對紡織復合材料技術的應用分析

劉洋 曹洋洋 (遼東學院服裝與紡織學院,遼寧 丹東 118003）

工藝的變革，使紡織結構復合材料與普通復合材料相比具有許多突出的優點，同時由于細觀結構的復雜化又給設計和分析增添了更多的困難。迄今雖然經過許多研究者的努力，已經發展了各種分析模型，能解決一些應用問題，但還遠沒有成熟，還需要經過比較、積累和進一步發展，以形成完善而統一的分析、設計方法和相應的標準，才能使紡織結構復合材料得到更廣泛的應用。

一、紡織復合材料技術分析

材料、能源和食品既是人類賴以生存的三大要素，又是人類與自然界作斗爭所追求的三大目標，由它們組成的某個時代的物質世界就是人類歷史演進的標志。 紡織結構復合材料是紡織技術和現代復合材料技術結合的產物，它與通常的纖維復合材料具有較大的區別。纖維復合材料是通過把纖維束按一定的角度和一定的順序進行鋪層或纏繞而制成的，基體材料和纖維材料于鋪層或纏繞時同時組。纖維復合材料中的纖維是平行的、互不交疊的。而紡織結構復合材料是利用紡織技術首先用纖維束織造成所需結構的形狀，然后以預成型作為增強骨架進行浸膠固化而直接形成復合材料結構。

二維編織復合材料由使用經線緯線形成的二維編織物為增強體的預浸料經固化成型后得到;維編織復合材料以整體編織預成型體作為增強材料。相比于普通復合材料制件，三維編織復合材料不需要縫合和機械加工，具有較高的強度、剛度和垂直方向上較好的抗沖擊性、耐燒蝕性，而且克服了傳統層合板復合材料易分層、開裂敏感和損傷擴展快的缺點。三維機織物可以通過二維機織物再次織造獲得，亦可直接織造。目前編織/紡織復合材料主要用于船舶工業。它在航空航天、建筑、體育民用等各個領域有著很大的應用前景。

二、紡織復合材料的發展

在20年代，波音公司就已經使用紡織結構來增強飛機的機翼。50年代，美國通用電器公司也選擇紡織結構作為碳/碳復合材料鼻錐的增強形式。70年代初，在纏繞工藝的影響下，二維編織工藝被引入復合材料領域。隨著復合材料的發展，二維編織工藝也得到了迅速的發展，并為制造復雜形狀復合材料開辟了一條成功之路。80年代，通過紡織界與復合材料界的合作，編織技術由二維發展到三維，從而為制造高性能復合材料提供了新的途徑。

紡織預成型技術主要有機織、針織、編織、穿刺和縫紉等。基于紗束整體化的程度以及在預成型結構內厚度方向增強的程度,可把紡織預成型織物劃分成二維和三維兩大類型。更近代發展的預成型技術。如角連鎖機織和實體編織完全是整體化的結構.并且在厚度方向具有相當大程度的增強。這些預成型件屬于三維織物。

近20年來.人們對正交織物和編織物研究的較多,而對多層機織物、多軸向編織物以及縫合織物研究的較少。相信隨著材料工作者對紡織品結構以及加工技術的不斷了解.多層機織物和多軸向編織物等必將以其獨特的成型方式及式及性能受到人們的青睞。

三、紡織結構復合材料應用

按當代歷史觀點，紡織結構復合材料的出現是近世紀材料科學發展的重大進步之一。而按紡織結構復合材料的定義，可以追溯到中國古代用編成排的秫桔混合粘土做成的墻體，這是紡織結構復合材料在建筑領域的最早應用。 用銅絲編織成的陶瓷基容器。中國明朝就已經應用。由此可知，人類很早就應用紡織結構復合材料，因而紡織結構復合材料的出現和發展是一個悠久的歷史過程。

另外，在航空航天領域，高溫、燒蝕和高速沖刷的導彈頭錐、火箭發動機的喉襯采用三維整體編織結構復合材料。目前對空間飛行器，特別是對那些長時間在軌道運行的空間站、空間實驗室和重復使用的太空運輸系統，正在進行一類智能型紡織結構復合材料的研究。在交通運輸領域，從自行車到汽車、艦艇、高速火車和軍用戰車，都可以找出用紡織結構復合材料制成的零、部件和主體構架的例子，只是不同部件采用不同類型的紡織結構而已。

在建筑領域也可應用，如梁、柱、骨架等;如體育館、停車場和車站的屋頂、野營帳篷等。大多采用三維織造類結構復合材料和二維織造類結構復合材料。

另外，在體育用品如高爾夫球桿，醫療用品如人造血管、骨骼等處，結構復合材料均有涉及。

由此可見，現代紡織結構復合材料是在常規復合材料高度發展和廣泛應用于各工業領域的基礎上產生和發展起來的，通過吸收紡織學科各類織造技術，形成了機織、針織、編織等類別的紡織結構復合材料。其重要原因之一，就是紡織構造的優越的力學性能，特別是不同的織造技術所形成的纖維束的微觀構型，適應十分廣泛的載荷環境作用下的工程結構的要求。

結束語：復合材料科學是跨越機械、化學、化工、物理、紡織等多學科的新興學科。近20年來,對新型復合材料的設計及對復合材料的性能的分析和評價研究,取得了重大突破。最大的進步是原材料領域;樹脂也發展很快.不但有熱固性樹脂,而且還出現了高性能熱塑性樹脂。這極大地改進了復合材料的性能,擴展了對其設計的自由度,拓寬了復合材料的應用領域。紡織復合材料高損傷容限、高斷裂韌性、耐沖擊、抗分層、開裂和疲勞，優良的可設計性，經濟性好、成本低、制造周期短，材料質量好，可靠性強，隨著人類科技文明的進一步發展,復合材料將會在各產業領域發揮更加重要的作用!