纬纺织物增强复合材料的研究
在现代结构材料中,以纤维作为增强体与高分子聚合物基体复合制成的复合材料始于40年前。其中纺织复合材料占有相当比重,这是因为纺织加工过程具有控制纤维取向和提供近似于网状成型结构的优点。作为增强体的纺织材料主要有机织物、编织物和针织物三类。后者又分纬编针织物和经编针织物两种,各有其特点。经编针织物具有尺寸稳定和延伸率小等特性,特别是双轴向和多轴向衬纬经编针织物进一步优化了这种性能,用它制成的复合材料比机织物复合材料具有更高的拉伸强度与模量,广泛用于蓬、膜覆盖类柔性复合材料产品。虽然与其它纺织复合材料相比,纬编针织复合材料的研究起步较晚,但由于它的特点,自90年代以来,国外在这方面的研究也日益增多和深人。这对于研制满足某些用途的新型纺织复合材料具有理论与实用意义。
特点与应用
1、特点
与其它纺织复合材料相比,纬编针织物及其复合材料具有下列特点:
(1)延伸性与悬垂性较好,适宜深度模压复合材料的加工,无折皱塑性变形保证了成品件的流畅成型;
(2)成型性好,可通过全成型方法制成形状复杂的构件,能避免因织物裁减与拼接造成的原料损耗和结构不均匀;
(3)线圈的几何结构可使纤维取向被立体地固定,保证了纤维取向的稳定和有明显热塑变形区域中纤维含量的均等,并可避免层压复合材料中易形成的片状结构,排除了脱层的可能性;
(4)工艺流程短,生产率高和生产成本低;
(5)具有比机织物复合材料更好的抗冲击疲劳性能;
(6)深延伸,热冲压和无损耗网状成型等仿金属成型的技术,可为纬编针织复合材料在生态和经济领域开创了新的应用。
2、应用
鉴于纬编针织复合材料独特的性能,近年来它在下列领域正得到越来越多的应用
(l)汽车工业:纬编针织物的成型性能和树脂传递模塑工艺(RTM)特别适合了汽车壳体的生产。它不仅可以取代传统的金属材料,而且还具有良好的耐冲击性能,这对于赛车尤佳。此外该工艺也能满足大批量生产的要求。
(2)航天与航海Al业:早在20多年前,就有学者研究用针织玻璃纤维/酚醛树脂复合材料来取代金属制造亚音速或超音速火箭的前锥体。目前,飞行器和舰船的壳体、翼片和螺旋桨等均有采用纬编针织复合材料。
(3)形状复杂的产品与构件:利用全成型纬编针织技术,可以一次织造出无须裁剪与拼缝的三维增强结构,如T型三通,凸缘管道,头盔和体育运动器材等。
(4)医学生物工程:对于某些移植器官,例如骨片,需具备一定的承载性能。而纬编针织碳纤维复合材料的力学性能可以满足长骨的承载要求。这加速了骨折的愈合,防止了骨质疏松。聚合物覆盖的表面可防止由于纤维颗粒释放造成的副作用。还有采用涤纶纬编针织物/聚氨酯制成的柔性复合材料,它具有良好的生物适应性和力学性能,可用作某些人体软组织和移植器官。
结构与加工
1、针织物结构与编织
用于研究工作的纬编针织增强复合材料种类有:玻璃纤维/环氧树,玻璃纤维/聚酯,玻璃纤维/聚丙烯,碳纤维/环氧树脂,碳纤维/聚醚醚酮,碳纤维/聚甲基丙烯酸,芳纶/聚丙烯,聚酯纤维/聚氨酯等。
上述材料中,增强针织物的结构有单面的平针。衬垫,双面的罗纹、罗纹空气层(米拉诺)、罗纹衬纬。畦编和双罗纹等。其中研究较多的是平针,其次是罗纹。
对于采用刚性比较大,弯曲易折断的玻璃纤维和碳纤维等原料的针织物,大多是在带压脚的横机或相对运动技术的单面圆机上编织,机号一般在4-10。由于这类机器编织时对纱线施加较小的作用力,使成圈容易进行,比较适合编织该类纤维。编织时,纱线经过的导纱机件应坚硬光滑,以避免磨毛或磨断纤维。对于弯曲刚度相对较小的芳给和涤纶等原料,可在一般的圆机或横机上编织。
2、复合成型工艺
研制的纬编针织复合材料试样多为二维的平板,也有网眼形骨架板和管等。
对于增强织物与热固性树脂(如环氧树脂和不饱和聚酯等)复合的平板结构,无论是单层板或多层板,常采用手糊成型或树脂传递模塑成型方法。
对于热塑性树脂作为基材的试样,有采用纤维与基材混制的纱线(碳纤维/聚醚醚酮,玻璃纤维/聚丙烯等)编织成针织物,再将几层织物通过热压成型,也有将增强织物与热塑性薄膜层叠然后热压成型。
对于涤纶纤维与聚氨酯基体制成的柔性复合材料,由于两者的热熔温度重叠,故先使用稀释的聚氨酯溶液浸渍涤纶织物,然后借助负压去除溶剂,使聚氨酯沉积并包覆在针织物周围。







































