經(jīng)編四軸向玻璃纖維織物的滲透行為和滲透率

耿 奕， 蔣金華，2， 陳南梁，2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心， 上海 201620)

經(jīng)編四軸向玻璃纖維織物的滲透行為和滲透率

耿 奕1， 蔣金華1，2， 陳南梁1，2

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620； 2. 產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心， 上海 201620)

為研究經(jīng)編四軸向玻璃纖維織物的滲透行為同織物結(jié)構(gòu)的關(guān)系，采用徑向法和單向法對不同鋪層數(shù)和鋪層角度的預(yù)制件進(jìn)行面內(nèi)滲透率以及單向滲透率的測試，并結(jié)合復(fù)合材料橫截面切片對織物凹凸表面效應(yīng)以及對流動(dòng)的阻礙作用進(jìn)行分析。采用以體積分?jǐn)?shù)為自變量的經(jīng)驗(yàn)公式對多層鋪層織物的單向滲透率進(jìn)行預(yù)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對于低鋪層數(shù)的預(yù)制件，滲透率和纖維體積分?jǐn)?shù)無直接關(guān)系，與織物表面在壓縮作用下形成的平行于流動(dòng)方向的流道數(shù)量密切相關(guān)；對于鋪層角度不同的預(yù)制件，平行流道數(shù)目最多的預(yù)制件具有最大的滲透率；經(jīng)驗(yàn)公式較Kozeny-Carman公式更能準(zhǔn)確地預(yù)測經(jīng)編四軸向織物的單向滲透率。

液體模塑工藝； 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料； 滲透率； 經(jīng)編軸向織物； 玻璃纖維織物

液態(tài)模塑工藝(LCM)作為一種應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料加工工藝，有著工藝簡單、投入少、可重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)。真空輔助樹脂傳遞工藝的原理是將設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料放到模具型腔內(nèi)，在真空驅(qū)動(dòng)下灌入樹脂，等樹脂完全浸潤材料后固化成型，脫模取出復(fù)合材料制品。

多軸向經(jīng)編織物近年來作為一種新型復(fù)合材料增強(qiáng)體，應(yīng)用在航空航天、風(fēng)力發(fā)電葉片、交通運(yùn)輸復(fù)合材料的制造上。由于成型性好、懸垂性好、抗沖擊性和能量吸收特性優(yōu)良，成為一種理想的三維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料。而目前關(guān)于多軸向經(jīng)編織物的滲透性能的研究多集中在在雙軸向經(jīng)編織物，對于同樣應(yīng)用廣泛的四軸向織物卻研究不夠深入。為了優(yōu)化四軸向經(jīng)編復(fù)合材料加工工藝，對其滲透性能進(jìn)行加工前的預(yù)測有著重要的意義。

實(shí)際上，纖維增強(qiáng)體尤其是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的織物的滲透率是難以準(zhǔn)確預(yù)測的。因?yàn)椴煌椢锝Y(jié)構(gòu)、不同環(huán)境條件和不同受力狀態(tài)均對滲透率造成影響。微觀層面上，纖維堆積方式、纖維束間流道以及連接穿透纖維束的捆綁線的捆綁方式等因素均會(huì)造成的孔隙分布的不一致不均勻，從而影響局部的流動(dòng)和滲透[1-2]；在宏觀層面上，不同鋪層角度和不同鋪層數(shù)在壓力下的層間受力狀態(tài)和纖維束鑲嵌彎曲狀態(tài)也會(huì)影響樹脂的滲透速度[3-5]。滲透率可從理論分析方面進(jìn)行預(yù)測，相關(guān)的有Kozeny-Carman理論，達(dá)西定律、拖拽理論以及毛細(xì)流動(dòng)預(yù)測理論。最常用的為達(dá)西理論和Kozeny-Carman 理論。Williams率先將Kozeny-Carman(KC)公式用于沿纖維方向的滲透率的預(yù)測[6]。而Kardos又在此基礎(chǔ)上通過修正KC參數(shù)用于表征纖維束橫截面方向上的流動(dòng)，并應(yīng)用在單向布多角度鋪層的滲透率預(yù)測上[7-8]。Rudd和Gauvin等[9-10]提出可以將滲透率定義為體積分?jǐn)?shù)的參數(shù)，在雙軸向經(jīng)編織物的滲透率預(yù)測方面取得了較為準(zhǔn)確的結(jié)果。但是四軸向織物的滲透率預(yù)測卻缺乏相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論。

為此本文研究經(jīng)編四軸向玻璃纖維織物在真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移工藝下的樹脂流動(dòng)行為，通過在恒壓條件下采用單向法和雙向法測試不飽和聚酯樹脂的平均滲透率，討論流動(dòng)各向異性、鋪層角度、鋪層層數(shù)等參數(shù)對的影響，進(jìn)而分析捆綁紗結(jié)構(gòu)、纖維體積分?jǐn)?shù)以及流道效應(yīng)對流動(dòng)平均速率的關(guān)系，求出對應(yīng)滲透率，并采用理論預(yù)測的方法對滲透率進(jìn)行預(yù)測。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

多軸向經(jīng)編織物是采用高性能纖維作為增強(qiáng)襯紗，在多軸向經(jīng)編機(jī)鋪緯運(yùn)動(dòng)和成圈運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合下，利用編鏈、經(jīng)平或變化經(jīng)平組織將多層紗線綁縛成一個(gè)整體的多層織物。由于織物內(nèi)襯的紗線平行伸直，并且層與層間具有角度變化，織物具有鋪覆性好、不易變形、強(qiáng)度高等特點(diǎn)。其織造示意如圖1所示，在0°、90°、±45°方向上分別襯入軸向紗，分層鋪好后采用經(jīng)平或編鏈技術(shù)捆綁起來[11-12]。

圖1 四軸向經(jīng)編織造示意圖Fig.1 Knitting diagram of warp-kintted quadri-axial fabric

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

滲透率是增強(qiáng)材料的固有屬性，用于表征流體流過孔隙材料的難易程度，滲透率分為2類：飽和滲透率和不飽和滲透率。飽和滲透率是指液體在流動(dòng)時(shí)間和流動(dòng)距離無關(guān)的狀態(tài)下的滲透率；而不飽和滲透率指在流體前鋒到達(dá)的時(shí)間和距離有關(guān)狀態(tài)下的滲透率。本文的研究對象均為不飽和滲透率。

樹脂浸潤纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，通常被抽象為多孔介質(zhì)的滲流運(yùn)動(dòng)，采用Darcy定律進(jìn)行描述，即：

(1)

式中：ν為樹脂的平均流速；K為滲透率張量；▽P為壓力梯度；μ為流體黏度；達(dá)西定律假設(shè)樹脂在纖維預(yù)成型體中流動(dòng)時(shí)，纖維形狀不會(huì)發(fā)生改變，毛細(xì)現(xiàn)象、表面的張力以及重力和樹脂的慣性作用忽略不計(jì)。

采用宏觀的算術(shù)平均方法對滲透作用進(jìn)行描述。關(guān)于滲透率的平面測試方法分為2種，單向測試和徑向測試。單向法將預(yù)制件鋪放在透明玻璃模具中，在恒壓條件下沿線性方向注入樹脂，通過記錄樹脂流動(dòng)前沿位置和時(shí)間，模具進(jìn)口壓力和流體流量等參數(shù)，求得非飽和滲透率。徑向法測滲透率則是在模具中心注射樹脂，在恒流量或恒壓力的作用下浸潤樹脂預(yù)制件，再根據(jù)樹脂前沿?cái)U(kuò)展的形狀和位置獲得滲透率張量的方向和大小[11]。本文先采用徑向法確定織物內(nèi)的主滲透方向和各方向滲透速度后，再采用單向法通過改變增強(qiáng)織物的鋪層數(shù)和鋪層方向?qū)蜗驖B透率進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)通過對截面纖維束堆積結(jié)構(gòu)和富脂區(qū)的觀測以及對滲透平均速率和灌注時(shí)間的比較，得出了影響單角度多層鋪層和多角度固定層數(shù)不同鋪層的滲透率的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。最后采用經(jīng)驗(yàn)公式對0°鋪層的預(yù)制件進(jìn)行滲透率的預(yù)測。

實(shí)驗(yàn)選取常州宏發(fā)縱橫新材料科技有限公司生產(chǎn)的四軸向布E-DBLT800-6(襯紗方向0°/-45°/90°/45°)。其規(guī)格參數(shù)見表1所示。實(shí)驗(yàn)測試流體采用常州華科不飽和聚酯樹脂HS-2104-G40，采用上海精科粘度儀測得其黏度達(dá)320 MPa·s(溫度20°)。織物的正面和背面結(jié)構(gòu)見圖2所示，正面0°襯紗層中的纖維排布平行于0°方向，密度為25根/10 cm。90°的襯紗層中的纖維排布平行于90°方向，密度為35根/10 cm。45°和-45°方向的襯紗層無明顯紗束的分界，鋪層均勻，參數(shù)見表2所示，試樣大小為15 cm×15 cm。

圖2 四軸向經(jīng)編玻璃纖維織物Fig.2 Warp-knitted quadri-axial fabric.(a) Front face; (b) Back face

織物面密度/(g·m-2)密度/(根·(10cm)-1)四軸向織物821-0°層襯紗21225-45°層襯紗2005090°層襯紗2013545°層襯紗20050

表2 試樣的實(shí)驗(yàn)方法、編號、鋪層數(shù)以及鋪層角度Tab.2 Test methods、ply numbers and ply angles in experiment

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 雙向法測試的織物流動(dòng)各向異性

采用雙向法對四軸向織物進(jìn)行平面內(nèi)的流動(dòng)性質(zhì)和各向同性測試，根據(jù)樹脂前沿?cái)U(kuò)展的形狀和位置獲得滲透率張量的方向和大小。樹脂在纖維增強(qiáng)體中的流動(dòng)呈橢圓，并如圖3所示。假定x-y為全局坐標(biāo)系，橢圓主軸所在的X-Y為主坐標(biāo)系，兩坐標(biāo)系間的夾角為θ。通過實(shí)驗(yàn)得到Kx、Ky以及θ。然后通過角度轉(zhuǎn)換為各向同性坐標(biāo)系后求得主方向滲透率K1、K2[11,13]。

圖3 雙向(徑向)法測樹脂流動(dòng)性示意圖Fig.3 Diagram of radial flow measurement

樹脂流動(dòng)的2個(gè)主滲透率方向分別為±45°方向(以x軸所在方向?yàn)?°；y軸所在方向?yàn)?90°)，在45°方向上擴(kuò)展最快，在135°方向上擴(kuò)展最慢。雙向法測得θ=45°，其滲透率如表3所示。

表3 雙向法測得滲透率值Tab.3 Permeability of radial flow measurement

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，流動(dòng)前鋒不為正圓形，而是一個(gè)橢圓，因此織物結(jié)構(gòu)并非為正交各向同性。橢圓長軸與x軸夾角為45°。不與x軸平行，因此四軸向玻璃纖維布也不是正交各向異性結(jié)構(gòu)[13]。

從織物結(jié)構(gòu)推測，如果不計(jì)捆綁紗和針跡的影響，主滲透率方向應(yīng)該與坐標(biāo)系垂直。因?yàn)榭椢镌诟鬏S向的襯紗面密度大致相當(dāng)，各層中襯入的粗紗雖然粗細(xì)和密度不一但具有對稱性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，平面流動(dòng)具有各向異性，主滲透率不與坐標(biāo)系垂直。由此可推測出是捆綁紗以及捆綁紗引發(fā)的針跡孔隙形成了側(cè)向流道導(dǎo)致主滲透率方向的偏移。

2.2 單向法測試的滲透平均速度

在實(shí)際工藝中，往往采用不同鋪層的織物。層與層間的共同作用也同樣會(huì)對滲透性造成影響[14]。鋪層數(shù)的不同也會(huì)造成體積分?jǐn)?shù)的差別，從而影響滲透率。采用單向法對不同鋪層數(shù)和鋪層角度的預(yù)制件的平均滲透速率進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)將預(yù)制件鋪放在透明玻璃模具上，在恒壓條件下沿線性方向注入樹脂，通過記錄樹脂流動(dòng)前沿位置和時(shí)間，模具進(jìn)口壓力等參數(shù)求得滲透率。實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。在排氣口P2處抽真空，壓強(qiáng)為負(fù)大氣壓Pvac;在P1處灌入樹脂，樹脂與大氣壓相通，壓強(qiáng)記為0，整個(gè)過程在真空負(fù)壓的驅(qū)動(dòng)下，樹脂逐漸灌滿整個(gè)預(yù)制件。

圖4 單向法測滲透率Fig.4 Unidirectional flow measurement

實(shí)驗(yàn)過程中采用視頻記錄裝置采集樹脂流動(dòng)前鋒位移與時(shí)間的關(guān)系，滲透率的大小同位移平方l2與時(shí)間t的斜率呈正比[15]。實(shí)驗(yàn)的單向滲透率值見表4所示。樹脂從開始注入到流動(dòng)滲透整個(gè)平板所用時(shí)間記為灌注時(shí)間。

表4 單向滲透率纖維體積分?jǐn)?shù)和滲透率Tab.4 Fiber volume fraction and permeability of directional permeability test

2.2.1鋪層數(shù)對單向流動(dòng)平均速度的影響

對鋪層為1層、2層、4層的經(jīng)編四軸向織物的預(yù)制件在0°方向上灌注時(shí)間、滲透率進(jìn)行了測試。 圖5示出不同鋪層數(shù)的多軸向織物從開始充入樹脂到樹脂溢出排氣孔的時(shí)間。不同鋪層數(shù)和鋪層角度下的灌注時(shí)間并不相同，并且最低灌注時(shí)間與最高灌注時(shí)間相差5倍。其中，單層的織物需要樹脂滲透的時(shí)間最長，其次是雙層鋪層，而灌注時(shí)間最快的是4層鋪層。并且隨著層數(shù)的增加，滲透率時(shí)間增大的趨勢減緩。圖6示出對應(yīng)的平均單向滲透率，同滲透時(shí)間呈反比。

圖5 不同鋪層數(shù)單向流動(dòng)充滿模具時(shí)間Fig.5 Filling time of fiber preform with different layout numbers

圖6 不同鋪層數(shù)的對應(yīng)滲透率Fig.6 Permeability of fiber preform with different layout numbers

整個(gè)灌注過程的樹脂流動(dòng)速度逐漸變慢，但是4層織物的滲透速度依然保持最快，結(jié)果如圖7所示。圖8示出單向流動(dòng)的時(shí)間和流動(dòng)長度平方的變化關(guān)系，由于未浸滿織物前，單向流動(dòng)滲透率與曲線的斜率保持正比，因此前端的圖線越接近直線，求出的滲透率越準(zhǔn)確。

圖7 不同鋪層數(shù)單向流動(dòng)時(shí)間與位移關(guān)系Fig.7 Relationship curve between time and flow front distance in preforms with different layout numbers

圖8 不同鋪層數(shù)單向流動(dòng)時(shí)間與流動(dòng)長度平方關(guān)系Fig.8 Relationship curve between time and square flow front distance in preforms with different layout numbers

圖9 不同鋪層數(shù)VARTM平板截面Fig.9 Cross section of composite with different layout numbers. (a) Single layer; (b) Double layers; (c) Four layers

經(jīng)測定，纖維體積分?jǐn)?shù)隨著鋪層數(shù)增大而增高。與纖維體積分?jǐn)?shù)越大滲透速率越小的一般情況相反。對灌注固化后的復(fù)合材料平板進(jìn)行橫截面觀察，如圖9所示。單層和雙層復(fù)合材料與柔性真空袋相連的表面呈凹凸?fàn)顟B(tài)，層與層間所含富脂區(qū)較少；而四層復(fù)合材料的表面平整，層與層間富脂區(qū)較多。證明具有不同纖維體積分?jǐn)?shù)的鋪層在相同的壓力下的受壓狀態(tài)不同。1層和2層復(fù)合材料平板內(nèi)，具有凹凸效應(yīng)的織物表面緊貼真空袋，流道難以形成。而4層復(fù)合材料內(nèi)，除卻緊挨真空袋的1層，其余層與層間織物本身的凹凸表面形成了連貫的流道，大大提高了滲透速率。

2.2.2鋪層角度對單向流動(dòng)平均速度的影響

改變經(jīng)編四軸向玻璃纖維織物的鋪層角度，將4種鋪層角度不同的預(yù)制件在0°方向上的不飽和流動(dòng)速率進(jìn)行了測試。

圖10示出不同鋪層角度的預(yù)制件單向流動(dòng)充滿模具的時(shí)間。其中0°/90°/±45°鋪層的灌注時(shí)間最長，其次是4層90°鋪層的預(yù)制件和0°/90°/0°/90°鋪層的預(yù)制件，最快的是4層0°鋪層的預(yù)制件。其平均滲透率與灌注時(shí)間呈反比，如圖11所示。圖12、13分別顯示了在流動(dòng)過程中樹脂的流動(dòng)長度、流動(dòng)長度平方與時(shí)間的關(guān)系，4層0°鋪層的織物滲透速度明顯較快，其余3種鋪層方法滲透速度相差不大。并且隨著時(shí)間推移，4層0°鋪層的預(yù)制件速度降低的趨勢最不明顯，而其他3種鋪層方法均有較為明顯的下降，說明樹脂在其中流動(dòng)到的受阻礙較大。圖13對應(yīng)的前半部分直線的斜率與滲透率成正比。其中，0°/90°/±45°鋪層的預(yù)制件在600 s之前與4層90°鋪層的預(yù)制件的滲透率基本一致，但在600 s之后逐漸小于4層90°鋪層，證明壓力越接近空氣負(fù)壓，流動(dòng)越難以進(jìn)行。即在壓力場不變的情況下，在相同壓縮作用下的預(yù)制件，由于鋪層不同孔隙率發(fā)生了變化。

圖10 不同鋪層角度單向流動(dòng)充滿模具時(shí)間Fig.10 Filling time of fiber preform with different layout angles

圖11 不同鋪層角度對應(yīng)的滲透率Fig.11 Permeability of fiber preform with different layout angles

圖12 不同鋪層數(shù)單向流動(dòng)時(shí)間與流動(dòng)長度關(guān)系Fig.12 Relationship curve between time and flow front distance in preforms with different layout angles

圖13 不同鋪層數(shù)單向流動(dòng)時(shí)間與流動(dòng)長度平方關(guān)系Fig.13 Relationship curve between time and square flow front distance in preforms with different layout angles

由此可推斷，鋪層角度的不同對樹脂流動(dòng)的影響是顯而易見的，在纖維體積分?jǐn)?shù)相差不大的條件下，滲透率卻具有比較大的離散性。為了分析原因，對試樣切片進(jìn)行了橫截面的觀察，如圖14所示。NCF404橫截面圖片中，纖維束堆疊鑲嵌，形成了明顯的孔狀富脂區(qū)，并且厚度明顯高于其他3種試樣，纖維之間排列較松。NCF414中纖維束排列最為緊密，無大面積的孔隙富脂區(qū)域出現(xiàn)。NCF424的切片和NCF434的切片厚度相當(dāng)。層與層間出現(xiàn)明顯的分層，富脂區(qū)域呈帶狀分布。并且層間的帶狀樹脂空隙，與單層織物表面的凹槽高度大致相當(dāng)。

圖14 不同鋪層角度VARTM平板截面Fig.14 Cross section of composite with different layout angles

進(jìn)一步分析影響滲透率的因素，確定流道是否平行于樹脂流動(dòng)方向?qū)α鲃?dòng)影響最大。例如NCF404號試樣中織物在0°方向上由于凹凸效應(yīng)產(chǎn)生的流道與樹脂流動(dòng)方向均保持平行，滲透率明顯高于其他3種試樣；而NCF424號試樣和NCF434號試樣由于凹凸效應(yīng)所產(chǎn)生的平行于流動(dòng)方向上的流道最少，因此滲透率較小。同時(shí)，壓力對不同鋪層的預(yù)制件造成的變形是不同的，并且也會(huì)影響滲透率的大小。NCF424號試樣和NCF434號試樣相比，層與層間接觸的面積不同，具有45°交叉的層間接觸面積大，在壓力作用下變形大，對流動(dòng)的阻礙大于90°的交叉。因此滲透率NCF424最小。總之，盡管纖維集合體具有相同質(zhì)量的同方向襯紗紗束，由于織物本身的凹凸表面造成的平行流道以及纖維束條干接觸面積等不同的原因?qū)е聦α鲃?dòng)的不同阻礙作用，引發(fā)了滲透率的明顯差別。因此影響流動(dòng)速率的首要因素為平行于流動(dòng)方向的流動(dòng)通道的連通數(shù)量，其次是纖維束間的接觸面積大小。

3 滲透率預(yù)測的經(jīng)驗(yàn)公式

滲透率與孔隙率、纖維含量、纖維分布方式、纖維束和纖維束中的單絲等參數(shù)有關(guān)。以往實(shí)驗(yàn)證明，滲透率之間呈現(xiàn)出明顯的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性[16-19]，在纖維束呈直線排列的狀態(tài)下，Kozeny-Carman公式將孔隙率同隨機(jī)變化的滲透率建立起了聯(lián)系[20]。

依據(jù)以下Kozeny-Carman公式求出Kozeny常數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證：

(2)

式中：K0為Kozeny常數(shù)；Df為纖維直徑；ε為纖維束的孔隙率。采用Kozeny-Carman公式對1層、2層、4層四軸向鋪層的單向流動(dòng)進(jìn)行擬合后確定K0,再進(jìn)行驗(yàn)證。

表5 實(shí)驗(yàn)所測纖維體積分?jǐn)?shù)、滲透率和Kozeny常數(shù)Tab.5 Fiber volume fraction permeability and kozeny constant in in experiment

上表為通過實(shí)驗(yàn)測試出來的Kozeny常數(shù)，3次實(shí)驗(yàn)所求的數(shù)值各不相同，證明此情況下的Kozeny常數(shù)不是一個(gè)確定的值，難以進(jìn)行進(jìn)一步的預(yù)測。原因?yàn)镵ozeny-Carman公式的基礎(chǔ)為毛細(xì)管模型，毛細(xì)管模型前提是假設(shè)織物中的流道為平行排列的毛細(xì)管，而四軸向織物中纖維束層間相互交叉，難以單純的抽象成平行排列的毛細(xì)管。因此Kozeny-Carman公式可以應(yīng)用于預(yù)測多角度鋪層的單向織物和機(jī)織物，但是不適用于四軸向多層襯紗織物。因此嘗試采用如下經(jīng)驗(yàn)公式(3)進(jìn)行預(yù)測：

(3)

式中：K為滲透率；A和b均為系數(shù)；Vf為纖維體積分?jǐn)?shù)。僅用于擬合0°方向鋪層的四軸向織物。在origin中進(jìn)行擬合后，取得A=3.8×10-9m2；b=4.02。帶入并對6層0度四軸向單向流動(dòng)滲透速率進(jìn)行預(yù)測，計(jì)算得K=9.55×10-11m2。實(shí)際實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果k=5.22×10-11m2，實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值在同一數(shù)量級，誤差較小，可以采用此方法進(jìn)行預(yù)測。

4 結(jié) 論

1)經(jīng)編四軸向玻璃纖維真空輔助模塑成型時(shí)，樹脂的滲透性能和織物結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，對于單層織物，滲透不具備各向同性，滲透主方向的形成同經(jīng)編捆綁線和捆綁線造成的穿孔以及各方向襯紗層形成的流道有關(guān)。

2)對于0°鋪層的多層織物，滲透速率與纖維體積分?jǐn)?shù)無直接影響，影響滲透率的首要因素為層數(shù)，層數(shù)越多，層與層之間的通道越多，滲透率越大數(shù)目越多，但是滲透率上升的速度逐漸減緩。

3)對于層數(shù)相同鋪層角度不同的纖維預(yù)制件，決定滲透率的主要因素是纖維束和纖維束之間的流道與流動(dòng)方向是否平行，然后是層與層之間的纖維束交叉面積。流道與流動(dòng)方向平行程度越大，流動(dòng)越容易，滲透率越大。不同層之間纖維束與纖維束的交叉程度越小，受壓時(shí)的變形越小，對流動(dòng)的阻礙越小，滲透率越大。

4)對于0°鋪層的四軸向玻璃纖維織物，不能夠簡單抽象為毛細(xì)管模型并采用Kozeny-Carman公式進(jìn)行滲透率的預(yù)測，因?yàn)镵ozeny常數(shù)在具有斜向襯紗加入的情況下不再是一個(gè)定值，采用經(jīng)驗(yàn)公式對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合可以較準(zhǔn)確的預(yù)測滲透率。

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Permeationbehaviorandpermeabilityofwarp-knittedquadri-axialglassfiberfabric

GENG Yi1， JIANG Jinhua1,2， CHEN Nanliang1,2

(1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China; 2.EngineeringResearchCenterofTechnicalTextiles,MinistryofEducation,Shanghai201620,China)

In order to study the relationship between the permeation behavior and the structure of warp-knitted quadri-axial glass fiber fabric, the planar permeability and the unidirectional permeability of the preforms with different ply numbers and ply angles were measured by radical permeability test method and unidirectional permeability test method. The cross-section of the composite was analyzed to identify the impediment effect on flowing by fabric′s concave and convex surface. The unidirectional permeability of multi-layer preforms was predicted by empirical formula with the variation of fiber volume fraction. The experimental results show that no direct relationship exists between the permeability and the fiber volume fraction in preform with lower ply numbers. However, the permeability is closely related to the number of flow channels which are formed by the fabric surface under compression and parallel to the flow direction. For preforms with different ply angles, the one with the largest number of parallel flow channels has the highest permeability. The empirical formula was more accurate compared with the Kozeny-Carman formula in predicting the unidirectional permeability of the warp-knitted quadri-axial glass fiber fabric.

liquid composite molding; fiber reinforced composite; permeability; warp-knitted quadri-axial fabric; glass fiber fabric

TB 332； TQ 327

A

10.13475/j.fzxb.20161100208

2016-11-01

2017-07-14

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFB0303302)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11472077)

耿奕(1991—)，女，博士生。主要研究方向?yàn)榧徔棌?fù)合材料。蔣金華，通信作者，E-mail：jiangjinhua@dhu.edu.cn。