织物基础:复合材料制造中的织造织物要点
编者注:本文原发于NetComposites.com。NetComposites于2020年2月被CompositesWorld母公司Gardner Business Media收购。
当复合材料制造应用需要多个纤维取向时,结合0°和90°纤维取向的织物很有用。
织造织物通过经向(0°)纤维和纬向(90°)纤维按规则图案或织法交织生产。织物完整性靠纤维机械互锁维持。织物的铺贴性(贴合复杂表面能力)、表面平滑度和稳定性主要由织法控制。以下介绍常见织法:
平纹
每根经纤维交替穿过每根纬纤维上下。织物对称,稳定性好,孔隙率适中。但它是最难铺贴的织法,高纤维屈曲导致力学性能相对其他织法较低。大纤维(高特克斯)下此织法屈曲过大,故不适用于重织物。
斜纹
一根或多根经纤维按规则重复方式交替穿过两根或更多纬纤维上下。形成直线或断续对角“肋”视觉效果。斜纹比平纹浸透性和铺贴性更优,稳定性略降。屈曲减少使表面更平滑,力学性能略高。
缎纹
缎纹本质是改良斜纹,减少经纬交织点。“挂数”(通常4、5、8)指纤维重复模式前穿过和穿下的总纤维数。“鸡爪”织法是不同交错重复模式的缎纹形式。缎纹极平整,浸透性好,铺贴性高。低屈曲赋予良好力学性能。缎纹允许纤维以最近距离编织,可生产紧密织物。但需考虑其低稳定性和不对称性。不对称导致一面纤维以经向为主,另一面以纬向为主。多层铺叠时须注意避免因不对称效应在构件内积累应力。
篮子织
篮子织本质同平纹,但两根或更多经纤维与两根或更多纬纤维交替交织。两经交叉两纬称2×2篮子织,排列可不对称,故可有8×2、5×4等。篮子织更平整,因屈曲减少比平纹强,但稳定性较差。必须用于高特克斯粗纤维制造的重质织物,以避免过度屈曲。
绞纹
绞纹改善低纤维计数“疏松”织物稳定性。一种平纹变体,相邻经纤维绕连续纬纤维扭绞成螺旋对,有效“锁住”每根纬纤维。绞纹织物通常与其他织法配合使用,因单用其疏松性无法生产有效复合部件。
假绞纹
一种平纹变体,间距规则但通常相隔数根的偶发经纤维偏离交替上下交织,改为每两根或更多交织一次。纬向同频发生,整体效果为织物厚度增加、表面粗糙、孔隙率增加。
玻纤纱织物 vs. 直接无捻粗纱织物
纱基织物一般比无捻粗纱提供更高单位重量强度,且因较细可生产可用重量范围轻端织物。无捻粗纱织物生产成本更低,浸透更有效。但因仅提供较重特克斯,只能生产中重端织物,更适合厚重层板。
纤维