强度和刚度。
三、纺织复合材料的研究进展1.纤维增强复合材料的研究纤维增强复合材料由于其轻质、高强、高模量和耐热性能等优点，已经广泛应用于航空、航天和汽车工业等领域。
目前正在开展的研究工作包括：（1）纤维增强复合材料的制备和成型技术（2）纤维增强复合材料的表面处理和改性（3）纤维增强复合材料的力学性能和耐热性能的研究2.混合纤维复合材料的研究混合纤维复合材料由于其具有更好的机械性能和热性能，正在逐步替代传统的单一纤维复合材料。
目前正在开展的研究工作包括：（1）混合纤维复合材料的制备和成型技术（2）混合纤维复合材料的表面处理和改性（3）混合纤维复合材料的力学性能和耐热性能的研究3.纤维/纤维复合材料的研究纤维/纤维复合材料以其更好的强度和韧性，正在逐渐替代传统的单一纤维复合材料。
目前正在开展的研究工作包括：（1）纤维/纤维复合材料的制备和成型技术（2）纤维/纤维复合材料的表面处理和改性（3）纤维/纤维复合材料的力学性能和耐热性能的研究四、纺织复合材料的应用前景纺织复合材料具有轻质、高强、高模量、耐热性等优点，已经广泛应用于航空、航天、汽车、建筑、医疗和体育器材等领域。
石墨烯及氧化石墨烯在纺织印染行业中的应用
2、作为织物后处理剂
石墨烯和氧化石墨烯还可以作为织物后处理剂，用于改善织物的性能。例如， 将氧化石墨烯作为后处理剂加入到棉织物中，可以显著提高织物的抗皱性和弹性， 同时还可以增加织物的厚度和重量。此外，石墨烯还可以用于制备透明、耐磨的 涂层，用于保护织物表面不受损伤。
结论
石墨烯和氧化石墨烯在纺织领域具有广泛的应用前景，可以为纺织品带来许 多新的功能和特性。尽管目前它们的制造成本还相对较高，但随着技术的不断进 步和规模化生产的实现，相信在不久的将来它们在纺织领域的应用将会越来越广 泛。
石墨烯在纺织印染行业中的应用
石墨烯具有优异的导热性、强度和透光性，在纺织印染行业中具有广泛的应 用。例如，在高温定型过程中，石墨烯可以作为耐高温材料，提高纺织品的定型 效果和稳定性。此外，石墨烯还具有出色的抗菌防臭性能，可以为纺织品添加额 外的保健功能。
具体应用方面，石墨烯在纺织品上的应用主要表现在以下几个方面：
结论与展望
综上所述，石墨烯和氧化石墨烯在纺织印染领域具有广泛的应用前景。这两 种材料凭借其独特的性质和优势，可以显著提高纺织品的性能和舒适度，同时为 智能纺织品领域提供新的发展机遇。尽管目前石墨烯和氧化石墨烯在纺织印染中 的应用还处于研究阶段，但随着技术的不断进步和应用的不断拓展，相信在不久 的将来，这两种材料将会成为纺织印染领域的常用材料，为纺织行业的发展注入 新的活力。
为了将石墨烯应用于纺织品，研究者们尝试了多种方法。其中，将石墨烯与 生物基聚合物复合是一种较为有效的方法。通过将石墨烯与纤维素、蛋白质等生 物基聚合物进行复合，可以制备出性能优异的石墨烯/生物基聚合物复合材料。 这种复合材料既保留了石墨烯的优点，又具有生物基聚合物的可持续性，因此在 纺织印染领域具有广阔的应用前景。
(完整版)产业用纺织品
1.纺织品分类（按最终用途分）：服装用、装饰用、产业用2.产业用纺织品定义：是指用于许多非纺织行业的产品、制造过程和配套服务的经过专门设计的工程类纺织结构材料。
3.产业用纺织品也叫做：技术纺织品、高性能纺织品、高技术纺织品、工程纺织品、产业织物、技术织物4.产业用纺织品与用于服装和装饰的普通纺织品不同，它通常由非纺织行业的专业人员用于各种性能要求高或耐用的场合5.产业用纺织品与非产业用纺织品的区别。
（9个方面）：（1）产业用纺织品的应用领域和使用对象不同：产业用纺织品属于生产资料领域，服装和装饰用纺织品属于消费领域；服装和装饰用纺织品的购买和使用对象是消费者，产业用纺织品的使用对象通常不是个体户（2）外观形态不同：产业用纺织品的外观形态有纤维形态、线绳结构、片状形态、三维形态；服装和装饰用纺织品的外观形态为片状形态（3）性能要求不同：产业用纺织品的性能要求比服装和装饰用纺织品的性能要求高（4）所用材料不同：产业用纺织品所用原料比服装和装饰用纺织品要广泛，会大量使用一些高性能和高功能的特殊原料，所用原料强度很高，抵抗各种外部环境的能力较强，性能优异；服装和装饰用纺织品对物理机械性能要求较低，对外观以及穿着舒适性要求较高。
（5）加工方法和使用设备不同：产业用纺织品所用材料比较刚硬，加工难度大；由于性能方面的要求，加工方法和使用设备也与服装和装饰用纺织品不同（6）最终产品的处理不同：产业用纺织品最终产品绝大部分都要经过涂层、层压或复合处理，使其更好的发挥产品特性，弥补中间产品的各种缺陷（7）测试方法不同：产业用纺织品的测试具有一定难度，实验室不能完全模拟实际使用情况，所以实验结果必须具有足够的精度和可靠性（8）使用寿命不同：产业用纺织品的使用寿命比服装和装饰用纺织品要长得多，流行趋势对于产业用纺织品的使用寿命没有影响（9）价格不同：产业用纺织品的价格比传统纺织品高6.产业用纺织品按最终用途分类。
（中、欧、美）中国：农业栽培用纺织品；渔业和水产养殖用纺织品；土工织物；传动、传送、通风等带管的骨架材料；蓬盖、帐篷用帆布；工业用呢、毡、垫等；产业用线、带、绳、缆，革、毡、瓦等的基布；过滤材料及筛网；隔层材料及绝缘材料；包装材料；各类劳保、防护用材料；文娱、体育用品的基布；医疗卫生及妇婴保健材料；国防、航空、航天及尖端工业用纺织品；其他类产业用纺织品欧洲：农业用纺织品；土木工程用纺织品；建筑用纺织品；环保用纺织品；交通运输用纺织品；工业用纺织品；防护用纺织品；医疗卫生用纺织品；功能性服装用纺织品；包装用纺织品；体育与休闲用纺织品；其他产业用纺织品美国：农用纺织品；建筑结构用纺织品；纺织结构复合材料；过滤用纺织品；土工织物；医疗纺织品；军事国防用纺织品；造纸机用织物；安全防护用纺织品；运动及娱乐用纺织品；交通运输用纺织品；其他产业用纺织品7. 产业用纺织品在21世纪中应起的作用一、在电子信息技术方面纺织复合材料具有许多优异的性能，如强度高、比刚度大、抗疲劳性好、耐腐蚀性好、尺寸稳定、密度低、独特的材料可设计性，应用于电子工业上，用作结构件及结构功能件，赋予产品以轻质、高强度、高刚度、高尺寸精度等特性，提高了产品的技术指标，更好地适应了现代高科技的发展要求。
工业用纺织品全篇
3 过滤布的主要性能指标与影响因素 滤布的种类很多，应用范围也很广，涉及到各行各业，
因而对滤布的要求也千差万别，不同的场合，不同的过滤条 件，要求滤布的性能也有一定的差异。
（1）捕集效率：即集尘率、过滤效率、净化效率，捕集效
率应能满足规定的百分率。
在纤维层过滤中通常成立以下对数穿透定律：
1
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2、合理选择纤维规格：从纤维直径、纤维截面形状、纤维 长短、单丝与复丝、多种纤维组合等因素来考虑对过滤 的影响。
四、过滤材料的结构及常见品种
1、机织过滤材料：用相互垂直的两个系统的纱线相互交 织而成。组织有平纹、斜纹和缎纹，特殊情况下也用纬 二重、双层及管状组织织物。
2、筛网：一般为机织物，按使用原料可分为蚕丝筛网、 合纤单丝筛网、合纤棕丝筛网及金属丝筛网等，筛网织 物要求孔眼均匀、清晰、孔径大小正确，使用时不移位， 坚牢耐用。
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式中：—综合捕集效率 —空隙率
—纤维层厚度
—纤维直径
—每根单纤维的捕集效率
捕集效率与滤布的结构参数有关，一般短纤维比长丝的捕
集效率高，非织造布比机织布的捕集效率高，一般纺织品过
滤材料均可达到99.5%以上的捕集效率。
（2）透气性：指在一定的压差下，滤材单位面积通过的 空气量，单位为m3/m2·s。透气性是过滤布很重要的一个 指标，原料不同，透气量也不同。透气性与过滤阻力有 直接关系，透气性好，则过滤阻力小，能耗低，在设计 上应根据不同用途要求，选择不同的原料、组织结构等。 另外，各国在测量透气量时所规定的定压差值不完全相 同 ， 如 日 本 美 国 采 用 127Pa （ 12.7mmH2O ） ， 瑞 典 采 用 100Pa(10mmH2O),德国采用200Pa(20mmH2O)，我国采用130 Pa(13mmH2O)。
纺织结构复合材料第一讲
纺织结构复合材料第一讲1. 什么是纺织结构复合材料？纺织结构复合材料具有纤维的优良性能和纺织品的柔韧性，是一种新型的复合材料。
它采用纺织品作为增强材料，常见的纤维有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
与传统的复合材料相比，纺织结构复合材料不存在层间剥离的问题。
此外，它的使用寿命长，防护性能好，能够适应高强度、高性能、多功能的性能要求，具有很高的应用价值。
2. 纺织结构复合材料的制备方法目前常用的纺织结构复合材料制备方法有以下几种：2.1 手工层叠法手工层叠法是一种简单而常用的制备方法，它利用胶水将纤维与基体胶粘在一起。
该方法制备的复合材料具有较好的柔韧性，并具有一定的强度、刚度、韧性和耐冲击性。
2.2 自动层叠法自动层叠法是一种自动化程度较高的制备方法，它通过自动化设备将纤维与基体粘结在一起。
该方法可以提高生产效率，使复合材料具有较好的一致性和稳定性。
2.3 预浸法预浸法是将纤维与预先浸润过原液的基体材料放置在模具中形成的复合材料。
该方法可以使复合材料具有更好的强度和刚度，但由于需要进行预浸润，成本较高。
2.4 压缩成型法压缩成型法是一种利用高温高压对纤维和基体进行加强和粘结的方法。
该方法可以制备出具有高强度和高刚度的复合材料，但设备成本相对较高。
3. 纺织结构复合材料的应用纺织结构复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑、医疗、运动器材等领域。
以航空航天为例，纺织结构复合材料在制造航空器、导弹、卫星等方面有着广泛的应用，可以显著提高载荷能力、加速度、强度和稳定性等指标。
4.随着科技和生产技术的不断发展，纺织结构复合材料将会在更多领域得到广泛应用，成为未来的重要材料之一。
2024年纺织复合材料市场发展现状
2024年纺织复合材料市场发展现状引言纺织复合材料是指由纺织品与其他材料相结合形成的新型材料。
由于纺织品具有轻质、高强度、柔软和透气等特点，与其他材料结合后能够具备更好的性能和功能。
纺织复合材料在汽车、航空航天、建筑和军事等领域有广泛的应用，因此其市场需求也在不断增长。
市场规模纺织复合材料市场的规模呈现稳定的增长趋势。
根据市场研究数据，2019年全球纺织复合材料市场规模约为200亿美元，预计到2025年将达到300亿美元。
此增长主要归因于各个行业对材料性能的要求不断增加，以及对环保和可持续发展的关注。
主要应用领域纺织复合材料在多个领域有广泛应用。
以下是几个主要领域的介绍：1.汽车工业：纺织复合材料在汽车制造中的应用越来越广泛，如车身结构、车内装饰和座椅等。
由于其轻质、高强度的特点，可以提高汽车的燃油效率和安全性能。
2.航空航天工业：航空航天领域对材料的要求非常严苛，纺织复合材料由于其优异的强度和轻质特性，被广泛应用于飞机机身和内饰等部件。
3.建筑领域：纺织复合材料在建筑领域中的应用越来越重要。
它可以用于外墙装饰、屋顶和地板等部位，不仅具备良好的耐候性和防水性能，还能够提升建筑的抗震性能。
4.体育用品：纺织复合材料在体育用品制造中有重要作用，如高尔夫球杆、网球拍和足球鞋等。
通过使用纺织复合材料可以减轻器材的重量，提高运动员的表现。
市场驱动因素纺织复合材料市场的增长受到多个因素的驱动：1.技术进步：纺织复合材料的研发技术不断进步，新材料的开发和生产工艺的改进使得产品的性能不断提高，满足市场需求。
2.环保要求：纺织复合材料具备可再生和可降解的特性，能够减少对环境的影响，得到越来越多环保意识的消费者和企业的关注。
3.节能需求：纺织复合材料的轻质特性使得使用该材料制造的产品更节能，适应了能源紧缺的现实需求。
市场挑战和发展趋势纺织复合材料市场发展面临着一些挑战，同时也有一些发展趋势：1.成本挑战：纺织复合材料的生产成本相对较高，需要进一步降低成本，提高生产效率。
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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)10-0002-051 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。