浅谈复合材料三维编织工艺（上）

1.1 三维编织工艺概述

三维编织技术是在传统二维编织技术上发展起来的一种高新纺织技术。发展它的目的是为了克服传统复合材料固有的缺点，即受力后容易分层的问题。正是由于这个缺点，传统复合材料很难用于制作主承力结构件和高功能制件，而三维编织技术最大的优势就在于非常适合制作各种复杂形状的高性能纤维结构件、连接件。

简单的来说，三维编织是在二位编织的基础上增加了轴向纤维，从而织出立体整体的织物高新纺织技术。三维编织复合材料的编织工艺有两步法、四步法、多层联结编织法和多步法等，其中四步法和两步法是目前该领域使用最主要的两种方法：

四步法可以编织许多不同截面的结构，如板状、管状、半柱状和柱状等。

两步法适合编织非常厚的结构，可以编织板状、管状等结构。

三维编织好处很多，最主要的一点是其克服了传统复合材料夹层式结构，避免了分层情况，在一些结构件中可以做到一次成型，是一种连续纤维的增强结构。正由于这个巨大优势，使其非常适合各种曲面体、异形结构件，其材料损耗小、自动化程度高。主要应用在航空航天领域，未来三维编织技术将向着大尺寸超厚高密度曲面体三维编织技术、超大截面尺寸三维编织技术等方向发展。

国外有种编织工艺QISO就是单层中混用三轴向结构，即在周向上加入第三组纱线，为斜交纱线，它们位于轴向纱线的上下。因此，可以在部件所需部位提供精准单项增强与偏轴向增强双重作用， 从而提高织物损伤容限，改善能量吸收。美国Spirit航空公司制作的集成化飞机桁条加强版就是采用此种技术。还有一种比较典型的是干纤维自动编织技术。具体是将编织物缠绕铺放在模具当中，经过环氧树脂浸渍，再通过真空树脂传递模塑工艺固化成型。一般可用于飞机上结构进气系统。

1.2 三维编织复合材料的性能特点

三维编织复合材料因其整体复杂的空间纤维结构，显著地提高了材料的比强度和比刚度，从根本上克服了传统层合结构复合材料层间强度低、易分层等致命弱点，还使其具有优良的力学性能，如：良好的抗冲击损伤性能、耐疲劳性能和耐烧蚀性能等，以及结构整体性好、可设计性强等诸多优点，受到工程界的普遍关注，成为航空、航天、能源、重大战略装备、轨道交通、汽车轻量化、碳/碳复材、城市基建、生物医疗、体育用品等领域的重要结构材料。

1.3 三维编织复合材料成型工艺

三维编织复合材料多采用液体成型工艺进行浸胶固化，包括树脂传递模塑(RTM)工艺、树脂膜渗透(RFI)工艺、真空辅助树脂渗透(VARI)工艺等。其中RTM工艺是从湿法铺层和注塑工艺演衍生出来的，其能够制造出高精度、低孔隙率、高纤维含量的复合材料构件，是三维编织复合材料主要制造技术之一。

三维编织复合材料制件繁多，涉及到U字型、T字型、X字型、米字型、工字型、之字型、蜂窝状、球体、截锥体等多种异型结构，在制造业智能化、机械轻量化发展背景下，三维编织复合材料应用前景较好。

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