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浅议纺织复合材料的技术及应用分析

2013-07-10 01:01

　　论文关键词:化工行业；纺织材料；纺织复合材料

　　论文摘要:本文介绍了一种新型材料—纺织结构复合材料的发展与应用情况，对其组成特点、成型工艺和设计因素进行了分析，并提出分析该种材料力学性能的一般性方法。 
　　 
　　 
　　材料、能源和食品既是人类赖以生存的三大要素，又是人类与自然界作斗争所追求的三大目标，由它们组成的某个时代的物质世界就是人类历史演进的标志。 
　　 
　　一、纺织复合材料技术分析 
　　 
　　纺织结构复合材料是纺织技术和现代复合材料技术结合的产物，它与通常的纤维复合材料具有较大的区别。纤维复合材料是通过把纤维束按一定的角度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成的，基体材料和纤维材料于铺层或缠绕时同时组合，形成层状结构，因此也称层合(压)复合材料。纤维复合材料中的纤维是平行的、互不交叠的。而纺织结构复合材料是利用纺织技术首先用纤维束织造成所需结构的形状，形成预成型结构件(简称预成型)，然后以预成型作为增强骨架进行浸胶固化而直接形成复合材料结构。正是这种工艺的变革，使纺织结构复合材料与普通复合材料相比具有许多突出的优点，同时由于细观结构的复杂化又给设计和分析增添了更多的困难。迄今虽然经过许多研究者的努力，已经发展了各种分析模型，能解决一些应用问题，但还远没有成熟，还需要经过比较、积累和进一步发展，以形成完善而统一的分析、设计方法和相应的标准，才能使纺织结构复合材料得到更广泛的应用。 
　　 
　　二、纺织复合材料的发展 
　　 
　　在20年代，波音公司就已经使用纺织结构来增强飞机的机翼。50年代，美国通用电器公司也选择纺织结构作为碳/碳复合材料鼻锥的增强形式。70年代初，在缠绕工艺的影响下，二维编织工艺被引入复合材料领域。随着复合材料的发展，二维编织工艺也得到了迅速的发展，并为制造复杂形状复合材料开辟了一条成功之路。80年代，通过纺织界与复合材料界的合作，编织技术由二维发展到三维，从而为制造高性能复合材料提供了新的途径。三维编织结构复合材料由于其增强体为三维整体结构，大大提高了其厚度方向的强度和抗冲击损伤的性能，因而倍受重视并获得迅速发展。创造不补充加油而连续环球飞行一周记录的“航行者”飞机与美国比奇公司的“星舟”1号公务机，都采用了一些编织结构件。英国道蒂公司的复合材料螺旋浆，其浆叶为编织结构，获得1991年英国女王技术成果大奖。美国航空航天局(NASA)大力开展三维编织结构复合材料研究工作。计划中包括开发编织技术和自动化加工、开发热塑性树脂等重要内容。 

　　由此可见，现代纺织结构复合材料是在常规复合材料高度发展和广泛应用于各工业领域的基础上产生和发展起来的，通过吸收纺织学科各类织造技术，形成了机织、针织、编织等类别的纺织结构复合材料。值得指出的是，在过去40年里，还主要是以层板复合材料应用最广，特别是在航空航天、军事工业、交通等领域占据重要地位。复合材料的出现和发展对20世纪的结构工程产生了巨大的推动作用，并形成全球性的先进纤维材料的市场。在这种应用背景下，层板复合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点:如分层、开裂敏感和损伤扩展快，垂直结构厚度方向强度低，抗冲击性能差等都显露出来。由此古代纺织结构复合材料的思想必然被人们接受用来消除复合材料的“层”。在常规复合材料成熟的设计分析方法、织造工艺以及高效的纺织织造技术的前提下，现代纺织结构复合材料以惊人的速度蓬勃发展，已波及美国、法国、英国、德国、俄罗斯、拉脱维亚、芬兰、比利时、中国、日本、南朝鲜等国。其重要原因之一，就是纺织构造的优越的力学性能，特别是不同的织造技术所形成的纤维束的微观构 
　　型，适应十分广泛的载荷环境作用下的工程结构的要求。 
　　 
　　三、纺织结构复合材料应用 
　　 
　　（一）按当代历史观点，纺织结构复合材料的出现是近世纪材料科学发展的重大进步之一。而按纺织结构复合材料的定义，可以追溯到中国古代用编成排的秫桔混合粘土做成的墙体，这是纺织结构复合材料在建筑领域的最早应用。 
　　（二）用铜丝编织成的陶瓷基容器。可以考证，