復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(xiàn)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(xiàn)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備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實(shí)現完全自動(dòng)化生產(chǎn)，并將設備和工藝與CAD/CAM進(jìn)行集成。該工藝技術(shù)一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)的二維編織工藝，另一類(lèi)是三維編織工藝。

傳統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(shù)相比成本相對較低。它的研究主要集中在研發(fā)自動(dòng)化編織機來(lái)減少生產(chǎn)成本和擴大應用范圍。它的關(guān)鍵技術(shù)包括質(zhì)量控制、纖維方向和分布、芯軸設計等。它在航空工業(yè)的應用包括制造飛機進(jìn)氣道和機身J型隔框。該技術(shù)通常與RTM和RFI技術(shù)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戰斗機進(jìn)氣道制造中最能體現其先進(jìn)性，加強筋與進(jìn)氣道殼體是整體結構，減少了95%的緊固件，提高了氣動(dòng)性能和信號特征，并簡(jiǎn)化了裝配工藝。為了克服二維編織厚度方面強度低的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了三維編織技術(shù)，為制造無(wú)余量預成形體提供了可能。但是該技術(shù)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(shù)雖然從60年代就已發(fā)展起來(lái)，經(jīng)歷了四步編織、二步編織到多層互鎖編織技術(shù)。隨著(zhù)三維編織機的發(fā)展，其在飛機制造的未來(lái)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。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(xiàn)圈結構有很大的可伸長(cháng)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(jìn)的工業(yè)針織機，能夠快速生產(chǎn)復雜的近無(wú)余量結構，而且材料浪費少。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。另外，這種線(xiàn)圈的針織結構在受到外力時(shí)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。