二维编织管状织物复合材料研究进展

纺织导报发布时间: 2022-09-14

近年来，管状复合材料因在各领域中展现出良好的应用价值而越来越受欢迎，其中管状纤维增强复合材料由密度低、导热系数低、抗疲劳性能好、高强、高模量的纤维材料制成，可广泛用于生产各种管道、管壳、衬套、超高温隔热管及各种结构支撑领域。

管状纤维复合材料的制备方法有编织、机织、针织、非织造4类，而二维（2D）编织作为一种自动化复合材料预制件制造技术已经使用了几十年，已广泛应用于各个领域。二维编织管状复合材料的研究应用较晚，但是因为相关领域对管状复合材料的需求日益增大，二维编织物制造工艺相对简单，能够实现不同复杂产品设计的需求，并且与层压复合材料相比，该类管状复合材料具有很高的抗冲击性能、剪切强度、韧性和碰撞能量吸收潜力，同时在刚度和强度性能方面仍具有竞争力，使得二维编织管状复合材料的研究日益深入。

作为一种可实现减重的结构材料，二维编织管状复合材料在多个领域具有广泛用途，特别适合制造框架、碰撞元件和其他结构梁构件，如航空航天领域中的波音787飞机GEnx发动机机匣，运动装备领域中的棒球拍、高尔夫球杆以及滑雪板，工业领域中的压力容器等。

二维管状复合材料的力学性能研究

二维编织管状复合材料的纤维相互缠绕，形成较强的完整性，使其具有比传统层状复合材料更好的抗拉强度、抗冲击性、抗损伤性以及吸能等特性。目前，国内外的研究者们大多都是在弹性性能、拉伸性能、压缩性能等方面对复合材料进行研究。

编织复合材料通常用于要求具有高剪切性能、高扭转强度和高刚度的领域，编织角被证明可以影响其性能，较大的编织角可以提供更高的横向模量、横向强度、损伤公差、尺寸稳定性和近净形状制造能力。编织复合材料的横向模量、强度和尺寸稳定性是由非纵轴取向纤维引起的。损伤容忍度是由编织结构中缠绕的纤维之间的锁定机制造成的，这种锁定机制可以防止或限制纱线分层。总体来看，国内外对于二维编织管状复合材料的研究大多集中在压缩性能上，对于其他力学性能的探索还不够深入，尤其是对于弯曲性能的研究目前较少。