纺织复合材料整理解析

复合材料的组成、各部分的作用；
增强材料（分散相）：作为骨架材料，承担主要载荷；
基体材料（连续相）：将增强材料粘合在一起，使之免受摩 擦、均匀分布，达到材料成型的目的，均衡和传递构件所承 受的载荷；
界面相：复合材料不同相间的界面附近由于复合过程中极其 复杂的物理和化学变化而形成的既不同于基体相、也不同于 增强相性能的区域。
芳香族聚酰胺纤维（Aramid 芳纶）
结构：由酰胺键连接的由芳香族基团组成的线型合成高分子。
聚对苯二甲酰对苯二胺 Kevlar Technora 芳纶1414
聚间苯二甲酰间苯二胺 Nomex Conex 芳纶1313
大分子链中以芳香基取代脂肪基，链的柔性减小，刚性增大，反映在纤维的 性能方面是其初始模量和耐热性显著增大，并具有优异的韧性。
可用作增强材料的织物
机织、针织、编织、层合片和非织造布等结构
三维织物与传统二维织物的区别：
➢纱线交织方向数不同：纱线交织方向数是三或三以上。 ➢织物厚度不同：统织物较薄，是单层或两层及两以上层数的织物； 三维织物较厚，织物层数可达几十层。 ➢纱线状态不同：三维织物内部的纱线往往是伸直的，在织物表面 发生大的屈曲和转向；多采用不加捻的长丝，且主要由高性能纤维 进行织造。 ➢织物形状复杂程度不同：传统织物是平面的织物，形状简单。立 体织物是圆筒形、方形、矩形、T形、工字形等断面的织物。 ➢用途不同：一般立体织物是与其它材料如树脂等复合成高性能的 复合材料。
常用增强纤维的种类（GF, CF, Kevlar,
UHMPE等）；
碳纤维（Carbon fiber, CF） 玻璃纤维Glass Fiber（GF）
高模聚乙烯（UHMPE）纤维
纤维增强体的分类：
碳纤维
碳纤维（Carbon fiber, CF）：纤维状的炭材料，其化学组 成中碳元素占总质量的90%以上。
碳纤维的分类：
碳纤维的制造方法：
碳：金刚石、石墨等同素异形体。
—— 不溶（尚未找到溶剂）、不熔（3800K以上直接升华）
制造碳纤维： 碳化法：高分子纤维——碳化——碳纤维 气相生长：低分子烯烃气体、氢气——高温热解——沉积、生长
碳纤维的特性：
高强度，高模量； 密度小； 热性能好； 单丝细，复丝不匀率低； 耐腐蚀； 导电性能优异； 耐辐射；
复合材料的分类
复合材料的分类方法——很多，常见的分类方法有以下几种：
按用途分类—— •结构复合材料：利用复合材料的良好力学性能，用作各种 结构件。
•功能复合材料：利用复合材料的物理、化学和生物学的功 能作为主要用途。包括压电、导电、雷达隐身、永磁、光致 变色、吸声、阻燃、生物自吸收等种类繁多的复合材料，具 有广阔的发展前途。 未来的功能复合材料比重将超过结构复 合材料，成为复合材料发展的主流。
复合材料的定义
国际标准化组织对复合材料的定义：由两种以上在物理和化 学上不同的物质组合起来而得到的一种多相固体材料。
《材料科学技术百科全书》中关于复合材料的定义如下： 复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材 料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料 的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。 可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从 而获得更优越的性能，与一般材料的简便混合有本质区别。
脆性材料，不耐剪切； 抗氧化性能差； 破坏前无预报；
PAN基碳纤维的制造方法：
预氧化
碳化
PAN原丝
预氧丝
石墨化
碳纤维
石墨纤维
碳纤维的应用：
长丝复丝及织物：用作复合材料的增强材料。 三大应用领域：航空航天材料、体育器材、其他工业。
短纤维及毡：绝热材料、填充材料、过滤材料、催化剂载体等 活性碳纤维：吸附材料，废水废气处理。
按增强相材料形态分类—— •颗粒、薄片增强复合材料 •晶须增强复合材料 •短纤维复合材料（杂乱或有一定取向） •连续纤维复合材料 •织物（二维、三维）增强复合材料
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复合材料的特点
•性能优越：比强度、比模量、轻质、耐疲劳、减震性好、 抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等； •功能多样：可综合发挥各种组成材料优点，使一种材料具 有多种功能； •可设计性：可按对材料性能需要进行材料的设计和制造； •一次成型：可制成所需要任意形状产品，避免多次加工工 序。
预型件（Preform）：利用纺织工艺方法铺设纤维，成为纺织 结构复合材料的预先成型件，是复合材料的骨架。
二、纺织结构复合材料的特点（优越性）
➢ 纺织结构复合材料具有整体性，各方向的性能都较好， 提高了抗损伤及沿厚度的性能。
克服了层板复合材料层间性能低、易分层而引起冲击损伤容限差和 沿厚度的性能弱的缺点。例如，碳化硅纤维三维编织物增强玻璃整 体结构复合材料的发动机叶片的沿厚度强度，是复合材料层板叶片 的10倍(从3MPa增至30MPa)。
➢ 可制造形状复杂和尺寸大的构件，降低成本。
制造单层复合材料和手糊复杂形状的构件，需要较长的制作周期，消耗较 多的原材料和能源。纺织结构复合材料的模压整体成型能节约成本，特别 是三维纺织复合材料。例如，飞机上的玻璃纤维缝合织物增强复合，材料 的外形复杂的整流罩，比沿用的产品大大减少了皱稻及降低成本75％。
应用：芳纶1414：帘子线；防弹服装；航空航天复合材料。
芳纶1313：航空飞行服，宇航服，绝缘服，消防服，高 温下的过滤布、滤带等。
纺织复合材料的概念
广义上：纺织复合材料是指采用纤维或纤维制品为增强材料的 复合材料。 狭义上：纺织复合材料特制采用纺织方法尤其是三维织造方法 获得具有整体结构的预型件，并与基体材料复合所获得的复合 材料。
按基体材料分类—— •聚合物基复合材料（热固性、热塑性树脂、橡胶） •金属基复合材料（铝、钛、镁） •陶瓷基复合材料 •水泥基复合材料 •碳基复合材料
按增强材料种类分类—— •玻璃纤维复合材料 •碳纤维复合材料 •有机纤维复合材料（芳纶、UHMPE、PBO等） •金属纤维复合材料（钨丝、不锈钢丝） •陶瓷纤维复合材料（硼纤维、碳化硅纤维） •混杂纤维复合材料（两种以上纤维）
➢ 合理的设计和工艺保证了结构件的强度和韧性。
通过增强件、基体和界面的合理配置，使纺织复合材料成为同时具有强度 和韧性的结构复合材料。三维纺织复合材料可整体成型复杂件，防止了由 个别层板结构组合构件时出现皱褶，同时也避免了在粘结、螺接和共固化 中造成的工艺损伤，从而提高了受力的性能，使纺织复合材料更具有轻质、 高强的优越性。