对纺织复合材料技术的应用及分析

发表时间:2019/5/14   来源: 《青年生活》2019年第02期   作者:李雪,张雨婷,孙宁
[导读] 摘要:纺织结构复合材料是近来在纺织行业中较为流行的一种材料,该种材料的纤维性和定型性特点,能够给纺织及服装加工带来一定的经济利润。

        摘要:纺织结构复合材料是近来在纺织行业中较为流行的一种材料,该种材料的纤维性和定型性特点,能够给纺织及服装加工带来一定的经济利润。材料、能源和食品既是人类赖以生存的三大要素,又是人类与自然界作斗争所追求的三大目标,由它们组成的某个时代的物质世界就是人类历史演进的标志。 本文介绍了一种新型材料—纺织结构复合材料的发展与应用情况,对其组成特点、成型工艺和设计因素进行了分析,并提出分析该种材料力学性能的一般性方法。

        关键词:纺织工程,复合材料,技术应用,分析探究

        一、纺织复合材料的发展 在20年代,波音公司就已经使用纺织结构来增强飞机的机翼。50年代,美国通用电器公司也选择纺织结构作为碳/碳复合材料鼻锥的增强形式。70年代初,在缠绕工艺的影响下,二维编织工艺被引入复合材料领域。随着复合材料的发展,二维编织工艺也得到了迅速的发展,并为制造复杂形状复合材料开辟了一条成功之路。80年代,通过纺织界与复合材料界的合作,编织技术由二维发展到三维,从而为制造高性能复合材料提供了新的途径。三维编织结构复合材料由于其增强体为三维整体结构,大大提高了其厚度方向的强度和抗冲击损伤的性能,因而倍受重视并获得迅速发展。创造不补充加油而连续环球飞行一周记录的“航行者”飞机与美国比奇公司的“星舟”1号公务机,都采用了一些编织结构件。英国道蒂公司的复合材料螺旋浆,其浆叶为编织结构,获得1991年英国女王技术成果大奖。美国航空航天局(NASA)大力开展三维编织结构复合材料研究工作。计划中包括开发编织技术和自动化加工、开发热塑性树脂等重要内容。 由此可见,现代纺织结构复合材料是在常规复合材料高度发展和广泛应用于各工业领域的基础上产生和发展起来的,通过吸收纺织学科各类织造技术,形成了机织、针织、编织等类别的纺织结构复合材料。值得指出的是,在过去40年里,还主要是以层板复合材料应用最广,特别是在航空航天、军事工业、交通等领域占据重要地位。复合材料的出现和发展对20世纪的结构工程产生了巨大的推动作用,并形成全球性的先进纤维材料的市场。在这种应用背景下,层板复合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点:如分层、开裂敏感和损伤扩展快,垂直结构厚度方向强度低,抗冲击性能差等都显露出来。由此古代纺织结构复合材料的思想必然被人们接受用来消除复合材料的“层”。在常规复合材料成熟的设计分析方法、织造工艺以及高效的纺织织造技术的前提下,现代纺织结构复合材料以惊人的速度蓬勃发展,已波及美国、法国、英国、德国、俄罗斯、拉脱维亚、芬兰、比利时、中国、日本、南朝鲜等国。其重要原因之一,就是纺织构造的优越的力学性能,特别是不同的织造技术所形成的纤维束的微观构 型,适应十分广泛的载荷环境作用下的工程结构的要求。

        二、纺织结构复合材料应用优势 在航天科技中,高温、烧蚀和高速冲刷的导弹头锥、火箭发动机的喉衬采用三维整体编织结构复合材料。发动机裙和导弹弹体以及飞机机身则采用二维编织或机织结构复合材料。目前对空间飞行器,特别是对那些长时间在轨道运行的空间站、空间实验室和重复使用的太空运输系统,正在进行一类智能型纺织结构复合材料的研究。这些复合材料的运用,能够在最大限度发挥材料力学的特点基础上,能够提高产品的稳固性,能够帮助材料形成很强的力度,从而适应材料在航空运用中的需要。 该种材料运用于纺织中,能够在有效发挥材料的彼此合力作用前提条件下,能够形成一定的可塑性。因此具有具有高强度、高模量,特别是包括厚度方向、横向的全方位增强,使材料具有高损伤容限、高断裂韧性、耐冲击、抗分层、开裂和疲劳等。


正是基于上述特点,我们可根据按加载方向增加纤维束数,以及按实际需要(整体)织造复杂形状的零、部件和一次完成组合件,如加筋壳、开孔结构的制造等,帮助设计制作,形成可定型性,满足不同物质材料的发展需要。 在交通运输、建筑领域、体育用品等企业的生产过程中,选用合适的材料,并能够最大限度降低生产成本则是企业应该注意的地方。在生产过程中,可自动化高效率生产和接近实际产品形状的制造,使加工量和连接大大减少。因而经济性好、成本低、制造周期短。除此而外,在预成型和复合前安放机敏类材料,从而实现对复合工艺质量监控、产品在服务期间的寿命监测、振动控制等,这样既提高了产品质量又增加了可靠性。

        三、三维纺织复合材料。 三维纺织复合材料是一种先进的结构复合材料。它使用三维整体纺织预制件作为增强相,克服了以往各种结构复合材料层间强度低的致命缺点,具有优异的整体受力性能,可用以制造各种结构的主要承载构件。利用高强度纤维(例如碳纤维)制成的三维纺织复合材料具有比强度高,比模量大,扰疲劳性能好,以及良好的形态可设计性等优点。用它们代替钢制件时,在满足同样的强度和刚度的前提下,减轻重量70%左右。三维纺织复合材料还具有损伤后易修理,工艺上便于整体成型和一次成型的优点,可减少零件和模具的数量。目前,采用三维编织复合材料可以制作飞行器、汽车等上的多种不同形状的承力梁、接头,多种形式的耐烧蚀、高承受力的圆筒形、锥筒形的制件:还可以在人造生物组织方面发挥作用,制作人造骨、人造韧带,以及制作接骨板等。在保证力学性能相同或提高的情况下,大大减轻这些制件的重量,从而使整个飞行器、汽车等的性能得到提高。

        结束语:综上所述,运用好纺织结构复合材料,应该在注意其性能特点的基础上,根据所使用领域的特殊要求,注重预成型和固化等技术方面的处理,不仅能够提高产品的使用效果,还能够满足企业在生产过程中的需要。通过合理的优化,能够更好满足未来生产发展需要,提高企业的市场竞争力。

        参考文献:

        [1]管云青. 基于纺织复合材料技术及其运用探析[J].东方企业文化,2011年20期。

        [2] 刘元坤 常 浩 汤 伟 赵前进.织物及其复合材料的弹道冲击性能研究进展[J].纤维复合材料,2009年04期。

        [3] 朱民儒.三维纺织复合材料的结构特点和应用[J].产业用纺织品,2002年06期。

        [4] 王春敏.三维缝合复合材料力学性能的研究进展[J].材料导报,2010年01期。

        [5] 张 莉.三维纺织复合材料新结构的探讨[D].天津工业大学,2006年。

        第一作者:李雪,学历:本科在读,就读于辽东学院服装与纺织学院纺织工程专业研究方向:纺织工程。

        第二作者:张雨婷,学历:本科在读,就读于辽东学院服装与纺织学院纺织工程专业 研究方向:纺织工程。

        第三作者:孙宁,学历:本科在读,就读于辽东学院服装与纺织学院纺织工程专业 研究方向:纺织工程。

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