多轴向缝编织物的分析及介绍

       本文介绍了多轴向缝编织物起源、结构特点，并主要介绍了缝编织物与普通织物相比，前者提高了材料的力学性能、抗疲劳性能、损伤容限，并改善了材料的工艺性能。

      1缝编织物简介

　　20世纪70年代后期，缝编织物最早出现在了欧美等发达国家，1998年，航天材料及工艺研究所引进了MALIMO第一台新式多轴向缝编机，同时将该项技术引进到中国。由于它的纤维平行且伸直，是一种无卷曲结构，同时，它又可以根据需要将不同的纤维放在不同的角度，使材料中各方向纤维性能得到充分发挥，因此很快得到广泛使用。缝编织物最初应用于航空航天飞行器复合材料制品上。近年来，随着科技进步和各种新型高性能纤维的出现，复合材料用缝编织物得到了进一步发展，尤其在风力发电叶片、船舶等大型复合材料制品上得到广泛应用。

　　2缝编织物的特征

　　1）缝编织物是由若干层伸直并相互平行的纱线层组成，需要时可添加短切毡层；
　　2）纱线角度分别为0°、 90°和/或 ±45～80°，顺序可加以变化；
　　3）各纱线层用缝合线固定，以防滑动；
　　4）可以根据设计需要，实现不同纤维混合编织，充分发挥各种纤维性能。
　　2缝编织物和普通织物结构的差别。
　　1）缝编织物的纱线是相互平行且伸直的，普通织物的纱线是卷曲交织的；
　　2）缝编织物的纱线可按多种角度排列。而普通织物只能有0°和90°；
　　3）缝编织物为多层结构，最多可达八层，再加上1～2层毡。而普通织物一般只有两层；
　　4）缝编织物各层之间用缝编线捆绑，纱线之间不容易移动，且缝编线线圈长度可调整而普通织物靠纱线相互交织而成，纱线间易滑动。
　　3缝编织物的优点和特点

　　3.1充分发挥纤维原始特性、提高复合材料性能

　　由于缝编织物的纤维是相互平行且伸直的，当其与树脂结合形成的复合材料在受力是，每束纤维都均匀的承力，所以纤维的强度和刚度在复合材料中得以充分发挥。另外使用不同纤维混编，可以在成本增加不多的情况下充分发挥高性能纤维的性能。而普通织物的经纬纱线呈波浪状，当其受力时，纤维要先展直后才能受力，受力不匀，导致材料局部破坏。

　　3.2 提高了复合材料的抗疲劳性能，从而提高了材料的使用寿命

　　普通织物制造的复合材料，由于在层间有较多的树脂，并且在外力作用下纤维和树脂间发生相对滑动，所以在交变应力的作用下，树脂和纤维间的界面很快受到破坏，导致复合材料的抗疲劳性能降低。而在缝编织物中纤维是伸直而平行排列，而且树脂含量相对较少，层间界面结合较好，所以树脂和纤维间的界面较为稳定，提高了复合材料的抗疲劳性能。

　　3.3提高材料损伤容限，从而提高了材料的可靠性。

　　由于缝编织物的层间用涤纶丝缝合，其抗损伤容限性相比传统机织物有所提高。损伤容限的提高对恶劣环境下长期使用的复合材料是非常有意义的，比如风力发电叶片，其增强材料损伤容易有效提高后，将大幅降低叶片的使用寿命，缩减维修成本。
　　3.4 各向可设计

　　多轴向缝编织物另一个最大特点就是织物各层可以根据需要预设计，不仅织物密度、层数可以预先设计，原材料也可以根据预先设计选定不同特性的材料。这样我们可以根据使用状态选定材料的类型、方向、单层密度等，一次编织出满足要求的产品，最大限度的发挥材料特性。 目前在风电领域已大量使用碳纤维与玻璃纤维混编的缝编织物，芳纶纤维与玻璃纤维混编织物则在船舶领域广泛使用。
　　3.5改善了材料的工艺性能

　　1） 浸润性好

　　普通织物的纤维是高低交织的，垂直方向的纤维树脂阻断了树脂的流动，所以浸润速度较慢。而缝编织物的纤维是平行且伸直排列，同一层纤维与纤维之间形成了通道，因此单层间纤维很容易被树脂浸透，与此同时，树脂也完成了层与层间纤维的浸透，节省了工艺时间。目前在使用缝编织物制作大尺寸复合材料构建时，还用到导流管或者导流网，以缩短浸润时间。

　　2） 附模型好

　　缝编织物采用涤纶纤维捆绑，捆绑时还可以通过调整线圈长度控制织物的松紧，这样织物就可以适应不同的模具，特别是在复杂曲面模具上。在制作风电叶片大梁时，缝编织物良好的附模型保证了纤维性能有效发挥。
　
   　3）纤维定向性好

　　在普通织物中，由于树脂的推进阻力大，不得不在RTM工艺中加大压力，过大的压力会冲乱布层，影响产品性能。而缝编织物由于层间由涤纶纤维捆绑固定，层间不易滑动。

　　3.6 减少材料消耗，提高工效，降低成本

　　用户在选购材料时，往往比较重视产品的单价，而忽略材料的性能。许多材料的性能是很好的，但是没有得到充分的发挥。正确的选材应考虑到重量-强度-价格三元素的最佳化关系。即我们每花一元钱不但要购买一定重量的材料，还包括性能要求。所以要重视材料的比强度和比刚度，并且能充分的发挥材料的潜在性能。

　　总之，我们的责任是引导用户，正确对待材料的特性，消除人们的一些误解，认为某种材料就是绝对低性能材料，而用更贵的材料去代替，其实任何选用过高或过低性能的原材料都是错误的质量慨念，重要的是必须把它按正确的方式和要求放到正确的位置（方向和数量），才能分利用材料的潜能，缝编织物正是解决了这一问题。