編織管的結(jié)構(gòu)、工藝及性能研究進(jìn)展

摘" 要：與傳統(tǒng)制作管狀材料的纏繞成型、拉擠成型等方法相比，編織可以根據(jù)物體的形狀和尺寸，直接形成各種形狀的編織物，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、航空航天、復(fù)合材料和組織工程等領(lǐng)域。圍繞近年來(lái)國(guó)內(nèi)外編織領(lǐng)域的研究成果，從編織技術(shù)的分類出發(fā)，綜述了不同編織技術(shù)的編織設(shè)備及原理，分析了編織參數(shù)、編織結(jié)構(gòu)、編織材料對(duì)編織管性能的影響，最后總結(jié)了編織管近年來(lái)的技術(shù)發(fā)展及挑戰(zhàn)。綜述結(jié)果可為促進(jìn)編織管在智能可穿戴電子、消費(fèi)電子設(shè)備等新領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：紡織技術(shù)；編織工藝；編織結(jié)構(gòu)；編織管性能

中圖分類號(hào)：TS101.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）12-0113-10

DOI： 10.19398j.att.202403003

收稿日期：20240605

網(wǎng)絡(luò)出版日期：20240618

基金項(xiàng)目：上海市自然科學(xué)基金項(xiàng)目（22ZR1400800）

作者簡(jiǎn)介：時(shí)子祥（2000—），男，江蘇連云港人，碩士研究生，主要從事導(dǎo)電發(fā)熱編織管方面的研究。

通信作者：胡吉永， E-mail：hujy@dhu.edu.cn

近年來(lái)，纖維管狀材料在航空、醫(yī)療、復(fù)合材料和組織工程［1-3］等許多領(lǐng)域受到歡迎，可以通過(guò)編織［4］、機(jī)織［5］、針織［6-7］和非織造［8］等方法制備。相對(duì)而言，編織方法速度更快、效率更高，可以通過(guò)改變材料和編織工藝來(lái)滿足不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求；同時(shí)，編織管的軸向強(qiáng)度和抗沖擊力強(qiáng)［9］，具有良好的孔隙率，能夠承受三維的載荷和應(yīng)力。目前，許多學(xué)者從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，開(kāi)發(fā)了不同結(jié)構(gòu)和性能的編織管［10］，如車身結(jié)構(gòu)加強(qiáng)件或醫(yī)療設(shè)備支架等，大大拓寬了編織管的應(yīng)用范圍。

編織參數(shù)和編織材料會(huì)影響編織管的性能，采用不同編織工藝制備的編織管的結(jié)構(gòu)和性能也大不相同。因此，掌握編織管的編織方法及工藝、結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系對(duì)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型專用編織管具有重要意義。Bilisik等［11］總結(jié)了編織技術(shù)從二維到三維的發(fā)展歷程，Emonts等［12］概括了編織機(jī)的發(fā)展歷程，Ayranci等［13］從編織結(jié)構(gòu)出發(fā)綜述了編織技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及編織復(fù)合材料管在航空、體育器材、結(jié)構(gòu)部件等領(lǐng)域的應(yīng)用。對(duì)于影響編織管性能的因素方面，目前大部分綜述從影響編織管某一性能（剛度、強(qiáng)度、彈性）的因素入手，討論編織工藝參數(shù)（編織角度、編織材料）對(duì)編織管該性能的影響。例如，Lou等［14］從孔隙結(jié)構(gòu)角度探究了孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)編織管機(jī)械性能的影響；或是通過(guò)建立各種編織管模型來(lái)預(yù)測(cè)其性能，例如，Alpyildiz等［15］分析了影響編織管性能因素的理論模型，并提出新模型來(lái)預(yù)測(cè)編織管的機(jī)械行為。

隨著編織管的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，當(dāng)前對(duì)于編織管的理論研究已經(jīng)滯后于應(yīng)用，對(duì)編織工藝參數(shù)與編織管結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系缺少系統(tǒng)的總結(jié)。因此，研究編織參數(shù)與編織管結(jié)構(gòu)性能的關(guān)系，以及不同編織結(jié)構(gòu)對(duì)編織管性能的影響，對(duì)提升編織管的結(jié)構(gòu)及可靠性具有重要的意義。本文從二維編織和三維編織2個(gè)角度出發(fā)，綜述編織管的制備技術(shù)以及編織參數(shù)、編織結(jié)構(gòu)等與性能之間的關(guān)系，并總結(jié)現(xiàn)階段編織管的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和挑戰(zhàn)。

1" 編織制備方法及工藝

與傳統(tǒng)制作管狀材料的纏繞成型、拉擠成型等方法相比，編織可以根據(jù)物體的形狀和尺寸，直接編織成與物體外形相近的各種管道，具有設(shè)計(jì)靈活性高、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)［16-18］。編織技術(shù)一般可分為二維編織和三維編織。

2" 二維編織

二維編織技術(shù)是使織物成型方向的多束纖維（或紗線）相互交叉，并沿與織物成型方向有一定角度的方向排列成型，最后形成編織管。二維編織作為一種自動(dòng)化復(fù)合材料預(yù)制件制造技術(shù)，制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)不同復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求。二維編織產(chǎn)品具有很高的抗沖擊性能和碰撞能量吸收潛力，在剛度和強(qiáng)度性能方面也極具競(jìng)爭(zhēng)力［19］，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。

2.1" 二維編織結(jié)構(gòu)及編織設(shè)備

2.1.1" 二維編織結(jié)構(gòu)

a）雙軸編織物

雙軸編織物是由一組紗線以一定角度相互交織形成。常用的編織結(jié)構(gòu)有菱形編織結(jié)構(gòu)、規(guī)則編織結(jié)構(gòu)和赫格利斯編織結(jié)構(gòu)：菱形編織結(jié)構(gòu)指的是每根紗線以重復(fù)的方式在另一根紗線上方或下方穿過(guò)；規(guī)則編織結(jié)構(gòu)指的是每根紗線在兩根紗線上方和下方穿過(guò)；赫格利斯編織結(jié)構(gòu)，即三根紗線交替連續(xù)地從另三根紗線或纖維的下面經(jīng)過(guò)，然后又穿過(guò)另三根紗線或纖維的上面，連續(xù)交替進(jìn)行交織的結(jié)構(gòu)［18］。雙軸編織物可以根據(jù)連續(xù)交織紗線根數(shù)的不同產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)，如圖1（a）所示。

b）三軸編織物

三軸編織在雙軸編織的基礎(chǔ)上增加了軸向紗線，軸向紗線位于整個(gè)結(jié)構(gòu)中，編織紗線圍繞軸向紗線相互交織，形成了如圖1（b）所示的三軸編織物。與雙軸編織物相比，三軸編織物的軸向性能更好［20］。

2.1.2" 二維編織設(shè)備

二維編織機(jī)通常由兩組錠子組成，通過(guò)喇叭狀葉輪驅(qū)動(dòng)，使錠子移動(dòng)，并通過(guò)凹口將其轉(zhuǎn)移到下一個(gè)葉輪。編織機(jī)中葉輪的配置如圖2（a）所示，圖2（b）展示了兩組錠子的運(yùn)動(dòng)軌跡，它們分別繞圓心做順、逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，使紗線相互纏繞形成編織結(jié)構(gòu)，圖2（c）展示了編織管的基本結(jié)構(gòu)，圖2（d）展示了不同規(guī)格的編織管。

2.2" 編織結(jié)構(gòu)對(duì)編織性能的影響

2.2.1" 力學(xué)性能

Fukunishi等［21］提出兩組紗線采用不同編織角度的新型編織結(jié)構(gòu)，認(rèn)為由于混雜編織角度產(chǎn)生的幾何不相容性，混雜編織結(jié)構(gòu)比均勻編織結(jié)構(gòu)具有更高的縱向剛度，在最佳情況下縱向剛度提高了418.3%。Praveen等［22］采用手工搭接技術(shù)制備了雙管碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)合的復(fù)合編織管，該結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊后可以通過(guò)內(nèi)外管共同吸收能量，所吸收的能量比傳統(tǒng)單管結(jié)構(gòu)更高。

2.2.2" 電學(xué)性能

Bar等［23］采用編織的方法制造了一種可拉伸的導(dǎo)電編織結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以通過(guò)拉伸改變紗線間的距離和角度，還能夠在連續(xù)生產(chǎn)中調(diào)整編織材料的含量滿足不同的要求。這種可拉伸導(dǎo)電編織管在大變形拉伸下，電阻率可以在循環(huán)加載下保持恒定，直到機(jī)械失效。

2.2.3" 熱學(xué)性能

Song等［24］用聚偏氟乙烯溶液涂覆在聚四氟乙烯-六氟丙烯紗線和鎳鉻電阻絲編織的中空管表面，將孔隙結(jié)構(gòu)變?yōu)槟そY(jié)構(gòu)。該研究發(fā)現(xiàn)，由于膜結(jié)構(gòu)的存在，在施加比較低的直流電下（0.15 A），該編織管的表面溫度就可以達(dá)到70℃。Tao等［25］通過(guò)在石墨棒上引入碳化硅納米線，獲得了具有光滑內(nèi)表面的致密雙層碳化硅納米管，試驗(yàn)結(jié)果表明，光滑的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)可以提高編織管的熱傳輸性能，通過(guò)改變編織管內(nèi)表面的粗糙度可以改善雙層碳化硅納米管的熱傳輸性能。

上述研究表明，通過(guò)改變編織工藝形成與常規(guī)編織不同的編織結(jié)構(gòu)，可以改善編織管的性能。

2.3" 編織材料種類對(duì)編織性能的影響

不同編織材料制備的編織管的性能大不相同。一般來(lái)說(shuō)，編織材料的規(guī)格會(huì)影響編織管的尺寸結(jié)構(gòu)，編織材料的種類會(huì)影響編織管的物理機(jī)械性能。

Rebelo等［26］使用滌綸、聚酰胺和聚丙烯單絲來(lái)制備編織管，并且對(duì)不同材料制備的編織管進(jìn)行了性能評(píng)價(jià)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚酯編織管比聚酰胺編織管更耐變形，聚丙烯編織管抗徑向壓縮能力差。Heller等［27］將超彈性鎳鈦絲與彈性體基質(zhì)混雜制作了編織管，然后對(duì)它的附加功能進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該復(fù)合材料編織管在可恢復(fù)應(yīng)變、承載能力、超彈性阻尼能力和熱致驅(qū)動(dòng)應(yīng)變等方面比單根鎳鈦絲更加優(yōu)秀。Bar等［23］通過(guò)將碳納米管紗線編織管嵌入彈性基體聚二甲基硅氧烷中制備了一種超彈性復(fù)合材料管。該復(fù)合材料管具有超彈性響應(yīng)，并且可以在大變形下保持高電導(dǎo)率。Carpenter等［28］設(shè)計(jì)了一種編織管，內(nèi)層和外層由單片碳化硅組成，中間層由碳化硅纖維纏繞復(fù)合材料組成。該實(shí)驗(yàn)證明該編織管具有良好的高溫抗氧化性，可以作為燃料棒的包殼材料。Ding等［29］設(shè)計(jì)了一種電紡絲基血管移植物，它比用膠原或其他常用的天然生物材料制備的血管移植物具有更好的機(jī)械強(qiáng)度［30］，體外試驗(yàn)顯示該移植物具有良好的細(xì)胞相容性，可用于小直徑血管組織工程。各種編織材料特征如表1所示。

2.4" 編織參數(shù)對(duì)編織性能的影響

2.4.1" 編織角度的影響

編織角度是描述編織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)，指的是編織紗線與繩索軸線之間的銳角。通過(guò)改變編織角度可以改變單位長(zhǎng)度上編織的紗線面積，從而改變編織管的基本結(jié)構(gòu)和性能。

Rebelo等［26］發(fā)現(xiàn)，編織角度的增加導(dǎo)致編織紗線更多地向橫軸沉積，這樣增大了紗線覆蓋芯軸的面積，降低了孔隙率。因此，在一定長(zhǎng)度和體積的芯軸上，編織角度越大，沉積的紗線線圈越多，覆蓋系數(shù)越大，孔隙率則隨著編織角度的增加而降低。

Jin等［31］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同編織角度的編織管之間存在明顯不同的失效模式；30°的試樣容易發(fā)生剪切斷紗，60°的樣品存在大編織角度的編織結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的塑性變形。Roslan等［32］研究了編織角度對(duì)玄武巖編織復(fù)合管能量吸收性能的影響。該研究表明編織角度對(duì)比能量吸收有顯著影響。如圖3（a）所示，比能量吸收值隨著編織角的減小而增加。隋紋龍等［33］通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，編織角度對(duì)管腔內(nèi)支架的徑向支撐力、壓縮彈性回復(fù)率也有明顯影響；編織角度越大，徑向支撐力越大，摩擦力越大，彈性回復(fù)率越小。Chen等［34］研究了3種不同編織角度的復(fù)合材料編織管的裂紋萌生和擴(kuò)展。該結(jié)果表明，編織角度對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑有顯著影響。此外，宏觀彈性極限隨著編織角度的增加而減?。辉诶熳冃蜗戮幙椆艿暮暧^應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖3（b）所示。編織角度越大，彈性極限越低，破壞應(yīng)力越低，但破壞應(yīng)變?cè)酱?。Liu等［35］對(duì)不同編織角度的聚左旋乳酸編織支架在徑向循環(huán)載荷試驗(yàn)后的徑向支撐性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該結(jié)果表明，支架的編織角度是影響其抵抗徑向循環(huán)載荷能力的一個(gè)重要參數(shù)。編織角度較小的支架具有更好的初始徑向支撐，但耐久性不足，而編織角度較大的支架可以保持足夠的徑向支撐和抵抗徑向循環(huán)載荷的適當(dāng)能力。因?yàn)榫幙椊禽^小的支架細(xì)絲在徑向壓縮過(guò)程中具有更顯著的軸向位移和軸向旋轉(zhuǎn)角，這使得摩擦現(xiàn)象更加強(qiáng)烈，導(dǎo)致其抵抗徑向循環(huán)載荷的能力不足。

2.4.2" 編織層數(shù)的影響

編織技術(shù)可以制備多層編織圓管，能夠以自動(dòng)方式生產(chǎn)各種中空纖維增強(qiáng)復(fù)合材料管［36-37］，隨著此類應(yīng)用中對(duì)性能要求的不斷提高，優(yōu)化多層編織管結(jié)構(gòu)從而制備滿足要求的各類多層編織管至關(guān)重要。編織層數(shù)主要通過(guò)改變編織材料的厚度以及壓縮程度影響編織管的性能。

Rebelo等［26］對(duì)單層編織管徑向及縱向壓力下孔隙率的變化進(jìn)行了表征，對(duì)于多層編織管來(lái)說(shuō)，編織層數(shù)的增加會(huì)減小編織管的孔隙率，并且由于外層紗線的壓力作用，孔隙率變化規(guī)律更難探究，但是很少有文章提及固定參數(shù)下編織層數(shù)的變化對(duì)其孔隙率的影響。

Jiang等［38］使用持續(xù)碳纖維和形狀記憶聚氨酯材料制備了具有不同編織層的編織復(fù)合材料管，并研究了其拉伸性能、形狀記憶行為和拉伸恢復(fù)力。該結(jié)果表明，隨著編織層數(shù)的增加，拉伸載荷、形狀恢復(fù)率和恢復(fù)力均有所增加。Yang等［39］采用熔融擠出和編織技術(shù)制備了可重復(fù)使用的編織形狀記憶聚合物復(fù)合材料管，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在軸向和徑向壓縮模式下，總能量吸收和比能量吸收隨著編織層數(shù)的增加而增加。

2.4.3" 編織紗根數(shù)的影響

其他條件一定，編織紗線根數(shù)越多，編織密度越大。Li等［40］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，編織管的孔隙率隨著編織紗線根數(shù)的增加而減小。另外，孔徑隨著編織紗線根數(shù)的增加呈非線性減小。馬曉紅等［41］使用不同根數(shù)的碳纖維紗線進(jìn)行編織，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紗線排列會(huì)隨著編織紗線根數(shù)的增加而變得更加緊密，整體斷裂強(qiáng)力也逐漸增加。

2.4.4" 編織芯軸的影響

芯軸指紗線編織所纏繞的物體，芯軸的大小和形狀直接影響編織管的大小和性能，決定了所生產(chǎn)編織管的應(yīng)用方向。此外，對(duì)于中空編織管，使用合適的芯軸也會(huì)改善編織管的結(jié)構(gòu)和性能。

Li等［40］發(fā)現(xiàn)，編織管的孔隙率隨芯軸半徑的增加呈非線性增加，編織管的孔徑隨芯軸半徑的增加而線性增加。Rebelo等［26］也發(fā)現(xiàn)，孔隙率隨著芯軸半徑的增加而增大。如果其他參數(shù)保持不變，則芯軸半徑的增加使芯軸上沉積的紗線線圈數(shù)量減少，從而減少芯軸被紗線覆蓋的面積。即芯軸半徑增加，孔隙率增大。Yuksekkaya等［42］發(fā)現(xiàn)，編織管芯軸半徑對(duì)編織管的受力有顯著影響，在其他條件不變的情況下，初始直徑越小的編織管，拉伸到同樣的長(zhǎng)度，所受的軸向拉力和徑向壓力越大。

3" 三維編織

三維編織技術(shù)是使一種由多個(gè)不同系統(tǒng)的纖維束在空間按一定的路徑和規(guī)律交織，從而形成整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)［43］。與二維編織相比，三維編織可以快速編織出復(fù)雜的三維幾何形狀并且實(shí)現(xiàn)編織層的連接，以及編織截面形狀的變化。此外，無(wú)需額外步驟，即可實(shí)現(xiàn)編織產(chǎn)品的局部增強(qiáng)。

3.1" 三維編織結(jié)構(gòu)及編織設(shè)備

3.1.1" 三維編織物

三維編織織物由2個(gè)或多個(gè)交織紗線系統(tǒng)共同完成，其中每個(gè)系統(tǒng)的紗線通常相對(duì)于織物形成方向以特征角度傾斜以形成三維交織結(jié)構(gòu)［44］。

一般來(lái)說(shuō)，三維編織物可以通過(guò)軌柱式編織和旋轉(zhuǎn)式編織制造。軌柱式編織一般采用徑向四步編織工藝來(lái)制備編織管，即錠子在同心圓之間運(yùn)動(dòng)，如圖4（a）所示，圖4（b）為圓柱編織機(jī)。編織過(guò)程包括4個(gè)連續(xù)的錠子組運(yùn)動(dòng)。在第一步、第二步中，錠子交替移動(dòng)到規(guī)定位置，第三步、第四步則是第一步、第二步的反向運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在這4步驟之后，錠子已經(jīng)移動(dòng)到它們的初始位置［45-46］，如圖4（c）所示。圓柱式編織機(jī)制備的編織管如圖5（a）所示，圖5（b）為其微觀結(jié)構(gòu)模型。

旋轉(zhuǎn)編織是在傳統(tǒng)二維編織的基礎(chǔ)上把喇叭齒輪技術(shù)擴(kuò)展到整個(gè)編織機(jī)床的編織技術(shù)。在旋轉(zhuǎn)編織中，每個(gè)錠子幾乎可以獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，因此有利于進(jìn)行更復(fù)雜的編織［47］。旋轉(zhuǎn)式編織的編織過(guò)程如圖6（a）所示，圖6（b）為其軌道示意圖。

3.1.2" 三維軸編織物

通過(guò)Maypole編織方法可以形成由經(jīng)紗（軸向）和編織物兩組紗線組成的三維圓形軸向編織結(jié)構(gòu)。編織紗線與圍繞圓周路徑徑向前后移動(dòng)的固定軸向紗線交織在一起，如圖7所示，該過(guò)程稱為多次往復(fù)編織，基于二維三軸編織原理［20］，該結(jié)構(gòu)同樣可以使用軌柱式以及旋轉(zhuǎn)編織的方法。

3.2" 編織結(jié)構(gòu)對(duì)編織性能的影響

Potluri等［48］探究了雙軸向和三軸向編織結(jié)構(gòu)對(duì)編織圓管彎曲和扭轉(zhuǎn)性能的影響，實(shí)驗(yàn)表明，其他條件一定時(shí)，由于添加軸向紗線增加了編織管的軸向性能，三軸向編織圓管的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度均大于雙軸向編織圓管。陳波等［49］基于徑向軸紗三維五向圓形編織工藝及其紗線的編織規(guī)律，建立了三維圓形編織復(fù)合材料剛度預(yù)測(cè)模型，研究表明，徑向軸紗可以使得增強(qiáng)復(fù)合材料的軸向力學(xué)性能。王景景［50］探究了深交聯(lián)、淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)3種編織結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，研究表明，深交聯(lián)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)于淺交彎聯(lián)和淺交直聯(lián)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。Wang等［51］研究了4種不同編織結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料管，試驗(yàn)結(jié)果表明，三維五向編織復(fù)合管的抗扭強(qiáng)度高于其他材料，而三維多層纏繞編織復(fù)合管的抗扭轉(zhuǎn)模量最好。Xue等［52］研究了三維碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂編織圓形復(fù)合管在直流電下的溫度分布和傳熱規(guī)律。該研究表明，編織結(jié)構(gòu)會(huì)顯著影響表面溫度分布，且不均勻性隨電流幅度的增加而增大。表面溫度分布具有與表面編織紋理相關(guān)的規(guī)則高溫區(qū)。Ma等［53］在傳統(tǒng)三維正交編織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型不完全正交三維編織結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的三維正交編織結(jié)構(gòu)。

3.3" 編織材料種類對(duì)編織結(jié)構(gòu)的影響

Qi等［54］開(kāi)發(fā)了一種三維編織碳纖維增強(qiáng)形狀記憶聚氨酯基復(fù)合管，并研究了其在壓縮下的熱/電形狀記憶行為。試驗(yàn)結(jié)果表明，該三維編織管表現(xiàn)出優(yōu)異的電熱形狀記憶行為和高恢復(fù)力，有望擴(kuò)展智能致動(dòng)器的應(yīng)用。Yang等［39］采用熔融擠出和編織技術(shù)制備了可重復(fù)使用的編織形狀記憶聚合物復(fù)合材料管。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與純熱塑性聚氨酯管相比，該復(fù)合材料編織管表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械性能和重復(fù)能量吸收性能。Wu等［55］研究了三維編織碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料圓管在準(zhǔn)靜態(tài)低溫、高應(yīng)變率時(shí)的壓縮性能，研究表明，三維編織復(fù)合材料圓管的力學(xué)性能對(duì)溫度和應(yīng)變率較為敏感，可以通過(guò)改變溫度和應(yīng)變率來(lái)改變其力學(xué)性能。Roslan等［32］研究了玄武巖復(fù)合管在準(zhǔn)靜態(tài)擠壓響應(yīng)下不同參數(shù)對(duì)特定能量吸收的影響，論證了玄武巖纖維作為能量吸收材料的可行性。各種編織材料特征如表2所示。

3.4" 編織參數(shù)對(duì)編織性能的影響

3.4.1" 編織角度的影響

Li等［56］研究了碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料編織管在高應(yīng)變率剪切載荷下的力學(xué)行為。結(jié)果表明，編織角度對(duì)該三維編織復(fù)合管的剪切行為起著重要的作用。不同編織角度的試樣的剪切性能明顯不同。剪切模量和峰值剪切應(yīng)力隨著編織角度的增加而增加，如圖8（a）所示，這是由于編織角度的增大使編織紗線的橫向性能變得更加有效。Gideon等［57-58］探究了影響三維編織復(fù)合材料圓管靜態(tài)壓縮疲勞性能的因素。結(jié)果表明，編織角度45°的三維編織圓管試樣的壓縮性能較好，具有最高的比吸能值，如圖8（b）所示。Qi等［54］研究了編織材料、編織角度和壓縮模式對(duì)三維編織形狀記憶聚合物管的熱/電驅(qū)動(dòng)形狀記憶行為的影響。該實(shí)驗(yàn)表明，徑向壓縮載荷隨編織角度的增加而顯著增加，如圖8（c）所示。大角度樣品的回復(fù)力優(yōu)于小角度樣品，而形狀回復(fù)速度較差，45°樣品在相同電壓下表現(xiàn)出最高的形狀回復(fù)速度，如圖8（d）所示。賀辛亥等［59］探討不同編織角度對(duì)3D-Cf/6061Al復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)表明，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量均隨編織角度的減小而增大，當(dāng)編織角10°時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和彎曲模量最大。

3.4.2" 編織層數(shù)的影響

Potluri等［48］在研究雙軸向和三軸向編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料圓管彎曲和扭轉(zhuǎn)性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著編織層數(shù)的增加，試樣的彎曲與扭轉(zhuǎn)剛度增加。EK瘙塁I等［60］對(duì)由不同纖維制成的復(fù)合材料管進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，結(jié)果表明，增加層數(shù)可以增加管的可彎曲性和能量吸收量。Zhou等［61］研究編織層數(shù)對(duì)編織管橫向沖擊變形的影響。研究表明，編織層數(shù)越多，編織管的剛度越高，并且編織層數(shù)的增加會(huì)增加編織管的能量吸收能力和沖擊載荷。

4" 結(jié)論

很多學(xué)者將高性能纖維材料和編織技術(shù)結(jié)合，制備了滿足各種特殊性能要求的編織管。本文系統(tǒng)總結(jié)了編織設(shè)備、編織原理和編織管特征，以及編織材料、編織參數(shù)、編織結(jié)構(gòu)等因素對(duì)編織管性能的影響。雖然在開(kāi)發(fā)醫(yī)用、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用的編織管方面取得了系列技術(shù)進(jìn)步，但隨著編織管的特殊性能要求和應(yīng)用領(lǐng)域變化，編織技術(shù)還需要進(jìn)一步

研究發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

a）編織管的編織材料、編織參數(shù)、編織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能之間關(guān)系已被深入研究，但缺少討論這些參數(shù)對(duì)編織管的電熱學(xué)性能的影響，可以將高性能導(dǎo)電導(dǎo)熱材料和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合進(jìn)行研究，擴(kuò)大編織管的應(yīng)用范圍和應(yīng)用場(chǎng)景。

b）大多試驗(yàn)基于單一參數(shù)或單一材料展開(kāi)研究，研究靜態(tài)條件下編織參數(shù)或編織材料等因素對(duì)編織管結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律，需要進(jìn)一步研究各種編織參數(shù)和編織材料對(duì)編織管的綜合作用。

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Research progress on the structure， technology and performance of braided tubes

SHI" Zixiang，" HU" Jiyong

（a.College of Textiles; b.Key Laboratory of Textile Science amp; Technology， Ministry of Education，

Donghua University， Shanghai 201620， China）

Abstract：

Fibrous tubular materials refer to tubular materials produced through textile methods， which possess many advantages such as good fatigue resistance， high strength， and high modulus. They can be widely used in pipelines， pipe shells， bushings， ultra-high temperature insulation pipes， and structural support fields. Fibrous tubular materials generally include woven tubes， knitted tubes， non-woven tubes， and braided tubes. Among them， woven tubes are mainly evolved from double-layer woven fabrics， with low porosity， low elasticity and high mechanical strength; knitted tubes can be prepared by the two methods of weft knitting and warp knitting， with uniform pore structure， high porosity and high elasticity; non-woven tubes focus on the preparation of multi-layer tubes， with a unique fiber arrangement structure， but their pores are uneven， stability is poor and strength is low; the braided tubes can be shaped flexibly， with uniform pore structure， adjustable pores， and high axial strength.

Braiding， as an automated manufacturing technology with faster speed and higher efficiency， has been widely applied in various fields. The manufacturing process of braided tubes is relatively simple， and the structure and performance of braided tubes can be changed by changing parameters to meet the needs of different complex product designs. In recent years， research on braided tubes has become increasingly in-depth.

For braided tubes， the structure and performance can be changed by changing the braiding material and braiding parameters. Currently， high-performance materials such as medical materials， conductive materials， and high-temperature oxidation resistant materials have been used to prepare braided tubes suitable for different fields， demonstrating the unique advantages and application potential of braided tubes.

In terms of braiding parameters， there has been a series of progress in the study of braiding angles and mechanical properties of braiding tubes from theory to application. However， there is a lack of systematic research on the relationship between parameters such as number of braiding layers， number of braiding yarns， and core shaft specifications and the pore structure and performance of braiding tubes. In addition， scholars have studied the impact of new structures such as different pore structures， structures with different braiding angles， mixed yarn structures， and elastic structures on the performance of braided tubes.

Therefore， it is necessary to systematically summarize the relationship between braiding parameters and the structural performance of braided tubes. Explaining the relationship between braiding parameters and the structural performance of braided tubes has practical guiding significance for the subsequent structural design， and can scientifically guide researchers in preparing ideal braided tubes.

Keywords：

textile technology; braiding process; braided structure; braided tube performance