多軸向縫編織物

盧華平

航天材料及工藝研究所，北京 100076

1 縫編織物簡介

20 世紀70 年代后期，縫編織物最早出現在了歐美等發(fā)達國家，1998 年，航天材料及工藝研究所引進了MALIMO 第一臺新式多軸向縫編機，同時將該項技術引進到中國。由于它的纖維平行且伸直，是一種無卷曲結構，同時，它又可以根據需要將不同的纖維放在不同的角度，使材料中各方向纖維性能得到充分發(fā)揮，因此很快得到廣泛使用。縫編織物最初應用于航空航天飛行器復合材料制品上。近年來，隨著科技進步和各種新型高性能纖維的出現，復合材料用縫編織物得到了進一步發(fā)展，尤其在風力發(fā)電葉片、船舶等大型復合材料制品上得到廣泛應用。

2 縫編織物的特征

1）縫編織物是由若干層伸直并相互平行的紗線層組成，需要時可添加短切氈層；

2）紗線角度分別為0°、 90°和／或 ±45～80°，順序可加以變化；

3）各紗線層用縫合線固定，以防滑動；

4）可以根據設計需要，實現不同纖維混合編織，充分發(fā)揮各種纖維性能。

2 縫編織物和普通織物結構的差別。

1）縫編織物的紗線是相互平行且伸直的，普通織物的紗線是卷曲交織的；

2）縫編織物的紗線可按多種角度排列。而普通織物只能有0°和90°；

3）縫編織物為多層結構，最多可達八層，再加上1～2 層氈。而普通織物一般只有兩層；

4）縫編織物各層之間用縫編線捆綁，紗線之間不容易移動，且縫編線線圈長度可調整而普通織物靠紗線相互交織而成，紗線間易滑動。

3 縫編織物的優(yōu)點和特點[1]

3.1 充分發(fā)揮纖維原始特性、提高復合材料性能

由于縫編織物的纖維是相互平行且伸直的，當其與樹脂結合形成的復合材料在受力是，每束纖維都均勻的承力，所以纖維的強度和剛度在復合材料中得以充分發(fā)揮。另外使用不同纖維混編，可以在成本增加不多的情況下充分發(fā)揮高性能纖維的性能。而普通織物的經緯紗線呈波浪狀，當其受力時，纖維要先展直后才能受力，受力不勻，導致材料局部破壞。

3.2 提高了復合材料的抗疲勞性能，從而提高了材料的使用壽命

普通織物制造的復合材料，由于在層間有較多的樹脂，并且在外力作用下纖維和樹脂間發(fā)生相對滑動，所以在交變應力的作用下，樹脂和纖維間的界面很快受到破壞，導致復合材料的抗疲勞性能降低。而在縫編織物中纖維是伸直而平行排列，而且樹脂含量相對較少，層間界面結合較好，所以樹脂和纖維間的界面較為穩(wěn)定，提高了復合材料的抗疲勞性能。

3.3 提高材料損傷容限，從而提高了材料的可靠性。

由于縫編織物的層間用滌綸絲縫合，其抗損傷容限性相比傳統(tǒng)機織物有所提高。損傷容限的提高對惡劣環(huán)境下長期使用的復合材料是非常有意義的，比如風力發(fā)電葉片，其增強材料損傷容易有效提高后，將大幅降低葉片的使用壽命，縮減維修成本。

3.4 各向可設計

多軸向縫編織物另一個最大特點就是織物各層可以根據需要預設計，不僅織物密度、層數可以預先設計，原材料也可以根據預先設計選定不同特性的材料。這樣我們可以根據使用狀態(tài)選定材料的類型、方向、單層密度等，一次編織出滿足要求的產品，最大限度的發(fā)揮材料特性。 目前在風電領域已大量使用碳纖維與玻璃纖維混編的縫編織物，芳綸纖維與玻璃纖維混編織物則在船舶領域廣泛使用。

3.5 改善了材料的工藝性能

1） 浸潤性好

普通織物的纖維是高低交織的，垂直方向的纖維樹脂阻斷了樹脂的流動，所以浸潤速度較慢。而縫編織物的纖維是平行且伸直排列，同一層纖維與纖維之間形成了通道，因此單層間纖維很容易被樹脂浸透，與此同時，樹脂也完成了層與層間纖維的浸透，節(jié)省了工藝時間。目前在使用縫編織物制作大尺寸復合材料構建時，還用到導流管或者導流網，以縮短浸潤時間。

2） 附模型好

縫編織物采用滌綸纖維捆綁，捆綁時還可以通過調整線圈長度控制織物的松緊，這樣織物就可以適應不同的模具，特別是在復雜曲面模具上。在制作風電葉片大梁時，縫編織物良好的附模型保證了纖維性能有效發(fā)揮。

3）纖維定向性好

在普通織物中，由于樹脂的推進阻力大，不得不在RTM工藝中加大壓力，過大的壓力會沖亂布層，影響產品性能。而縫編織物由于層間由滌綸纖維捆綁固定，層間不易滑動。

3.6 減少材料消耗，提高工效，降低成本

用戶在選購材料時，往往比較重視產品的單價，而忽略材料的性能。許多材料的性能是很好的，但是沒有得到充分的發(fā)揮。正確的選材應考慮到重量-強度-價格三元素的最佳化關系。即我們每花一元錢不但要購買一定重量的材料，還包括性能要求。所以要重視材料的比強度和比剛度，并且能充分的發(fā)揮材料的潛在性能。

總之，我們的責任是引導用戶，正確對待材料的特性，消除人們的一些誤解，認為某種材料就是絕對低性能材料，而用更貴的材料去代替，其實任何選用過高或過低性能的原材料都是錯誤的質量慨念，重要的是必須把它按正確的方式和要求放到正確的位置（方向和數量），才能分利用材料的潛能，縫編織物正是解決了這一問題。

[1]羅永康.D.O.S織物介紹.航天材料及工藝研究所.