三維機(jī)織物的分類、性能與織造

三維機(jī)織物是近年來備受關(guān)注的紡織復(fù)合材料之一，因其制備工藝廣泛、制備方法多樣，克服了二維層合復(fù)合材料層間強(qiáng)度低、易分層破壞等缺點(diǎn)，具有比強(qiáng)度高、比模量高、抗沖擊性好、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域。

三維機(jī)織物的分類

根據(jù)紗線交織規(guī)律的不同，二維機(jī)織物基礎(chǔ)組織可分為平紋、斜紋和緞紋，由這3種基礎(chǔ)組織變化組合，又可衍生出多種多樣的復(fù)雜組織。同理，三維機(jī)織物的基礎(chǔ)組織包括正交、角聯(lián)鎖和多層接結(jié)等3種，由這3種組織變化組合，又可衍生出各種復(fù)雜組織結(jié)構(gòu)的三維機(jī)織物。

三維機(jī)織物是通過接結(jié)紗將多層織物連接在一起構(gòu)成，接結(jié)紗又稱捆綁紗、Z向紗，根據(jù)接結(jié)方式又可分為經(jīng)紗接結(jié)和緯紗接結(jié)，用于連接各層織物的那部分經(jīng)（緯）紗就稱為接結(jié)經(jīng)或接結(jié)緯。

根據(jù)接結(jié)紗與經(jīng)紗層、緯紗層交織方式和傾斜角度的不同，正交組織又分為整體正交和層間正交，角聯(lián)鎖組織分為整體角聯(lián)鎖和層間角聯(lián)鎖。改變經(jīng)紗和緯紗的層數(shù)、接結(jié)紗的浮長(zhǎng)和分布，就可得到各種各樣的正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。

正交組織和角聯(lián)鎖組織

多層接結(jié)主要以經(jīng)紗接結(jié)，接結(jié)方式大體分為兩類：捆綁紗接結(jié)和自身經(jīng)紗接結(jié)。

多層接結(jié)的兩種接結(jié)方式

此外，根據(jù)三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)特征的不同，可將三維機(jī)織物分為平板狀實(shí)心織物和具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中空狀織物；根據(jù)織物截面形狀的不同，三維機(jī)織物可分為型材織物、多孔織物、管狀織物和三維殼體結(jié)構(gòu)織物等四大類。

型材織物

多孔織物

三維機(jī)織物的織造

以三維機(jī)織物為增強(qiáng)體的復(fù)合材料，不僅繼承了傳統(tǒng)層合材料高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕性以及抗疲勞等性能，也克服了傳統(tǒng)層合材料層間分離、開裂等問題，另又以質(zhì)量輕脫穎而出，其應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)閺V泛且進(jìn)展迅速。

基礎(chǔ)的三維織物至少包含3個(gè)軸向：經(jīng)向、緯向、Z向。Z向紗的引入，使得多層經(jīng)紗和緯紗緊密地捆綁在一起，有效克服了層壓復(fù)合材料普遍存在的易分層問題。對(duì)三維機(jī)織物引入更多的軸向，如三維四向、三維五向也是目前三維紡織領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

多軸向三維機(jī)織物

三維機(jī)織物的織造工藝參數(shù)主要包括紗線品種、線密度、經(jīng)緯密、織縮率、織物緊度（即紗線覆蓋系數(shù)）、織物厚度、多孔織物的孔徑形狀、尺寸等。這些因素直接或間接地影響到復(fù)合材料的性能。

三維織物既可以在傳統(tǒng)織機(jī)上進(jìn)行織造，也可對(duì)傳統(tǒng)織機(jī)加以改進(jìn)。例如，將單織口改為多織口織造，可以顯著提高織造效率，并有效減少織造過程中經(jīng)紗的磨損。采用多經(jīng)軸或筒子架供紗，可以更有效地控制經(jīng)紗張力。還可以開發(fā)專用織機(jī)，制備某一種結(jié)構(gòu)的三維織物。例如，采用圓織機(jī)直接織造管狀織物，可以避免采用平面法織造碳纖維管狀織物時(shí)壓扁給碳纖維造成的損傷。

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