纺织复合材料3

纺织复合材料纺织复合材料是指由纤维材料与基材组合而成的一种新型材料。

它通过将纤维与基材进行复合，能够充分发挥两者的优点，使材料具有优异的综合性能和应用价值。

纺织复合材料的优点首先体现在强度和韧性方面。

纤维具有较高的强度和韧性，而基材则能够增强纤维的结构稳定性，提高其使用寿命。

因此，纺织复合材料比传统的材料更加强韧，具有更高的抗拉强度和抗冲击性能，适用于一些对材料强度要求较高的领域，如航空航天、汽车制造等。

其次，纺织复合材料具有较好的耐热性能。

纤维材料往往具有较高的熔点和燃点，基材则能够抵御高温环境的侵蚀和腐蚀。

因此，纺织复合材料能够在较高温度下保持良好的结构稳定性，具有良好的耐热性能，适用于一些高温工艺和环境下的应用。

此外，纺织复合材料也具有较好的防护性能。

纤维材料通常具有良好的防潮、防水、防火和防紫外线等性能，而基材能够对纤维进行加固和保护，增强其防护功能。

因此，纺织复合材料能够提供更好的防护效果，适用于一些对环境要求较高的应用领域，如建筑材料、户外用品等。

纺织复合材料具有广泛的应用前景。

在航空航天领域，纺织复合材料可以制作轻量化、高强度的飞机零部件，如机翼、机身等，可以提高飞机的性能和燃油效率。

在汽车制造领域，纺织复合材料可以制作车身结构件，如前保险杠、车顶等，可以减轻汽车的重量，提高其安全性和燃油效率。

在建筑领域，纺织复合材料可以制作防水材料、隔音材料等，可以提高建筑物的防护性能和使用寿命。

总之，纺织复合材料具有较好的强度、韧性、耐热性和防护性能，具有广泛的应用前景。

随着科技的进步和材料技术的发展，纺织复合材料将在各个领域发挥更大的作用，为人们的生活和产业发展带来更多的创新和便利。

纺织结构复合材料分类纺织结构复合材料是一种由纤维素纤维和基体材料组成的复合材料。

纺织结构复合材料具有轻质、高强度、耐磨损、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

根据纺织结构的不同特点和用途，可以将纺织结构复合材料分为以下几类。

一、三维编织复合材料三维编织复合材料是一种由三维编织纤维构成的复合材料。

它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。

三维编织复合材料可以用于制造飞机零部件、汽车零部件以及建筑结构等。

该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。

在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。

二、二维织物复合材料二维织物复合材料是一种由二维织物和基体材料构成的复合材料。

它具有良好的柔韧性和可塑性，适用于制造需要弯曲和变形的零部件。

二维织物复合材料可以通过手工编织、机器编织或者预浸料等方法制备。

在制备过程中，需要考虑织物的纤维类型、纤维密度以及编织结构的优化，以提高复合材料的性能。

三、非编织纤维复合材料非编织纤维复合材料是一种由非编织纤维和基体材料构成的复合材料。

非编织纤维包括无纺布、纳米纤维以及纤维毡等。

这类复合材料具有较好的柔韧性和吸湿性，适用于制造衣物、过滤材料以及隔音材料等。

非编织纤维复合材料的制备过程相对简单，可以通过热压、湿压和自粘等方法制备。

四、三维编织纤维复合材料三维编织纤维复合材料是一种由三维编织纤维和基体材料构成的复合材料。

它具有良好的强度和刚度，能够在多个方向上承受力。

三维编织纤维复合材料适用于制造需要承受复杂载荷的零部件，如飞机机翼、汽车车身等。

该类复合材料的制备过程相对复杂，需要经过编织、浸渍和固化等多个步骤。

在实际应用中，还需要考虑编织结构的设计和优化，以满足不同的工程要求。

纺织结构复合材料根据纺织结构的不同特点和用途，可以分为三维编织复合材料、二维织物复合材料、非编织纤维复合材料以及三维编织纤维复合材料等几类。

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。

的有限元分析手段也被引入到编织复合材料的性能研究中。 由于编织复合材料细观结构非常复杂，所以常用的处理方法 为先简化复合材料的细观结构，再结合有限元方法对力学性 能进行分析和预测。HAO 等[41]基于三胞模型研究了三维四 向编织复合材料的拉-拉疲劳行为，使用 ABAQUS 建立不同 编织角和纤维含量的单胞模型，分析了疲劳加载方向对疲劳 损伤进程的影响，并且讨论了单胞模型结构参数对疲劳行为 的影响，结果表明，平行于编织方向疲劳行为优于垂直方向； 沿着编织方向，疲劳寿命随编织角增大而减小；纤维体积含 量与疲劳寿命正相关。
国内外在近 30 年内对三维编织复合材料的细观结构与 观力学性能之间的关系进行了研究和探索 取得了一些突出 的成就 并逐渐发展成力学和材料领域的一个热门研究方 向。在试验方面，自 20 世纪 80 年代起，MACANDER 等[3] 就对三维编织复合材料的拉压剪弯等典型静态力学性能进 行了系统的试验研究；KALIDINDI 等[4]研究了纤维体积含量 和编织角对材料力学性能的影响；SHIVAKUMAR 等[5]进一 步揭示了三维编织复合材料的压缩强度和失效机制。关于三 维编织复合材料冲击力学行为和断裂形态随应变率的变化 趋势也有相关报道[6-7]。
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2021）13－0108－06
2021 年 第 13 期
三维编织复合材料力学性能研究进展
吴亚波，江小州，刘 帅，袁 航，张尧毅，惠永博，侯荣彬
（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610056）
国内也不乏试验研究三维编织复合材料力学性能的相 关报道。张迪等[29]对比研究三维多向编织和层合板复合材料 的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三 维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备；三种层合复合 材料利用帘子布制成，分别为 0°单向板、90°单向板和层合 板［0 /（ ± 45）2 /90］2s。同时进行拉伸、压缩和剪切试 验。结果表明与三维编织试样相比，0°单向板的拉伸和压缩 性能最高，而其他层合试样的各项性能均较低；对于编织试 样，编织角越小，纵向拉伸和压缩性能越高，剪切性能越低； 发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。李 翠敏等[30]研究了三维编织碳纤维复合材料的剪切性能，结果 表明，三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好；三维 编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增 加；切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近 侧表面裂缝沿纱线走向分布，上下两表面发生弯曲破坏。李 苏红等[31]试验分析评价了编织结构参数对复合材料拉伸性 能的影响，且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果 表明，编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与 编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响，复合材料 有两种破坏模式，一种是裂纹沿纤维束扩展，另一种是纤维 束拉断，后者为主要破坏模式。 2 三维编织复合材料力学性能的理论研究 2.1 几何模型和力学模型

．
Ａｎ ｈ ｎ， ｔ ｅ ｒ ｔ ｎ ｌｔ ｆ ｔ ｅ ｍｏ ｌ ｗａ ｅ ｉ ｅ ｙ ｃ ｍｐａ ｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｔ ｃ ｕ ｅ， ｍｏ ｅ ｔｕｃ ｕ ｅ， ｄ ｔｅ ｈ ａ ｉ ａ ｉｙ ｏ ｈ ｄｅ ｓ ｖ ｒｆ ｄ ｂ ｏ ｏ ｉ ｒ ｎ ｈ ｃ ｕ ｌ ｓｒ ｔ ｒ ｕ ｄ ｌｓｒ ｔ ｒ
三 维 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 的 参 数 化 设 计
冯 兆行 ，田 伟 ，马 雷 雷 ，刘 鹏 ， 成 炎 祝
（ 江 理 工 大 学 先 进 纺 织 材 料 与 制 备 技术 教 育 部重 点实 验 室 ，浙 江 杭 州 浙 ３０１ ） １０ ８
摘 要 为 对 三 维 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 的 力 学 模 拟 分 析 提 供 一 种 模 型 ， 过 观 察 ３层 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 预 通 制 件 的细 观 几 何 结 构 ， 析 其 最小 重 复单 元 中纱 线 间 的 几 何 位 置 关 系 ， 讨 细 观 结 构 中几 何 参 数 与 宏 观 设 计 参 数 分 探
．
ｂ ｔ ｅ ｔ ｅ ｇ ｏ ｔｉａ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｔ ｅ ｌａ ｔ ｅ ｅ ｔｎ ｕ ｉ ａ ｄ ｈ ｄ ｓｇ ｉｇ ａ ａ ｅｅ ｓ ｅｗｅ ｎ ｈ ｅ ｍｅｒｃ ｌ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ｈ ｅ ｓ ｒ ｐ ａｉ ｇ ｎ ｔ ｎ ｔ ｅ ｅ ｉ ｎｎ ｐ ｒｍ ｔｒ ｗａ ｓ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ． Ｏｎ ｔ ｉ ａ ｉ ，ｐ ｒ ｍｅｒｃｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｒ ｆ ｒ ｏ ｏ ｏ ｉ ｔｒａ ｓｃ ｒｉｄ ｏ ｔｂ ｓｎ ｉｃ ｓ ｅ ｈ ｓｂ ｓｓ ａ ａ ｔｉ ｓｇ ｆｔｅ ｐ ｅｏ ｍ ｆｃ ｍｐ ｓｔ ｍａ ｅ ｉｌｗａ ａ ｒｅ ｕ ｙ ｕ ｉｇ ｅ Ｐ ｏ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｓ ｆ ｒ ｒ ／ ｇｎ ｅ ｏ ｔ ｅ， ａ ｄ ａ ｃ ｍ ｍｏ ｏ ｅ ｆｔ ｅ ３Ｄ ｒｈｏ ｏ ａ ｓｒ ｃｕ ａ ｐ ｅ ｏｍ ｓ ｓａ ｉｈ ｄ ｗａ ｎ ｏ ｎ ｍ ｄ ｌｏ ｈ ｏ ｔ ｇ ｎ ｌ ｔ ｔ ｒ ｌ ｒ ｆ ｒ ｗａ ｅ ｔｂｌ ｅ ｕ ｓ

关 键词 ： 合材 料 ；编织 ；三 维五 向 ；纱线 排 列 形 态 复
中图分类号 ： Ｓ８ ．１ Ｔ ３２ Ｔ １４ １ ； Ｂ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ６ １０ ４ （０ ７ ０ ．０ ００ １７ ．２ Ｘ ２ ０ ）３ ０ ｉ ｎ ｙ ｒ ｓ ｐ ｒｍ ｎｔ ｌａ ｌ ｓｓｏ ａ ｎ ｐａ ｔｒ ｓ ｏ ｆｖ － ｉｅ ｔｏ ａ ａ ｄｅ ｏ ｐ ｓｔ ｓ ｔｅ ｎ ｆ３Ｄ ｅ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｌｂｒ ｉ ｄ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｉ
Ｒｅ ｌｔ ｈ ｌｉｔｃ ｌｓ ａ ｅ ａ＂ｏ ｔｅ ｅｌｐ ｉａ ｈ ｐ ．
Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｏ ｉ ｔ ｒ ；ｂ ａｄ ｎ ：３ ｖ — ｉ ｃｉｎ ；ｙ ｒ ｓ ａｔｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｍｐ ｓｔ ｍａｅ ａ ｅ ｉ ｌ ｒ ｉｉ ｇ Ｄ ｆ ｅ ｄ ｒ ｔ ａ ｉ ｅ ｏｌ ａ ｐ ｔ ｎ ｎ ｅ
树脂 基三维编织 复合 材料是 ２ Ｏ世纪 ８ Ｏ年代发 展 起来 的一种 高性能 复合 材 料． 由于该类 材料 采用 了三 维 预成型体 作为增 强骨 架 ， 根本 上 解决 了传 统复 合 从 材料沿厚度 方 向刚 度 和强 度性 能 差 、 间剪 切 强度 低 层
面 内纱 线 的排 列 方 式 不 同 ， 周期 性 变化 ； 织 纱 线 的 截 面 形 状 近 似 为扁 平 的 凸透 镜 形 ； 五 向 不 动 纱 的 呈 编 第
轴线基本保持伸直 ， 其截面形状沿其轴 向近似为扇形和三角形相互过渡 变化 ； 面编织纱线 的排 列方式与 表 内部编织纱线的排列有关 ， 其截面形状近似为椭 圆形．
同时三维编织技术和rtm技术相结合可以实现异型构件的三维整体成型制成的复合材料构件具有较高的尺寸精度不需要后续加工保证了增强骨架的连续性和整体性提高了材料的力学性能

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。

指标名称
密度／g．cm-3 强度／cN．tex-1 模量/ cN．tex-1 晶粒厚度／nm
取向角
普通型碳纤维 (A型或Ⅲ型)
1.71-1.93 91.8-140.7 9697．8-12390
<5.o >10°
高强型碳纤维 (C型或Ⅱ型)
1.69-1.85 132.8-177.4 13847-17723
子主链结构对纤维轴的择优取向，预氧化过程必须对纤维施加张力，
实行多段拉伸。
碳纤维制造过程式中最重要的环节
3 预氧化的炭化
预氧丝在惰性气体保护下，在800~1500℃范围内发生碳化反应。纤
维中的非碳原子如N 、H、O等元素被裂解出去，预氧化时形成的梯形大
分子发生交联，转变为稠环状结构。纤维中的含碳量从60%左右提高到
达1000kcal/kg。这些热量必须瞬间排除，否则会发生局部温度剧升
而导致纤维断裂，所以瞬时带走预氧化过程中释放出的反应热是设
备放大和工业生产的关键所在。
除此之外，在预氧化过程中还发生较大的热收缩。一方面是经过
拉伸的原丝，大分子链自然卷曲产生物理收缩。另一方面，大分子
环化过程中产生化学收缩。为了要得到优质碳纤维，继续保持大分
到使用要求。因此，在制备碳纤维工艺流程中都要设置碳纤维表面处理
工序和上浆工序。
表面处理工序主要使碳纤维表面增加含氧官能团和粗糙度，从而增
加纤维和基体之间粘结力，使其复合材料的层间剪切强度提高到80-
120MPa，从而使碳纤维的强度利用率由60%左右提高到80%~90%。
上浆工序的目的是避免碳纤维起毛损伤，所以碳纤维总在在保护胶液中
度和模量都十分高，而垂直于纤维轴向的强度和模量都很低，纤维

正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能作者：申晓刘向东田伟祝成炎来源：《现代纺织技术》2019年第02期摘要：为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足，研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。

以高强涤纶长丝为原料，分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件，依据均衡对称准则设计4种复合结构，选用双酚A环氧乙烯基脂为基体，制备正交、准正交及复合三维机织复合材料，并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。

结果表明：准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中，复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。

关键词：复合结构;三维机织物;复合材料;经向拉伸性能;经向弯曲性能中图分类号：TS195.644文献标志码：A文章编号：1009-265X（2019）02-0006-06Abstract：In order to make up for the performance defect of 3D woven composite with single structure， mechanical properties of orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven composites with combined structure were investigated. The high-strength polyester filament yarn was used as the raw material to weave four-layer orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven structures as preformed units， and four kinds of combined structures were designed according to the principle of symmetry. Orthogonal woven composites， quasi-orthogonal woven composites and combined 3D woven composites were prepared by using bisphenol A epoxy vinyl ester as the matrix. Tensile and bending properties of the composites at warp direction were tested. The results indicated that tensile and bending properties at warp direction of the quasi-orthogonal woven composites were better than that of the orthogonal woven composites. Among the combined 3D woven composites， the effect of combined sequence was greater than the combined ratio. When the orthogonal structure was laid on the surface of the composites， the composites could get better mechanical properties.Key words：combined structure; 3D woven fabric; composite; tensile property at warp direction; bending property at warp direction三维机织复合材料是利用机织加工方法将多个系统的纱线连为空间网状结构，然后在一定条件下与基体复合而得到的一种高性能复合材料，具有良好的可设计性并且由于厚度方向上存在增强纤维，其强度、刚度、抗冲击性和抗疲劳性优良[1]。

纺织结构复合材料三维模型设计Design3D Models of Textile St ruct ural Composites杨朝坤,朱建勋,张建钟,徐正亚,胡方田(中材科技股份有限公司南京210012)YAN G Chao2kun,ZHU Jian2xun,ZHAN G Jian2zhong,XU Zheng2ya,HU Fang2tian(Sinoma Science&Technology Co.Lt d.,Nanjing210012,China)摘要:根据纺织复合材料结构和工艺的特点,考虑到空间纤维束的相互纽结和紧密挤压而造成的纤维束的弯曲和截面变形,建立了机织和编织三维实体几何模型和工艺过程的动画模拟。

所建模型与通过切片制作、数据采集和处理的图像进行比较并修正,取得了较为合理的纤维束中心线拟合效果。

为纺织结构复合材料的有效弹性性能预报和R TM工艺模拟仿真奠定了模型基础。

关键词:纺织结构复合材料;三维模型;纤维束;图像处理文献标识码:A 文章编号:100124381(2007)Suppl20207205Abstract:The t hree2dimension Woven and braided geomet rical model and t he animating simulation of t he craft process is p ropo sed based on t he characteristics of t he textile st ruct ural composites and craft. t he state of intertwisted and tightly squeezing yarns in model is taken into account which result s in yarns curving and deforming.Wit h comparing t he established model and images which obtaining f rom slice2making and data acquisition and image processing,reasonable fitting curves of yarn center line are achieved.The investigation offers a f undamental support to predict effective elastic properties and R TM simulating work.K ey w ords:textile st ruct ural compo sites;t hree2dimension model;fibre tow;image p rocessing 在先进航空材料中,纺织结构复合材料占有重要的一席之地。

复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【摘要】基于螺旋型单胞几何模型和多相有限元理论,建立了三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析模型.通过对代表体积单胞施加不同的复杂载荷比,数值预报了三维四向编织复合材料在双向拉伸和拉剪载荷作用下的破坏点,得到了材料的破坏包络线.结果表明,编织角对三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的破坏影响较大,编织角比较小时,应重视复杂载荷之比对材料破坏的不利影响.此方法为三维编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析提供了有效方法.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2018(023)004【总页数】5页(P108-112)【关键词】三维编织复合材料;力学性能;螺旋型几何模型;复杂载荷【作者】姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【作者单位】哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TB3320 引言三维编织复合材料由于其增强体为三维整体编织结构，突破了传统复合材料层合板结构的概念，在提高复合材料层间强度、抗冲击、抗断裂和损伤容限等方面具有巨大的优势和潜力，同时具有优良的可设计性，可以一次成型复杂的零部件。

因此，三维编织复合材料受到工程界的普遍关注，在航空、航天、国防、体育用品和生物医疗等领域得到了广泛应用[1]。

Ma、Yang、Kalidindi和吴德隆[2-5]等在详细分析了三维编织复合材料的成型技术与编织工艺的基础上，分别建立了“米”字型单胞模型、纤维倾斜模型、螺旋纤维模型以及三胞模型，并基于这些细观结构几何模型研究了三维编织复合材料的刚度Ko[6]对三维编织石墨/环氧树脂复合材料进行了拉伸实验，结果表明近似垂直于加载方向失效面上的纤维断裂是引起三维编织复合材料失效的主要原因。

浓缩与充分发挥原始天然 生态 乌拉草的性能 ，并在此 基础上根据 中医 内病外治的原理 ， 通过乌拉草 中所 含有极为丰富 的游 离氨 基酸 ， 可 通过人体的体温 ， 被皮肤所吸收 ， 其营养成份对皮肤起到保养作用 。 二、 乌拉草纤维 的组成成分分析 经过试验分 析得知，未经脱胶处理 的乌 拉草纤 维的化学成 分组成 与麻纤维相似， 主要成分都是 纤维素， 含有果胶 、 其 还 木质 素、 脂蜡 质 、 半纤维素 、 灰分等物质 。 这里根据 Ｇ ５ ８ — ６ 苎麻化学成分定量分析方 Ｂ８９８ 《 法》 对乌拉草纤维进行取样分析。由实验测得乌拉草纤维的化学组成与 苎麻 、 亚麻及大麻的化学组成 的数 据对比见表 １ 由表 １ 中的数 据分析
拉草纤维 、 纺布和 生物降解树脂 ＰＳ 无 Ｂ 组成 的绿 色复合材料 ， 分析了材
料的力学性 能和土 壤生物降解性能 。研究 中使用 纺织工厂废 弃的片状 裁断无 纺布和乌拉草 纤维， 使用纤 维状生物 降解 树脂 Ｐ Ｓ 成 型前按实 Ｂ．
脱 症，腰肌劳损和体弱 者肾虚 等疾患的辅助治疗和年老 体弱者 的腰 部
・ 专题研究 一其它
新型纺织纤维复合材料—一乌拉草纤维
天津 工业大 学纺织学院 冯超杰
摘
要： 乌拉草 纤维是一种新型的绿 色环保纤维。 文章介绍 了乌拉 草纤维的开发现 状、 成分分析 以及 乌拉草 复合 纤维的制备和性 能， 力图从 环保 角
度考虑对乌拉草 纤维的进一 步开发利用。
保健 。
（ ） 养皮 肤 三 保
验要求直接将乌 拉草纤维和树脂纤维混合后 投入 注射成型机 ，在拟定
的成型温度和压力 下注射 成型． 制备 出的绿色 复合材料外观 良 ， 好 其拉 伸强度和杨 氏模量 随纤 维质量分数的增加而 增大 ．土壤生物 降解实验 表明 ，添加 了纤维 的绿色 复合 材料的降解速率 高于单纯 由生物 降解树 脂制备而得 的对 比试验 片， 说明纤维能够促进材 料的降解． 实验进 一步

纺织复合材料工艺专业介绍
专业名称：纺织复合材料工艺 (0559)
培养目标：本专业培养纺织复合材料工艺设计和生产操作人员。

建议修业年限：3年
业务范围：
本专业毕业生主要面向高分子材料复合加工企业，从事生产工艺设计和实施，原料、半成品、成品质量检验，生产操作和设备维护等工作。

毕业生应掌握的知识和应具备的技能、能力：
1.掌握化学、高分子化学的基础知识；
2.了解纺织材料的基本性能，熟悉高分子材料加工的基本工艺；
3.掌握非织造布的生产工艺及层压技术；
4.掌握产品质量分析的基本知识及常规试验和化验的方法；
5.熟悉非织造布生产主要设备的性能和结构；
6.具有对一般非织造布材料选择和生产工艺设计与调整的能力；
7.具有生产操作和一般维护生产设备的能力；
8.具有车间生产和技术管理的初步能力。

专业教学的主要内容：
有机化学、分析化学、高分子物理与化学、粘合技术、非织造技术原理及设备、复合材料应用与开发、纺织复合材料后整理加工、非织材料性能测试分析。

制图测绘、金工实习、高分子材料加工生产实习、市场调研、毕业综合实习。

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接形 式（ 缝合搭接 连接和未缝 合搭接连接 ） 对三维编织复合材料弯曲性能的影响， 并与三 维整体编织复合 材料 的弯曲性能 进行 了对比。试验 结果表 明， 与未缝合搭接试件相 比 ， 缝合连接试件 的 弯曲强度提 高 了 ２ ％ 一 ０ ， ０ ５ ％ 弯曲模 量提 高了 ５， 合 工艺具 有 明显 的优 势。缝 合连接 试 件与 三维整 体编 织试 件相 比， ５ 缝 弯曲 强度 下降 了 关键词 ： 缝合连接 ； 三维编织复合材料 ； 弯曲性 能 ； 坏形式 破 中图分类号 ： Ｂ ３ Ｔ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ６２ ９ （０ ０ ０ ＿１４ １０ － ３ ２ １ ） １ ０ ７ ０

纺织结构增强材料的类型
纺织结构预制件分类参数
代号 DM DR C 参数 维数 增强材料方向 纤维连续性 代号 T I M 参数 纤维束捻度 结构的整体性 加工方法
L B
增强材料线性度 每个方向纤维束大小
PD
填充密度
纺织结构增强材料的类型
复合材料用纤维结构 水平 增强系统 纺织结构 纤维长度 纤维取向 纤维纠缠
纺织结构增强材料的类型
增强材料类型
维
一维 二维
0轴
1轴
2轴
3轴
4轴
三 维 1 2
纺织结构增强材料的类型
无捻长丝纱 有捻长丝纱ຫໍສະໝຸດ 粗梳纱线精梳纱线高膨体长丝纱
粗梳毛纱
弹力长丝纱
精梳毛纱
各种纱线结构示意图
纺织结构增强材料的类型
几何 形态
单元 模型 机织物 （交织） 针织物 （成圈） 编织物 （缠织） 非织造布 （粘结）
三维整体织物
三维机织物
多重织机装置示意图
三维整体织物
三维机织物
不同结构 三维机织 物预制件
(a)：三向正交织物，各向同性比较好，是用相同层数、粗细一样的纱 线织成的织物，比较厚； (b)：经纱通过整个厚度方向的角连锁结构； (c)：经纱只通过相邻两层的角连锁结构，此织物柔软性较好。
三维整体织物
三维整体织物
三维机织物
三维机织是利用织机的梭子把纤维或纱线织成三维立体织物 的方法，主要通过多重经纱织造的方法形成，织造中由于采用多 重经纱，从而使织物厚度增加，并且沿厚度方向纱线或纤维是相 互交织在一起，即按一般概念的“层”之间是相互连接在一起的。 这就提高了织物“层”间抗剪切的能力。目前，可以织造出由17 层经纱和纬纱相互交织的立体织物。 机织三维织物的三个系统的纱线呈正交状态配置，沿X方向的 纱线为纬纱，其作用是构成水平纬纱层，同时又将Z方向的水平 经纱层隔开。沿Z方向的纱线为地经，其作用是构成水平经纱层， 同时又将X方向的水平纬纱层隔开。沿Y方向的纱线为缝经，其作 用是将相互垂直的经纬纱铺层缝接在一起。三个系统的纱线呈正 交状态构成一个整体。

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。

纺织复合材料预制件概述一、纺织复合材料预制件航空和航天业的发展促进了纺织复合材料的研究，使纺织技术在先进材料领域的应用潜能逐渐被挖掘出来。

通过纺织加工方法如机织（Weaving）、编织（Braiding）、针织（Knitting）和非织造（Non-woven）等，将纤维束按照一定的交织规律加工成二维或三维形式的纺织结构，使之成为柔性的、具有一定外形和内部结构的纤维集合体，称之为纺织复合材料预制件。

根据不同的纺织加工方法，纺织复合材料预制件中的纤维取向和交织方式将具有完全不同的特征，并且这些特征会导致纺织复合材料的性能存在明显的差异。

为此，采用不同纺织复合材料预制件增强所得的纺织复合材料，通常在其名称前标以纺织方法，以示区别，如机织复合材料、针织复合材料、编织复合材料、非织造复合材料等。

二、纺织复合材料预制件的特征（一）几何特征根据纺织结构的几何特征，纺织复合材料预制件有二维纺织复合材料预制件和三维纺织复合材料预制件两种形式。

对于二维纺织复合材料预制件而言，纺织结构在面内的两个正交方向上（如矩形的长度和宽度方向）的尺寸远大于其在厚度方向上的尺寸。

根据不同的纺织加工方法，增强纤维在平面内的取向和交织方式存在着多种形式。

对于机织结构，取向分别为0和90°的经纬两组纱线相互交织，形成稳定的二维结构，构成机织物；对于编织结构，纱线之间按照与织物轴向偏移一定角度的取向相互编结交织而成，构成编织物；对于针织结构，纱线之间在经向或纬向以成圈的方式相互嵌套，构成针织物；而对于非织造结构，纤维通常以散纤维的状态分布在平面内的各个方向上，通过机械或黏结的方法固结成非织造织物。

对于三维纺织复合材料预制件而言，厚度方向（z向）上的尺寸和纤维交织形式不可忽略。

三维纺织结构的特点是在厚度方向上引入纱线而形成立体的纤维交织结构，从而获得优良的结构整体性。

类似于二维纺织结构，不同纺织加工方法使纤维在立体方向上的取向和交织方式也存在着多种形式。