三维纺织技术在航空航天领域的应用

三维立体织物复合材料研究与进展随着科技的发展，复合材料在工业、民用和军事领域中被广泛应用。

三维立体织物复合材料是一种新型的增强材料，具有高强度、高刚度、高韧性、成型性好等优点，已经成为各种工业材料中不可或缺的一种。

本文将从三维立体织物的结构、制备及其应用方面综述其研究现状及进展。

1. 结构三维立体织物复合材料是由不同面密度的织物构成的。

由于三维立体织物的结构特殊，其性能比二维复合材料更优异。

三维立体织物的结构通常由一个或多个三维交织的体和两个被称为“二面”的两个表层。

其中，三维交织的体是由纵向纤维、横向纤维和Z 向纤维相互交织构成。

在制备过程中，纵向纤维通过贯穿织物的织机械设备撬开，经过钩针或喷织设备将横向纤维和Z 向纤维与其相互交织。

每个层次的纱线和织物的间隔尺寸都是可调节的，这使得三维立体织物的结构通过控制纵向、横向和Z 向的纱线结构来实现。

2. 制备三维立体织物复合材料制备技术是目前研究的热点之一，目前已经研制出许多相应的生产工艺，包括针织法、喷织法、无纺布法、编织法等。

( 1)针织法：是一种纱线由一台细针织机械编成的三维结构。

它采用针织设备排列的行和针织面来构造一个连续的、无缝的三维结构织物。

在织物的表面和内部织有不同的纱线密度或纺织结构。

( 2)喷织法：是一种通过喷织纤维来制造三维立体织物的方法。

将树脂/纤维复合材料从喷嘴或泵喷出，并通过喷嘴将复合材料沉积在三维织物上。

在制备过程中，纵向纤维通过喷嘴或滚轮决定，横向纤维和Z向纤维则通过喷射进行构造。

( 3)无纺布法：是一种制造无纺布的方法，其特点是不需要经过织造过程，可以快速制造出优质的三维立体织物。

目前，无纺布法主要采用热风交织、喷丝和湿法交织等方法来实现。

(4) 编织法：与纺织品的编法类似，纵向纤维被编织成为连续结构，然后横向纤维和Z 向纤维被插入编织的结构中，形成一个具有三维立体结构的织物。

3. 应用三维立体织物复合材料具有优异的力学性能及成型性等特点，因此广泛应用于航空航天、军事、汽车、建筑和医疗等领域。

高性能纺织材料在航空航天领域中的应用研究1. 引言随着航空航天科技的不断发展，纺织材料的性能要求也越来越高。

高性能纺织材料的研究与应用对于航空航天领域中的各种任务至关重要。

本文将探讨高性能纺织材料在航空航天领域中的应用研究。

2. 环境适应性航空航天器在不同的环境下工作，例如在太空中或高温环境中。

为了满足这些极端条件下的性能要求，高性能纺织材料成为了理想选择。

例如，高温纤维材料可以耐受高温环境，抗辐射效果良好。

此外，高性能纺织材料还可以提供防护层，保护航空航天器免受微小陨石的损害。

3. 功能性能在航空航天领域，高性能纺织材料还能提供多种功能。

例如，纳米纤维材料可以用于制作超滤膜，用于水分离和空气净化。

此外，纳米纤维材料还可以用于制造感测器，用于检测航空器表面的温度、压力和应力等。

这些功能性能可以有效地增强航空航天器的性能和安全性。

4. 轻量化航空航天器的重量是一个重要的考虑因素，因为它直接影响到运行成本和能源消耗。

高性能纺织材料的轻量性质使其成为替代传统材料的理想选择。

通过使用轻型纺织复合材料，航空航天器的重量可以显著减轻，同时保持良好的强度和刚度。

这将大大提高航空航天器的燃料效率和飞行性能。

5. 高温抗氧化性能在高温环境下，航空航天器面临着氧化和腐蚀的风险。

高性能纺织材料具有出色的高温抗氧化性能，可以保护航空航天器免受氧化和腐蚀的侵害。

这对于航空发动机的制造非常重要，因为发动机在高温和高压力环境下工作。

6. 冲击吸能性能航空航天器经常面临着冲击和振动的问题。

高性能纺织材料可以提供优异的冲击吸能性能，从而保护航空航天器免受障碍物和撞击的损害。

这对于航天飞行器的安全性至关重要，尤其是在起飞和降落时。

7. 降低空气动力学阻力航空航天领域对飞行器的空气动力学性能要求极高。

高性能纺织材料具有良好的流体动力学特性，能够减少空气动力学阻力，从而提高航空器的速度和效率。

这对于提高航空器的空中操作能力和减少燃料消耗非常重要。

作者简介：陈 利，男，1968年生，教授，主要研究方向为先进纺织增强材料及其复合材料、三维纺织技术装备研发。

作者单位：天津工业大学复合材料研究所，先进纺织复合材料教育部重点实验室。

基金项目：天津市高等学校创新团队项目（TD13－5043）。

三维纺织增强材料及其在航空航天领域的应用文 | 陈 利 赵世博 王心淼摘要：三维纺织增强材料采用立体纺织技术织造而成，是高性能复合材料的结构增强骨架，具有近体仿形成型的优点，在航空航天领域有着广泛的应用。

不同的立体纺织方法获得的三维纺织增强材料具有不同的结构特征和性能特性，主要有编织、机织、针织、针刺等立体纺织结构形式。

文章介绍了三维纺织增强材料的工艺方法和结构特征，分析了立体纺织技术的研究现状与进展，总结了三维纺织增强材料在航空航天复合材料中的应用，提出了三维纺织增强材料需要重点研究和解决的关键问题。

关键词：三维纺织增强体；立体纺织成形技术；结构；性能；航空航天复合材料中图分类号：TB332 文献标志码：AAbstract: Three-dimensional (3D) textile reinforcement woven by 3D textile processing technology is one of the important structural reinforcing materials for high-performance composite materials. Because of the capability for forming near net-shape preforms, it has been widely used in the aerospace field. Different 3D textile reinforcements like 3D braided, 3D woven, 3D multi-axial knitted and 3D needle-punched structure have different structure characteristics and mechanical properties. This paper introduces the processing techniques and structural characteristics of 3D textile reinforcements, analyzes its research status and progress, summaries its applications in the aerospace field, and puts forward the key issues that need to be studied and solved in the field of 3D textile reinforcements.Key words: 3D textile reinforcements; processing techniques; structures; properties; aerospace composites三维纺织增强材料（三维纺织预制体）采用新型立体纺织工艺技术制造而成，具有独特的空间交织结构和最终构件的近体形状，是高性能复合材料的结构增强骨架，具有纤维连续、结构整体、性能优越、可设计性强等特点，在航空航天等领域应用广泛。

三维纺织技术在航空航天领域的应用在航空航天领域对高性能复合材料新需求的推动下，从20世纪80年代起，三维纺织技术得到了迅速发展。

采用三维纺织预成型体增强的复合材料，具有优异的综合力学性能、更高的损伤容限以及卓越的抗烧蚀性能，为复合材料应用于主承力结构件和多功能结构件提供了广阔的前景。

天津工业大学是国内首家研制开发三维纺织技术的单位，拥有先进的技术装备和核心技术，是目前国内唯一具备材料设计、纺织预成型、树脂基复合成型等全过程技术的先进纺织复合材料科研和生产单位，研发的产品广泛应用于我国航空航天领域。

高性能复合材料轻质、高强的特点可以有效减轻飞行器自身重量，使飞行器飞得更快、更远，并提高飞行器防热、透波、隐身等功能，对推进飞行器现代化起着十分关键的支撑作用。

复合材料的用量已成为衡量各国飞行器先进水平的标志：空客A380采用了25%的复合材料，而波音B787飞机的复合材料用量已达到50%。

“十一五”期间，高性能复合材料及复合结构部件制备技术已作为我国新一代飞行器轻质化、高性能化的关键技术而列入我国科技发展规划，并亟待进一步提高。

三维纺织复合材料技术作为一种新型高性能复合材料结构部件的制备技术，是将增强纤维编织成复合材料结构件的近净形三维整体织物（纺织预成型体），再采用树脂传递模塑工艺（RTM）注入树脂后复合固化形成高性能复合材料结构件。

由于采用了三维整体织物作为增强体，复合材料在厚度方向上获得了增强，从而克服了传统层合复合材料容易分层破坏的缺点，具有优异的力学性能。

随着三维纺织技术的发展，不仅可以净体制备形状复杂、不同尺寸的异型构件，实现结构的一体化设计，减少零配件数量，保证结构的整体性，而且增强纤维在复合材料中呈空间多向分布，使复合材料的性能设计更具灵活性，实现了材料的“特定设计”。

三维纺织技术纺织预成型体是复合材料的结构增强骨架，它的作用类似于建筑物中的钢结构框架。

在复合材料结构成型之前，利用纺织技术将增强纤维定位分布，形成二维(2D)或三维(3D)的织物与结构。

纺织材料在航空领域的应用研究在现代航空领域，纺织材料的应用正变得日益广泛和重要。

从飞机的内饰到结构组件，纺织材料以其独特的性能和优势，为航空工业的发展带来了新的机遇和挑战。

纺织材料在航空领域的应用历史可以追溯到早期的飞行时代。

最初，简单的织物被用于飞机的座椅套和降落伞等。

随着技术的不断进步，纺织材料的种类和性能得到了极大的提升，其应用范围也逐渐扩大。

在航空内饰方面，纺织材料发挥着重要的作用。

飞机的座椅面料需要具备舒适、耐磨、防火、抗静电等多种性能。

高性能的纺织纤维，如芳纶、碳纤维等，经过特殊的编织和处理工艺，可以制成强度高、重量轻且具有良好阻燃性能的座椅面料。

此外，地毯、窗帘、壁布等内饰材料也都广泛采用了纺织材料。

这些材料不仅要满足美观和舒适的要求，还要符合航空领域严格的安全和环保标准。

航空领域对纺织材料的强度和重量要求极高。

例如，碳纤维增强复合材料（CFRP）在飞机结构中的应用越来越广泛。

碳纤维具有高强度、高模量和低重量的特点，通过与树脂基体复合，可以制造出性能优异的结构部件，如机翼、机身等。

与传统的金属材料相比，CFRP 可以显著减轻飞机的重量，提高燃油效率和飞行性能。

纺织材料在航空航天领域的另一个重要应用是热防护。

当飞行器在高速飞行时，会与空气产生剧烈的摩擦，导致表面温度急剧升高。

高性能的隔热和防火纺织材料，如陶瓷纤维、玻璃纤维等，可以有效地保护飞行器及其内部设备免受高温的影响。

这些材料通常被制成隔热瓦、防火服等产品，为飞行员和飞行器的安全提供了重要保障。

在航空航天领域，对纺织材料的耐腐蚀性也有很高的要求。

由于飞行器在高空飞行时会面临恶劣的环境条件，如高湿度、强辐射等，因此用于制造飞机零部件的纺织材料必须具备良好的耐腐蚀性能。

例如，一些特殊的涂层和处理工艺可以应用于纺织材料表面，提高其抗腐蚀能力，延长使用寿命。

纺织材料在航空领域的应用还涉及到过滤和分离技术。

在飞机的发动机和环境控制系统中，需要使用高效的过滤材料来去除空气中的杂质和污染物。

新型纺织材料在航空航天中的应用研究随着科技的不断发展，新型的材料逐渐被应用于各个领域中。

其中，新型织造材料在航空航天领域中的应用备受关注。

本文将就新型纺织材料在航空航天中的应用进行研究探讨，并分别从材料的性能、制造工艺、应用案例三个方面对其进行深入分析。

一、材料的性能新型纺织材料常用的有碳纤维、玻璃纤维、陶瓷复合材料、聚合物复合材料等。

这些材料与传统材料相比，有其独特的特点与优势。

首先，新型织造材料相比于传统材料，具有更为出色的耐热性能。

例如，碳纤维可承受高达2500度的高温，而钢铁材料的高温承受能力仅为600度左右。

另外，这些新型材料还具有较高的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，尤其是碳纤维，具备较高的抗拉强度和弹性模量，可大幅提高航空器的重量比。

其次，新型织造材料在重量方面具有优势。

由于其密度较小，重量较轻，可有效减轻飞行器自重，从而减少燃油的消耗和飞行器的能耗。

例如，新型碳纤维复合材料的密度为1.6g/cm³，而相同尺寸的钢铁材料的密度为7.8g/cm³，大幅轻量化了航空器。

最后，新型织造材料还有较高的抗震性。

由于其具有较高的弹性模量和抗拉强度，在飞行器发生碰撞或受到外界冲击时，可有效吸收能量，减轻冲击力量。

二、制造工艺制造新型织造材料需要采用一些新型的生产工艺。

例如，碳纤维生产需要进行高温高压、碳热处理、氮化等多个环节。

玻璃纤维则需要进行玻璃化、热压、热成型等多道工序。

陶瓷复合材料则需要采用化学气相沉积、注模成形等技术。

而聚合物复合材料需要采用分子取向、钎焊、层压等技术。

新型纺织材料的生产过程需要精密的设备和技术，以保证产品的质量和性能。

其中，自动化、智能化生产线的应用可以提高生产效率，减少人力成本。

三、应用案例新型纺织材料在航空航天领域中有广泛的应用。

例如，碳纤维可以用于制造飞机、火箭、卫星等航空器的燃油箱、机身、翼、舵等构件。

玻璃纤维则可以用于制造飞机的内饰、密封件、防火材料等。

三维打印技术在航空航天工业中的应用近年来，三维打印技术得到了越来越广泛的应用，其优异的制造能力以及极高的制造效率已经得到了广泛的认可。

三维打印技术的成功应用不仅限于制造业，同时也在航空航天工业领域得到了广泛的应用和快速推广。

本文从三维打印技术的优点入手，结合航空航天领域的相应应用，阐述了三维打印技术在航空航天工业中的应用，并探讨了这种技术应用的前景和发展方向。

一、三维打印技术的优点三维打印技术是一种快速制造的技术，其优点主要体现在制造效率、制造精度、材料选择上。

首先，三维打印技术所需耗时较短，制造效率大幅提高，特别是在复杂构件的制造过程中，减少了许多技术难关。

其次，三维打印技术具有很高的制造精度，通过扫描仪或者3D模型软件可以精确的控制制造过程，制造出来的产品精度高，可以达到其他传统制造工艺所无法达到的标准。

另外，三维打印技术可以用于制造多种材料，包括金属、塑料、紫外线固化树脂等。

这里所说的材料种类不同不但包括它们的机械性能、化学性质等，而且还包括制造所需的成本问题。

二、三维打印技术在航空航天工业中的应用1. 制造复杂构件在航空航天工业中，需求复杂构件的比例较高，包括各种航空发动机、客机机翼和航空外壳等。

传统的制造工艺对于这种复杂构件的制造效率较低，成本较高。

三维打印技术不仅可以快速制造复杂构件，而且可以精度高、制造出来的产品性能更佳，其可承受的施力比传统制造工艺所制造的产品更强。

2. 降低成本航空航天工业中对于零件制造的稳定可靠性要求非常高，其制造成本也随之提高。

然而，三维打印技术可以减少传统制造工艺中所需的设备和制造成本，提高制造效率，使得在航空航天制造中应用该技术后，最终产品的制造成本得到了一定的降低。

3. 高质量制造和改进在航空航天工业中，灰铸造件所制造的制品质量相对较差，但三维打印技术可以快速制造出非常优异的制品。

三维打印技术所制造出的零件，具有良好的机械性能，尺寸精度高，即使是模型尺寸相较复杂，也具有良好的加工性，以及能够充分地解决零件与零件之间的形状问题。

纺织品在航空航天领域的应用研究纺织品在航空航天领域的应用研究导言：随着科技的不断进步，航空航天事业得到了空前的发展。

作为航空航天领域中的核心材料之一，纺织品也展现出了其重要的应用价值。

本文将就纺织品在航空航天领域的应用进行深入研究。

1. 纺织品在航空航天领域的意义1.1 重量轻纺织品通常由轻质纤维构成，比如碳纤维、玻璃纤维等。

这些轻质纤维使得纺织品在航空航天领域中具有重量轻的特点，能够降低飞行器的整体重量，提高飞行器的性能。

在航空器中，减少重量可以节省燃料消耗，增加飞行器的载荷能力，提高飞行器的飞行速度。

1.2 强度高纺织品具有较高的强度，可以承受飞行器所受到的外部载荷和压力。

纺织品的高强度使得飞行器能够更好地抵御外界环境的影响，提高飞行器的安全性和可靠性。

2. 纺织品在航空航天领域的应用2.1 航天服航天服是航天员在太空中工作时所穿的服装。

纺织品在航天服中的应用至关重要。

航天服需要具备耐高温、抗辐射、防静电等特性，并且需要轻便、舒适。

因此，航天服通常采用特殊的阻燃纺织面料制作，以保护航天员的安全。

2.2 航天降落伞航天降落伞是载人航天器返回地面时用于减速和平稳着陆的器材。

纺织品在降落伞的制作中扮演了重要角色。

降落伞需要具备高强度、轻便、耐磨损等特点，以确保返回舱能够安全着陆。

纺织品的应用使得降落伞具备了这些特性，并且能够顺利地实现降落任务。

2.3 航空器结构材料纺织品在航空器结构中的应用主要体现在增强航空器的结构强度和稳定性。

例如，纺织物可以与树脂复合形成一种复合材料，被广泛应用于航空器的机身、翼等部位。

这些复合材料具备了较高的强度和刚度，能够有效地增强航空器的结构。

2.4 空气动力学研究纺织品在空气动力学研究中的应用主要体现在风洞实验中。

纺织品可以模拟航空器表面的应力分布和空气动力学特性，帮助研究人员更好地理解和研究航空器的飞行性能。

纺织品在风洞实验中的应用不仅能够节省成本，还能够提高实验的可操作性和实用性。

三维纺织复合材料的结构特点和应用近年来，随着科技的不断进步，纺织材料的应用领域也在不断扩大。

其中，三维纺织复合材料作为一种新型材料，具有独特的结构特点和广泛的应用前景。

本文将从结构特点和应用两个方面来探讨三维纺织复合材料的发展。

首先，我们来了解一下三维纺织复合材料的结构特点。

三维纺织复合材料是由三维纺织物和树脂基体组成的复合材料。

相比于传统的二维纺织复合材料，三维纺织复合材料具有更高的强度和刚度。

这是因为三维纺织物的结构可以提供更多的纤维交叉点，增加了材料的连接性和强度。

同时，三维纺织复合材料还具有较好的吸能性能和耐磨性能，能够有效地吸收冲击能量和抵抗磨损。

三维纺织复合材料的应用领域非常广泛。

首先，它在航空航天领域有着重要的应用。

由于其高强度和轻质化的特点，三维纺织复合材料可以用于制造飞机、导弹等航空器的结构件，提高飞行器的性能和安全性。

其次，在汽车制造领域，三维纺织复合材料也有着广泛的应用。

它可以用于汽车车身的制造，提高汽车的强度和刚度，同时减轻车身重量，提高燃油经济性。

此外，三维纺织复合材料还可以用于体育器材、建筑材料、防护装备等领域，为各个行业带来了新的发展机遇。

除了以上应用领域，三维纺织复合材料还有一些特殊的应用。

例如，在医疗领域，三维纺织复合材料可以用于制造人工骨骼和关节等医疗器械，帮助患者恢复健康。

此外，三维纺织复合材料还可以用于环境保护领域，例如制造过滤材料，用于水处理和空气净化等方面。

然而，尽管三维纺织复合材料具有广泛的应用前景，但其制造过程仍然存在一些挑战。

首先，三维纺织复合材料的制造工艺相对复杂，需要高度的技术和设备支持。

其次，三维纺织复合材料的成本较高，限制了其在一些领域的应用。

因此，未来需要进一步研究和发展新的制造技术，降低成本，提高生产效率。

综上所述，三维纺织复合材料作为一种新型材料，具有独特的结构特点和广泛的应用前景。

它在航空航天、汽车制造、医疗、环境保护等领域都有着重要的应用。

纺织品在航空航天的应用作者：张宗朴刘世磊李帅龙来源：《今日湖北·中旬刊》2013年第11期随着现代科技不断发展，人类在不断探索未知的领域——太空，所以莱特兄弟制造出了第一架飞机，而随着各种类型航天机器的出现，人类开始了漫长而新奇的天空与太空之旅。

而随着航空航天的兴起，与之相关的各种辅助性设备也逐渐出现在人类的视野，在这其中纺织品起到了不可忽视也不可替代的重要作用。

那么，纺织品在航空航天的发展之中又起到了什么样的重要作用呢？最开始因为航天航空需要而设计制作构造简单用途最为广泛的飞行服开始，随着航空航天的蓬勃发展，越来越多的纺织品开始大量运用于航天航空之中。

各种不同质地不同用途的飞行服被制造出来。

由最初的将飞行服当作御寒保暖的棉服为起点。

人类开始研发各种功能更为强大和多样化的纺织用品。

直到现在，航空的飞行服制造工艺已经极为完善，依旧拿飞行符来说明，飞行服已经延伸成为一系列的飞行装具。

按穿用季节，飞行服分为春秋季、夏季和冬季飞行服。

通常上衣为夹克式，下衣为马裤式。

早在1933年，英国人就研制出第一代高空加压服。

第一个试制并大胆试用飞行服的，是美国人威莱·柏斯特。

1934年10月，各国飞行好手都聚集在伦敦，参加从伦敦飞往墨尔本的国际飞行大赛。

柏斯特为了在这次大赛中夺标，做了相当充分的准备。

早在1931年，他在自己的飞行实践中认识到，飞机飞得越高，就能飞得越快，但要在平流层中飞行，飞行员得穿戴特殊的服装和帽子，起御寒、供氧、防震及加压的作用。

1934年6月，柏斯特请了一位名叫古德里奇的工程师用降落伞的帆布特制了一件密封的衣服，但刚一打气衣服就崩破了，世界上第一件飞行服就此告终。

7月底，第二件飞行服赶制完毕，柏斯特穿上它汗流浃背，只好脱下。

制作第三件飞行服时，古德里奇的好友考列里想出了一个妙法。

他把飞行服分成二层，内层用较厚的橡皮袋制成，充气后能对人的身体施加一定压力；外层用一般帆布制成衣服模样，以限止充气后橡皮袋的形状。