多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。     

碳/芳纶混编三维编织复合材料拉伸性能

为分析三维编织复合材料拉伸性能和失效机制,分别以碳纤维和芳纶纤维为轴纱和编织纱织造了三维五向、三维六向碳/芳纶混编复合材料。采用数字图像相关法采集试样在单轴拉伸过程中表面全场应变信息得到的泊松比。结果表明：三维编织复合材料泊松比受编织结构的影响较大,同种编织结构下,碳纤维为轴纱的复合材料基本保持了碳纤维三维编织复合材料的拉伸强度和模量,同时提高了断裂伸长率;芳纶纤维为轴纱的复合材料则显著提高了断裂伸长率,但拉伸强度和模量损失较为明显;同种混编方式下,三维五向编织复合材料的拉伸强度和拉伸模量较三维六向高,断裂伸长率无明显差异。编织纱分别为碳纤维和芳纶纤维的三维编织复合材料高应变区分别类似点阵分布和波浪线分布,三维五向和三维六向编织复合材料高应变区分别呈均匀分散分布和横向分布。     

异制件用三维编织复合材料的拉伸性能

通过对具有不同减纱结构参数的三维编织复合材料试件做纵向拉伸实验,分析了该类材料的拉伸性能随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。结果表明,纤维体积含量相同时,减纱使复合材料的强度有所降低,初始模量变化不大;减纱点缺陷对复合材料拉伸性能影响较小,试件断裂断面位置具有随机性;如出现一段纱线空缺对性能影响较大,试件大都在减纱截面断裂;如必须减纱才能完成制件的外形尺寸,应使减纱点在整个制件内均匀分布,每个截面的减纱数量不超过总数的10%。     

开孔三维机织复合材料的拉伸性能

为研究开孔尺寸对三维机织复合材料拉伸力学行为、破坏模式以及失效机制的影响规律,设计了3种不同孔径的三维机织复合材料试样,利用非接触全场应变测试系统和显微图像技术进行表征。结果表明:6、10、14 mm 的孔径对三维机织复合材料的拉伸模量几乎没有影响,开孔后全截面拉伸强度分别下降35.6％、44.5％和51.8％,但开孔后的净截面拉伸强度基本相同,与未开孔试样相比,平均拉伸强度下降约22.4％;未开孔试样的全场应变呈现均匀分布,而开孔试样在孔左右两侧呈现出应变集中;开孔试样的断口形貌相似,主要表现为经纱的断裂,并伴随有部分纱线的抽拔以及层间开裂。     

三维正交机织复合材料拉伸性能研究

阐述了三维正交机织复合材料沿不同方向的拉伸力学性能。复合材料以三维正交机织玻璃纤维织物为增强体,以环氧树脂为基体,基于真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺成型并制备试样。测试了试样的拉伸性能,结果表明:该三维正交机织复合材料90°(纬向)的拉伸性能优于0°(经向),但断口处存在严重的纤维抽拔和界面脱粘现象;增强体结构中经纱和纬纱含量对拉伸性能影响较大,面内某一纱线含量高,则该方向拉伸性能就强。同时,Z纱有效地改善了普通层合板复合材料拉伸分层失效的缺陷,但玻璃纤维与树脂基体界面结合性能较差。     

三维机织热塑复合材料的制作与性能

设计了一种以包芯编带纱为中间体制作三维机织热塑复合材料的方法。对复合材料的空隙率、拉伸、弯曲性能进行了实验和分析。研究表明,包芯编带纱既能满足热塑树脂的均匀渗透,又具有良好的三维织造性能;三维机织热塑复合材料的刚度较低,预拉伸工艺可以显著提高复合材料的拉伸刚度和弯曲刚度。     

角联锁复合材料的拉伸破坏

为说明角联锁机织复合材料在准静态拉伸加载下的破坏行为,通过实验分析的方法,考察了材料的应力-应变曲线以及破坏形态,说明了角联锁机织复合材料在准静态拉伸载荷下的破坏模式与机制。结果表明:角联锁机织复合材料在整个拉伸过程中经历了3个阶段。此外,树脂碎裂、纱线的断裂抽拔是角联锁机织复合材料在准静态拉伸加载下的主要破坏模式,且材料断口较为整齐,断口处可发现纱线上几乎不黏附树脂,说明拉伸过程中纱线与树脂界面发生脱黏现象。     

捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响

以高强涤纶纱为原料,借助自主改造的二维小样机织造三种捆绑组织(平纹、斜纹和缎纹)的三维正交机织物,再采用真空辅助树脂传递模型工艺制作三维正交机织复合材料。重点研究三种不同的捆绑组织对三维正交机织复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维正交机织复合材料沿经向拉伸时断裂表面较平整,沿纬向拉伸时断裂处形状不规则;捆绑组织为缎纹的三维正交机织复合材料的拉伸性能整体最好,捆绑组织为平纹的三维正交机织复合材料拉伸性能整体最差;三种捆绑组织的三维正交机织复合材料纬向拉伸断裂强度大于经向拉伸断裂强度。     

玄武岩纤维机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能

根据新型机织针织复合织物的结构特点,分别选用不同线密度的高强高模玄武岩纤维作为经纱、纬纱和针织纱编织织物,以其作为增强体,采用VARTM工艺制作玄武岩纤维/乙烯复合材料.为提供这种新型织物增强复合材料的应用依据,测试了复合材料的横向、纵向和斜向拉伸性能,并对各个方向的拉伸应力与应变特征曲线及其拉伸断裂形态进行分析,对比...     

基于气缸的三维机织增强体织造系统设计

为在经纱方向引入贯穿织物厚度的接结纱从而提升机织增强复合材料层间性能,以三维正交无卷曲机织增强体为对象,设计了一种窄幅三维机织织造系统。采用气缸作为开口、引纬和打纬的主要驱动部件,实现多重综框的独立开口运动与管状多剑杆机构的多层梭口同时引纬运动,并在可编程控制器上实现各机构协调运作,使经纬纱垂直平铺,接结纱与纬纱交织并贯穿织物起到层间约束作用。通过显微镜观察三维机织增强复合材料各个切面(分别沿经纱、纬纱和接结纱),并测量纱线卷曲度、横截面积、组织单元尺寸等关键几何参数。测量结果表明,这种三维机织系统可实现三维正交无卷曲机织增强体的织造。     

三维正交机织复合材料的冲后压缩性能

为揭示纱线张力对三维机织复合材料抗冲击及冲后压缩性能的影响规律,基于多剑杆织造工艺,配置不同接结纱张力(25、50、100 cN)织造三维正交机织物,通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备复合材料,并在室温下进行低速冲击及冲后压缩性能测试。结果表明：当接结纱张力为100 cN时,试样在冲击载荷下发生表层树脂大面积破裂和剥离并使纬纱失去支撑,同时,试样表层纬纱发生较大卷曲,促使压缩载荷发生屈曲失效;接结纱张力为100 cN试样的压缩性能相比接结纱张力为25 cN试样下降约50%;接结纱张力较高时易导致纬纱卷曲增大和树脂富集,并由此降低试样的弯曲刚度和冲后压缩性能。     

Effect of weft density and percentage of stainless steel fiber content of weft yarn on electrical properties of woven fabric strain sensors

Textile-based strain sensors have been used in smart textiles frequently. In this study, effect of percentage of stainless steel fiber of spun yarn (i.e. 28 and 40%) and weft density (i.e. 14, 18, and 22 per cm) of conductive yarn on performance and sensitivity of woven fabrics strain sensor under tensile cyclic loading in 3 mm elongation and also behavior of woven fabric strain sensors under simple tensile loading, was studied. Our finding showed the interaction between weft density and percentage of conductive fiber of spun yarns on performance and sensitivity of strain sensors under cyclic loading. Samples prepared by conductive yarns with 40% stainless steel fiber showed no clear cyclic variation in 18 and 22 weft per cm. This trend for samples woven with conductive yarn with 28% stainless steel fiber was only observed in 22 weft per cm. All samples showed the same trend of resistance variation during simple tensile loading, although the level of resistance variation was different. The slope of resistance variation during tensile cyclic loading confirmed plastic deformation of samples. Finally, by comparing the sensitivity of strain sensors during cyclic loading no obvious advantage was obtained for samples woven with conductive yarn with 40% stainless steel fiber compared with samples woven with conductive yarn with 28% stainless steel fiber.     

五轴向立体机织物的单元体结构分析

分析了斜向纱的排列方式对五轴向立体机织物的结构和Z向纱密度的影响,获得了2种类型的五轴向立体机织物结构:一种结构稀疏,Z向纱密度小;另一种结构紧密,Z向纱密度大。以紧密结构的五轴向立体织物为研究对象,建立了该织物的单元体结构模型,采用解析几何方法,计算了Z向纱的截面形状,根据Wβ/WX、Wβ/WY与cosβ、sinβ的关系,Z向纱的截面形状可呈八边形、六边形和四边形等不同形状。     

智能复合材料中碳纳米管纱线参数设计及其变化特征

为将碳纳米管纱线传感器嵌入复合材料中, 利用三维编织技术构建了智能三维编织复合材料。针对三维六向编织复合材料编织结构,构建了编织机携纱器运动数学模型;提出了智能复合材料嵌入碳纳米管纱线的数量、长度的计算方法;分析了碳纳米管纱线在承载下的电阻变化特征。实验证明：通过Bezier 曲线计算的碳纳米管纱线长度值与实际长度的误差小于1%;当拉伸应变超过2%时,嵌入的碳纳米管纱线的应力与应变开始出现非线性;试件的加载－ 卸载对碳纳米管纱线的电阻变化具有一定影响,试件承受大负荷卸载后,碳纳米管纱线会产生剩余电阻。     

2.5维机织复合材料的几何结构模型与验证

为验证2.5维机织复合材料结构与其力学性能的关系,基于对材料断面显微照片的观察和分析,假定纤维束截面为为跑道形,建立了2.5维机织复合材料的单元结构模型。借助模型推导出纱线在几种典型结构（浅交弯联、浅交直联、深角联）的单元体结构内的纱线长度、接结经的取向角和纤维体积分数,并对材料进行拉伸、压缩性能预测。制作了满足要求的2.5维机织复合材料实验件并对其进行力学性能测试,通过试验值和预测值的对比,验证几何模型的正确性。     

The dimensional and mechanical properties of wool/polyester fabrics made from vortex and ring-spun yarns

Fabric woven from wool/polyester (PES) Murata vortex spun (MVS) blend yarn is a commercially viable proposition particularly on the basis of advantageous wear-resistant properties, compared with fabric made from traditional worsted ring-spun yarn. However, in some early industrial trials with fabric made from 45/55-blend wool/PES MVS yarn, significantly greater relaxation shrinkage was found relative to comparable worsted ring-spun fabric. It was noted at the time that the amount of relaxation shrinkage in MVS fabric could be reduced to a large extent by using steamed MVS yarn.

In this study, the extent of variations in the dimensional and mechanical properties of fabric samples woven from a combination of steamed and unsteamed MVS yarn and equivalent worsted ring-spun yarn is examined. In general, greater hygral expansion and relaxation shrinkage were found in loom-state fabrics made from unsteamed MVS yarns, whereas the fabric made from steamed MVS and ring-spun yarns gave relatively low levels of relaxation shrinkage and hygral expansion. Permanent setting of fabrics, by pressure steaming, was found to be more effective than yarn pre-steaming in reducing relaxation shrinkage levels of fabrics made from unsteamed MVS yarn. After pressure steaming, all fabrics showed similar levels of relaxation shrinkage and hygral expansion.

Permanent setting of the fabrics, by pressure steaming, resulted in similar levels of relaxation shrinkage and hygral expansion, irrespective of the yarn production method; relaxation shrinkage fell to around 1% and hygral expansion increased by about 1%, relative to the loom-state samples. MVS fabrics were relatively heavier and fuller and had a firmer handle than the worsted ring-spun fabrics, reflecting the greater fabric weight, thickness and shear rigidity measured on these fabrics. These attributes are associated with different structures of the worsted ring-spun and MVS yarns used to make the fabrics.     

变截面三维编织预制件的增减纱机制

从单元体角度分析了变截面三维编织预制件织造过程中增加或减少纱线的机制,讨论了单元数量减少法和单元尺寸缩减法2种具体实施方案的工艺、适用性和优缺点。采用数字摄影技术对预制件的表观结构进行了观测;采用拓扑方法对表面和内部减纱点处的纱线运动轨迹进行了分析,建立了纱线空间交织结构的几何模型。结果表明,采用2种减纱工艺制作的变截面预制件表面均无通透性孔洞缺陷,内部纱线倾斜方向无改变,倾斜角度稍有变化,整体结构不会出现明显应力集中,可以单独或联合使用制作变截面构件。     

采用现代工艺的传统风格夏布开发

为了减少传统夏布织造的人工投入、降低生产成本、缓解对传统手工艺人技术依赖程度,降低生产成本,提高质量,用环锭纺苎麻纱和剑杆织机进行传统风格夏布的制作。结果表明: 采用现代工艺,经纱选用普通的线密度为27.8tex的环锭纺苎麻纱,纬纱采用线密度为90.9tex的传统手工拈绩纱,用剑杆织机可织造出具有传统风格的夏布;现代工艺织造的夏布生产成本仅为传统生产工艺的三分之一,幅宽可以达到150cm,其幅宽与布面质量稳定、布边笔直、表面平整;对应用现代工艺织造的夏布风格和性能的测试结果显示,其外观风格、力学性能保留了传统夏布的特征。     

外衣用棉经编织物结构设计与生产工艺

利用棉纱和经编技术的特性,针对棉纱的断裂强力和毛羽难以满足经编用纱要求的问题,提出了棉纱在经编中应用的关键技术;给出了从纺纱方法、整经及织造工艺过程中尝试采用的解决措施,选用集聚纺棉纱,在整经时加白油使棉纱毛羽贴伏以减小与成圈机件的摩擦,在分纱筘上将棉纱分为２ 层以减少纱线间摩擦,降低表观毛羽间的纠缠,最后从经编结构和工艺设计角度出发开发了２ 款棉经编外衣面料,利用棉纱作衬纬组织与前梳纱线形成闪避效应获得一面棉一面涤的双面效应,棉纱作成圈组织配合空穿形成斜纹效应。