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【原创】二维编织管状织物复合材料研究进展

时间:2022-06-29 02:20:50 来源:aoa体育APP下载  作者:aoa体育平台下载 点击:2次

  近年来,管状复合材料因在各领域中展现出良好的应用价值而越来越受欢迎,其中管状纤维增强复合材料由密度低、导热系数低、抗疲劳性能好、高强、高模量的纤维材料制成,可广泛用于生产各种管道、管壳、衬套、超高温隔热管及各种结构支撑领域。

  管状纤维复合材料的制备方法有编织、机织、针织、非织造4类,而二维(2D)编织作为一种自动化复合材料预制件制造技术已经使用了几十年,已广泛应用于各个领域。二维编织管状复合材料的研究应用较晚,但是因为相关领域对管状复合材料的需求日益增大,二维编织物制造工艺相对简单,能够实现不同复杂产品设计的需求,并且与层压复合材料相比,该类管状复合材料具有很高的抗冲击性能、剪切强度、韧性和碰撞能量吸收潜力,同时在刚度和强度性能方面仍具有竞争力,使得二维编织管状复合材料的研究日益深入。

  作为一种可实现减重的结构材料,二维编织管状复合材料在多个领域具有广泛用途,特别适合制造框架、碰撞元件和其他结构梁构件,如航空航天领域中的波音787飞机GEnx发动机机匣,运动装备领域中的棒球拍、高尔夫球杆以及滑雪板,工业领域中的压力容器等。

  二维编织管状复合材料的纤维相互缠绕,形成较强的完整性,使其具有比传统层状复合材料更好的抗拉强度、抗冲击性、抗损伤性以及吸能等特性。目前,国内外的研究者们大多都是在弹性性能、拉伸性能、压缩性能等方面对复合材料进行研究。

  编织复合材料通常用于要求具有高剪切性能、高扭转强度和高刚度的领域,编织角被证明可以影响其性能,较大的编织角可以提供更高的横向模量、横向强度、损伤公差、尺寸稳定性和近净形状制造能力。编织复合材料的横向模量、强度和尺寸稳定性是由非纵轴取向纤维引起的。损伤容忍度是由编织结构中缠绕的纤维之间的锁定机制造成的,这种锁定机制可以防止或限制纱线分层。总体来看,国内外对于二维编织管状复合材料的研究大多集中在压缩性能上,对于其他力学性能的探索还不够深入,尤其是对于弯曲性能的研究目前较少。

  纤维增强复合材料编织管件因其可设计性、抗疲劳、抗损伤和比强度高等优势,而广泛应用于航空航天、国防、交通等领域,如工业应用中对传统工程金属材料的替代,商业应用中包括编织的燃料管线、空气管道、火箭发射管和飞机结构部件等,其他应用如导管、汽车轴加固、运动器材等。

  复合材料的低速冲击损伤耐受能力早已被人们所认识,进一步提高复合材料的耐低速冲击损伤能力的方法也一直在研究中。更低的编织成本和更好的耐损伤性能被列为制造飞机主要结构的关键技术。目前,二维编织管状复合材料因其轻质、高强、耐冲击、力学性能优良等性能,已被广泛应用,具有良好的发展前景。

  更多内容,请关注《纺织导报》2022年第1期“二维编织管状织物复合材料研究进展一文。