緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料研究進(jìn)展

周濛濛， 蔣高明， 高 哲， 鄭培曉

(江南大學(xué) 針織技術(shù)教育部工程研究中心， 江蘇 無錫 214122)

緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物(WKBT織物)基于普通緯編管狀織物進(jìn)行設(shè)計(jì)而成，采用緯平針、羅紋等結(jié)構(gòu)為綁縛系統(tǒng)，在特定方向襯入呈平行排列的單絲或復(fù)絲，形成無卷邊、成形性良好的管狀增強(qiáng)體[4-5]。這類管狀增強(qiáng)體既具有緯編管狀織物良好的延伸性，又增強(qiáng)了沿襯紗方向上的力學(xué)性能[6]，采用此類織物制備的管狀復(fù)合材料具有優(yōu)異的面內(nèi)力學(xué)性能[7]和抗撕裂性能[8-9]。

緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物作為一種新型的管狀紡織增強(qiáng)體，具有其他紡織管狀增強(qiáng)體無法取代的優(yōu)勢(shì)；但緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)效率低、成本高，限制了其在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，因此，通過緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物的可控編織、成形工藝的優(yōu)化從而提升緯編管狀復(fù)合材料的力學(xué)性能對(duì)實(shí)際應(yīng)用是非常重要的。本文從緯編襯經(jīng)襯緯織物的結(jié)構(gòu)特征出發(fā)，詳細(xì)梳理了緯編襯經(jīng)襯緯管狀增強(qiáng)體的制備、緯編管狀復(fù)合材料的力學(xué)性能研究進(jìn)展，指出未來的研究思路和目標(biāo)，以促進(jìn)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展。

1 緯編襯經(jīng)襯緯管狀增強(qiáng)體的制備

1.1 緯編襯經(jīng)襯緯織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

緯編襯經(jīng)襯緯織物是在緯編結(jié)構(gòu)的綁縛系統(tǒng)中襯入平行順直的取向紗線，實(shí)現(xiàn)對(duì)增強(qiáng)體強(qiáng)度和剛度的取向設(shè)計(jì)。根據(jù)取向紗線的分布，緯編襯經(jīng)襯緯織物有以下幾種典型結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜗蛞r緯結(jié)構(gòu)、雙向襯經(jīng)襯緯結(jié)構(gòu)、多向襯經(jīng)襯緯結(jié)構(gòu)、襯經(jīng)襯緯交織結(jié)構(gòu)、襯經(jīng)襯緯間隔結(jié)構(gòu)、襯經(jīng)襯緯立體成型結(jié)構(gòu)、多層多向襯經(jīng)襯緯立體成形結(jié)構(gòu)等，部分結(jié)構(gòu)如圖1所示[10-11]。

圖1 典型的緯編襯經(jīng)襯緯結(jié)構(gòu)Fig.1 Typical weft-knitted biaxial structure. (a)1+1 rib uniaxial structure; (b)Biaxial structure;(c)1+1 rib multiaxial structure; (d)Single jersey biaxial spacer structure

緯編織物中取向紗線的含量為90%以上[12]，通常選用線密度較大的高性能纖維，如高強(qiáng)度玻璃纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維、芳綸、碳纖維等。纖維平行順直地襯入綁縛系統(tǒng)，均勻承擔(dān)載荷，使緯編襯經(jīng)襯緯織物具有優(yōu)異的面內(nèi)力學(xué)性能[13]。與機(jī)織物增強(qiáng)復(fù)合材料相比，平行順直的高性能纖維的存在，使緯編襯經(jīng)襯緯織物增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能提高了20%～30%[14-15]。綁縛系統(tǒng)將襯入紗線無損傷地捆綁在一起形成具有一定厚度的織物，通常選用斷裂強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度較高、線密度較小的紗線，如滌綸、錦綸等，若需增加增強(qiáng)體厚度方向上的性能也可采用玻璃纖維、芳綸等。由于綁縛系統(tǒng)采用緯編結(jié)構(gòu)，織物具有極大的延伸性，使其具有在復(fù)雜形狀要求下成形的能力。借助緯編織物獨(dú)特的適形性，通過靈活配置取向增強(qiáng)紗線，可以制備具有整體性和可操作性的緯編襯經(jīng)襯緯管狀增強(qiáng)體，因此，綜合考慮綁縛系統(tǒng)紗線和取向紗線的性能有助于分析緯編襯經(jīng)襯緯織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在現(xiàn)有報(bào)道中，對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯織物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析大都基于緯編結(jié)構(gòu)的適形性和沿取向增強(qiáng)紗線方向的力學(xué)性能，關(guān)于該類織物在厚度方向的性能報(bào)道并不多見。

1.2 緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物的設(shè)計(jì)成形

采用緯編襯經(jīng)襯緯織物制備管狀增強(qiáng)體主要有2種成形方法：用橫機(jī)或者圓緯機(jī)直接制備緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物[16-17]；由橫機(jī)制備的片狀襯經(jīng)襯緯織物在模具作用下變形為所需的管狀材料[18-19]。

目前，橫機(jī)編織的襯經(jīng)襯緯管狀織物較少，大都是片狀的襯經(jīng)襯緯織物。其中雙向襯經(jīng)襯緯織物有代表性的是德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)的緯平針綁縛的雙向多層襯經(jīng)襯緯織物[20]、天津工業(yè)大學(xué)的1+1羅紋綁縛的雙向多層襯經(jīng)襯緯織物[21-22]、東華大學(xué)的雙面平針綁縛的雙向襯經(jīng)襯緯間隔織物[23-24]和1+1羅紋綁縛的雙向襯經(jīng)襯緯交織織物[25-26]。緯編多向襯經(jīng)襯緯織物的發(fā)展緩慢，德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)、葡萄牙米尼奧大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)先后開發(fā)了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。東華大學(xué)成功改造并設(shè)計(jì)了V型橫機(jī)，實(shí)現(xiàn)了多向襯經(jīng)襯緯織物的編織[27-28]。國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)橫機(jī)編織的片狀襯經(jīng)襯緯織物的設(shè)計(jì)成形和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)展開了系列研究，但是目前關(guān)于橫機(jī)上編織襯經(jīng)襯緯管狀織物的研究鮮有報(bào)道。

采用圓緯機(jī)制備凈成形的緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物，是目前最常用的方法，襯經(jīng)紗和襯緯紗沿織物的軸向和周向均勻分布，增加了管狀復(fù)合材料取向方向上的剛度和強(qiáng)度，可用于管狀紡織增強(qiáng)體的開發(fā)。圓緯機(jī)具有多路、編織連續(xù)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了橫機(jī)制備的緯編襯經(jīng)襯緯織物生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)[17]。在國(guó)外，美國(guó)Collins Craft Composites公司于20世紀(jì)70年代在單針筒圓機(jī)上開發(fā)了以緯平針為綁縛系統(tǒng)的雙向襯經(jīng)襯緯織物，代號(hào)為COFAB織物。該織物含有1層襯經(jīng)紗層和1層襯緯紗層，結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的襯經(jīng)襯緯織物組織相同，如圖1(a)所示。但由于編織設(shè)備存在局限，難以實(shí)現(xiàn)多層襯紗[29]。目前未檢索到更詳細(xì)的公開資料。在國(guó)內(nèi)，天津工業(yè)大學(xué)于2009年在雙向襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)上制備了緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物[17]，以緯平針為綁縛系統(tǒng)，在編織過程中襯入經(jīng)紗和緯紗，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2(a)所示；江南大學(xué)在2015年申請(qǐng)了緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀間隔織物的專利產(chǎn)品[30]，并于2019年成功開發(fā)了以1+1羅紋為綁縛系統(tǒng)的緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物[31]，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2(b)所示。相較于橫機(jī)，圓緯機(jī)在編織緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但在設(shè)計(jì)及制備緯編多層襯經(jīng)襯緯管狀織物方面仍具有一定的挑戰(zhàn)。

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，云計(jì)算技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的突飛猛進(jìn)、電子商務(wù)的高速發(fā)展，讓生活發(fā)生了巨大的改變，愈發(fā)凸顯的智能化趨勢(shì)，潛移默化的改變著人們的生活方式和思維方式。以智能家居行業(yè)為例，大量的智能單品、智能家居控制系統(tǒng)和智能家居設(shè)備，從概念走向了現(xiàn)實(shí)。

圖2 緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物示意圖Fig.2 Schematic diagram of weft-knitted biaxial noncrimp tubular fabric. (a)Weft-knitted biaxial noncrimp tubular fabric bound by single jersey; (b)Weft-knitted biaxial noncrimp tubular fabric bound by 1+1 rib

1.3 襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)及其編織原理

在國(guó)外，襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)的制備始于1973年，意大利Saturnia型襯經(jīng)襯緯大筒徑圓形針織機(jī)采用編織紗、襯經(jīng)紗、襯緯紗3組紗線進(jìn)行編織，襯經(jīng)紗借助編織線圈襯入織物，襯緯紗單獨(dú)襯入。制備成形的襯經(jīng)襯緯管狀織物通過剪割裝置后由特制的卷布機(jī)構(gòu)卷取[32]。近年來，國(guó)外文獻(xiàn)對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物制備的報(bào)道較少。

在國(guó)內(nèi)，襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)的研究始于1973年，上海針織四廠制備了緯平針襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)，采用襯經(jīng)紗、襯緯紗、編織紗3組紗線進(jìn)行制備，襯緯紗由織針針背后襯入，襯經(jīng)紗經(jīng)過分經(jīng)和張力裝置襯入緯編管狀織物[33]。

東華大學(xué)與上海消防水帶廠共同制備了襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)，采用編織紗、襯經(jīng)紗、襯緯紗3組紗線系統(tǒng)，在編織紗成圈過程中襯入經(jīng)紗和緯紗，形成緯平針襯經(jīng)襯緯管狀織物，最后通過熱定形裝置和卷取裝置[34]。

天津工業(yè)大學(xué)研制的緯平針襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)[17]由線圈編織、經(jīng)紗襯入、緯紗襯入等6部分組成，編織原理如圖3(a)所示，編織過程中，針筒與經(jīng)紗固定不動(dòng)，針筒的2枚舌針之間放置1根經(jīng)紗；三角座與捆綁紗喂入器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，使舌針上的舊線圈依次退圈、編織紗墊入針鉤形成新線圈，編織線圈沉降弧將襯入的經(jīng)紗外側(cè)擋住。緯紗導(dǎo)紗管隨針盤三角的轉(zhuǎn)動(dòng)將緯紗墊入挺起的舌針針背，編織線圈圈柱將緯紗外側(cè)擋住，形成緯平針雙向襯經(jīng)襯緯織物。

江南大學(xué)開發(fā)的羅紋襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)相較于普通圓緯機(jī)在成圈機(jī)構(gòu)、給紗機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行了研發(fā)，如圖3(b)[31]所示。區(qū)別于以緯平針為綁縛系統(tǒng)的緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物，羅紋雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物在成形過程中，上針盤、下針筒固定不動(dòng)，隨著針盤三角和針筒三角的轉(zhuǎn)動(dòng)，針盤針、針筒針相互配合完成綁縛系統(tǒng)的編織。經(jīng)紗由針盤針背后墊入，被新線圈的反面線圈針編弧擋住，隨著針盤三角和針筒三角的轉(zhuǎn)動(dòng)，緯紗分別墊入針盤針和針筒針的針口，襯在編織線圈的延展線上方，如圖3(c)所示，形成相對(duì)穩(wěn)定的緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物。

圖3 襯經(jīng)襯緯圓緯機(jī)及其編織原理圖Fig.3 Biaxial circular knitting machine and its knitting schematic diagram. (a)Knitting schematic diagram of weft-knitted biaxial noncrimp tubular fabric bound by single jersey; (b)1+1 rib biaxial circular knitting machine; (c)Knitting schematic diagram of biaxial noncrimp tubular fabric bound by 1+1 rib

上述圓緯機(jī)制備緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物的方式具有相同的特點(diǎn)，采用3個(gè)紗線系統(tǒng)，在緯編管狀織物中襯入1層襯經(jīng)紗和1層襯緯紗。襯紗的角度在一定程度上影響紗線的精準(zhǔn)襯入，但現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)紗線襯入原理的描述較少。另外，隨著襯紗數(shù)量的增加，襯紗角度的影響增加。鑒于上述技術(shù)難點(diǎn)，緯編多層襯經(jīng)襯緯管狀織物的研究及報(bào)道并不多見。

2 襯經(jīng)襯緯管狀復(fù)合材料力學(xué)性能

為了有效設(shè)計(jì)和利用緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料，深入研究其細(xì)觀結(jié)構(gòu)并預(yù)測(cè)其力學(xué)性能是非常重要的。樹脂基緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能中最突出的特點(diǎn)是各向異性，即取向紗線的分層襯入，提高了管狀復(fù)合材料襯紗方向上的強(qiáng)度、損傷容限和可靠性，但沿纖維方向和垂直纖維方向的力學(xué)性能存在差異[7]。由于緯編管狀增強(qiáng)體是封閉的管狀結(jié)構(gòu)，所以緯編管狀復(fù)合材料具有良好的整體性能和承載能力。目前對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能研究分為實(shí)驗(yàn)研究、細(xì)觀幾何模型研究和數(shù)值模擬研究。

2.1 力學(xué)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)緯編襯紗織物增強(qiáng)復(fù)合材料圓管的力學(xué)性能測(cè)試主要為準(zhǔn)靜態(tài)軸向壓縮，通過實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析，探索材料的損傷模式、破壞形式和吸能能力，以提升緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)效率和可靠性。

Pamuk[35]用圓緯機(jī)制備了緯平針管狀織物，通過樹脂傳遞模塑成型(RTM)工藝制備環(huán)氧基未加捻碳纖維管狀復(fù)合材料(UMC)、環(huán)氧基未加捻芳綸管狀復(fù)合材料(UMK)和環(huán)氧基加捻芳綸管狀復(fù)合材料(TK)，并對(duì)3種不同管狀復(fù)合材料進(jìn)行低速?zèng)_擊和壓縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：UMK的抗沖擊性能最優(yōu)，UMC的抗壓縮性能最優(yōu)，這是因?yàn)榧喚€的類型和線密度影響復(fù)合材料中纖維的體積分?jǐn)?shù)以及受力時(shí)纖維的屈曲形態(tài)。

Ramakrishna等[36-37]用橫機(jī)制備了1+1羅紋襯緯織物，通過RTM工藝制備了環(huán)氧基碳纖維管狀復(fù)合材料，采用準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試在軸向壓縮載荷下環(huán)氧基碳纖維管狀復(fù)合材料的載荷/位移響應(yīng)及比能量吸收能力，結(jié)果表明,襯入紗線顯著增強(qiáng)了管狀復(fù)合材料的能量吸收性能。梁玉華[38]以玻璃纖維為原料，在橫機(jī)上制備緯平針管狀織物，通過對(duì)管狀織物的力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，襯緯組織、間隔組織制備的管狀復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)于緯平針組織制備的管狀復(fù)合材料。

Boakye等[39]分別以錦綸、聚醚砜、棉為原料，在橫機(jī)上制備了4×4、6×6、8×8羅紋組織的緯編管狀增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行分析，并計(jì)算了負(fù)泊松比數(shù)值，為后續(xù)研究提供參考。還制備了另一組以芳綸為原料的緯編管狀復(fù)合材料[40]，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)壓縮測(cè)試，結(jié)果表明：織物結(jié)構(gòu)的改變?cè)谝欢ǔ潭壬嫌绊懝軤顝?fù)合材料的軸向性能。

力學(xué)性能測(cè)試是分析管狀復(fù)合材料剛度和強(qiáng)度的最好的方式，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)管狀復(fù)合材料的力學(xué)性能測(cè)試進(jìn)行了大量研究，但是目前對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的研究還存在一定的實(shí)驗(yàn)局限性，對(duì)其拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等方面的性能測(cè)試還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料受力情況復(fù)雜，即同時(shí)承受多種載荷產(chǎn)生組合變形，如彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，拉伸(壓縮)和彎曲組合變形等，故在此組合變形下測(cè)得的力學(xué)性能將更具有產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用意義。

2.2 細(xì)觀幾何模型

緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定其宏觀力學(xué)性能，且對(duì)其結(jié)構(gòu)優(yōu)化及設(shè)計(jì)具有重要作用。緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料精確的幾何模型可以顯著影響其力學(xué)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

Omrani等[41]對(duì)緯編間隔管狀復(fù)合材料進(jìn)行內(nèi)部靜壓和外部靜壓的力學(xué)測(cè)試，基于相關(guān)的數(shù)學(xué)方程，采用CATIA軟件建立了循環(huán)交叉模型，通過采用多尺度分析方法，對(duì)材料的力學(xué)性能和失效機(jī)制進(jìn)行分析。

緯編襯經(jīng)襯緯片狀復(fù)合材料內(nèi)部具有周期性的單胞[42]，而緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料屬于“異型”結(jié)構(gòu)件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多個(gè)不同性質(zhì)的細(xì)觀單元耦合連接形成，呈非周期性狀態(tài)。目前緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)研究仍不成熟，導(dǎo)致難以分析并預(yù)測(cè)其在不同載荷條件下的力學(xué)響應(yīng)。在今后緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的研究中，為建立相對(duì)準(zhǔn)確的管狀構(gòu)件的單胞模型，可采用細(xì)觀結(jié)構(gòu)的全尺寸模型[43-44]，以空間紗線交織結(jié)構(gòu)為出發(fā)點(diǎn)展開研究，并利用所建模型進(jìn)行單胞參數(shù)和性能的預(yù)測(cè)[45]。

2.3 數(shù)值模擬

在細(xì)觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用有限元分析法對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值模擬，來預(yù)測(cè)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的有效性能。

Omrani等[41,46]采用多尺度分度分析方法探究環(huán)氧基緯編間隔管狀復(fù)合材料的力學(xué)性能，采用有限元分析法對(duì)連接層數(shù)為5和10的緯編間隔管狀復(fù)合材料進(jìn)行內(nèi)部靜壓和外部靜壓分析。通過ABAQUS有限元分析軟件研究?jī)?nèi)部靜壓和外部靜壓載荷期間復(fù)合材料的應(yīng)力分布，結(jié)果表明，理論數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)值有較高的一致性，可用于預(yù)測(cè)管狀復(fù)合材料的受力變形行為。

隨著對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能研究的不斷深入，通過有限元軟件建立細(xì)觀或微觀結(jié)構(gòu)模型，研究緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料在受載荷時(shí)的應(yīng)力分布、破壞行為及能量吸收，闡明其損傷失效機(jī)制[47]。緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料受載荷時(shí)產(chǎn)生復(fù)式的不規(guī)則破壞，對(duì)其進(jìn)行有限元分析，需建立正確模型真實(shí)反映細(xì)觀幾何結(jié)構(gòu)，以分析材料參數(shù)變化以及編織幾何結(jié)構(gòu)的改變對(duì)整體材料宏觀性能的影響。

3 結(jié)束語

緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物具有近凈成形、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，取向紗線的襯入為緯編管狀織物在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了重要途徑。采用緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物制備管狀復(fù)合材料，避免了采用襯緯組織和間隔織物等片狀增強(qiáng)體制備的管狀復(fù)合材料邊緣處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得制備的管狀復(fù)合材料具有相對(duì)更加持久的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯織物增強(qiáng)復(fù)合材料的成形性和力學(xué)性能的研究，將促進(jìn)緯編管狀復(fù)合材料的發(fā)展。

綜上所述，緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料作為新型的管狀復(fù)合材料，其未來研究存在以下3個(gè)方面的主要研究趨勢(shì)。

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成形。緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物及其增強(qiáng)復(fù)合材料的研究處于起步階段，通過紗線的選擇設(shè)計(jì)符合特定要求的高性能管狀增強(qiáng)體。緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料是一種各向異性結(jié)構(gòu)材料，使其在某些領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。在緯編雙向襯經(jīng)襯緯管狀織物的研究基礎(chǔ)上，開發(fā)并制備各向同性的緯編多向多層襯經(jīng)襯緯的三維管狀針織物，從而整體提升緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的面內(nèi)力學(xué)性能及沿管壁厚度方向上的強(qiáng)度、損傷容限和可靠性。

2)力學(xué)作用機(jī)制。緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)是其力學(xué)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，管狀復(fù)合材料的纖維體積含量、管壁厚度對(duì)其力學(xué)性能有顯著影響。由于緯編綁縛系統(tǒng)對(duì)緯編管狀增強(qiáng)體在成形過程中的變形能力有很大的影響，因此傳統(tǒng)的復(fù)合成形方式并不完全適用于該類復(fù)合材料的制備。基于現(xiàn)有文獻(xiàn)中，對(duì)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物的復(fù)合方式研究較少，故研究適合緯編管狀復(fù)合材料的成型方式，將有助于制備力學(xué)性能優(yōu)異的緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料。封閉的緯編管狀結(jié)構(gòu)避免了片狀材料自由邊緣應(yīng)力分布不均勻的問題，但緯編管狀增強(qiáng)體的幾何尺寸效應(yīng)、襯入紗線的數(shù)量和角度對(duì)其應(yīng)力應(yīng)變及強(qiáng)度的影響還處于探索階段，仍需要進(jìn)行大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究來揭示緯編管狀復(fù)合材料的力學(xué)性能。

3)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。隨著緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料逐漸應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，提高緯編管狀復(fù)合材料的性能和實(shí)現(xiàn)其輕量化將成為研究的重點(diǎn)?；诰暰幑軤顝?fù)合材料用途的復(fù)雜性，開發(fā)混雜纖維增強(qiáng)緯編管狀復(fù)合材料，改善單一纖維增強(qiáng)體存在的性能局限，將有力推動(dòng)其在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及實(shí)踐運(yùn)用，促進(jìn)緯編襯經(jīng)襯緯管狀織物增強(qiáng)復(fù)合材料的發(fā)展。