基于气缸的三维机织增强体织造系统设计

为在经纱方向引入贯穿织物厚度的接结纱从而提升机织增强复合材料层间性能,以三维正交无卷曲机织增强体为对象,设计了一种窄幅三维机织织造系统。采用气缸作为开口、引纬和打纬的主要驱动部件,实现多重综框的独立开口运动与管状多剑杆机构的多层梭口同时引纬运动,并在可编程控制器上实现各机构协调运作,使经纬纱垂直平铺,接结纱与纬纱交织并贯穿织物起到层间约束作用。通过显微镜观察三维机织增强复合材料各个切面(分别沿经纱、纬纱和接结纱),并测量纱线卷曲度、横截面积、组织单元尺寸等关键几何参数。测量结果表明,这种三维机织系统可实现三维正交无卷曲机织增强体的织造。     

间隔织物的研制及其树脂增强复合材料压缩回弹性能的研究

根据间隔织物经向截面中地经纱、接结经纱与纬纱的交织规律,以及纬纱与支撑模具的引入顺序,设计出间隔织物上机图;利用海绵条作为间隔织物上下面层的支撑模具,成功在普通小样织机上织造出以纱线连接的“8”字形玻璃纤维间隔机织物;再利用树脂固化形成“8”字形间隔织物树脂增强复合材料,测试和分析其压缩回弹性能。结果表明：使用模具支撑法可在普通小样织机上织造出尺寸精确的三维间隔织物;与树脂的复合可赋予材料较好的压缩回弹性能。该方法为三维间隔织物样品的织造提供了参考。     

纬纱接结的三维正交机织物结构

为了研究正交机织物的实际结构,采用玻璃纤维在剑杆织机上织制了纬纱接结的6层经纱5层纬纱的正交机织物,然后利用VARI工艺与聚酯树脂复合,制成了复合材料板材试样,并在显微镜下观测纱线的形状。研究发现:三维正交机织物的经、纬纱基本呈直线状态,接结纬纱是曲线与直线组合的形状,且形状与在织物中的位置有关,越靠近织物中央,接结纬纱的直线部分越短;接结纬纱使其限定的经纱产生聚集现象,在复合材料中产生贫富树脂区,接结纬纱形状的变化也使织物的结构不均匀。对织造过程的分析表明,造成接结纬纱形状变化的原因是织物形成过程中接结纬纱的滑动,从织物边部到中央,接结纬纱的滑动阻力逐渐增大,接结纬纱的张力也逐渐增大。     

接结经纱对三维正交机织物结构的影响

以经纱接结的三维正交机织物为研究对象 ,在 3种接结纱张力下制织了 2种接结纱浮长的 6种正交机织物。通过比较织物的接结纱织缩率、纬纱密度和织物厚度 ,发现适当的接结纱张力既有利于形成较为理想结构的正交织物 ,又有利于织造的顺利进行 ;较小的接结纱浮长 ,有利于织物结构的均匀。     

三维机织增强与层压复合材料的抗弹性能分析

以玻璃纤维为经、纬纱,以芳纶纤维为接结纱制备三维正交机织物,以玄武岩纤维为经、纬纱制备层压织物,再分别以上述两种织物作为增强体,乙烯基树脂为基体制备增强复合材料。对两种复合材料以310~790 m/s的子弹初始速度进行弹道冲击实弹试验,对两者的弹道冲击衡量指标进行了分析对比,比较两者的抗弹性能。研究结果表明:三维正交机织复合材料的能量吸收值远大于玄武岩层压复合材料,子弹冲击复合材料靶板后的剩余速度与子弹冲击复合材料前的初始速度呈线性关系,弹道极限速度V_(50)与初始入射速度的关系曲线与入射速度-能量吸收的拟合曲线基本相似。     

经向T结构预制体成型关键技术

为解决采用传统的"压扁-还原"的机织方法制备三维纺织品预制体成型的局限性问题,通过深入研究织造连续性、整体性T结构预制体的成型技术,采用以正交组织为基础,通过经纱接结绑定,以机织的方法织造梁高与底面厚度相等且一次成型的T结构三维机织物。对织造工艺进行优化改进,织造了接结纱跨越不同的纬纱列数的2种T结构三维机织物,测量了不同区域的尺寸。结果表明:1个完整组织循环中,为使跨越底面区域的浮线下沉且满足织造尺寸要求,底面区域纱线数约是总纱数的一半;当纬纱跨越2个纬纱列时,织物表面的平整度和成型性更好。     

经纱织造张力对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

三维机织预制体生产过程中,经纱张力控制对预制体织造及复合材料性能有至关重要的影响,选择最佳经纱织造张力可以有效提高三维机织复合材料质量。文章研究了不同经纱织造张力对三维机织预制体及三维机织复合材料性能的影响,结果显示：经纱织造张力越大,在机织造过程中经纱的磨损就较大,预制体面密度越大。当经纱织造张力为150 gf时,织造的预制体对应的复合材料经向拉伸强度最大,但经纱织造张力对其经向压缩性能几乎没有影响。     

长线预加张力对毛涤嵌入式复合纺成纱性能的影响

嵌入式复合纺是一种新型纺纱技术,文章研究了长丝预加张力对毛涤嵌入式复合纺纱线性能的影响.选用44.4 tex涤纶长丝和毛粗纱为原料,其他纺纱工艺不变的情况下,在细纱小样机上通过改变嵌入式复合纱的长丝预加张力纺制不同的毛涤嵌入式复合纱,并对成纱各项性能进行了测试;同时探讨了长丝预加张力因素对复合纱性能产生影响的原因.结果表明:纺制38.78 tex毛涤长丝嵌入式复合纱,在涤纶长丝预加张力为1.96 cN时,复合纱强力伸长性能、条干CV值等较为理想.     

预加张力对涤/棉/丝Sirofil复合纱性能的影响研究

对涤／丝／棉三组分Siroftl复合纱纺纱过程中,涤纶长丝和生丝的预加张力对复合纱各项性能的影响进行了测试,探讨了张力因素对复合纱性能产生影响的原因。得到了较优的预加张力配置：涤纶长丝为25cN,生丝为15cN。     

基于低熔点涤纶长丝的棉涤氨包芯纱开发

采用低熔点涤纶长丝、氨纶长丝、棉纤维纺制5种不同长丝张力的复合包芯纱,并对纱线条干CV值、断裂强力、毛羽数等性能指标进行测试。优选其中两种棉涤氨复合包芯纱,分别织造纬平针织物,并对织物进行110℃热处理,测试织物热处理前后的基本性能。结果表明,低熔点涤纶长丝张力为20 cN、氨纶长丝张力为10 cN条件下制备的棉涤氨复合包芯纱性能最优,其纬平针织物经热处理后低熔点涤纶长丝产生热收缩,带动线圈收缩,织物线圈结构更加紧密,织物的抗起毛起球性能和力学性能均有所提高。通过简单热处理来改善针织物性能的方法效率高、能耗低、环保无污染。     

锯齿形三维机织间隔复合材料的弯曲性能

为解决层合间隔复合材料易开裂和整体性差的问题,采用绿色环保的玄武岩低捻长丝作为经、纬纱,合理设计经向截面图和组织图,并在普通织机上织造3种不同间隔高度的锯齿形三维机织间隔织物。以所织得的锯齿形三维机织间隔织物作为增强材料,环氧乙烯基树脂作为基体,利用真空辅助成型工艺,制备锯齿形三维机织间隔复合材料,同时对三维机织间隔复合材料进行三点弯曲性能测试,得到弯曲载荷-位移曲线、能量吸收图和破坏模式。结果表明:复合材料的纬向是主要承力方向;组织循环个数越多的材料表现出更好的弯曲性能;在一定间隔高度范围内,间隔高度越高的锯齿形三维机织间隔织物承受的弯曲载荷和吸收的能量也越高;锯齿形三维机织间隔复合材料的破坏模式是材料上表层受压,下表层受拉,而连接层受压;在作用力下材料只是出现明显的变形,但并未出现材料整体的破坏。     

对组合式3D机织复合材料纵向拉伸性能的研究

设计并在一般剑杆织机上试织7种不同结构的组合式3D预制件,采用真空辅助成型工艺分别制作这7种复合材料,同时测试各种试样的拉伸性能.在增强体经向截面上经纱总根数（包括垂纱）相同的情况下,研究了试样的结构、结构单元及纬纱层数对材料纵向拉伸性能的影响.     

开孔三维编织复合材料的压缩性能

为研究机械开孔对三维编织复合材料压缩性能的影响,测试了2种三维编织复合材料试验件的压缩性能。1种为基本编织(100%编织纱)结构,另1种为含有编织纱/轴向纱(58/42)的结构,试验件编织角约为±12°。根据相关标准要求,分别进行有开孔和无开孔的复合材料试验件准静态压缩试验,并与层合板的压缩性能进行对比。研究结果表明:2种三维编织结构无缺陷材料的压缩强度较为接近,但引入开孔后,无增强纱结构可保留更高比列的压缩强度;引入开孔后,2种三维编织复合材料保留的压缩强度均高于层合板;在失效形式上,2种三维编织复合材料的宏观失效形式较为相似,均为剪切失效,表现出横向断裂且无分层现象。     

广角机织物的织造工艺及其偏轴拉伸力学性能

为开发适用于不同应用领域的产业用纺织品,在对原有普通剑杆织机改进的基础上,探讨了广角机织物的织造工艺,织造了经纱和纬纱夹角为120°的涤/棉平纹广角机织物。借助万能材料试验机研究了普通涤/棉正交织物和广角机织物不同偏轴方向的拉伸力学性能,获得了其应力-应变曲线和特征值变化规律,并分析了其变形及失效模式。结果表明:对于普通正交机织物和广角机织物,其拉伸断裂强力均呈现出明显的极轴特性;在断裂强力相同的情况下,与普通正交机织物相比,广角机织物纬向的断裂伸长率提高了30%,经、纬向弹性模量分别提高了42%和79%,展现出优异的强度和变形特征。     

Improving the stiffness of multilayer 3D woven composites by the integration of shape memory alloys (SMAs) into structures

Abstract

Shape memory alloys (SMAs) are capable of shape-retaining and stress generation when activated. SMA wires are embedded in laminated composites for improving the properties of the composites. Laminated composites have low through-the-thickness properties and poor delamination resistance. 3D composites are well known for having higher through-the-thickness properties. In 3D woven composites, a set of yarn is in through-the-thickness direction that improves through-the- thickness properties and provides resistance to delamination of layers. As in multilayer 3D woven structures, yarns are distributed from in-plane to through-the-thickness direction, so in-plane properties are reduced with the same number of yarns compared to 2D laminated composites. In this research, SMA wires are embedded into different types of 3D woven structures for utilising stress generation property of SMA wires for improving in-plane properties, specifically stiffness of the composites. Three types of 3D orthogonal interlocking composites: layer-to-layer, through-the-thickness, and modified multilayer interlock structures are fabricated with and without SMA wires. From the tensile test, results show that embedding SMA wires into structures significantly improves the stiffness of the structures due to the stress-induced martensite phase of SMA wire when subjected to load. When these SMA wires are activated, stresses are generated by SMA wires due to phase transformation from martensite to austenite that further gives remarkable higher values of stiffness. This results in a composite structure that has higher in-plane properties due to embedded SMA wire and through-the-thickness properties due to 3D structure of composite reinforcement. The interlocking pattern in the through-the-thickness direction of 3D structures was also found to have an effect on the extent of the improvement in stiffness.     

整体褶裥机织面料的织造新方法

为增强机织面料的立体造型效果,提出了具有较强立体肌理特征的褶裥结构设计与织造方法。针对整体褶裥一次成形织造中存在经纱张力大幅波动的技术难题,通过分析机织整体褶裥的成形原理和过程,分析了整体褶裥成形的关键技术,设计了一种具有自适应功能的送经系统。送经机构设计及产品织造结果表明：褶裥部分织造时,地轴经纱停止送经,但受花经打纬时钢筘往复移动的影响,其张力在45 cN 上下波动,而花轴经纱张力在20 cN上下波动,可满足褶裥织造对经纱张力要求,且能实现整体褶裥的高效稳定织造;同时,整体褶裥的每褶长度可在0 ～23 mm之间变化,具有较明显的立体效果。