叠经式多层间隔结构整体机织预制体的实现

研究叠经式多层间隔结构整体机织预制体的实现方法.通过分析现有机织间隔结构复合材料预制体的结构缺陷,提出一种新型的叠经式多层间隔结构,并进行了试织.结果表明:与现有纺织间隔结构复合材料预制体相比,叠经结构增加了子层经纱和连接经纱密度,还有利于采用扁平状纤维束及织物带织造,改善了预制体中纤维的平直度,提高了材料拉伸、压缩、剪切结构强度和模量,增加了材料的总体高度及抗弯性能.     

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。     

三维正交机织复合材料拉伸性能研究

阐述了三维正交机织复合材料沿不同方向的拉伸力学性能。复合材料以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,以环氧树脂为基体,基于真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺成型并制备试样。测试了试样的拉伸性能,结果表明:该三维正交机织复合材料90°(纬向)的拉伸性能优于0°(经向),但断口处存在严重的纤维抽拔和界面脱粘现象;增强体结构中经纱和纬纱含量对拉伸性能影响较大,面内某一纱线含量高,则该方向拉伸性能就强。同时,Z纱有效地改善了普通层合板复合材料拉伸分层失效的缺陷,但玻璃纤维与树脂基体界面结合性能较差。     

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。     

碳纤维预制体大容量送经系统张力控制研究

碳纤维预制体针对大厚度多层变化结构主要采用机织成型法。文章介绍了碳纤维预制体机织成型法送经系统的原理及特点,针对送经系统特性,进行连续化送经过程中经纱送经补偿量分析;基于机织装备组成需求提出大容量密集布局形式下,不同的单纱张力控制装置;设计出新型电子式单纱张力控制装置,实验单纱张力电子式可调控状态,满足机织装备及成型工艺需求,并进行初步实验验证。     

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。     

三维机织热塑复合材料的弯曲性能测试与分析

对三维机织热塑复合材料的弯曲性能进行了测试和分析。研究结果表明,三维机织热塑复合材料预型件的结构(纱线的直径、三维机织物的结构)、预型件的预拉伸工艺(经纱和接结经的伸直程度)、复合成型工艺(成型压力)都对复合材料的弯曲性能有一定的影响。     

正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能

为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足,研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。以高强涤纶长丝为原料,分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件,依据均衡对称准则设计4种复合结构,选用双酚A环氧乙烯基脂为基体,制备正交、准正交及复合三维机织复合材料,并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。结果表明:准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中,复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。     

制备三维机织热塑复合材料新工艺的探讨

为了解决三维机织热塑复合材料中三维机织预型件的织造和热塑基体浸入预型件这两大难题，开发了制备三维机织热塑复合材料的新工艺，即微编纱的编织——用微编纱织造三维机织预型件——复合固化成型。该工艺的创新点是利用微编纱来织造三维机织预型件，然后复合成型。对微编纱的性能做了基本的介绍，主要探讨了三维机织预型件的织造及复合成型工艺，这为日后三维机织热塑复合材料的生产加工开辟了一条新的途径。     

三维机织间隔织物复合材料的设计和织造

根据三维机织间隔复合材料的结构特点,实验在织造间隔层和表面层时分别采取定长送经和定张力送经的方式,采用机械摩擦送经辊的装置,用手糊工艺的方法复合树脂基体.文章提出一种W形的经纱运动轨迹图,即在表面形成对应交错的W形,两个表面层之间的间隔纱线则由经纱上下交织而成.     

三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料弯曲性能及损伤机制

为解决陶瓷基复合材料在服役环境中由于弯曲而导致失效的问题,从理论上分析了经向和纬向弯曲过程中复合材料弯曲受力与内部纤维之间的相互作用机制。以SiC_f/SiC复合材料为例,利用微计算机断层扫描技术获得其内部纤维结构和孔隙等三维图像;并在此基础上,分别对三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料经向和纬向进行弯曲性能测试,从细观、微观尺度分析弯曲损伤机制。结果表明:三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料的纬向和经向性能明显不同,且纬向试样的弯曲强度大于经向试样;SiC_f/SiC复合材料的弯曲损伤模式复杂,经向试样裂纹主要沿着经纱与纬纱接触点扩展,而纬向试样裂纹主要在纬纱束之间产生,并最终导致弯曲破坏。     

三维正交整体夹芯机织物的结构设计及织造

以正交结构为基本的三维结构单元,通过改变空心各边的长度和厚度,设计了多种经向截面为六边形的三维整体夹芯机织物结构,并在改造的普通织机上织造成功。在此基础上对试样的结构特点进行对比分析,同时探讨了三维正交夹芯机织物孔形尺寸的影响因素,比较了各种三维整体夹芯机织物试样的结构特点及织造方法。该研究为三维整体夹芯机织物的结构设计提供了参考,设计的多种三维夹芯机织物为蜂窝结构复合材料提供了性能良好的增强体。     

分层接结三维机织预制体增强酚醛树脂基材料的摩擦性能

为克服短切纤维和二维碳布增强预制体结构强度低的缺点,分别设计并制备了浅交弯联和深交联2种分层接结三维机织碳纤维预制体增强酚醛树脂基复合材料,并以相同复合工艺制备了短切碳纤维增强酚醛树脂基复合材料。测试碳纤维/酚醛树脂复合材料的摩擦性能,并通过观察３ 种复合材料的磨损表面和磨屑的微观形貌,探讨了其摩擦机制。结果表明：短切纤维复合材料的摩擦因数和磨损率最高,深交联的摩擦因数和磨损率最低,浅交弯联的居中。分层接结三维机织结构预制体具有优良的力学性能和整体性,会使复合材料在摩擦过程中减少磨屑与磨损,保持稳定的摩擦因数,从而使复合材料具有良好的摩擦性能。     

碳纤维多层角联机织装备的集成设计

针对碳纤维多层角联织物的特殊要求,运用三维建模及虚拟样机模拟仿真,优化零部件设计和动力学性能,研制了一套碳纤维多层角联机织装备。设计的30层多经轴张力补偿送经系统适用于不同织造工艺要求;电子提花与多臂复合式开口装置,实现了多层经纱三位置开口;引纬机构采用自动寻口技术,解决了一套机构对应高低不同梭口的逐层引纬问题;打纬机构可实现逐层、多层一次及多次重复打纬,解决了打纬对经向碳纤维磨损及织物纬密的问题。研究成果可降低碳纤维织物的制造成本,并为碳纤维复合材料骨架织造技术提供了机织装备解决方案。     

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。     

无机非金属纤维制品的结构及其应用

总结无机非金属纤维的性能、无机非金属纤维制品的结构及其对复合材料的影响。对无机非金属纤维制品进行了分类,且将无机非金属纤维纺织制品分为三维机织物、三维编织物,对典型结构纺织制品进行了结构、工艺和成形方面的分析。认为在对无机非金属纤维纱线进行织造时要充分考虑纤维刚度大、弹性差、断裂伸长小和脆断裂的特点,需对某些机构进行改进并适当调整织造工艺,在设计无机非金属纤维制品的结构时要充分考虑三维织物中纱线弯曲对织物最终性能的影响,在复合材料成形时,三维编织结构是一种不稳定结构,2.5D结构是一种稳定结构。提出了对无机非金属纤维经纱进行上浆的必要性。     

三维正交机织物织造及复合材料成型工艺研究

详细阐述三维正交机织物的结构特征、织造原理及织造工艺,以三维正交机织物为增强体、环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺成型,制成复合材料,并分析其内部结构。结果表明:由普通织机改造的多综眼多剑杆织机可以织造三维正交机织物,成型后复合材料内的纱线形状和位置未发生明显变化,树脂较好地渗透到织物内部,复合材料具有较高的纤维体积分数。研究结果为进一步研究三维正交机织复合材料的力学性能及应用奠定了基础。     

三维正交机织复合材料的冲后压缩性能

为揭示纱线张力对三维机织复合材料抗冲击及冲后压缩性能的影响规律,基于多剑杆织造工艺,配置不同接结纱张力(25、50、100 cN)织造三维正交机织物,通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备复合材料,并在室温下进行低速冲击及冲后压缩性能测试。结果表明：当接结纱张力为100 cN时,试样在冲击载荷下发生表层树脂大面积破裂和剥离并使纬纱失去支撑,同时,试样表层纬纱发生较大卷曲,促使压缩载荷发生屈曲失效;接结纱张力为100 cN试样的压缩性能相比接结纱张力为25 cN试样下降约50%;接结纱张力较高时易导致纬纱卷曲增大和树脂富集,并由此降低试样的弯曲刚度和冲后压缩性能。     

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。     

捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响

以高强涤纶纱为原料,借助自主改造的二维小样机织造三种捆绑组织(平纹、斜纹和缎纹)的三维正交机织物,再采用真空辅助树脂传递模型工艺制作三维正交机织复合材料。重点研究三种不同的捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维正交机织复合材料沿经向拉伸时断裂表面较平整,沿纬向拉伸时断裂处形状不规则;捆绑组织为缎纹的三维正交机织复合材料的拉伸性能整体最好,捆绑组织为平纹的三维正交机织复合材料拉伸性能整体最差;三种捆绑组织的三维正交机织复合材料纬向拉伸断裂强度大于经向拉伸断裂强度。