层-层正交角联锁机织物及其复合材料的结构及其层切破坏机制研究

采用无损高分辨率X射线成像(显微X-CT)技术对层-层正交角联锁机织物以及复合材料内部结构进行分析,并研究了层间剪切强度与结构之间的关系;通过三维重构展现了机织物的层-层正交角联锁的微观结构,观察到机织物内部的单丝扭转、挤压现象;依据机织复合材料中孔隙和高密度杂质在三维空间的分布,计算了其相应的占比。结果表明:层间剪切实验后的机织复合材料虽然宏观形貌保持了良好的完整性,但内部存在孔隙变形、分层、纤维弯曲、片层断裂等现象;层-层正交角联锁机织结构有效提高了复合材料的层间力学性能,内部的缺陷对复合材料的力学性能有较大的影响;无损高分辨X射线成像技术是研究纤维增强复合材料内部复杂结构特性的有利手段。     

新型三维纺织复合材料预制件织造方法的探讨

简要叙述了三维机织与编织的织造方法,纯三维机织织物强度低,纤维体积含量较小;而纯编织织物虽然轴向力学性能优良,但层间剪切强度及横向的力学性能较差。为克服这两者的缺点而探索一种新的织造方法,即机织与编织结合的方法,对这种新方法做了初步的实验研究,以期推动纺织复合材料这门学科不断向前发展。     

三维立体吸波机织物的研发

采用镍铁纤维/阻燃涤纶混纺纱、不锈钢纤维/涤纶混纺纱及涤纶纱,织造三维立体机织物,设计了角联锁接结三层实心织物与接结三层空心织物,并测试了织物反射率。试验结果表明:三维立体机织吸波材料作为一种柔性吸波材料可以达到很好的吸波效果。     

三维异型角联锁涤纶机织物的设计

利用半自动小样织机设计三维异型角联锁涤纶机织物。采用了两种织造方法,第一种方法采用多层织造原理,即在综框总数一定的情况下,通过在织物厚度方向增加纬纱层数,且各纬纱层通过角联锁方式连接来实现T型三维角联锁机织物的设计与织造。第二种方法采用压扁法使T形中的竖线压平,与横线组成2层织物,再组合优选一定的投梭路线,即可利用半自动小样织机织造T型三维机织物。为了使环氧树脂等基质材料很容易地渗透到增强材料之间,而且不损伤复材的强度,采用多层织造原理设计并织造了V型接结间隔型三维角联锁机织物和带有侧翼的多管织物。     

三维机织热塑复合材料空隙率的测定及研究

对三维机织热塑复合材料的空隙率进行了测定。通过对试制材料空隙率的测试和分析，探讨了影响空隙率大小的因素及其与材料拉伸力学性能之间的关系。结果表明：三维机织热塑复合材料织物结构中接结经的取向角、材料中织物的预拉伸工艺及复合材料复合成型时的成型压力都对材料的空隙率有一定的影响，同时，空隙率也影响到了材料的力学性能。     

河北科技大学科研成果展示

正项目名称:带有立体织物加强筋的复合板材项目简介:以间隔机织物为增强体,开发了一种综合性能优良的三维结构复合板材,可以应用于复合材料技术领域。间隔机织物由上下两个面层和中间的连接纱线或织物组成。连接纱线可以是经纱或纬纱,也可以采用平纹织物连接,其中经接结间隔机织物加工较方便,是增强织物结构的首选。在间隔机织物上下面层的空间中可以填充泡沫材料,经过树脂复合则制得泡沫夹层复合材料板材。通过对板材的各项物理机械     

基于机织格栅的三维复合耐高温过滤材料的开发

以芳砜纶为原料,在芳砜纶机织格栅上复合静电纺芳砜纶纳米纤维,获得增强三维复合过滤材料.通过扫描电镜、红外光谱仪、X-衍射仪、热分析仪以及电子织物强力仪等仪器对复合过滤材料的结构及其性能进行测定.结果表明:纳米纤维层与机织格栅相互嵌合成三维复合过滤材料;静电纺丝法可制备连续、均匀、无珠状物并含有大量孔隙的芳砜纶纳米纤维;...     

三维角联锁机织复合材料面内剪切失效机理及结构效应

结合数字图像相关技术、计算机断层扫描技术,采用修改的V形缺口试件轨道剪切加载探究了碳纤维/环氧树脂三维角联锁机织复合材料面内剪切失效机理和损伤模式。对比同等纤维体积含量单向板试件,揭示两者面内剪切行为的结构效应。角联锁和单向板试件面内剪切行为可简化为“线弹性、屈服、后继屈服”3个阶段。两种试件均在剪切应变集中区域产生局部剪切扭结带。角联锁损伤起始于树脂开裂,随后纱线间开裂,最终横向承载纱线旋转导致纱线抽拔;单向板主要失效模式为捆绑纱断裂后的纤维间分层失效。单向板捆绑纱延缓了纤维间分层,而角联锁中的经纬交织结构有效抵抗了纤维间分层,后继屈服表现为应变强化,强化了面内剪切强度。     

超高分子量聚乙烯织物/聚脲柔性复合材料的抗破片侵彻机制

为研究平纹机织叠层和三维角联锁增强聚脲柔性复合材料的抗侵彻性能，以15 mm角联锁整体织物及叠层平纹织物(单层厚度0.39 mm, 40层)为研究对象，通过表面喷涂聚脲制备2种不同织物结构的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物/聚脲柔性复合材料；采用1.1 g柱状楔形破碎片，开展了弹道侵彻实验，并获取了弹道极限速度和比吸能；在此基础上，借助超景深显微镜及计算机断层扫描仪，观察侵彻后UHMWPE织物/聚脲柔性复合材料的表面及内部损伤形貌，分析抗破片侵彻机制。研究结果表明：UHMWPE织物/聚脲柔性复合材料抗破片侵彻性能具有明显的织物结构效应；相较于同厚度的叠层平纹织物增强聚脲柔性复合材料，角联锁织物增强聚脲柔性复合材料的弹道极限速度提升了4.9%;对于未被穿透的UHMWPE织物/聚脲柔性复合材料，其被侵彻过程主要包括聚脲对破片的包裹、剪切冲塞和纤维拉伸断裂破坏；叠层平纹织物的主要失效模式为剪切冲塞、分层失效，角联锁织物主要为纤维拉伸变形、拉伸断裂破坏。     

三维角联锁织物的可模塑性能研究

以160 tex芳纶长丝束为原料,选用三维角联锁结构,织造不同纬纱密度的常规贯穿角联锁织物和添加衬经的角联锁织物。采用可模塑因子对制备的三维角联锁织物的可模塑性能进行预测,并测试它们的变形深度,分析影响三维角联锁织物可模塑性能的因素。结果表明:由于制备的三维角联锁织物的纬纱密度一般较大,所以其可模塑性能主要受纬纱密度的影响;随着纬纱密度的增加,三维角联锁织物的可模塑性能降低;相同纬纱密度的常规贯穿角联锁织物和带有衬经的角联锁织物,具有基本相同的可模塑性。考虑到强度及厚度,对增强复合材料来说,添加衬经是更好的选择。