復(fù)合材料中的碳纖維布編織技術(shù)

編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。在航空工業(yè)，目前該技術(shù)主要集中在編織的設(shè)備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)，并將設(shè)備和工藝與CAD/CAM進(jìn)行集成。該工藝技術(shù)一般分為兩類，一類的二維編織工藝，另一類是三維編織工藝。

傳統(tǒng)的二維編織工藝能用于制造復(fù)雜的管狀、凹陷或平面零件的預(yù)成形體，它與其它紡織技術(shù)相比成本相對(duì)較低。它的研究主要集中在研發(fā)自動(dòng)化編織機(jī)來減少生產(chǎn)成本和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。它的關(guān)鍵技術(shù)包括質(zhì)量控制、纖維方向和分布、芯軸設(shè)計(jì)等。它在航空工業(yè)的應(yīng)用包括制造飛機(jī)進(jìn)氣道和機(jī)身J型隔框。該技術(shù)通常與RTM和RFI技術(shù)結(jié)合使用，另外也可以與擠壓成形和模壓成形聯(lián)合使用。其應(yīng)用水平在洛克希德? 馬丁公司生產(chǎn)F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道制造中最能體現(xiàn)其先進(jìn)性，加強(qiáng)筋與進(jìn)氣道殼體是整體結(jié)構(gòu)，減少了95%的緊固件，提高了氣動(dòng)性能和信號(hào)特征，并簡(jiǎn)化了裝配工藝。為了克服二維編織厚度方面強(qiáng)度低的問題，開發(fā)了三維編織技術(shù)，為制造無余量預(yù)成形體提供了可能。但是該技術(shù)同樣受到設(shè)備尺寸限制。

目前，一般的編織設(shè)備只能生產(chǎn)小于 100mm截面的預(yù)成形體，而飛機(jī)零件的大型化則需要大尺寸且昂貴的編織機(jī)。該技術(shù)雖然從60年代就已發(fā)展起來，經(jīng)歷了四步編織、二步編織到多層互鎖編織技術(shù)。隨著三維編織機(jī)的發(fā)展，其在飛機(jī)制造的未來仍具有很大應(yīng)用潛力。三維編織的C、J、T板材和I型梁、連桿、機(jī)體大梁、F型機(jī)身隔框、機(jī)身筒形件等都已得到驗(yàn)證。

針織

針織用于復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)始于上世紀(jì)90年代。由于它的方向強(qiáng)度、沖擊抗力較機(jī)織復(fù)合材料好，且針織物的線圈結(jié)構(gòu)有很大的可伸長(zhǎng)性，易于制造非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件。目前國(guó)外已生產(chǎn)了先進(jìn)的工業(yè)針織機(jī)，能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的近無余量結(jié)構(gòu)，而且材料浪費(fèi)少。用這種方法制造的預(yù)成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。另外，這種線圈的針織結(jié)構(gòu)在受到外力時(shí)很容易變形，因此適于在復(fù)合材料上成形孔，比鉆孔具有很大優(yōu)勢(shì)。但是它較低的機(jī)械性能也影響了它的廣泛應(yīng)用。