经纱织造张力对碳纤维增强三维机织复合材料力学性能的影响研究

三维机织预制体生产过程中,经纱张力控制对预制体织造及复合材料性能有至关重要的影响,选择最佳经纱织造张力可以有效提高三维机织复合材料质量。文章研究了不同经纱织造张力对三维机织预制体及三维机织复合材料性能的影响,结果显示:经纱织造张力越大,在机织造过程中经纱的磨损就较大,预制体面密度越大。当经纱织造张力为150 gf时,织造的预制体对应的复合材料经向拉伸强度最大,但经纱织造张力对其经向压缩性能几乎没有影响。

典型多向2.5D机织预制体近净形编织结构设计

针对多向异型复合材料构件用3D整体预制体,基于衬经2.5D机织结构,提出5种近净形转向仿形编织工艺,设计并制备了具有典型引纱加纱结构的板条状预制体试样。采用计算机断层扫描法(Micro-CT),观测各系统纱线横截面形态变化和纱线取向分布规律,发现引出加入的纱线沿织物厚度方向挤紧状态发生改变,其横截面从椭圆形变成梯形,又变为三角形,经纱被引出和加入会造成与其接触的纬纱横截面变化。结合复合材料构件的实际承载工况,对具有5种引纱加纱结构的复合材料试样进行了经向抗弯性能测试,结果表明,复合材料的弯曲强度和弯曲模量保持率分别达到82.6%~95.7%和89.1%~97.9%。可见,立足于满足复合材料力学性能要求,发展预制体的三维整体仿形编织技术,是实现复杂形状复合材料构件材料/结构一体化制造的有效途径。