淺議編織復合材料技術

程融

（四川 成都 610000）

1 概述

在航空航天方面，編織結構復合材料主要應用于航天飛機及飛機的機翼、飛行器機體的骨架、火箭和導彈發動機殼體、噴管和壓力容器等。不光在航空航天方面，在其他工程領域編織復合材料也有很好的應用前景。編織復合材料由于其比硬度大、比強度高、整體性能好而在實際應用中有著許多的優勢。織物結構增大了聚合物基體的強度，同時改善了材料整體中的應變分布。編織復合材料的熱膨脹性小、耐腐蝕、在較大的溫度范圍內都可以保持良好的空間穩定性。現今無人機的應用越來越廣泛，其中減重是無人機結構設計的一個永恒的話題，而如何合理的應用復合材料是解決這一問題的一個有效途徑，本文對編織復合材料進行了初步探索，為以后無人機研制奠定理論基礎。

2 編織復合材料技術

2.1 立體織物的分類

立體織物主要分為以下五類：

（1）機織；

（2）針織；

（3）三維編織；

（4）正交及非正交；

（5）針刺、穿刺縫合。

2.2 編織復合材料基體

編織復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，冷卻后又變堅硬，而且這一過程可以反復進行。熱塑性樹脂復合材料需要在一定的溫度和壓力下加工，適于大規模的自動化生產，并能降低單位產品的成本。

2.3 編織復合材料成型技術

編織復合材料的成型技術與單向纖維增強復合材料的成型技術有很大程度的相似性。主要涉及到的成型技術有：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于傳統的浸漬法。在這些成型技術中，應用最多的是RTM（Resin Transfer Mould）工藝。由于纖維紡織結構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生的流動壓力而引起纖維的變位，而其均勻性保證了預制品空隙均勻，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，可生產出高性能RTM 結構制品。

表1 芯材材料力學性能對比一覽表

2.4 中空織物

中空織物的設計：主要包括：

（1）“逆向”交織成芯技術；

（2）芯部形態的多結構設計；

（3）“8”字形芯部形態設計。

織物復合成型方法：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）整體中空夾層復合材料的平拉、雙層剪切性能明顯優于傳統蜂窩夾層復合材料，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蜂窩夾層符合材料。

（2）中空夾層復合材料緯向剪切性能和彎曲性能均優于經向。實際應用中應根據結構載荷方向進行合理設計，使結構受力達到最佳狀態。

對比結果：

（1）中空織物復合板可采用氣壓壓注的方法進行發泡，但由于板的空間較小，泡沫密度不得低于70Kg/m3。發泡工藝方法可用于制作批量泡沫夾層中空織物復合板。（2）泡沫夾層中空織物復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合板的經向側壓和面板強度高于緯向，彎曲性能經緯向差別不大。（3）泡沫夾層中空織物復合板及泡沫夾芯板力學性能均隨泡沫密度的提高而提高，實際應用時應考慮性能與重量的優化設計。（4）加工工藝、材料選擇對力學性能有一定的影響，性能對比時應考慮各種條件的一致性問題。本次試驗兩種泡沫夾層結構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合板中間空腔部分使PU 硬泡和中空織物復合板有機粘接在一起，在增加很小質量下能較好的提高中空織物復合板的各項機械性能。

結語

（1）編織結構具有高強度、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）編織結構具有優良的可設計性，可根據要求增減增強纖維的含量，并可一次完成復雜構件的成型；

（3）整體成型中空復合材料的預制體為三維整體成型，可以充分保證材料的整體力學性能，夾芯層的空間可以成為充分利用的功能層，如預埋件、監控探頭、導線與發泡成型；

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

（5）編織復合材料的初步探索，為以后無人機復合材料的研制奠定了理論基礎。

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