纺织复合材料预制体的织造技术及性能研究进展Research progress on weaving technologies and properties of textile composite preforms
汪志祥
摘要(Abstract):
纤维预制体作为纺织复合材料的增强体结构,直接决定纺织复合材料的主要性能。综述了机织、编织、针织、针刺、缝合5种纺织工艺制备的纤维预制体的结构与性能。机织预制体结构稳定性高、生产效率高、纤维取向精准,但层间性能较弱,设计灵活性较低;编织预制体可直接成型异形件,抗冲击性强,但编织效率低,屈曲编织易导致部分纤维损伤;针织预制体延展性好,可成型复杂曲面,但力学性能较差,纤维利用率低;针刺预制体工艺简单,生产成本低,Z轴方向力学性能好,但针刺过程中纱线易断裂,纱线均匀性较差;缝合预制体层间性能较好,设计灵活,但缝针穿刺易导致纱线扭曲,孔隙率提高,且缝合速度较慢。采用混合工艺和智能材料,结合数字化设计技术,是未来纺织复合材料预制体的发展方向。
关键词(KeyWords): 纺织复合材料;织造技术;预制体;性能
基金项目(Foundation):
作者(Author): 汪志祥
参考文献(References):
- [1] 刘冬冬,刘秀明,房宽峻,等.织物基金属有机框架复合材料的制备及应用研究进展[J].材料工程,2024,52(2):92-101.
- [2] 宋雪旸,王萍,李媛媛,等.碳纤维/聚酯纤维混杂环氧树脂复合材料制备及其性能研究[J].武汉纺织大学学报,2022,35(3):9-14.
- [3] 杨志,焦亚男,谢军波,等.纺织复合材料纤维预制体力学性能测试方法研究进展[J].复合材料学报,2022,39(4):1511-1533.
- [4] 王玉,焦亚男,谢军波,等.纺织复合材料预制体成形过程纤维束摩擦行为研究进展[J].摩擦学学报,2022,42(5):874-887.
- [5] 何克明.纺织复合材料的应用优势与发展前景[J].化纤与纺织技术,2021,50(9):9-10.
- [6] 单忠德,刘阳,范聪泽,等.复合材料预制体成形制造工艺与装备研究[J].中国机械工程,2021,32(23):2774-2784,2831.
- [7] 陈利,焦伟,王心淼,等.三维机织复合材料力学性能研究进展[J].材料工程,2020,48(8):62-72.
- [8] 禚越.平纹复合材料动态力学性能高效计算模型研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2024.
- [9] WANG N,WEN W D ,CHANG Y P,et al.Quasi-static mechanical behavior of 2.5D woven variable thickness composites[J].Composite Structures,2024,329:117759.
- [10] 郭洪伟,张立泉,邓诗峰,等.含硅芳炔树脂复合材料用2.5D预制体的力学性能测试与分析[J].玻璃纤维,2016(2):30-34.
- [11] 刘俊岭,孙颖,陈利.含变异结构的三维机织复合材料的轴向拉伸性能[J].纺织学报,2019,40(12):162-168.
- [12] HALLETT S R,GREEN B G,JIANG W G,et al.An experimental and numerical investigation into the damage mechanisms in notched composites[J].Composites Part A,2009,40(5):613-624.
- [13] 曾欣怡,张雅秀,蒋云.陶瓷纤维及其编织结构在航空航天密封材料上的应用[J].棉纺织技术,2024,52(12):98-102.
- [14] 张昌贺,杜宇.三维编织技术发展现状及其复合材料的应用[J].纺织器材,2024,51(5):61-67,72.
- [15] REBELO R,VILA N,FANGUEIRO R,et al.Influence of design parameters on the mechanical behavior and porosity of braided fibrous stents[J].Materials & Design,2015,86:237-247.
- [16] OKANO M,SUGIMOTO K,SAITO H,et al.Effect of the braiding angle on the energy absorption properties of a hybrid braided FRP tube[J].Journal of Materials Design and Applications,2005,219(1):59-66.
- [17] YANG X,LI D S,JIANG L.Liquid nitrogen temperature effects on the mechanical behaviors of three-dimensional seven-directional braided composites[J].Materials Letters,2023,349:134786.
- [18] LI D S,LU Z X.Microstructure and mechanical properties of three-dimensional five directional braided composites[J].International Journal of Solids and Structures,2009,46(18/19):3422-3432.
- [19] 曹海建,陈红霞.三维管状编织复合材料的制备及轴向压缩性能研究[J].现代纺织技术,2017,25(5):7-9.
- [20] JIANG Z,CHEN J J,SUN B Z,et al.Electro-induced tensile deformation of over-braiding composite tube with carbon fiber reinforced shape memory polyurethane filament[J].Smart Materials and Structures,2022,31(9):095015.
- [21] 尹跃,杨昆.玄武岩纤维在针织复合材料中的应用研究[J].针织工业,2022(2):29-34.
- [22] 夏伶俐,陈娟.纬编无缝织物及其衍生品的设计与开发[J].上海纺织科技,2022,50(12):47-48,52.
- [23] 田芩,秦志刚.高性能纤维纬编针织物增强复合材料研究进展[J].针织工业,2021(10):24-27.
- [24] 马丕波.产业用经编纺织品的应用与发展[J].玻璃纤维,2025(1):1-9.
- [25] 叶伙荣,王涛.多轴向经编织物的现状与发展[J].中国纤检,2015(7):78-81.
- [26] 金良杰,吴薇,范文州.曲面结构碳纤维复合材料冲击性能研究[J].内蒙古工业大学学报(自然科学版),2025,44(2):102-109.
- [27] KANAKARAJ P,ANBUMANI N,钱程.三维针织间隔织物及其应用[J].国际纺织导报,2007(6):66-69.
- [28] 赵博宇,丛洪莲,徐仲贤.立体提花结构纬编服装面料的设计与开发[J].纺织导报,2019(12):56-59.
- [29] 郭鑫,李娜娜,宋广礼,等.针织物复合中空超滤膜的制备与研究[J].针织工业,2012(2):15-16.
- [30] ASI O,AKTA■,et al.Effect of knitting tightness on mechanical properties of weft-knit glass fiber reinforced epoxy composites[J].2008,29(1):86-93.
- [31] 翟媛媛,刘艳君,赵瑞,等.芳纶纬编增强体复合材料的力学性能[J].纺织高校基础科学学报,2020,33(3):8-12.
- [32] 王贝贝,谈昆伦,邵慧奇,等.碳纤维双轴向经编织物铺层工艺对其复合材料力学性能的影响[J].纺织科学与工程学报,2022,39(4):1-6.
- [33] 敬凌霄,何婷婷,陈星安,等.涤纶多轴向经编织物拉伸性能研究[J].针织工业,2017(12):58-60.
- [34] 崔江红,马向立,任捷,等.三维非织造预制件针刺机研究现状及发展趋势[J].上海纺织科技,2022,50(3):5-9.
- [35] 刘文台,程坤,周何乐子,等.针刺C/C复合材料面内拉伸强度预测[J].复合材料学报,2023,40(2):1142-1153.
- [36] 李艳,崔红,郑蕊等.无纬布/网胎叠层针刺C/C材料的制备及性能[J].新型炭材料,2017,32(1):56-62.
- [37] 杨景朝,蒋秀明,董九志,等.基于机器学习的整体穿刺加压参数预测方法[J].纺织学报,2019,40(8):157-163.
- [38] OLRY P.Process and apparatus for manufacturing axi-symmetrical three-dimensional structures:US4621662[P].1986-11-11.
- [39] 邵建娜,张雅秀,曾欣怡,等.机器人针刺成型异形预制体的路径规划[J].固体火箭技术,2023,46(4):600-610.
- [40] 卢晨,荆云娟,张亮儒,等.工艺参数对三维针刺预制体力学性能的影响[J].上海纺织科技,2024,52(11):15-18.
- [41] 张克旭,单忠德,刘丰,等.复合材料预制体针刺成形工艺参数的影响规律[J].上海纺织科技,2024,52(5):85-89.
- [42] 戚云超,方国东,周振功,等.不同针刺工艺的针刺复合材料面内拉伸强度分析[J].材料研究学报,2023,37(1):21-28.
- [43] YAO T L,CHEN X M,LI J,et al.Significantly improve the interlayer and in-plane properties of needled fabrics by novel none-felt needling technology[J].Composite Structures,2021,274(1):80-84.
- [44] 张小龙,郭若含,李钊.针刺+缝合预制体C/C复合材料的制备及性能研究[J].炭素,2022(3):10-14.
- [45] 李磊,容治军,李鉴,等.典型三维织物产品成型概述[J].产业用纺织品,2023,41(11):1-9.
- [46] 秦成,查一斌,张联合,等.不同缝合密度和层数的单向碳纤维织物复合材料结构与性能研究[J].复合材料科学与工程,2025(4):11-19.
- [47] XUAN J Q,LI D S,JIANG L.Fabrication,properties and failure of 3D stitched carbon/epoxy composites with no stitching fibers damage[J].Composite Structures,2019,220:602-607.
- [48] LI H G,YU Y Y,XU X K,et al.Enhancing the fracture toughness of laminated composites through carbon nanotube belt stitching[J].Composites Science and Technology,2021,204:108632.
- [49] 杨龙英.不同缝合方式对缝合复合材料力学性能的影响研究[J].玻璃钢/复合材料,2018(6):99-103.