對紡織復(fù)合材料技術(shù)的應(yīng)用分析

劉洋 曹洋洋 (遼東學(xué)院服裝與紡織學(xué)院,遼寧 丹東 118003）

工藝的變革，使紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料與普通復(fù)合材料相比具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，同時由于細(xì)觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化又給設(shè)計(jì)和分析增添了更多的困難。迄今雖然經(jīng)過許多研究者的努力，已經(jīng)發(fā)展了各種分析模型，能解決一些應(yīng)用問題，但還遠(yuǎn)沒有成熟，還需要經(jīng)過比較、積累和進(jìn)一步發(fā)展，以形成完善而統(tǒng)一的分析、設(shè)計(jì)方法和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，才能使紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料得到更廣泛的應(yīng)用。

一、紡織復(fù)合材料技術(shù)分析

材料、能源和食品既是人類賴以生存的三大要素，又是人類與自然界作斗爭所追求的三大目標(biāo)，由它們組成的某個時代的物質(zhì)世界就是人類歷史演進(jìn)的標(biāo)志。 紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是紡織技術(shù)和現(xiàn)代復(fù)合材料技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它與通常的纖維復(fù)合材料具有較大的區(qū)別。纖維復(fù)合材料是通過把纖維束按一定的角度和一定的順序進(jìn)行鋪層或纏繞而制成的，基體材料和纖維材料于鋪層或纏繞時同時組。纖維復(fù)合材料中的纖維是平行的、互不交疊的。而紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是利用紡織技術(shù)首先用纖維束織造成所需結(jié)構(gòu)的形狀，然后以預(yù)成型作為增強(qiáng)骨架進(jìn)行浸膠固化而直接形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

二維編織復(fù)合材料由使用經(jīng)線緯線形成的二維編織物為增強(qiáng)體的預(yù)浸料經(jīng)固化成型后得到;維編織復(fù)合材料以整體編織預(yù)成型體作為增強(qiáng)材料。相比于普通復(fù)合材料制件，三維編織復(fù)合材料不需要縫合和機(jī)械加工，具有較高的強(qiáng)度、剛度和垂直方向上較好的抗沖擊性、耐燒蝕性，而且克服了傳統(tǒng)層合板復(fù)合材料易分層、開裂敏感和損傷擴(kuò)展快的缺點(diǎn)。三維機(jī)織物可以通過二維機(jī)織物再次織造獲得，亦可直接織造。目前編織/紡織復(fù)合材料主要用于船舶工業(yè)。它在航空航天、建筑、體育民用等各個領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。

二、紡織復(fù)合材料的發(fā)展

在20年代，波音公司就已經(jīng)使用紡織結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)飛機(jī)的機(jī)翼。50年代，美國通用電器公司也選擇紡織結(jié)構(gòu)作為碳/碳復(fù)合材料鼻錐的增強(qiáng)形式。70年代初，在纏繞工藝的影響下，二維編織工藝被引入復(fù)合材料領(lǐng)域。隨著復(fù)合材料的發(fā)展，二維編織工藝也得到了迅速的發(fā)展，并為制造復(fù)雜形狀復(fù)合材料開辟了一條成功之路。80年代，通過紡織界與復(fù)合材料界的合作，編織技術(shù)由二維發(fā)展到三維，從而為制造高性能復(fù)合材料提供了新的途徑。

紡織預(yù)成型技術(shù)主要有機(jī)織、針織、編織、穿刺和縫紉等?；诩喪w化的程度以及在預(yù)成型結(jié)構(gòu)內(nèi)厚度方向增強(qiáng)的程度,可把紡織預(yù)成型織物劃分成二維和三維兩大類型。更近代發(fā)展的預(yù)成型技術(shù)。如角連鎖機(jī)織和實(shí)體編織完全是整體化的結(jié)構(gòu).并且在厚度方向具有相當(dāng)大程度的增強(qiáng)。這些預(yù)成型件屬于三維織物。

近20年來.人們對正交織物和編織物研究的較多,而對多層機(jī)織物、多軸向編織物以及縫合織物研究的較少。相信隨著材料工作者對紡織品結(jié)構(gòu)以及加工技術(shù)的不斷了解.多層機(jī)織物和多軸向編織物等必將以其獨(dú)特的成型方式及式及性能受到人們的青睞。

三、紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料應(yīng)用

按當(dāng)代歷史觀點(diǎn)，紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的出現(xiàn)是近世紀(jì)材料科學(xué)發(fā)展的重大進(jìn)步之一。而按紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的定義，可以追溯到中國古代用編成排的秫桔混合粘土做成的墻體，這是紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在建筑領(lǐng)域的最早應(yīng)用。 用銅絲編織成的陶瓷基容器。中國明朝就已經(jīng)應(yīng)用。由此可知，人類很早就應(yīng)用紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，因而紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展是一個悠久的歷史過程。

另外，在航空航天領(lǐng)域，高溫、燒蝕和高速沖刷的導(dǎo)彈頭錐、火箭發(fā)動機(jī)的喉襯采用三維整體編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。目前對空間飛行器，特別是對那些長時間在軌道運(yùn)行的空間站、空間實(shí)驗(yàn)室和重復(fù)使用的太空運(yùn)輸系統(tǒng)，正在進(jìn)行一類智能型紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究。在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，從自行車到汽車、艦艇、高速火車和軍用戰(zhàn)車，都可以找出用紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制成的零、部件和主體構(gòu)架的例子，只是不同部件采用不同類型的紡織結(jié)構(gòu)而已。

在建筑領(lǐng)域也可應(yīng)用，如梁、柱、骨架等;如體育館、停車場和車站的屋頂、野營帳篷等。大多采用三維織造類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和二維織造類結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

另外，在體育用品如高爾夫球桿，醫(yī)療用品如人造血管、骨骼等處，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料均有涉及。

由此可見，現(xiàn)代紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是在常規(guī)復(fù)合材料高度發(fā)展和廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，通過吸收紡織學(xué)科各類織造技術(shù)，形成了機(jī)織、針織、編織等類別的紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。其重要原因之一，就是紡織構(gòu)造的優(yōu)越的力學(xué)性能，特別是不同的織造技術(shù)所形成的纖維束的微觀構(gòu)型，適應(yīng)十分廣泛的載荷環(huán)境作用下的工程結(jié)構(gòu)的要求。

結(jié)束語：復(fù)合材料科學(xué)是跨越機(jī)械、化學(xué)、化工、物理、紡織等多學(xué)科的新興學(xué)科。近20年來,對新型復(fù)合材料的設(shè)計(jì)及對復(fù)合材料的性能的分析和評價研究,取得了重大突破。最大的進(jìn)步是原材料領(lǐng)域;樹脂也發(fā)展很快.不但有熱固性樹脂,而且還出現(xiàn)了高性能熱塑性樹脂。這極大地改進(jìn)了復(fù)合材料的性能,擴(kuò)展了對其設(shè)計(jì)的自由度,拓寬了復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域。紡織復(fù)合材料高損傷容限、高斷裂韌性、耐沖擊、抗分層、開裂和疲勞，優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性，經(jīng)濟(jì)性好、成本低、制造周期短，材料質(zhì)量好，可靠性強(qiáng)，隨著人類科技文明的進(jìn)一步發(fā)展,復(fù)合材料將會在各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用!