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        淺議編織復(fù)合材料技術(shù)

        2013-11-08 03:34:54程融
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2013年12期
        關(guān)鍵詞:復(fù)合板中空編織

        程融

        (四川 成都 610000)

        1 概述

        在航空航天方面,編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主要應(yīng)用于航天飛機及飛機的機翼、飛行器機體的骨架、火箭和導(dǎo)彈發(fā)動機殼體、噴管和壓力容器等。不光在航空航天方面,在其他工程領(lǐng)域編織復(fù)合材料也有很好的應(yīng)用前景。編織復(fù)合材料由于其比硬度大、比強度高、整體性能好而在實際應(yīng)用中有著許多的優(yōu)勢??椢锝Y(jié)構(gòu)增大了聚合物基體的強度,同時改善了材料整體中的應(yīng)變分布。編織復(fù)合材料的熱膨脹性小、耐腐蝕、在較大的溫度范圍內(nèi)都可以保持良好的空間穩(wěn)定性?,F(xiàn)今無人機的應(yīng)用越來越廣泛,其中減重是無人機結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個永恒的話題,而如何合理的應(yīng)用復(fù)合材料是解決這一問題的一個有效途徑,本文對編織復(fù)合材料進行了初步探索,為以后無人機研制奠定理論基礎(chǔ)。

        2 編織復(fù)合材料技術(shù)

        2.1 立體織物的分類

        立體織物主要分為以下五類:

        (1)機織;

        (2)針織;

        (3)三維編織;

        (4)正交及非正交;

        (5)針刺、穿刺縫合。

        2.2 編織復(fù)合材料基體

        編織復(fù)合材料的基體主要是聚合物,有熱塑性樹脂和熱固性樹脂兩大類。熱塑性樹脂的特點是遇熱軟化或熔融而處于可塑性狀態(tài),冷卻后又變堅硬,而且這一過程可以反復(fù)進行。熱塑性樹脂復(fù)合材料需要在一定的溫度和壓力下加工,適于大規(guī)模的自動化生產(chǎn),并能降低單位產(chǎn)品的成本。

        2.3 編織復(fù)合材料成型技術(shù)

        編織復(fù)合材料的成型技術(shù)與單向纖維增強復(fù)合材料的成型技術(shù)有很大程度的相似性。主要涉及到的成型技術(shù)有:模壓成型、樹脂傳遞模塑(RTM)成型、手工成型和真空浸漬法成型等。成型過程中同樣涉及到樹脂浸漬、固化定型等過程,但在樹脂浸漬方面明顯地優(yōu)于傳統(tǒng)的浸漬法。在這些成型技術(shù)中,應(yīng)用最多的是RTM(Resin Transfer Mould)工藝。由于纖維紡織結(jié)構(gòu)物具有很好的整體性和均勻性,其整體性保證了纖維不會因注入樹脂產(chǎn)生的流動壓力而引起纖維的變位,而其均勻性保證了預(yù)制品空隙均勻,使注膠的壓頭平齊,不會造成回流包住氣體而形成氣孔,所以,可生產(chǎn)出高性能RTM 結(jié)構(gòu)制品。

        表1 芯材材料力學(xué)性能對比一覽表

        2.4 中空織物

        中空織物的設(shè)計:主要包括:

        (1)“逆向”交織成芯技術(shù);

        (2)芯部形態(tài)的多結(jié)構(gòu)設(shè)計;

        (3)“8”字形芯部形態(tài)設(shè)計。

        織物復(fù)合成型方法:織物可采用手糊,浸膠,噴射或抽真空等成型方法。

        夾芯材料性能對比,如表1 所示。

        從表中可以看出:

        (1)整體中空夾層復(fù)合材料的平拉、雙層剪切性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)蜂窩夾層復(fù)合材料,平壓、彎曲性能二者差異不大,且該種材料為整體成型,因此,在很多方面的實際使用中可替代傳統(tǒng)蜂窩夾層符合材料。

        (2)中空夾層復(fù)合材料緯向剪切性能和彎曲性能均優(yōu)于經(jīng)向。實際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)載荷方向進行合理設(shè)計,使結(jié)構(gòu)受力達到最佳狀態(tài)。

        對比結(jié)果:

        (1)中空織物復(fù)合板可采用氣壓壓注的方法進行發(fā)泡,但由于板的空間較小,泡沫密度不得低于70Kg/m3。發(fā)泡工藝方法可用于制作批量泡沫夾層中空織物復(fù)合板。(2)泡沫夾層中空織物復(fù)合板整體性能高于泡沫夾芯板;高密度泡沫夾層中空織物復(fù)合板和高密度泡沫夾芯板均高于低密度泡沫夾芯板;泡沫夾層中空織物復(fù)合板的經(jīng)向側(cè)壓和面板強度高于緯向,彎曲性能經(jīng)緯向差別不大。(3)泡沫夾層中空織物復(fù)合板及泡沫夾芯板力學(xué)性能均隨泡沫密度的提高而提高,實際應(yīng)用時應(yīng)考慮性能與重量的優(yōu)化設(shè)計。(4)加工工藝、材料選擇對力學(xué)性能有一定的影響,性能對比時應(yīng)考慮各種條件的一致性問題。本次試驗兩種泡沫夾層結(jié)構(gòu)性能對比時泡沫密度有一定差別,主要是由于泡沫中空板與面板及芯材接觸處泡沫密度偏高,但基本能反映性能差異。(5)將PU聚氨酯硬泡灌注填充中空織物復(fù)合板中間空腔部分使PU 硬泡和中空織物復(fù)合板有機粘接在一起,在增加很小質(zhì)量下能較好的提高中空織物復(fù)合板的各項機械性能。

        結(jié)語

        (1)編織結(jié)構(gòu)具有高強度、高模量,特別是在厚度方向,使材料具有高損傷容限、高斷裂韌性、耐沖擊、抗分層和抗疲勞等;

        (2)編織結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的可設(shè)計性,可根據(jù)要求增減增強纖維的含量,并可一次完成復(fù)雜構(gòu)件的成型;

        (3)整體成型中空復(fù)合材料的預(yù)制體為三維整體成型,可以充分保證材料的整體力學(xué)性能,夾芯層的空間可以成為充分利用的功能層,如預(yù)埋件、監(jiān)控探頭、導(dǎo)線與發(fā)泡成型;

        (4)整體夾芯中空復(fù)合材料比其它夾芯材料具有更加優(yōu)異的力學(xué)性能,尤其是層間強度大大增強,解決了一般夾芯材料層間強度低、易分層的缺點。

        (5)編織復(fù)合材料的初步探索,為以后無人機復(fù)合材料的研制奠定了理論基礎(chǔ)。

        [1]張艷明,邱冠雄,二維紡織復(fù)合材料成型的研究[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2005(2):21-28.

        [2]楊桂,敖大新,張志勇,姚學(xué)鋒.編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制造[J].工藝及工業(yè)實踐,1999(2).

        [3]沃丁柱.復(fù)合材料大全[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

        [4]陸關(guān)興,王耀先.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].上海:華東化工學(xué)院出版社,1991.

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