带你了解碳碳复合材料加工时步骤之一的连续长纤维增强坯体的成型

      连续长丝增强的坯体， 有两种成型方法， 其一是采用传统增强塑料的成型方法，如用预浸布、 层压、 铺层、 缠绕等方法做成层压板， 回旋体和异形薄壁结构。 另一种方法是近年来得到迅速发展的编织技术， 所谓“编织” 就是通过“编” 或“织” 把纤维编织成具有一定几何形状的织物。复合材料的可设计性使得可以通过调整纤维的取向来满足结构承载要求。 具有代表性的是美RoberFlerntime 发明的 Magna 编织法。 利用现有的编织技术可进行 1 轴、 2 轴、 3 轴或多轴的二维或三维编织。

      初期用于 C/C 复合材料增强的是两维(2D)碳布， 2D 织物生产成本较低， 并且形成的复合材料在平行于布层的方向上抗拉强度比多晶石墨高， 提高了抗热应力性能和断裂韧性， 容易制造大尺寸形状复杂的部件。 二维碳布其特征由纤维束尺寸、 间距、 纤维体积分数、 纤维密实程度以及编织图案来表示。 在二种基本结构的二维织物中， 平纹织物的纤维相互交插频率最高， 而缎纹织物的最低， 斜纹织物的介于二者之间。 因而平纹织物的结构规整度好， 柔性高。

      另一方面缎纹织物低的相互穿插率和线性度使得这种织物具有高的纤维到织物之间的强度和模量转化系数， 低的规整度使得纱束间可以自 由移动，因而缎纹织物的致密度和纤维体积分数都比较高。二维织物增强的 C/C 复合材料的主要缺点是垂直布层方向的抗拉强度较低， 层间剪切强度不高， 因而易产生分层缺陷。 为了解决这个问题及改善二维平面内材料的各向同性， 又发展了 三维(3D)织物， 3D 结构是最简单的多维编织结构， 其纤维从轻、 纬、纵三个方向垂直编织而成， 可保证纤维发挥其最大结构承载能力。 穿刺织物也是一种三向结构， 如果用碳布代替正向织物中 x y 向纤维， z 向采用 CF 刚性杆将碳布逐层穿刺在一起， 即形成穿刺织物。

      为了获得更加各向同性的织物结构， 对基本的 3D 正交结构进行适当修改可得到 4D、 5D、 7D 和 11D 增强织物结构， 5D 结构是在 3D 正交结构的基础上沿 x y 平向具有新的增强效果。 为了强化 3D 正交结构增强平面间材料的性能， 这样由三个正交方向和四个对角线增强方向组成了 7D 结构。 7D 结构如果去掉其最基本的3D 正交增强向即可得到 4D 结构， 而 3D 正交结构同时增加四个对角线向和四个对角面向将产生一种基本各向同性的 11D 增强织物结构。 随着编织方向的增多， 改善了三向编织物的非轴线向的性能， 使材料的各部分性能趋于平稳， 提高了剪切强度， 降低了材料的膨胀系数， 但材料的轴线方向性能稍有降低， 并且材料可能的最大纤维体积分数也降低。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.tqtf008.top