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帶你了解碳碳復合材料加工時步驟之一的連續(xù)長纖維增強坯體的成型

      連續(xù)長絲增強的坯體， 有兩種成型方法， 其一是采用傳統(tǒng)增強塑料的成型方法，如用預浸布、 層壓、 鋪層、 纏繞等方法做成層壓板， 回旋體和異形薄壁結(jié)構(gòu)。 另一種方法是近年來得到迅速發(fā)展的編織技術， 所謂“編織” 就是通過“編” 或“織” 把纖維編織成具有一定幾何形狀的織物。復合材料的可設計性使得可以通過調(diào)整纖維的取向來滿足結(jié)構(gòu)承載要求。 具有代表性的是美RoberFlerntime 發(fā)明的 Magna 編織法。 利用現(xiàn)有的編織技術可進行 1 軸、 2 軸、 3 軸或多軸的二維或三維編織。

      初期用于 C/C 復合材料增強的是兩維(2D)碳布， 2D 織物生產(chǎn)成本較低， 并且形成的復合材料在平行于布層的方向上抗拉強度比多晶石墨高， 提高了抗熱應力性能和斷裂韌性， 容易制造大尺寸形狀復雜的部件。 二維碳布其特征由纖維束尺寸、 間距、 纖維體積分數(shù)、 纖維密實程度以及編織圖案來表示。 在二種基本結(jié)構(gòu)的二維織物中， 平紋織物的纖維相互交插頻率最高， 而緞紋織物的最低， 斜紋織物的介于二者之間。 因而平紋織物的結(jié)構(gòu)規(guī)整度好， 柔性高。

      另一方面緞紋織物低的相互穿插率和線性度使得這種織物具有高的纖維到織物之間的強度和模量轉(zhuǎn)化系數(shù)， 低的規(guī)整度使得紗束間可以自 由移動，因而緞紋織物的致密度和纖維體積分數(shù)都比較高。二維織物增強的 C/C 復合材料的主要缺點是垂直布層方向的抗拉強度較低， 層間剪切強度不高， 因而易產(chǎn)生分層缺陷。 為了解決這個問題及改善二維平面內(nèi)材料的各向同性， 又發(fā)展了 三維(3D)織物， 3D 結(jié)構(gòu)是最簡單的多維編織結(jié)構(gòu)， 其纖維從輕、 緯、縱三個方向垂直編織而成， 可保證纖維發(fā)揮其最大結(jié)構(gòu)承載能力。 穿刺織物也是一種三向結(jié)構(gòu)， 如果用碳布代替正向織物中 x y 向纖維， z 向采用 CF 剛性桿將碳布逐層穿刺在一起， 即形成穿刺織物。

      為了獲得更加各向同性的織物結(jié)構(gòu)， 對基本的 3D 正交結(jié)構(gòu)進行適當修改可得到 4D、 5D、 7D 和 11D 增強織物結(jié)構(gòu)， 5D 結(jié)構(gòu)是在 3D 正交結(jié)構(gòu)的基礎上沿 x y 平向具有新的增強效果。 為了強化 3D 正交結(jié)構(gòu)增強平面間材料的性能， 這樣由三個正交方向和四個對角線增強方向組成了 7D 結(jié)構(gòu)。 7D 結(jié)構(gòu)如果去掉其最基本的3D 正交增強向即可得到 4D 結(jié)構(gòu)， 而 3D 正交結(jié)構(gòu)同時增加四個對角線向和四個對角面向?qū)a(chǎn)生一種基本各向同性的 11D 增強織物結(jié)構(gòu)。 隨著編織方向的增多， 改善了三向編織物的非軸線向的性能， 使材料的各部分性能趨于平穩(wěn)， 提高了剪切強度， 降低了材料的膨脹系數(shù)， 但材料的軸線方向性能稍有降低， 并且材料可能的最大纖維體積分數(shù)也降低。更多碳碳復合材料信息可查看http://www.2333666.cn