復合材料中的碳纖維布編織技術

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構的預成形體。這種工藝通常能夠制造出復雜形狀的預成形體，但其尺寸受設備和紗線尺寸的限制。該工藝技術一般分為兩類，一類的二維編織工藝，另一類是三維編織工藝。在航空工業(yè)，目前該技術主要集中在編織的設備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)，并將設備和工藝與CAD/CAM進行集成。

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

目前，一般的編織設備只能生產(chǎn)小于100mm截面的預成形體，而飛機零件的大型化則需要大尺寸且昂貴的編織機。該技術雖然從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。隨著三維編織機的發(fā)展，其在飛機制造的未來仍具有很大應用潛力。三維編織的C、J、T板材和I型梁、連桿、機體大梁、F型機身隔框、機身筒形件等都已得到驗證。

針織

針織用于復合材料的增強結構始于上世紀90年代。用這種方法制造的預成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強結構的機械性能。由于它的方向強度、沖擊抗力較機織復合材料好，且針織物的線圈結構有很大的可伸長性，易于制造非承力的復雜形狀構件。目前國外已生產(chǎn)了先進的工業(yè)針織機，能夠快速生產(chǎn)復雜的近無余量結構，而且材料浪費少。另外，這種線圈的針織結構在受到外力時很容易變形，因此適于在復合材料上成形孔，比鉆孔具有很大優(yōu)勢。但是它較低的機械性能也影響了它的廣泛應用。

經(jīng)編

針織在航空航天工業(yè)的應用很有潛力。而采用經(jīng)向針織技術，并與纖維鋪放概念相結合，制造的多軸多層經(jīng)向針織織物一般稱為經(jīng)編織物。這種材料由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。經(jīng)編技術可以獲得厚的多層織物且按照期望確定纖維方向，由于不需要鋪放更多的層數(shù)，極大提高經(jīng)濟效益。國外目前已經(jīng)能夠在市場上獲得各種寬幅的玻璃和碳纖維經(jīng)編織物。這種預成形體有兩個優(yōu)點：一是與其他紡織復合材料預成形體相比成本低；二是它有潛力超過傳統(tǒng)的二維預浸帶層壓板，因為它的纖維是直的，能夠在厚度方向增強從而提高材料的層間性能。國外航空航天工業(yè)部門正在研究將這種技術用于次承力和主承力構件，已經(jīng)在飛機機翼桁條和機翼壁板上進行了驗證，預計未來將在飛機制造中廣泛應用。但是目前限制其應用的主要原因是原材料成本高以及市場化程度不夠。

針對以上預成形體制造技術，國外近年還開展了多種研究，如美空軍實施復合材料結構斜織預成形體開發(fā)計劃，取消鋪層工序，以降低加工整體復合材料結構的復雜程度及成本。G7oE6p