在结构应用中众所周知，这种对称、平衡和准各向同性的织物节省了成本，并在复合材料模具中开辟了机会。

这篇博客来自我与史蒂夫·萨沃伊的讨论，他是一名制造和模具工程师，曾在去年的国际造船展（IBEX）上发表演讲。史蒂夫拥有航空航天和海洋复合材料的背景，擅长工艺开发、模具设计和设备利用。例如，他在IBEX的会议讨论了临时烤箱设计和建立航空航天质量数据记录器和温度控制系统的廉价方法（请关注即将发布的博客）。我们正在讨论一个使用a&P Technology（美国俄亥俄州辛辛那提）QISO材料的项目，他评论说这是一种非常好的工具材料，但很多人似乎没有意识到它的最终用途。我自己不是工具专家，所以我请史蒂夫解释一下QISO为复合材料工具提供了什么以及为什么。

QISO是A&P几年前推出的。其编织图案以0°/±60°碳纤维丝束编织而成，形成平衡、对称和准各向同性的单层织物。这为复杂模具几何形状的叠层提供了真正的好处。偏置纱线是两根上下交替的轴向纱线，每个方向上的材料重量相等。A&P还指出，在测试中，QISO与更传统的层压板（例如0°/±45°/90°）相比，层间应力有所降低，因为所有QISO层都具有相同的结构——即，在0°时没有很大的刚度，然后在±45°方向上下降。

 

QISO碳纤维织物是平衡的、对称的、准各向同性的，都在一层中。

根据Savoie的说法，QISO通过不必像传统编织那样切割和定向每个单独的层来创建准各向同性叠层，从而节省了材料。由于编织织物本身是准各向同性的，因此这一步骤从制造商中删除。当考虑到在45°角上切割织物以用于准各向同性工具蒙皮的典型八层铺层时所涉及的典型浪费时，这一点非常重要。

 

QISO能够以更少的劳动力和浪费实现多层模具叠层

从典型的八层工装层压板中解放出来，也为独特的叠层提供了可能性，例如六层甚至九层结构。通过调整模具工具板的厚度（和成本），工具设计师可以只将织物放置在需要保持工具刚度和几何形状的地方。

QISO准各向同性织物的另一个值得注意的特性是，它是一种平衡、对称的织物，不需要确保织物结构在层压板的中性轴上对称。更确切地说，固化的模具不会是“薯片-potato chip”。

编者按：平衡的织物或层压板具有相等数量的正负角层。对称织物或层压板具有关于中平面（中性轴）对称的层取向。引用Abaris Training关于先进复合材料制造和修复的教科书：“层压板对称性对于在加工过程中保持尺寸稳定性是必要的。”

Savoie的马铃薯切片的例子是，当一层不对称的编织物，如五综缎，经过一个升高的固化周期进行加工时。回到室温后，基质的热应力通常会使一个轴上的相对点向上，垂直轴向下。为了抵消这种影响，通常必须确保编织结构是叠放的，以产生关于中性轴的对称性。这个过程通常被称为“纸张向上，纸张向下”，指的是预浸织物的离型纸侧，并确保不对称织物在中间平面的另一侧倒置。对于QISO来说，这是不必要的，因为织物本身是对称的。

 

对称QISO 不对称编织

由于QISO是对称的，它缓解了由于热应力引起的翘曲问题。

QISO还为高架固化复合材料模具上的背衬结构（蛋箱）提供了一种经济高效的解决方案。Savoie说，这种材料很快就会从卷筒上放下，而重型版本会很快膨胀。此外，他说它的每磅价格非常有吸引力。使用额外的织物条可以很容易地增加板材的宽度，确保为额外的帘布层错开接缝位置。与模具外壳类似，背衬结构层压板是对称和准各向同性的，因此增加或减少板材的厚度就像增加更多层或减少铺设一样容易。

QISO提供各种标准宽度，包括36、52和59英寸，以及一系列标准面积重量，包括272 g/m2（gsm）、532 gsm和1150 gsm。织物的宽度和重量也可以定制。

与商店的任何其他新织物一样，Savoie建议使用为应用选择的模具树脂进行注入速率研究。这些注入的平板（通常为0.25英寸厚）非常适合水射流切割，这使它们成为购买加工板材的经济替代品。A&P还与TenCate Advanced Composites（美国加利福尼亚州摩根希尔）合作，提供QISO织物作为标准预浸料。

虽然这里的重点是工具应用，但QISO已经并将继续用于各种结构复合材料。

Steve Savoie在大新英格兰地区提供咨询服务，联系方式为CBNFBR@gwi.net.

原文，《 Quasi-isotropic, symmetrical fabric for tooling 》

杨超凡