三維機織物的分類、性能與織造

三維機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)合材料層間強度低、易分層破壞等缺點，具有比強度高、比模量高、抗沖擊性好、可設(shè)計性強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、汽車、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域。

三維機織物的分類

根據(jù)紗線交織規(guī)律的不同，二維機織物基礎(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)的三維機織物。

三維機織物是通過接結(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)三維機織物結(jié)構(gòu)特征的不同，可將三維機織物分為平板狀實心織物和具有復(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

三維機織物的織造

以三維機織物為增強體的復(fù)合材料，不僅繼承了傳統(tǒng)層合材料高比強度、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)域為廣泛且進展迅速。

基礎(chǔ)的三維織物至少包含3個軸向：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。對三維機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)域的研究重點和熱點。

多軸向三維機織物

三維機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)織機上進行織造，也可對傳統(tǒng)織機加以改進。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，制備某一種結(jié)構(gòu)的三維織物。例如，采用圓織機直接織造管狀織物，可以避免采用平面法織造碳纖維管狀織物時壓扁給碳纖維造成的損傷。

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