蜂窝状三维织物及其加强复合材料的研制

先进复合材料三维织物的织造N.Khokar;贺春霞【摘要】作为先进复合材料增强材料的3D织物的工业发展仍较缓慢,原因是工程预型件的形状可靠性、快速开发和交付及低成本这3个关键性需求大都没有得到解决.这些需求很难通过2D织造实现.2D织造工艺主要用于制备2D或片状织物,它也能制备3D织物,并常被误认为是3D织造工艺.Biteam AB公司成功研发并证实了2D织造和3D织造的差异.3D工艺中双向开口系统的开发,实现了独特的垂直和水平方向的织造,这是2D织造工艺所不能达到的.这项新技术可满足3D织物技术和经济方面的需求.3D织造工艺的开发完全符合现有的织造基本原理,从而使得3D织造工艺技术得以实现.3D织造工艺可直接用于制备夹心、实心和管状的异形截面3D织物.提请注意某些相关方面,以促进织造工艺的进一步演变.%The industrial growth of 3Dfabrics as reinforcements for advanced composite materials remains slowly because 3key demands remain mostly unaddressed:engineering pre-forms with shapeperformance reliability, development and deliverying them in short time, and making them affordable.These demands are difficult to realize through 2D weaving process which is basically devised for manufacturing 2D or sheet-like materials.Strangely, its ability to produce 3D fabrics has been incorrectly assumed to be the 3Dweaving process.This discrepancy has been overcome by Biteam AB by following a fundamentally different path from the rest.Through development of the first ever weaving device incorporating the dual-directional shedding system, weaving is uniquely performed vertically and horizontally, which is not possible by the2Dweaving process.By means of this novel method, the various technical and economic demands are achieved.This development fully complies with the established principles of weaving, and hence enables the technical realization of the 3D weaving process.The proprietary 3D weaving process uniquely produces profiled cross-section 3D fabrics directly in shell, solid and tubular types.Attention is drawn here to certain relevant aspects to enable further evolution of the timeless weaving process.【期刊名称】《国际纺织导报》【年(卷),期】2018(046)011【总页数】4页(P42-44,46)【关键词】3D织造工艺;2D织造工艺;先进复合材料;3D织物【作者】N.Khokar;贺春霞【作者单位】Biteam AB公司(瑞典);Biteam AB公司(瑞典)【正文语种】中文3D织物的应用已有100多年的历史，较为人熟知的应用包括矿产行业的运输带、纸浆行业的造纸毡、装饰用的双层布等。

蜂窝材料的制备与应用随着社会的不断发展，人们对于材料的需求越来越高。

其中一个材料--蜂窝材料，因其独特的结构和性质，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑、电子和环保等领域。

本文将探讨蜂窝材料的制备与应用。

一、蜂窝材料制备1. 蜂窝材料的概念蜂窝材料是一种类似于蜂窝状的结构，由许多小房间组成的材料，如蜜蜂的巢穴。

蜂窝材料的结构类似于立方体，具有优良的物理和化学性质。

2. 蜂窝材料的制备方法（1）原料准备：蜂窝材料的制备需要选用高强度、高温、耐腐蚀、耐高温的材料作为基材，如铝、钛、钢、复合材料等。

（2）烧结法：将基材切割为一定大小的长方体坯料，然后在表面打上一定的凸起和凹陷，利用热胀冷缩原理，在高温下烧结成蜂窝状。

（3）电解法：将基材切割成一定大小的蜂窝状，然后在电解液中进行电解，使液体在蜂窝状中形成封闭的小房间，最后将电解液排出干燥。

（4）拉伸法：将层状金属材料沿蜂窝状延展拉伸，直至成为蜂窝状。

以上是蜂窝材料制备的四种方法，不同的制备方法适用于不同的需求。

二、蜂窝材料的应用1. 航空航天领域蜂窝材料作为轻质、高强度的材料，被广泛应用于航空航天领域。

它可以用来制造航空飞机和卫星零部件，如机身、机翼、垂直尾翼等。

此外，蜂窝材料还可以用于燃气轮机中的热障涂层，提高发动机的燃烧效率。

2. 汽车制造领域蜂窝材料还被广泛运用于汽车制造领域。

它可以作为汽车车身的制造材料，降低车重、提高车辆的燃油效率。

同时，蜂窝材料还可以用于制造避震器、座椅支架等部件，提高汽车的减震性能。

3. 建筑领域在建筑领域，蜂窝材料可用于建筑外墙板材的加强，使它们能够承受更大的风荷载和外力冲击。

另外，蜂窝材料还可以作为建筑隔音屏障的材料，减少外界噪声对室内的干扰。

4. 电子领域在电子领域，蜂窝材料可用于制造电子元件的散热器，使其能够更好地散发热量，保持元件的正常工作。

5. 环保领域蜂窝材料不仅可以用于制造产品，还可以用于环保领域。

它可以作为高效的催化剂载体，用于污染物的催化分解。

蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺分析摘要：复合材料因其本身的优异性能而备受关注，其中蜂窝夹层结构是一种较为特殊的复合材料，其一般是通过2层及以上蒙皮、蜂窝夹芯再以胶黏剂来固结的形式制备而成，已经广泛用于航空、航天、轨道交通、舰船、医疗、建筑等领域。

文章就蜂窝夹层结构复合材料的应用、成型工艺、工艺要点进行了论述与分析。

关键词：蜂窝夹层结构；复合材料应用；成型工艺引言讨论并分析蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺，需明确该种复合材料的基本制备流程，判定并总结其制备过程的影响因素，因此来实现对成型工艺的有效控制，使其达到更好的制备效果，满足各个方面的应用需求。

1 蜂窝夹层结构复合材料应用1.1 航空应用（1）蜂窝夹层复合材料因其质量轻、抗剪切失稳能力强、弯曲强度大等因素而广泛地应用在各种航天结构中，尤其是该种材料的减重效果，在舵面、副翼、舱门、雷达罩等结构上有着极好的应用效果；蜂窝夹层结构复合材料最早出现在美国F15战斗机系列的平尾、垂尾、机翼前缘等位置；其后用于F／A18飞机上的飞行控制面；后续在F35飞机上的方向舵、垂尾前缘、襟副翼等位置皆有应用。

而在民用飞机上，该种复合材料也具备着一定的优势，B787、A380、A340、A320等飞机上皆有含该项材料的结构件，比如方向舵等。

（2）因蜂窝夹层结构材料耐腐蚀、减震、力学性能优良，亦会较多应用在各种航空航天功能件制造上，比如天线罩、整流罩等结构功能件；借助适宜的外形设计，不但可满足飞行器整体的气动外形标准要求，还可借助结构设计与模拟计算，通过设定相应的结构形式来满足飞行装置透波等性能要求；此外，在各种飞机饰件选择与装饰时亦会应用到该项材料，比如飞机内饰板壁、底板等结构。

而在蜂窝夹层结构工艺迅速发展的背景下，行业内的专业研究学者亦开始探索“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”、“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”等绿色蜂窝夹层结构在飞机侧壁板等结构上应用的可能性，并取得了较好的研究成果[1]。

新型微观结构复合材料及其增材制造技术工程背景介绍：微观结构复合材料是由两种或多种不同材料在微米尺度上结合而成的新一代复合材料。

它具有独特的物理和化学性质，可以应用于多种领域，包括航空航天、汽车制造、医疗器械等。

目前，随着3D打印技术的发展，增材制造技术成为实现新型微观结构复合材料制造的有效途径。

1.多种材料整合：不同材料微观结构的组合能够实现更多样化、多功能的性能。

2.抗磨损和抗腐蚀能力：微观结构的特殊形状和材料组合能够提供更好的抗磨损和抗腐蚀性能。

3.轻量化和高强度：微观结构复合材料具有很高的强度和轻量化的特点，可以降低产品的重量，提高效率和可靠性。

增材制造技术在微观结构复合材料制备中的应用：1.3D打印技术：通过在微米尺度上逐层添加材料，实现复杂微观结构的制造，包括蜂窝状、网格状等结构，可用于制造轻量化零件。

2.激光熔化沉积技术：通过高能激光束熔化金属或陶瓷粉末，逐层堆积制造微观结构复合材料。

3.电子束熔化技术：利用电子束对金属粉末进行加热和熔化，实现复合材料的制造。

4.真空冶金技术：通过在真空条件下将不同材料的微米颗粒进行堆积，形成微观结构复合材料。

1.航空航天领域：通过增材制造技术制造轻量化的航空部件，如飞机结构零件、航天器部件等，提高载荷能力和燃油效率。

2.汽车制造领域：利用增材制造技术制造轻量化的汽车部件，提高汽车的燃油经济性和安全性。

3.医疗器械领域：利用增材制造技术制造个性化的医疗器械，如假肢、矫形器材等，提高患者的生活质量。

4.能源领域：通过增材制造技术制造高效能源部件，如太阳能电池板、燃料电池等，提高能源利用效率。

总结：。

三维编织复合材料制造技术—RTM工艺详解三维编织复合材料是利用纺织技术，通过编织形成干态预成形件，将干态预成形件作为增强体，采用树脂传递模塑工艺（RTM）或树脂膜渗透工艺（RFI），进行浸胶固化，直接形成复合材料结构。

作为一种先进的复合材料，已成为航空、航天领域的重要结构材料, 并在汽车、船舶、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了广泛应用。

传统复合材料经典层合板理论已无法满足其力学性能分析，国内外学者建立了新的理论和分析方法。

三维编织复合材料是仿织复合材料之一，是由采用编织技术织造的纤维编织物（又称三维预成形件）所增强的复合材料，其具有高的比强度、比模量、高的损伤容限和断裂韧性、耐冲击、抗开裂和疲劳等优异特点。

三维编织复合材料的发展是因为单向或二向增强材料所制得的复合材料层间剪切强度低、抗冲击性能差、不能用作主承力件，L.R.Sanders于1977年把三维编织技术引入工程应用中。

所谓3D编织技术是通过长短纤维在空间按一定的规律排列，相互交织而获得的三维无缝合的完整结构，使复合材料不再存在层间问题，且抗损伤能力大大提高。

其工艺特点是能制造出各种规则形状及异形实心体，并可使结构件具有多功能性，即编织多层整体构件。

目前三维编织的方式大约有20多种，但常用的有4种，分别是极线编织（polar braiding）、斜线编织（diagonalbraiding or packing braiding）、正交线编织（orthogonal braiding）和绕锁线编织（warp interlock braiding）。

三维编织中又有多种型式，例如二步法三维编织、四步法三维编织、多步法三维编织。

树脂传递模塑法发展史三维编织复合材料成型工艺主要有树脂传递模塑法（RTM，Resin Transfer Molding），它是将液态树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，是近年来发展迅速地适宜多品种、中批量、高质量先进复合材料制品生产的成型工艺，它是一种接近最终形状部件的生产方法，基本无需后续加工。

复合材料蜂窝夹层结构的优化设计一、引言复合材料蜂窝夹层结构是一种新型的轻质高强材料结构，其具有优异的力学性能和重量比。

因此，在航空航天、汽车、船舶等领域中得到广泛应用。

本文将对复合材料蜂窝夹层结构的优化设计进行探讨。

二、复合材料蜂窝夹层结构的组成复合材料蜂窝夹层结构由三部分组成：面板、蜂窝芯和面板。

其中，面板是由复合材料制成的，通常采用碳纤维或玻璃纤维增强塑料；蜂窝芯是由铝或塑料等轻质材料制成，具有良好的抗压性能；最后一层面板与第一层面板相同。

三、复合材料蜂窝夹层结构的力学性能1. 抗弯强度高：由于采用了轻质高强度的蜂窝芯，使得该结构在承受外力时能够有效地抵抗弯曲变形。

2. 抗压性好：由于采用了铝或塑料等轻质材料作为蜂窝芯，使得该结构在承受外力时能够有效地抵抗压缩变形。

3. 重量轻：由于采用了轻质材料和蜂窝结构，使得该结构的重量比传统材料结构降低了约50%。

4. 热膨胀系数低：由于面板和蜂窝芯的热膨胀系数不同，因此在温度变化时不易发生破裂和变形。

四、复合材料蜂窝夹层结构的优化设计1. 面板厚度的优化设计：面板厚度对复合材料蜂窝夹层结构的强度和重量有着较大的影响。

一般来说，面板越厚，强度越高，但重量也会相应增加。

因此，在优化设计中需要根据具体使用场景和要求选择合适的面板厚度。

2. 蜂窝芯密度的优化设计：蜂窝芯密度对复合材料蜂窝夹层结构的强度和重量也有着较大的影响。

一般来说，密度越小，重量越轻，但强度也会相应减弱。

因此，在优化设计中需要根据具体使用场景和要求选择合适的蜂窝芯密度。

3. 面板和蜂窝芯的材料选择：面板和蜂窝芯的材料选择也是影响复合材料蜂窝夹层结构性能的重要因素。

一般来说，面板采用碳纤维或玻璃纤维增强塑料，而蜂窝芯则采用铝或塑料等轻质材料。

4. 夹层结构的优化设计：夹层结构的优化设计也是影响复合材料蜂窝夹层结构性能的重要因素。

一般来说，采用对称夹层结构可以使得该结构在承受外力时具有更好的抗弯强度和抗压性能。

航空航天用复合材料的研究现状、制备方法、原理和运用摘要：本文主要从复合材料的特点出发，针对在航空工业应用广泛的预形件成形和结构成形各项技术进行了全面系统的介绍。

并对其在航空航天中的应用情况以及发展难点和研发现状作了简要概述。

关键词：复合材料、航空制造、航空运用0.前言：复合材料（Advabced Composite Materirals ACM)成功地用于航空航天领域仅有20多年的历史，它具有比强度比模量高，可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能优越以及便于大面积整体成型等显著优点，显示出比传统钢、铝合金结构材料更优越的综合性能，在飞机上已获得大量应用，可实现飞机结构相应减重25%～30%，作为21世纪的主导材料，先进复合材料的用量已成为飞机先进性，乃至航空航天领域先进性的一个重要标志，是世界强国竞相发展的核心技术，也是我国的重点发展领域。

一．复合材料的概述1.1概念复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材两大类。

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。

增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

1.2性能复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。

其特点是比重小、比强度和比模量大。

例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。

纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。

以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。

碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。

蜂窝夹层结构复合材料应用研究进展蜂窝夹层结构复合材料是一种由两个外表面之间填充蜂窝结构的材料。

它的结构不仅能够大幅度减轻重量，还能提高材料的强度和刚度。

因此，蜂窝夹层结构复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域具有广泛的应用前景。

本文将就蜂窝夹层结构复合材料的制备、性能及应用进行研究进展的述评。

蜂窝夹层结构复合材料的制备可以通过多种方法实现。

其中，最常用的方法是层压法。

该方法首先将蜂窝芯与表面层压在一起，然后通过高温和高压加热处理来实现复合材料的固化。

此外，也有一些新的制备方法被提出，如原位生长法、3D打印法等。

这些新方法使得制备蜂窝夹层结构复合材料的过程更加简单、快捷，并能够实现更复杂、多样化的结构。

蜂窝夹层结构复合材料由于其独特的结构，在力学性能方面具有较大的优势。

首先，蜂窝夹层结构能够大幅度减轻材料的重量，降低燃料消耗和减少环境污染。

其次，蜂窝夹层结构能够提高材料的强度和刚度，使其具有较好的抗冲击性能和疲劳寿命。

此外，蜂窝夹层结构还具有较好的热阻性能和声学性能。

这些优势使得蜂窝夹层结构复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。

在航空航天领域，蜂窝夹层结构复合材料被广泛应用于飞机机身、机翼、垂直尾翼等部件。

它们可以有效降低飞机的自重，提高飞机的燃料效率和载荷能力。

同时，蜂窝夹层结构复合材料还具有较好的抗冲击性能，能够有效防止碎片和撞击物对飞机造成损坏，提高飞机的安全性能。

在汽车领域，蜂窝夹层结构复合材料被应用于车身和车门等部件。

与传统材料相比，蜂窝夹层结构复合材料具有更高的强度和刚度，能够提高车辆的稳定性和安全性能。

同时，蜂窝夹层结构复合材料的轻量化特性也能够减少燃料消耗，降低车辆的碳排放，符合环保要求。

在建筑领域，蜂窝夹层结构复合材料被应用于墙体、屋顶、隔热板等部件。

其轻量化和隔热性能能够有效降低建筑物的能耗，提高建筑物的能源效率。

此外，蜂窝夹层结构复合材料还具有良好的吸声性能，可以减少噪音的传播，提高室内环境的舒适性。

专利名称：一种复合材料曲面蜂窝的制备方法专利类型：发明专利
发明人：熊健,李志彬,韦兴宇,王焱,陈宗兵
申请号：CN202111375897.2
申请日：20211119
公开号：CN114055825A
公开日：
20220218
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及曲面蜂窝制备领域，具体涉及一种复合材料曲面蜂窝的制备方法，为了解决目前复合材料曲面蜂窝并没有一套合适的成型技术的问题，本发明在对复合材料预浸料进行裁切，在所述复合材料预浸料的表面上开出孔洞，复合材料预浸料上设有多条切缝线一和切缝线二；切缝线一和切缝线二交替设置，每条切缝线一上裁切多个孔洞一，每条切缝线二上裁切多个孔洞二；折叠路径包括多组折叠路径一和多组折叠路径二；每组折叠路径一包括两条对称设置路径线一，每组折叠路径二包括对称设置的两条路径线二，之后经过一次折叠、二次折叠、蜂窝固化、蜂窝脱模工序，本方法简单，容易实现批量化制备，节省原材料，该方法可以成型多种蜂窝筒壳结构。

申请人：哈尔滨工业大学
地址：150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
国籍：CN
代理机构：哈尔滨华夏松花江知识产权代理有限公司
代理人：岳昕
更多信息请下载全文后查看。