浅议编织复合材料技术

程融

（四川 成都 610000）

1 概述

在航空航天方面，编织结构复合材料主要应用于航天飞机及飞机的机翼、飞行器机体的骨架、火箭和导弹发动机壳体、喷管和压力容器等。不光在航空航天方面，在其他工程领域编织复合材料也有很好的应用前景。编织复合材料由于其比硬度大、比强度高、整体性能好而在实际应用中有着许多的优势。织物结构增大了聚合物基体的强度，同时改善了材料整体中的应变分布。编织复合材料的热膨胀性小、耐腐蚀、在较大的温度范围内都可以保持良好的空间稳定性。现今无人机的应用越来越广泛，其中减重是无人机结构设计的一个永恒的话题，而如何合理的应用复合材料是解决这一问题的一个有效途径，本文对编织复合材料进行了初步探索，为以后无人机研制奠定理论基础。

2 编织复合材料技术

2.1 立体织物的分类

立体织物主要分为以下五类：

（1）机织；

（2）针织；

（3）三维编织；

（4）正交及非正交；

（5）针刺、穿刺缝合。

2.2 编织复合材料基体

编织复合材料的基体主要是聚合物，有热塑性树脂和热固性树脂两大类。热塑性树脂的特点是遇热软化或熔融而处于可塑性状态，冷却后又变坚硬，而且这一过程可以反复进行。热塑性树脂复合材料需要在一定的温度和压力下加工，适于大规模的自动化生产，并能降低单位产品的成本。

2.3 编织复合材料成型技术

编织复合材料的成型技术与单向纤维增强复合材料的成型技术有很大程度的相似性。主要涉及到的成型技术有：模压成型、树脂传递模塑(RTM)成型、手工成型和真空浸渍法成型等。成型过程中同样涉及到树脂浸渍、固化定型等过程，但在树脂浸渍方面明显地优于传统的浸渍法。在这些成型技术中，应用最多的是RTM（Resin Transfer Mould）工艺。由于纤维纺织结构物具有很好的整体性和均匀性，其整体性保证了纤维不会因注入树脂产生的流动压力而引起纤维的变位，而其均匀性保证了预制品空隙均匀，使注胶的压头平齐，不会造成回流包住气体而形成气孔，所以，可生产出高性能RTM 结构制品。

表1 芯材材料力学性能对比一览表

2.4 中空织物

中空织物的设计：主要包括：

（1）“逆向”交织成芯技术；

（2）芯部形态的多结构设计；

（3）“8”字形芯部形态设计。

织物复合成型方法：织物可采用手糊，浸胶，喷射或抽真空等成型方法。

夹芯材料性能对比，如表1 所示。

从表中可以看出：

（1）整体中空夹层复合材料的平拉、双层剪切性能明显优于传统蜂窝夹层复合材料，平压、弯曲性能二者差异不大，且该种材料为整体成型，因此，在很多方面的实际使用中可替代传统蜂窝夹层符合材料。

（2）中空夹层复合材料纬向剪切性能和弯曲性能均优于经向。实际应用中应根据结构载荷方向进行合理设计，使结构受力达到最佳状态。

对比结果：

（1）中空织物复合板可采用气压压注的方法进行发泡，但由于板的空间较小，泡沫密度不得低于70Kg/m3。发泡工艺方法可用于制作批量泡沫夹层中空织物复合板。（2）泡沫夹层中空织物复合板整体性能高于泡沫夹芯板；高密度泡沫夹层中空织物复合板和高密度泡沫夹芯板均高于低密度泡沫夹芯板；泡沫夹层中空织物复合板的经向侧压和面板强度高于纬向，弯曲性能经纬向差别不大。（3）泡沫夹层中空织物复合板及泡沫夹芯板力学性能均随泡沫密度的提高而提高，实际应用时应考虑性能与重量的优化设计。（4）加工工艺、材料选择对力学性能有一定的影响，性能对比时应考虑各种条件的一致性问题。本次试验两种泡沫夹层结构性能对比时泡沫密度有一定差别，主要是由于泡沫中空板与面板及芯材接触处泡沫密度偏高，但基本能反映性能差异。（5）将PU聚氨酯硬泡灌注填充中空织物复合板中间空腔部分使PU 硬泡和中空织物复合板有机粘接在一起，在增加很小质量下能较好的提高中空织物复合板的各项机械性能。

结语

（1）编织结构具有高强度、高模量，特别是在厚度方向，使材料具有高损伤容限、高断裂韧性、耐冲击、抗分层和抗疲劳等；

（2）编织结构具有优良的可设计性，可根据要求增减增强纤维的含量，并可一次完成复杂构件的成型；

（3）整体成型中空复合材料的预制体为三维整体成型，可以充分保证材料的整体力学性能，夹芯层的空间可以成为充分利用的功能层，如预埋件、监控探头、导线与发泡成型；

（4）整体夹芯中空复合材料比其它夹芯材料具有更加优异的力学性能，尤其是层间强度大大增强，解决了一般夹芯材料层间强度低、易分层的缺点。

（5）编织复合材料的初步探索，为以后无人机复合材料的研制奠定了理论基础。

[1]张艳明，邱冠雄，二维纺织复合材料成型的研究[J].产业用纺织品，2005（2）：21-28.

[2]杨桂，敖大新，张志勇，姚学锋.编织结构复合材料制造[J].工艺及工业实践，1999（2）.

[3]沃丁柱.复合材料大全[M].北京：化学工业出版社，2000.

[4]陆关兴，王耀先.复合材料结构设计[M].上海：华东化工学院出版社，1991.