淺議編織復(fù)合材料技術(shù)

程融

（四川 成都 610000）

1 概述

在航空航天方面，編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要應(yīng)用于航天飛機(jī)及飛機(jī)的機(jī)翼、飛行器機(jī)體的骨架、火箭和導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)殼體、噴管和壓力容器等。不光在航空航天方面，在其他工程領(lǐng)域編織復(fù)合材料也有很好的應(yīng)用前景。編織復(fù)合材料由于其比硬度大、比強(qiáng)度高、整體性能好而在實際應(yīng)用中有著許多的優(yōu)勢。織物結(jié)構(gòu)增大了聚合物基體的強(qiáng)度，同時改善了材料整體中的應(yīng)變分布。編織復(fù)合材料的熱膨脹性小、耐腐蝕、在較大的溫度范圍內(nèi)都可以保持良好的空間穩(wěn)定性。現(xiàn)今無人機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，其中減重是無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個永恒的話題，而如何合理的應(yīng)用復(fù)合材料是解決這一問題的一個有效途徑，本文對編織復(fù)合材料進(jìn)行了初步探索，為以后無人機(jī)研制奠定理論基礎(chǔ)。

2 編織復(fù)合材料技術(shù)

2.1 立體織物的分類

立體織物主要分為以下五類：

（1）機(jī)織；

（2）針織；

（3）三維編織；

（4）正交及非正交；

（5）針刺、穿刺縫合。

2.2 編織復(fù)合材料基體

編織復(fù)合材料的基體主要是聚合物，有熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。熱塑性樹脂的特點是遇熱軟化或熔融而處于可塑性狀態(tài)，冷卻后又變堅硬，而且這一過程可以反復(fù)進(jìn)行。熱塑性樹脂復(fù)合材料需要在一定的溫度和壓力下加工，適于大規(guī)模的自動化生產(chǎn)，并能降低單位產(chǎn)品的成本。

2.3 編織復(fù)合材料成型技術(shù)

編織復(fù)合材料的成型技術(shù)與單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型技術(shù)有很大程度的相似性。主要涉及到的成型技術(shù)有：模壓成型、樹脂傳遞模塑(RTM)成型、手工成型和真空浸漬法成型等。成型過程中同樣涉及到樹脂浸漬、固化定型等過程，但在樹脂浸漬方面明顯地優(yōu)于傳統(tǒng)的浸漬法。在這些成型技術(shù)中，應(yīng)用最多的是RTM（Resin Transfer Mould）工藝。由于纖維紡織結(jié)構(gòu)物具有很好的整體性和均勻性，其整體性保證了纖維不會因注入樹脂產(chǎn)生的流動壓力而引起纖維的變位，而其均勻性保證了預(yù)制品空隙均勻，使注膠的壓頭平齊，不會造成回流包住氣體而形成氣孔，所以，可生產(chǎn)出高性能RTM 結(jié)構(gòu)制品。

表1 芯材材料力學(xué)性能對比一覽表

2.4 中空織物

中空織物的設(shè)計：主要包括：

（1）“逆向”交織成芯技術(shù)；

（2）芯部形態(tài)的多結(jié)構(gòu)設(shè)計；

（3）“8”字形芯部形態(tài)設(shè)計。

織物復(fù)合成型方法：織物可采用手糊，浸膠，噴射或抽真空等成型方法。

夾芯材料性能對比，如表1 所示。

從表中可以看出：

（1）整體中空夾層復(fù)合材料的平拉、雙層剪切性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)蜂窩夾層復(fù)合材料，平壓、彎曲性能二者差異不大，且該種材料為整體成型，因此，在很多方面的實際使用中可替代傳統(tǒng)蜂窩夾層符合材料。

（2）中空夾層復(fù)合材料緯向剪切性能和彎曲性能均優(yōu)于經(jīng)向。實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)載荷方向進(jìn)行合理設(shè)計，使結(jié)構(gòu)受力達(dá)到最佳狀態(tài)。

對比結(jié)果：

（1）中空織物復(fù)合板可采用氣壓壓注的方法進(jìn)行發(fā)泡，但由于板的空間較小，泡沫密度不得低于70Kg/m3。發(fā)泡工藝方法可用于制作批量泡沫夾層中空織物復(fù)合板。（2）泡沫夾層中空織物復(fù)合板整體性能高于泡沫夾芯板；高密度泡沫夾層中空織物復(fù)合板和高密度泡沫夾芯板均高于低密度泡沫夾芯板；泡沫夾層中空織物復(fù)合板的經(jīng)向側(cè)壓和面板強(qiáng)度高于緯向，彎曲性能經(jīng)緯向差別不大。（3）泡沫夾層中空織物復(fù)合板及泡沫夾芯板力學(xué)性能均隨泡沫密度的提高而提高，實際應(yīng)用時應(yīng)考慮性能與重量的優(yōu)化設(shè)計。（4）加工工藝、材料選擇對力學(xué)性能有一定的影響，性能對比時應(yīng)考慮各種條件的一致性問題。本次試驗兩種泡沫夾層結(jié)構(gòu)性能對比時泡沫密度有一定差別，主要是由于泡沫中空板與面板及芯材接觸處泡沫密度偏高，但基本能反映性能差異。（5）將PU聚氨酯硬泡灌注填充中空織物復(fù)合板中間空腔部分使PU 硬泡和中空織物復(fù)合板有機(jī)粘接在一起，在增加很小質(zhì)量下能較好的提高中空織物復(fù)合板的各項機(jī)械性能。

結(jié)語

（1）編織結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)度、高模量，特別是在厚度方向，使材料具有高損傷容限、高斷裂韌性、耐沖擊、抗分層和抗疲勞等；

（2）編織結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的可設(shè)計性，可根據(jù)要求增減增強(qiáng)纖維的含量，并可一次完成復(fù)雜構(gòu)件的成型；

（3）整體成型中空復(fù)合材料的預(yù)制體為三維整體成型，可以充分保證材料的整體力學(xué)性能，夾芯層的空間可以成為充分利用的功能層，如預(yù)埋件、監(jiān)控探頭、導(dǎo)線與發(fā)泡成型；

（4）整體夾芯中空復(fù)合材料比其它夾芯材料具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，尤其是層間強(qiáng)度大大增強(qiáng)，解決了一般夾芯材料層間強(qiáng)度低、易分層的缺點。

（5）編織復(fù)合材料的初步探索，為以后無人機(jī)復(fù)合材料的研制奠定了理論基礎(chǔ)。

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