ImageVerifierCode 换一换
格式:PDF , 页数:9 ,大小:1.12MB ,
资源ID:6145011      下载积分:10 金币
快捷注册下载
登录下载
邮箱/手机:
温馨提示:
快捷下载时,用户名和密码都是您填写的邮箱或者手机号,方便查询和重复下载(系统自动生成)。 如填写123,账号就是123,密码也是123。
特别说明:
请自助下载,系统不会自动发送文件的哦; 如果您已付费,想二次下载,请登录后访问:我的下载记录
支付方式: 支付宝    微信支付   
验证码:   换一换

开通VIP
 

温馨提示:由于个人手机设置不同,如果发现不能下载,请复制以下地址【https://www.zixin.com.cn/docdown/6145011.html】到电脑端继续下载(重复下载【60天内】不扣币)。

已注册用户请登录:
账号:
密码:
验证码:   换一换
  忘记密码?
三方登录: 微信登录   QQ登录  

开通VIP折扣优惠下载文档

            查看会员权益                  [ 下载后找不到文档?]

填表反馈(24小时):  下载求助     关注领币    退款申请

开具发票请登录PC端进行申请

   平台协调中心        【在线客服】        免费申请共赢上传

权利声明

1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前可先查看【教您几个在下载文档中可以更好的避免被坑】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时联系平台进行协调解决,联系【微信客服】、【QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【版权申诉】”,意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:0574-28810668;投诉电话:18658249818。

注意事项

本文(平面三向织物的结构与性能_孙洁.pdf)为本站上传会员【xrp****65】主动上传,咨信网仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知咨信网(发送邮件至1219186828@qq.com、拔打电话4009-655-100或【 微信客服】、【 QQ客服】),核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
温馨提示:如果因为网速或其他原因下载失败请重新下载,重复下载【60天内】不扣币。 服务填表

平面三向织物的结构与性能_孙洁.pdf

1、第 35 卷第 6 期2014 年 6 月纺织学报Journal of Textile esearchVol 35,No 6Jun,2014DOI:10 13475/j fzxb 201406015409平面三向织物的结构与性能孙洁1,施楣梧2,钱坤1(1 江南大学 纺织服装学院,江苏 无锡214122;2 总后勤部军需装备研究所,北京100082)摘要作为一种性能独特的轻质高性能产业用布以及复合材料增强相,平面三向织物自问世以来便在发达国家得到广泛的研究和应用,而我国的相关研究却相对缺乏。针对这个问题,从平面三向织物的历史沿革、已有研究出发,总结分析了平面三向织物的织造原理、组织结构、性能特

2、点和应用前景。为研发国防军工所需的高性能复合材料,结合平面三向织物在工程应用研究的价值与意义,提出了开展三向织物产品、性能及织造技术研究的建议。关键词平面三向织物;结构;性能;复合材料中图分类号:TS 105.1文献标志码:AStructure and properties of triaxial fabricSUN Jie1,SHI Meiwu2,QIAN Kun1(1 College of Textiles Clothing,Jiangnan University,Wuxi,Jiangsu214122,China;2 The Quartermaster esearch Institute

3、of the General Logistics Department of the PLA,Beijing100082,China)AbstractAs a kind of unique industrial textiles and composites reinforcement,triaxial fabric wasbroadly researched and applied in the developed country since its emergence While,the related researchin our country is relatively scare

4、Aiming at this problem,this paper addressed the weaving principle,structure and texture,properties and application of triaxial weaving fabric based on its historicaldevelopment and present research results In light of the significance and value of engineering research onthe triaxial fabric,it sugges

5、ts that the research on triaxial fabric productsperformance and manufacturingtechnology should be strengthened for the aim of further developing of our industrial textile technology andhigh performance composites material used for national defenseKey wordstriaxial fabric;structure;property;composite

6、收稿日期:2013 07 24修回日期:2014 02 09基金项目:中央高校基本科研业务费专项基金项目(JUSP1044;JUSP1045)作者简介:孙洁(1979),女,讲师,博士。主要研究方向为功能性纺织品、纺织结构复合材料。施楣梧,通信作者,E-mail:shimeiwu263 net cn。常规机织物由相互垂直的 2 组纱线(经纱和纬纱)交织而成,这种正交结构的平面织物能在与纱线平行的方向上有效地传递载荷,但在受力方向未沿经纱或纬纱排列方向时,织物抵抗变形和破坏的能力大幅度下降;即使外力沿着纱线排列的方向,常规织物抵御剪切变形和剪切破坏的能力也很弱;在织物受到法向外力集中冲击时,也因

7、应力只能沿经纬向 4 根纱线向四周辐射,受力处纱线常因应力集中而遭受破坏,因此,常规经纬交织的平面织物,在受到斜向外力或法向集中外力时,难满足纺织品、特别是产业用纺织品的力学性能需要。平面三向织物是 20 世纪 70 年代源自美国的一种织物,由 3 组互成角度(通常互为 60夹角)的纱线交织而成。织物沿各方向的承载能力比较均匀,无论受力方向是否沿纱线方向,没有明显的抵御剪切变形和剪切破坏的薄弱方向;即使是较稀薄的织物,尺寸稳定性也很好;受法向外力冲击时,织物在周向上的受力变形比较均匀,不易出现平面两向织物局部应力集中致使纱线断裂的现象。三向织物的这种近似各向同性的性质,在提供轻质高性能产业第

8、6 期孙洁 等:平面三向织物的结构与性能用布,特别是在纤维增强复合材料方面有良好的应用前景。欧美日本等发达国家目前已掌握规模生产三向织物及其复合材料的技术,并用于航空航天等尖端技术领域。但是,国外对我国始终封锁这个技术,我国在这个领域的研究目前仍处于相对落后的地位,尚需投入力量研究三向织物的制备技术。本文将着重从结构与性能的角度阐述该织物的特点。1研究历史和现状平面三向织物是指在 1 个平面内,由 3 组互成60左右角度的纱线相互交织而成的织物,如图 1所示。图 1三向织物的结构Fig 1Sparse(a)and dense(b)contextureof triaxial weaving fa

9、bric考古发现,早在先秦时期就有用多组竹片编制成类似三向织物结构的器具,并且这种编制方法一直沿用至今。图 2 为从日本出土的 B C 5700 年竹篮文物的照片1。可以看出其结构与图 1(a)十分相似,3 个方向上的竹片相互交织形成稳定的六边形孔眼结构。图 2出土于日本 B C 5700 年的竹篮文物Fig 2Basket of B C 5700 with hexagonaleye excavated from Japan1921 年美国的 Stewart F H 获得一种织物的专利授权,学界称之为 Stewart 织物。Stewart 织物2 由 2组沿平面对角分布的经纱与另一组平行伸直的

10、双股纬纱交织而成,是最早公开的平面三向织物的雏形,但在交织方法上,3 个方向的纱线缺乏有效的锁合,其剪切强度和横向强度不够理想3。1969 年,美国通用电气公司空间科学实验室的Dow Norris F 在 Stewart 织物的基础上加以改进,提出三组纱线相互锁合交织的 Dowweave 系列织物组织图,并将该类织物统一命名为三向织物(triaxialfabric),三向织物自此走入人们的视线。理论上,如3 组纱线材料相同,可使织物在一些性能上实现各向同性,例如在各个方向上具有相同的强度和刚度4。此外,可通过结构设计和材料调整,实现对织物性能的调控,以满足不同需求。三向织物因其独特性能,一经问

11、世便受到美国宇航局的重视,同年委托美国巴百 柯尔门公司研制开发三向织物制造机械,并与通用电气太空科学实验室签署 NASA 9-8026 合同,立项研究 Doweave 三向织物在宇航用纺织品中的应用5。Gentex 公司获准生产其共同研发的 BP44P 型三向织物,并由此奠定了其日后发展的基础。1976 年巴伯尔 柯尔曼公司将研制的 TW2000 型平面三向织机在美国格林威尔国际纺织机械展览会上展出。巴伯尔柯尔曼公司是当时获取 Doweave三向织机及其机构改造独家生产权利的制造商。后来,日 本 丰 和(Howa)机 械 有 限 公 司 获 得Tri-Ax TWM型三向织机的独家生产权,它采用

12、刚性剑 杆 引 纬,其 筘 幅 可 达 120cm,入 纬 率为144 m/min6。三向织机的成功研制及投入生产对推动三向织物的学术研究和应用推广起到了至关重要的作用。尤其是在产业应用及其特殊性能复合材料领域,发达国家一直在致力研究,但公开发表的研究报道并不多见。从美国公布的航空部内部资料7 8 看出,三向织物问世不久,美国国家宇航局(NASA)立项探索高性能纤维平面三向织物在制备高性能飞行器用轻质复合材料领域的应用。1980 年代,美国海军航空研究中心,探讨了凯芙拉(Kevlar)芳纶纤维、达克龙(Dacron)涤纶纤维,及其二者混杂纤维织制三向织物,进行聚氨酯涂层处理后在气球类飞行器(l

13、ight-than-air)上的应用。从 2000 年开始国际上出现的关于三向织物的研究报道多集中于三向织物复合材料性能方面的探讨分析。学者们采用有限元模型或者束-网络模型(beam-network model)对三向织物的力学性能开展了较为深入的数字模拟分析9 11 和实验验证研究12 14。551纺织学报第 35 卷随着航天科技的发展,三向织物的应用发展也得到进一步提升。从近年来发表的文献看,欧美、日本等发达国家,着力将其应用于一种超薄、超轻、具可伸展性的空间结构的设计中,如抛物面形通讯卫星天线,主要用于航空通讯。学者们分别从不同角度分析探讨这种结构的设计制造方法15 16 及性能模拟预测

14、17 18。目前这种结构已经得到实际应用,如加拿大太空署,采用碳纤维单层三向织物研制成功一种超薄可折叠的复合材料,用作通讯卫星的天线发射器,如图 315 所示。图 3用于 MSAT-2 载人飞船上可回弹的天线反射器Fig 3Spring-back reflector in deployedand packaged configureations从图中可以看出,由于超细碳纤维三向织物骨架的多孔眼结构,该天线反射器呈现半透明状,同时,材料的这种多孔结构还可以消除声压负载(因为面板两面的压力分布是均衡的,可以相互抵消)。此外,日本也在其用以探测火星周围大气状况的“Nozomi”(B行星)人造卫星上采

15、用了由三向织物复合材料制作的天线装置19。其小行星样本返回飞船“Hayabusa(Musec-C)”也装备了三向织物复合材料 天 线20。在 日 本 第 1 次 太 空 验 证 实 验:“SPINA”(Space Inflation Actuated od)项目中,也利用到三向织物复合材料做一种空间膨胀结构的辅助伸展杆件。根据日本东京大学学者 Takahira Aoki 报道,“可空间膨胀的膜状结构”是未来航空项目中制备大型空间结构件的有力选择,Takahira Aoki 课题组拟投入实验,探索分析将三向织物复合材料用作这种结构主要承重部件的可行性,并对三向织物复合材料的受热条件下的力学性能2

16、1、耐久性及破坏机制22 开展研究,为探讨预测其在太空环境中的应用性能提供依据。我国关于三向织物的研究始于 1978 年,由中国纺织大学杨青教授率先研制三向织机,并列入纺织部军工项目。1987 年 9 月杨青教授研制的 SX-1 型及 SX-2 型三向织机通过技术鉴定,前者能制织基础组织的平面三向织物,后者还能制织双平纹组织的平面三向织物,从而填补了我国特种织机方面的空白5。目前,欧美和日本在三向织物的工业化生产及应用研究方面处于遥遥领先的地位,并对我国实施技术封锁。日本 Sakase-Adtech 公司是目前国际上唯一生产销售平面三向机织物的厂商。该公司选用高性能纤维尤其是碳纤维做纱线原料织

17、制三向织物产品。从民用高技术运动装备(如高尔夫球拍、雪橇等)到高性能航空航天结构件的研发,Sakase 的这类产品已得到广泛应用。根据所采用的纱线原料种类、织物组织等因素,该公司对其生产的不同规格的三向织物做了产品编号,不同规格的产品具有不同的面密度、体密度及厚度15 18,图 4 示出为其生产的某种规格的碳纤三向织物23。上文中所提到的相关研究大多是采用该公司生产的碳纤维三向织物做样品探讨其在航空航天科技中的应用,其中,典型的规格如 SK-802(纱线:T-300-1K 碳纤维;组织:基础组织;纤维体积含量:40%;面密度:75 g/m2;厚度:0.13 mm)15。图 4日本 Sakase

18、 Adtech 公司生产的碳纤维三向织物Fig 4Carbon fiber triaxial fabric manufacturedby Japan Sakase Adtech Co,Ltd目前我国在该领域的研究,由于种种原因几乎处于停滞状态。事实上,研究三向织物结构、性能和应用技术,突破其加工技术瓶颈,对促进我国产业用纺织品、国防军工、航空航天等特殊复合材料的技术进步,具有重要的意义。2平面三向织物的性能特点平面三向织物在结构上由 3 组纱线相互交织牵651第 6 期孙洁 等:平面三向织物的结构与性能制形成,在力学性能上有传统机织物所不具备的特点或优势。Skelton 等24 于 1971

19、年用自行开发的实验用手动三向织机,织成稀薄型锦纶三向织物样品,并参照两向织物的测试方法,探讨三向织物在挠曲刚度和抗剪切强力方面性能特点。结果显示:三向织物的弯曲性能接近各向同性;当织纹孔隙率相当时,三向织物的稳定性比传统织物大得多,抗剪切强力也大得多。平纹三向织物孔隙率达到 40%左右时仍能具备紧密机织物的全部力学性能。这种兼具织纹孔眼和形状稳定性的组织结构在传统机织物上很难实现,特别适用于作为结构件使用的高含胶量复合材料。三向织物的 3 组纱线在交织点处有相互锁合的作用,但是并不能完全阻止纱线在载荷下的移动。Schwartz P 等4,25 26 测试发现,三向织物的撕裂过程,也会出现类似传

20、统两向织物由于纱线滑移而产生纱线挤缩在一起的现象。织物结构中纱线的这种活动性,有利于其产生较高的撕裂强度和撕裂能。另外,三向织物在载荷作用下发生变形时,其特殊的结构可以保证载荷在 3 个方向上的分布趋于均衡。Scardion 等27 的实验结果证明,与二向织物不同,三向织物在拉伸和剪切变形上没有显著的薄弱方向;在顶破载荷冲击下,三向织物显示出更为均匀的、3 个方向接近相同的拉伸形变。图 527 示出面密度相同的基础三向织物与二向平纹织物经顶破实验后的损伤变形对比情况。显然,二向织物局部位置的纱线由于发生剧烈滑移变形,而显示出相当大的畸变,一些纱线不堪受力发生断裂破坏;而三向织物虽然也显示出三维

21、变形,但整块织物上各向伸长明显比较均匀。因此,当牵拉模塑成立体构形时,三向织物明显比传统二向织物更具优势,使用性能更好。当然,三向织物在性能上并非绝对“各向同性”,而是接近各向同性。实际生产过程中,纱线交织的几何结构,织造过程、织物后整理对纱线空间几何形态的影响都将改变其各向异性的程度27。陆家骅28 研究发现,平面三向织物抗撕裂,抗顶破强度高,且断裂强度和断裂伸长率在各个方面上比较均匀。无论撕裂口方位如何,由于 3 组纱线相互牵制纠缠成束,发生撕裂时 3 组纱线均有断裂,裂口支离破碎,不呈刀切般的整齐豁口。被顶破时顶破裂口不呈直缝或者十字缝,而是圆形破洞,边界基本上属于六角形状态。如果连续顶

22、破,其破洞就继续扩大,但破洞的形态几乎不变。图 5三向织物和二向平纹织物在相同载荷条件下的顶破变形Fig 5Triaxial and plain-weave fabric specimens partiallydeformed in ball-burst test at same displayment of ballinto fabric plane(a)Triaxial fabric;(b)Biaxial fabric3平面三向织物的织造原理和组织三向织物的织造可以通过 2 种途径实现:一是采用 1 组经纱与 2 组纬纱交织,见图 6(a);另一种是通过 2 组经纱与 1 组纬纱交织,见图

23、 6(b)。其中后一种途径较为便于实施。1971 年 Skelton 开发了实验室用的三向织机,并将采用 2 组经纱与 1 组纬纱生产三向织物用的织机须满足的基本条件归纳24 如下:1)采用传统织机的开口运动方式,但必须提供 1 个或 1 套使 2 组经纱以相反的方向越过织幅的进给运动装置;2)当 1 组经纱到达织物边缘时,它必须从一组经纱的运动模式转换为另一组经纱的运动模式;3)为了避免经纱在综片后面交错纠缠,在进给运动中,经纱供给必须和开口机构同步运动。图 6三向织物的 2 种成形方式Fig 6Two ways for manufacturing triaxialweaving fabri

24、c(a)One warp and two weft;(b)Two warp and one weftN F Dow 自 1969 年提出三向织物的概念之后,在三向织机的研发方面做了许多探索性工作。随后,美国的巴伯尔 科尔曼公司对三向织机的一751纺织学报第 35 卷些重要机构做了改进,使得织机的自动化程度得以提升,如自带导动装置(guide means)的综框,综框横移装置,综框横移制动装置,综框开口机构,经沙导纱部件,经沙长度补偿装置、纬纱在梭口出口的定位装置等。巴伯尔-科尔曼公司制造的 TW2000 型三向织机适合于各种纤维原料的织造,织机工作宽度分为160、200 cm 2 种29,图

25、7 示出织机的结构简图。整个机器由多个经轴、引纬装置、开放式的打纬装置(open beat-up)、能作回转运动的综框以及卷取装置构成29。2 套经纱系统由位于机器上方作回转运动的经轴(多个经轴共同安放在机器上方做回转运动的圆盘轴架上)供给,当经纱脱离经轴后,纱线头端分为 2 排,分别穿入彼此相对的 2 组综丝中,然后垂直牵引至织布区,如图 8 所示。织造时,每织入1 纬,综丝移动一定的的距离(1 根经纱),随即由梳状打纬器将纬纱打紧。当每根综丝运动到全幅尽头时,就会被转综机构移动到另一排上去(即前排的综丝转移到后排,后排综丝转移到前排),并继续进行间歇性周期回转运动4,29。经纱、圆盘轴架和

26、综丝沿圆形轨道作同步回转运动,使 2 片经纱在织物中形成 60左右夹角。当梭口形成,引纬装置引入纬纱后,2 个相向的梳状打纬器交替地把纬纱向织口打紧,并使纬纱保持一定的位置。即,1 个梳状打纬器把前一根纬纱保持在一定的位置,同时下一根纬纱被引入梭口;另一个梳状打纬器则使下一根纬纱保持在一定的位置,2 个梳状打纬器交替地进行打纬,形成的织物被收集在机器前下方的卷布辊上29。二向传统织物的组织分为简单三原组织和复杂变化组织,同样地,根据 3 个系统纱线交织的复杂程度,平面三向织物的组织可分为基础组织和复杂组织,或者根据布面孔隙大小分为疏松组织和紧密组织。基础平面三向织物组织如图 9 所示30。沿对

27、角左右交叉的 2 组纱线为经纱,水平纱线为纬纱,可以看出在织物的正面,左斜的经纱总是浮于右斜的经纱之上而沉于纬纱;右斜的经纱则总是沉于左斜的经纱之下而浮于纬纱之上。这种组织中纱线之间交互锁合的原理30 如图 10所示。图 10(a)为织物局部结构点的放大示意图,可以看出 3 个方向纱线系统之间是彼此交叉的。图 10(b)显示的 A、C 纱交叉结构点两端分别被B 系统纱锁合固定,以防其发生横向滑移的结构原理;图 10(c)为基础组织 Dowweave 三向织物的基注:1机架;2经轴;3圆盘轴架;4导纱辊;5梳形导纱器;6综丝;7卷布辊。图 7三向织机结构简图Fig 7Structural dia

28、gram of triaxial weaving machine图 8织造过程中经纱和综丝的回转运动Fig 8otational motion of heddleduring weaving process图 9平面三向织物的基础组织Fig 9Basic pattern of triaxialweaving fabric(a)Front;(b)back本结构单元,可以看出三向纱线系统中,任意 2 纱交851第 6 期孙洁 等:平面三向织物的结构与性能图 10基础组织 Dowweave 三向织物纱线系统之间相互锁合交织的原理示意图Fig 10Illustrations of“locked int

29、ersection”characteristics of Dowweave triaxial fabrics(a)Interlacing;(b)Interlocking;(c)Structural unit汇点均被第 3 系统纱锁合,织物孔隙呈现结构稳固的六边形,即使是织成蚊帐、窗帘等组织稀松的织物,也可保证织物结构的稳定性,从而确保良好的使用性能。总体来说,基础三向组织的特点是织物具有均匀分布的孔隙结构,密度比较小,适宜用在需要孔眼和通风透气的场合,如汽车座椅衬布、遮光透风窗帘,储物等。Schwartz P 采用几何结构学方法研究了基础组织 Dowweave 织物的结构性能。当三向系统上原料

30、相同时,织物的覆盖系数为 0.67,此值与纱线的线密度无关,可见基础组织的结构是比较松散的。这种松散结构用于充气结构底布、蓬帆布和导弹防护罩等场合时,是不能满足要求的31。沿着基础组织纱线系统的 3 个方向,分别或者同时添加纱线根数,并有规律地与另外 2 个系统的纱线进行交织,可以设计得到基于基础组织的一系列变化三向组织。例如,图 1130 所示的双平纹三向组织就是 3 个纱线系统上均采用 2 根纱进行相互交织。其左斜的 2 根经纱总是浮于右斜的 2 根经纱之上,同时交替地与 2 根纬纱一上一下交织;右斜的 2 根经纱则总是沉于左斜的 2 根经纱之下,同样,交替地与 2 根纬纱一上一下交织;2

31、 根纬纱分别交替地与经纱一上一下交织。图 11双平纹平面三向织物Fig 11Biplain weaving triaxial fabricDow Norris F 在他 1969 年关于三向织物的专利中,给出了一系列变化组织画法。一般来说,变化三向组织比较致密,例如双平纹三向织物的覆盖系数是 0.96。但是大多数组织还无法通过现有的三向织机织造目前能够通过机器实现的组织主要是基础组织和双平纹组织。4平面三向织物的应用在实际生产生活中,应用织物的很多场合都期望其具有稳定的结构和耐久的力学性能。比如家居窗帘、蚊帐、服用保暖内衣、腰带、泳衣、运动鞋、装饰用布,汽车用安全气囊、充气式航天器、雷达天线罩

32、燃料电池、救生艇、降落伞、轮胎帘子线、垫圈、船帆、以及复合材料增强相等。三向织物在外力作用下,各个方向上载荷分配相对均匀,受力变形不易出现极其薄弱的方向,形状稳定性好,力学性能优良,比较适合这些用途。有研究通过实验证实32,同等原料的玻璃纤维三向织物与传统平纹织物当受到弹子顶破冲击时,传统织物在弹子顶破处纱线向各个方向裂开,纱线明显地外斜、挤压、变形,而三向织物则均匀承受顶裂的负荷,其歪斜变形仅局限于球形穿破的面积上。因此,和传统织物相比,三向织物的弹子顶裂强力比较高,还可以用作军事防护领域的防弹、防刺穿材料。作为一种产业用织物,平面三向织物一般不单独使用,从本文所述三向织物的历史沿革不难看

33、出,其最重要的用途之一是用作纤维增强复合材料中的骨架材料,即三向织物复合材料。和其他纺织复合材料一样,三向织物复合材料的制备只需将三向织物浸在树脂基体中然后经烘箱焙烘即可得到。普通二向织物复合材料,在纤维增强方向上具有较好的面内拉伸性能,而当拉伸载荷偏离纤维轴向或者施加面内剪切载荷时,材料的承载能力则表现相对薄弱。这在一定程度上限制了普通二向织物在复合材951纺织学报第 35 卷料中的应用9。通过比较,平面三向织物复合材料,由于存在60偏斜方向上相互交织的增强纤维,可赋予复合材料在整个宏观尺度上更接近各向同性的力学性能,如,日本学者 Fujita33 曾研究对比了碳纤维三向织物、普通二向织物增

34、强复合材料的拉伸性能,结果表明,三向织物尤其是双平纹组织三向织物复合材料的拉伸模量呈现近似各向同性的特征,基础组织三向织物复合材料的拉伸性能明显优于普通二向织物复材以及双平纹三向织物复材。这个特点可以克服平面二向织物增强复合材料的上述缺点,大大提高材料的使用性能。图 12 示出经焙烘的三向织物复合材料的实物图33。可以看到材料约有一半体积是由六边形的孔眼构成,一方面,可以大大降低材料的比密度,使得该织物成为制备超轻复合材料的首选。例如,Gronet 等34 35 在探讨三明治蜂窝夹心构造的太阳能电池板的研究中证实,采用 1 层三向织物增强的复合板材在刚度上相当于8 层非织造布增强的面板,而前者

35、在质量上比后者减轻了 5%10%。另一方面,这种结构还可大大增加织物的可成型性,当应用于受多重几何约束的结构复材时该特性显得非常重要,对可空间扩展或膨胀的结构具有很好的适应性并能保持结构完整性33。图 12单层平面三向机织物复合材料的实物放大图(结构单元局部放大)Fig 12Small piece of single-ply TWF composite(local amplification of unit cell)因此,三向织物复合材料的独特性能包括低表观密度、刚度上近似各向同性、高柔韧性等,采用碳纤维的三向织物复合材料还具有较低的热敏性,非常适用作宇航结构材料34 35。日本学者 Kaw

36、abata Sueo36,采用普通织物的双向扩展理论研究分析了三向织物在双向应力作用下的非线性变形性能,并建立了一套用于织物设计时简单估测织物性能的理论。三向织物的这种非线性变形特点,决定了它对三维立体曲面的成型性较好,当形变量不大时,织物局部区域易发生延展,有利于其整体形成曲面,可以制备立体曲面复合材料,如阀门瓣膜、汽车刹车片、及工业输送带等等。此外,在生物医药方面,三向织物增强复合材料也得到应用,采用其制备的人造血管、骨架、以及牙齿等等材料,性能表现都非常优异37。5展望综上所述,三向织物被誉为具有高度工程意义(highly engineered)材料,在一些方面具有普通二向织物不可比拟的

37、优点。欧美地区及日本等发达国家,在高性能纤维三向织物的制备、性能研究及应用拓展方面遥遥领先做了许多开创性的探索研究工作,却对我国实行技术封锁。目前,这种材料在发达国家已被广泛应用于航空航天、国防、医药、建筑、体育等国济民生的各个领域,并持续着力做进一步深入的理论和应用研究,以探索其在国防、宇航项目等尖端科技领域的应用。然而由于客观原因,我国在平面三向织物的研发方面一直处于停滞不前的状态。攻克技术壁垒,掌握平面三向织物的织造技术,研究开发织造设备,系统探讨平面三向织物结构、性能特点,积极拓展其在高性能复合材料中的应用研究,具有重要的学术意义、应用价值和社会意义,也是填补我国在该领域的空白,跟上国

38、际步伐亟待解决的问题。同时,自主研究开发基于平面三向织物的高性能结构材料,必将带来显著的经济效益。期待政、产、学、研各方能对此技术内容进行合作研究,为促进产业用纺织品的技术进步、研发国防军工所需的高性能复合材料做出贡献。FZXB参考文献:1 Noteworthy Archaeological Sites,Inc Higashimyo:Abasketofmutsumeami(meshwithhexagonaleyes)EB/OL 20071115 archaeology jp/sites/2007/higashimyo htm2 STEWATFHWovenfabric:USPatent,1368

39、215 P 1921 02 083 DOW N F Triaxial fabric:US Patent,3446251P 061第 6 期孙洁 等:平面三向织物的结构与性能1969 05 274 SCHWATZ P Bending properties of triaxially wovenfabrics J Textile esearch Journal,1982,52(9):604 6065 袁佳玲,平面三向织物及其制织原理 J 产业用纺织品,1988(Z1):29 32YUAN Jialing Triaxial weaving fabric and its weavingprincipl

40、e J Industrial Textiles,1988(Z1):29 326 Howa 三轴织机 J 产业用纺织品,1994(5):31Howa triaxial weaving machine J Industrial Textiles,1994(5):317 SKELTON J,SEBING E,FEESTON W DDevelopment of triaxially woven fabrics Technicaleport AFML-T-70222,Fabric esearch laboratories,Inc,Dedham,Mass,1970:1 558 DAVALA E T Tri

41、axial woven fabrics of Kevlar,Dacronpolyester and hybrids of Kevlar and Dacron poly-ester Naval Air Command Department of Navy,Washington DC,1980:1 159 ZHAO Q,HOA S VTriaxial woven fabric(TWF)composites with open holes:part I:finite elementmodels for analysis J Journal of Composites Material,2003,37

42、9):763 791 10 ZHAO Q,HOA S V,OUELLETTE P Triaxial wovenfabric(TWF)composites with open holes:part II:verification of the finite element models J Journal ofComposites Material,2003,37(10):849 874 11 XU D S,GANESAN,HOA S V Buckling analysis oftriaxial woven fabric composite structure:part I:non-linea

43、r finiteelementformulation J CompositesStructures,2005(67):37 55 12 ZHAO Q,HOA S V Thermal deformation behavior oftriaxial woven fabric(TWF)composites with openholes J JournalofCompositesMaterial,2003,37(18):1629 1649 13 DANO M L,GENDOM G,PICAD A Mechanicalbehavior of a triaxial woven fabric composi

44、te J Mechanics of Composite Materials and Structures,2000,7(2):207 224 14 ZHAO Q,HOA S V,OUELETTE P Progressive failureof triaxial woven fabric(TWF)composites with openholes J Composite Structure,2004,65(3/4):419 431 15 LIN T T Ultra thin deployable reflector antennas C/45th AIAA/ASME/ASME/ASCE/AHS/

45、ASC Structures,Sthuctural Dynamics Materials ConferencePalmSprings:AmericanInstituteofAeronauticsandAstronautics Paper 2004 1730,2005:1 10 16 LIN T T Design manufacture of stiffened spring-backreflector demonstratorC/46th AIAA/ASME/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures,Structural Dynamics Materials Conferenc

46、eAustin:American Institute ofAeronautics and Astronautics Paper,2005 2048,2006:1 11 17 GEAD J S,CATALAO S,ASSAKE,et alModelingtriaxialwovenfabricsforsatelliteantenna EB/OL 2005 05 10 www e-xstreamcom/documents/documentation/Modeling_Triaxial_Woven_Fabrics_For_Satellite_Antenna pdf 18 ZHAO Q,HOA S V,

47、MOUDIK Finite elementmodeling of a membrane sector of a satellite reflectormade of triaxial composites J Journal of CompositesMaterial,2005,39(7):581 600 19 NAKATANI I,TSUUDA K,YAMAYOTO T Planet-B:mars mission with small spacecraft but potentiallywith large science reward J Acta Astronautica1995,35(

48、supplement 1):337 344 20 KAWAGUCHIJ,FUJIWAAA,UESUGITHayabusa:its technology and science accomplishmentsummary and hayabusa-2 J Acta Astronautica,2008,62(10/11):639 647 21 AOKI T,KOSUGI Y,WATANABE A,et al Thermo-mechnical properties of triaxially-woven fabric compositefordeployablestructures C/16thin

49、ternationalconference on composite materials Kyoto:2007:1 7 22 AOKI T,KOSUGI Y,WATANABE A,et al Durabilityoftri-axiallywovenfabriccompositesforspaceapplication C/18thInternationalConferenceonComposite Materials Jeju Island:2011:1 6 23 Online cnet news,Inc Weaving high-tech fabrics of thefuture EB/OL

50、 2005 07 21 news cnetcom/Photos-Weaving-high-tech-fabrics-of-the-future/2009 1008_3 5667576 html 24 SKELTON J Triaxially woven fabrics:their structureand properties J Textile esearch Journal,1971,41(8):637 647 25 SCHWATZ P,FOMES E,MOHAMED M HTensile properties of triaxially woven fabric under biaxia

移动网页_全站_页脚广告1

关于我们      便捷服务       自信AI       AI导航        抽奖活动

©2010-2026 宁波自信网络信息技术有限公司  版权所有

客服电话:0574-28810668  投诉电话:18658249818

gongan.png浙公网安备33021202000488号   

icp.png浙ICP备2021020529号-1  |  浙B2-20240490  

关注我们 :微信公众号    抖音    微博    LOFTER 

客服