碳纤维多层角联织机引纬与卷取关键技术分析与应用

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1、第一章绪论1．1引言随着工程技术和材料科学的发展，对材料性能的要求变的越来越高。对先进复合材料的研究、发展及应用，已逐步成为高科技材料技术的核心内容之一，而碳纤维及其复合材料在高科技材料领域占有极其重要的地位¨，五引。原因在于：碳纤维是由有机母体纤维(粘胶丝、聚丙烯晴或沥青)采用高温分解法在1000—3000度的高温的惰性气体下制成的，属于一种用途广泛的树脂基复合材料，以合成树脂为基体材料，属于增强材料的碳纤维是一种高性能新型结构材料；碳纤维是一种强度比钢的大十多倍、密度比铝合金的还要低很多，而且还具有许多其他金属材料缺少的电学、热学和力学的

2、优良性能；碳纤维的用途主要是利用其“轻而强”和“轻而硬”的力学特性，已广泛应用在现代航空航天、卫星等尖端技术的发展中，成为一种不可缺少的新型材料。因此，许多国家尤其是发达国家投入了大量的人力、物力和财力，对碳纤维复合材料进行研制和开发，目前不仅其质量不断提高，而且品种和规格也与口俱增，因此应用领域也随之拓宽H’。在复合材料制造工艺流程中，碳纤维织物起着十分重要的作用。它跟建筑物中的钢结构框架类似，属于复合材料的增强结构骨架，从而在结构和性能上强化了复合材料，使其具有显著的抵抗应力集中、减小冲击损伤和降低裂纹扩展的能力。碳纤维三维织物是由碳纤维

3、布平面方向均匀铺设叠层增强，垂直方向由碳纤维连续纤维，所构成的三维立体织物。经CVD复合制成的碳／碳复合材料，非常适合于用作高能热结构功能材料。碳纤维多层立体织物是一种由连续纤维在三维空间按照一定规律相互交织而形成的整体纤维增强骨架，通过特殊编织工艺，整体贯穿成一体，有效克服了传统织物的叠层结构骨架间结合薄弱的缺点，增强了结构的整体性和稳定性，同时设计自由度也更加广泛了，不仅使材料的性能得到了优化设计，而且实现了异形结构的仿形成型，因此成为了高性能复合材料制备的关键技术和产业用纺织品织造的前沿发展方向。碳纤维是目前世界航空航天领域首选的高性能

4、材料，具有高强度、高模量、耐高温、抗疲劳、导电、质轻、易加工等多种优异性能，正逐步战胜和取代原来材料。天津工业大学硕士学位论文三维机织技术是在多层经纱编织技术的基础上发展起来的一种复合材料骨架织造技术。它是沿厚度方向的接结纱将不同层的纬纱和经纱捆绑到一起而形成的整体织物。传统织机均设有引纬、开口、打纬、卷取和送经五大机构，用来完成经纬纱的不断交织。本硕士论文研究的碳纤维三维织机完成的是三十层织物的织造，设计过程中同样包含上述五大运动机构的设计，但同时又区别与普通织机，针对碳纤维表面不耐磨、织物成品厚度大及织造层数多等特点，对于各个机构又有特殊

5、的要求，如开口机构中综丝的选取、综丝的排布情况、开口及引纬方式的选取。碳纤维多层角联织物的典型结构主要有角联锁结构、角联锁加经向增强结构和机织三向结构。我国对发展碳纤维复合材料所取得的成绩和进步是令人振奋的，但如何降低成本、减少能耗和污染、提高产品品质、开拓新的应用领域，将是一项艰巨而长期的战略任务畸1。我国虽然在碳纤维及其复合材料的技术发展领域取得了一些成绩，但距外国的先进水平还存在较大的差距，一些先进设备的关键技术被发达国家垄断。因此，我们应加大人力物力投入，攻克难关，解决制约我国纤维加工的关键技术问题，摆脱发达国家技术的限制，争取能够自

6、主生产碳纤维复合材料，满足我国航空航天及高技术领域对碳纤维复合材料的需求。1．2课题的背景及研究意义本课题来源于‘‘。卜二五”国家重点支撑项目——碳纤维多层织造装备及技术研发(2011BAF08800)。“碳纤维多层织造装备及技术研发”项目重点围绕新能源、现代交通、航空航天等高技术领域用碳纤维及其复合材料制备关键技术装备的需求，按照我国资源现有的状状，加强自主创新，研究具有我国自主知识产权的碳纤维复合材料骨架制备技术，重点研究碳纤维多层角联织物的编织工艺、角联结构以及三维织物性能，以及重要零部件的设计以及加工制造技术，突破碳纤维异形截面织物的

7、经编技术及装备和立体管状织造技术及装备，改善国内碳纤维三维立体机织技术的落后形态，实现碳纤维及其复合材料骨架的自动化、机械化与批量化生产。碳纤维性能卓越，是军民两用的新材料，碳纤维的比模量是钢铁的100以上，在同时要求重量和强度的工程上应用前景璀璨。碳纤维不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维目前的主要消费市场在于航空航天、风力发电、运动器材等领域。碳纤维可用来替代铜、钢铁等金属，同时用于国防军事、机械和建材交通等领域，是军民两用的关键新材料，在国民经济中有着重要的战略地位。第一章绪论国内碳纤维的

8、工业及能源市场发展潜力极大。我国碳纤维工业应用的重要潜在市场以混凝土结构物的补强、飞机制造、民用汽车和风力发电为主，未来市场的发展前景较好，预计年均增长率达到53．