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科普 | 三维机织物的分类、性能与织造
发布时间:2017/12/21 10:56:30   浏览次数:939

三维机织物是近年来备受关注的纺织复合材料之一,因其制备工艺广泛、制备方法多样,克服了二维层合复合材料层间强度低、易分层破坏等缺点,具有比强度高、比模量高、抗冲击性好、可设计性强等优点,广泛应用于航空航天、军事、汽车、建筑、医疗等领域。

三维机织物的分类

根据纱线交织规律的不同,二维机织物基础组织可分为平纹、斜纹和缎纹,由这3种基础组织变化组合,又可衍生出多种多样的复杂组织。同理,三维机织物的基础组织包括正交、角联锁和多层接结等3种,由这3种组织变化组合,又可衍生出各种复杂组织结构的三维机织物。

三维机织物是通过接结纱将多层织物连接在一起构成,接结纱又称捆绑纱、Z向纱,根据接结方式又可分为经纱接结和纬纱接结,用于连接各层织物的那部分经(纬)纱就称为接结经或接结纬。

根据接结纱与经纱层、纬纱层交织方式和倾斜角度的不同,正交组织又分为整体正交和层间正交,角联锁组织分为整体角联锁和层间角联锁。改变经纱和纬纱的层数、接结纱的浮长和分布,就可得到各种各样的正交结构和角联锁结构。

正交组织和角联锁组织

多层接结主要以经纱接结,接结方式大体分为两类:捆绑纱接结和自身经纱接结。

多层接结的两种接结方式

此外,根据三维机织物结构特征的不同,可将三维机织物分为平板状实心织物和具有复杂结构的中空状织物;根据织物截面形状的不同,三维机织物可分为型材织物、多孔织物、管状织物和三维壳体结构织物等四大类。


型材织物






多孔织物

三维机织物的织造

以三维机织物为增强体的复合材料,不仅继承了传统层合材料高比强度、高比刚度、耐腐蚀性以及抗疲劳等性能,也克服了传统层合材料层间分离、开裂等问题,另又以质量轻脱颖而出,其应用领域最为广泛且进展迅速。

最基础的三维织物至少包含3个轴向:经向、纬向、Z向。Z向纱的引入,使得多层经纱和纬纱紧密地捆绑在一起,有效克服了层压复合材料普遍存在的易分层问题。对三维机织物引入更多的轴向,如三维四向、三维五向也是目前三维纺织领域的研究重点和热点。


多轴向三维机织物

三维机织物的织造工艺参数主要包括纱线品种、线密度、经纬密、织缩率、织物紧度(即纱线覆盖系数)、织物厚度、多孔织物的孔径形状、尺寸等。这些因素直接或间接地影响到复合材料的性能。

三维织物既可以在传统织机上进行织造,也可对传统织机加以改进。例如,将单织口改为多织口织造,可以显著提高织造效率,并有效减少织造过程中经纱的磨损。采用多经轴或筒子架供纱,可以更有效地控制经纱张力。还可以开发专用织机,制备某一种结构的三维织物。例如,采用圆织机直接织造管状织物,可以避免采用平面法织造碳纤维管状织物时压扁给碳纤维造成的损伤。



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