【纺织工程专业】【毕业设计+开题报告+文献综述】 多轴向经编织物的研究与开发 35页

（20届）毕业论文（设计）多轴向经编织物的研究与开发34 摘要：随着我国国民经济的快速发展，各产业部门对材料提出的要求也越来越高，原先的单一材料已逐渐不能满足实际需求。而多轴向经编针织物以其高强高模轻质的特点，为织物增强复合材料的发展注入了新的活力，已被广泛应用于航空、航天、交通运输、化工、建筑材料、体育、娱乐、广告、医疗卫生等各个领域。文章介绍了经编多轴向织物的生产技术，包括经编复合材料的结构特点，生产设备与使用原料。并对经编多轴项织物的结构和性能进行分析，主要针对由经编玻纤材料制成的风机叶片用产品进行性能测试和分析，以优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需求。关键词：多轴向织物经编复合材料玻纤织物风机叶片34 ResearchandDevelopmentofMultiaxialWarpknittingAbstract:WiththerapiddevelopmentofChina"snationaleconomy,theindustrialsector"sdemandsonthematerialmoreandmore,theoriginalsinglematerialcannotmeettheactualdemandgradually.Themulti-axialwarpknittedfabricwithitscharacteristicsofhighstrengthhighmoduluslightweight,fabric-reinforcedcompositematerialstoinjectnewvitality,hasbeenwidelyusedinaviation,aerospace,transportation,chemicals,buildingmaterials,sports,entertainment,advertising,healthandotherfields.Thispaperintroducesthemulti-axialwarpknittedfabricproductiontechnology,includingwarpthestructuralcharacteristicsofcompositematerials,productionequipmentanduseofrawmaterials.Multiaxialwarpknittingfabricanditemanalysisofthestructureandperformance,mainlyforthewarpfanbladesmadeoffiberglassmaterials,performanceproductsfortestingandanalysis,tooptimizetheproductionprocessparameters,enabletheproductionofglassfiberfabrictomeettheleaves,aftertheproductionneeds.Keywords:MultiaxiaWarpknittingCompositewarpFiberglassfabricFanBlade34 目录1绪论11.1概述11.2多轴向经编技术的发展现状、成果及动态11.2.1生产设备情况11.2.2应用的领域21.2.3复合技术的发展21.3多轴向经编织物的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点与目标21.3.1课题的研究内容21.3.2研究方法21.3.3技术路线31.3.4研究难点31.3.5预期达到的目标32多轴向经编织物的生产工艺42.1多轴向编织原理42.2多轴向经编织物的原料42.2.1玻璃纤维的介绍：42.2.2玻璃纤维的种类和特性52.2.3玻璃纤维的一般性质52.3多轴向经编织物的结构和性能72.3.1结构特点72.3.2多轴向经编织物的性能82.4多轴向经编织物的生产设备82.4.1生产设备82.5多轴向经编织物的编织工艺92.5.1原料92.5.2组织92.5.3工艺流程102.6工艺举例102.6.1三轴向经编织物102.6.2带有纤网的三轴向经编织物103多轴向经编织物性能测试分析123.1概述123.2多轴向经编织物的拉伸性能123.2.1拉伸性能实验的基本流程123.2.2实验仪器123.2.3测试数据分析123.3多轴向经编织物撕裂性能163.3.1测试设备163.3.2撕裂性能实验的基本流程163.3.3测试数据分析163.4本章小结174总结与展望18参考文献19致谢2034 1绪论1.1概述多轴向经编技术是一种新型的多头纬编织技术。它是从国外20世界70年代后期发展起来的一种新型制造技术。由于现代纺织技术的发展和对纺织品要求不断提高，该技术在90年代得到广泛的研究和推广应用。近年来，我国调整产业发展方向，鼓励企业开发新能源，风能最为一种可再生的清洁能源，越来越受到政府和高新企业的重视。而制造风力发电叶片对材料具有严格的要求，传统的材料已不能满足其生产要求。以往，纺织材料增强体多采用机织方格布，由于传统机织物组织结构中的纱线处于弯曲状态，使得高性能纤维机织物中由于传统机织物组织结构中的纱线处于弯曲状态，使得高性能纤维机织物中纤维性能不能充分发挥，影响复合材料的性能。然而，经编多轴向织物是由多层伸直且平行排列的纱线层(常加入短切毡)利用经编结构的组织绑缚在一起而形成的，这类织物经树脂浸渍固化后可得到所需的复合材料，它的出现一改以前针织物纤维含量及模量低的缺点，并且很好地解决了机织物由于屈曲效应导致的纤维性能不能充分发挥的问题，使复合材料的性能得到进一步的提高。多轴向经编技术在产业用领域，特别是在复合材料领域还是一个相对较新的课题，在发达国家，此技术的应用已比较广泛，在我国则起步较晚，但是该技术在国内外已引起广泛的重视，表现出巨大的发展潜力。今年，国家制定十二五规划，鼓励企业开发新能源。而风能作为一种可再生的清洁能源，必将在国内得到进一步的研究与发展，市场潜力相当巨大。所以，对多轴向经编技术，尤其是对该技术的关键一多轴向经编织物编织工艺的研究，具有深远的意义。它能在很大程度上提高多轴向经编织物的经济效益，扩大多轴向经编织物的应用领域，表现出重要的学术价值和广阔的商业前景。1.2多轴向经编技术的发展现状、成果及动态1.2.1生产设备情况多轴向经编针织物的生产设备主要是使用了多轴向的铺纬机构，该机构铺设的纱线各自平行，且纱线层能根据不同用途的需要以各种不同密度排列。纱线从纬纱架上引出后经过铺纬机构，由伺服电机驱动的铺纬机构将纱线垫放到位于左右两侧的衬纬纱传送链的钩子里，再通过传送链将纱线传送到编织区，与衬经纱、捆绑纱线等形成所需要的多轴向经编织物。目前国内的多轴向经编机主要有利巴公司的CopcentraMAX3CNC系列机型以及KarlMayer(卡尔·迈耶)公司的MalimoMultiaxial、RS2(3)MUSU、RS2(3)MSUS-V等机型。34 1.2.2应用的领域以高性能纤维为原料的多轴向经编针织物与树脂复合后可以作为骨架材料，其性能好于传统的机织物，与传统的金属材料相比，以多轴向织物为基布的复合材料在一定程度上比金属具有更好的性能。例如使用碳纤维为原料的经编复合材料就比金属材料更加坚固，更加耐高温、耐腐蚀，而且大大减轻了质量，因此，多轴向经编复合材料常用于船舶游艇的制造、风力发电机的叶片，航天航空和汽车工业等领域。1.2.3复合技术的发展在复合材料中，多轴向经编针织物的性能要想得到充分的发挥，后整理工艺也是十分重要的。经过涂层和树脂整理的多轴向复合材料其各项性能有了很大的提高，不但克服了纱线滑移使产品结构更稳定，而且增加了产品的耐磨、耐腐蚀等一些化学性能。后整理工艺的发展，以及相关产品的性能完善，也必将会大幅度地提高经编复合材料的性能。1.3多轴向经编织物的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点与目标1.3.1课题的研究内容多轴向织物（MultiaxialWarpknitting，简称为MWK）在0°、90°和±θ方向都衬有增强纱线，θ可以在30°～90°之间变化，多层纱片由经平组织或编链组织绑缚在一起。因此多轴向织物是一种多层织物。纤维铺设在面内不同方向（衬纱系统）以及沿厚度方向（绑缚系统），形成由纤维束构成的三维网络整体结构。主要研究多轴向玻纤织物的生产工艺（原料、组织）及产品的以下内容：（1）拉伸性能多轴向经编织物的特点在于整体性能好、设计灵活、拉伸性能和抗撕裂性能好，特别是沿厚度方向纱线的增强，大大提高了层间性能，克服了传统层合板层间性能差的弱点。织物面内任意方向上的拉伸强度和拉伸模量可以通过衬纱的强度和衬入方向进行计算。织物可以按需要设计成面内拉伸各向同性或各向异性。当θ=±45°时，织物可以近似认为面内拉伸各向同性。（2）撕裂性能多轴向经编织物增强柔性复合材料由于在基布中引入了两组斜向的±45°纱线辅助承受拉伸载荷，使其撕裂强力得到成倍加强：在做梯形法撕裂测试时，在纵向承载纱被逐根拉断的过程中，捆绑纱也逐步将拉伸载荷转移到两组±45°纱线上，并造成这两组纱线在试样平面内旋转。受力三角区中的裂口也由最初的很小锐角逐渐转变为较大的钝角，从而有效的阻止多轴向经编织物结构图了裂口的横向延伸，增加了撕裂强度。1.3.2研究方法本课题的研究主要采用实验法、观察法、比对法方法。34 对于不同原材料及组织所制成的产品，将采用比对法。对于工艺设备及工艺流程的研究，将采用观察法。对于产品性能的研究，将采用实验法。1.3.3技术路线（1）系统查阅多轴向织物技术研究相关的国内外文献和标准，进行搜集、整理、加工，撰写文献综述。（2）进行毕业实习，通过实习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，主要开展风机叶片用产品的性能测试和研究，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需要。1.3.4研究难点该课题的研究在国内尚处于起步阶段，可参考的文献资料不是很多，而搜索的外文文献资料更是少之又少。学校也没有必要的设备来完成一些实验数据的测试，实验的原材料很难小量购买到。另外由于自己即将工作，没有很多时间去研究论文。当然，我都会尽力去克服这些困难，抓紧时间，争取尽快完成这篇论文，并且做到保质保量。1.3.5预期达到的目标对经编多轴向织物的结构和性能进行分析，介绍经编多轴向织物的生产技术，并对不同产品性能分析比较。进行毕业实习，通过实习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需要。34 2多轴向经编织物的生产工艺2.1多轴向编织原理多轴向经编(Multi—axialWarp．Knitted，简称为MWK)织物由经纱(0°)纬纱(90°)和轴向纱(0°)组成，衬纱角度(0°在-200°～+200°之间变化)可按织物的用途进行变化。在编织过程中，用于编织的纱线在成圈机构的作用下，穿过整个织物，在厚度方向将所有预先铺设好的承载纱精确地束缚在一起，如图所示：图2-1从图2-1可以看出，在编织过程中，可以把纤网和MWK织物有效结合起来，纤网的加入能够控制织物的很多物理性能，如强度和伸长，同时也可以改变织物的覆盖系数、密度、透气率、透水率、刚度、厚度和初始抗撕裂阻力，提高了织物的抗撕裂性能，减少了织物中纱线的滑移，使得MWK织物和纤网的优点都能体现出来。此外，在MWK织物的生产过程中，通过束缚纱和承载纱将纤网连结起来，而不是刚性地胶合在一起，这就允许MWK纤网结构有许多形式，使设计者拥有更大的设计空间。2.2多轴向经编织物的原料经编多轴向织物的原料范围十分广，衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如玻璃纤维(GF)，碳纤维(CF)、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE)等J，可以是低捻度的柔性短纤纱，也可以是无捻的高性能长丝。用作增强纱线时，一般采用高性能无捻长丝，有时为了便于织造，纱线可以稍加捻。纱线一般较粗，最粗可达约2500tex。地纱通常采用价格低廉的普通纤维，纱支般为160dtex左右。如产品沿厚度方向的性能要求较高，则使用便于成圈的高性能纤维，如高强涤纶。同时，单根纱线的密度以及它们的取向角可随载荷的类型而发生变化。随着多轴向经编技术的发展，很多厂家对原料的要求越来越高。用于风力发电机叶片的原料，由于碳纤维的价格是玻璃纤维的10倍左右，目前叶片增强材料仍以玻璃纤维为主。现对玻纤做一下详细介绍2.2.1玻璃纤维的介绍：34 通常玻璃是以二氧化硅为主要成分，加入各种金属氧化物或碳酸盐,经高温熔融,在未析出结晶时即被急剧冷却凝固而成的无定形物质。分子结构以硅为核心，周围有四个氧原子，组成Si04的四面体，形成无规则三维网络结构，在网络间隙中以弱键力结合有各种金属离子，这就是玻璃的基本骨架。2.2.2玻璃纤维的种类和特性玻璃纤维有许多种类，分述如下,（1）E一玻璃纤维这种玻璃纤维也叫无碱纤维，指化学成分中碱金属氧化物含量为0-2%的铝硼硅酸盐玻璃纤维。其特点是具有良好的电绝缘性、耐老化性和机械强度，可以长期使用。(2)C一玻璃纤维这种玻璃纤维也称耐化学玻璃纤维，它含碱，耐酸性好，可用作酸性液体过滤及耐酸容器用纤维增强复合材料的增强材料。(3)A一玻璃纤维这种玻璃纤维与平板玻璃、玻璃瓶等成分相同，耐老化性差，耐酸性比C一玻璃纤维差。(4)L一玻璃纤维这种玻璃纤维含铅量高，主要用于放射性的屏蔽。(5)5一玻璃纤维这种玻璃纤维是为提高玻璃纤维拉伸强度而被开发的，与E-玻璃纤维相比较，比重小20%，拉伸强度高35%，弹性模量高20%0(6)YM-3-1-A一玻璃纤维这种玻璃纤维具有高的弹性模量，可用作高弹性模量的纤维增强复合材料的增强材料。(7)耐碱性玻璃纤维这种玻璃纤维用于增强水泥制品，可作为石棉代替品。2.2.3玻璃纤维的一般性质玻璃纤维的性质和一般玻璃没什么不同，但是玻璃纤维是通过极细直径的喷嘴于熔融状态下急速拉伸，成为瞬间来不及结晶的急冷固化物。它的一般性质如下[9]。(1）吸湿性小。(2）尺寸稳定性好。(3)耐热性好，不燃烧。(4)耐老化性好。(5)电气绝缘性好。(6)耐药品性好。(7)弹性模量高，是完全弹性体。(8)拉伸强度大，延伸率小。34 (9)剪切强度、耐磨损性差。为了比较玻璃纤维和其它普通纤维力学性能的差异，已经有研究者采用HD021电子单纱强力仪和F-MeterWinderR1083型纱线动态摩擦系数仪分别测试了玻璃纤维纱线、棉纱、毛睛混纺纱线和涤纶长丝的拉伸强力、断裂伸长率以及与金属表面间的动摩擦系数测试结果如表2-1所示。表2-1纱线种类线密度（tex）断裂强度（N/tex）断裂伸长率（%）动摩擦系数玻纤纱线A1440.572.170.62玻纤纱线B1500.783.290.42玻纤纱线C24X60.502.210.48纯棉纱线260.235.100.22毛腈混纺纱线700.1214.310.18涤纶长丝21.20.3620.450.39不难发现，玻璃纤维纱线和普通纤维纱线相比，有较高的断裂强度，但断裂伸长率比较小，这也表明其弹性、延伸性较差。即便玻璃纤维纱线的表面经过石蜡等处理，然而动态摩擦系数仍然较大。三种规格的玻璃纤维纱线的捻度不同，其摩擦系数也不同，从中可以看出，在一定范围内，玻璃纤维纱线的摩擦系数随着捻度的提高而降低。此外，由其他学者所做的关于不同纱线的弯曲性能的比较，可以知道玻璃纤维纱线的弯曲刚度很高。加上摩擦系数较大和天生的脆性，使其表面粗糙、较硬、而且不耐扭折，这就使得玻璃纤维纱线的编织非常困难。表2-2几种纱线的弯曲性能比较纱线种类线密度（tex）比较刚弯度（NXmm2/tex棉纱58.80.918涤纶长丝62.61.25腈纶长丝58.81.41中捻玻璃纤维股线1506.78本试验在测试玻璃纤维纱线的拉伸强力时，采用GB/T7690.3-2001。在纱线拉伸过程中，发现纱线会在夹头之间打滑或者被夹头夹断，为了克服这一缺点，通常将纱线两端用树脂粘结固定，树脂块不需太大，只要能插入夹头中就可以，并注意树脂块的位置在试样夹持距离以外。图2-1是玻璃纤维纱线A的典型的拉伸曲线图。34 N/mm21009080706050403020100000204060810121418ε（%）图2-2由此发现玻璃纤维纱线的拉伸曲线基本上可以分成两部分，玻璃纤维原料的制备始阶段的曲线斜率较小，以后增大，但两者之间没有明显的分界，且前后斜率差别不大，拉伸力与纱线伸长之间近似地呈线性关系。另外，玻璃纤维纱线的拉伸强度与直径和长度有关:单丝直径越小，拉伸强度越高;随着长度增加，拉伸强度显著下降。但本实验的结果似乎有些出入:单丝直径5.5pm的纱线C的断裂强度却比单丝直径8.Opm的纱线A小。这是因为前者采用6根纱线简单合并而没有任何合股加捻措施，使得6根纱线在拉伸时不是同时拉直，所以纱线分批受力，导致总的强力降低。2.3多轴向经编织物的结构和性能2.3.1结构特点多轴向经编织物是一种由编链、经平或变化经平组织将多层衬纱绑缚在一起的多层织物，最多可达8层纱线(7层纬纱，1层经纱)，再加纤网J。图2-3所示为一种典型的多轴向经编织物三维结构展示图，图中绑缚组织为经平组织，四组衬纱的衬人次序和方向为：9O°／0°／+45°／一45°多轴向经编织物的结构特点主要有以下几个方面：①在相同的生产设备上，衬纱角度、织物密度可进行调整；②纱线完全平行伸直排列，各层取向度很高，具有较好的机械性能；③增强纱线层最多可以达到8层，织物的整体性较好；④织物结构较疏松，可以与纤维网和短切毡结合，提高了织物结构设计的灵活性；⑤每个增强纱线层可使用不同的纱线种类，扩大了织物结构的复合性能[11]。34 图2-3多轴向经编织物三维结构展示图2.3.2多轴向经编织物的性能由于经编多轴向织物可以在织物的纵向、横向或是斜向按照使用要求以一定角度平行伸直地衬人纱线，再用编织纱将其编织成一个整体，从而克服了铺层结构层间无联系、剪切强度差、易分层的缺陷，同时也克服了传统机织物纱线屈曲、强力利用率低、纤维损伤大的缺点，使增强纱线的力学性能得到充分利用[1]。此外，多轴向经编织物还具有较低的生产成本、较高的生产效率，设计灵活性、铺设性和预成型性好等优点，在产业用领域拥有广阔的市场。多轴向经编织物作为骨架材料与高性能树脂复合后制得的纤维增强复合材料在许多行业中有着非常广泛的应用。早在1992年，这种碳纤维增强复合材料就已经用于空客A320上，与以往使用的金属材料相比较，使用这种纤维复合材料能使机身重量减轻约20％。近年来，除了在航天航空领域，多轴向经编增强材料还大量应用于造船业中的游艇、舰艇，沿海或草原中风能发电机组的叶片，运输业中的火车机车壳体，车用夹芯板，建筑业中的雷达天线罩、增强混凝土，军用工程中的防弹衣和防弹头盔等[8]。2.4多轴向经编织物的生产设备2.4.1生产设备2.4.1.1卡尔迈耶多轴向经编机目前，世界上大多数多轴向经编机主要由德国KarlMayer(卡尔迈耶)公司和Liba(利巴)公司生产J。卡尔迈耶作为世界上先进经编机械生产商，其生产的Malimo34 Multiaxial型设备技术含量高，最高机速可达1400r／rain。该类机型最大机号为14F(针／25mm)，工作幅宽有三种规格：40～62英寸、79～102英寸、102～132英寸。卡尔迈耶机器在生产过程中，衬经纱和成圈纱一起经正向传动的送经系统喂给成圈机件，如图1所示，采用sT导纱片(针)，有利于拉紧布面，也利于梳理和分开衬经纱，防止编织时刺伤纤维层。卡尔迈耶机器常采用的铺纬头纹数为72，其铺纬纱的角度可在-45°到+45°之间变化，标准配置是六层，±45°／0°／90°，一层短切毡(机后喂入)，一层无纺布机前喂入)。在生产克重较轻，铺纬角度为-45。方向的织物时，卡尔迈耶机器生产的织物布面效果较利巴好，然而在生产克重较重的织物时，卡尔迈耶机器对针的损伤较大，布面质量稍差。2.4.1.2利巴多轴向经编机1981年世界上第一台Copcentra多轴向经编机在Liba问世，随着技术的进步，其相关产品已更新换代，目前使用较为广泛的一种机型是CopcentraMAX3CNC系列，与卡尔迈耶机速相比，利巴的最高机速可达1200r／min，其机号为E3～El2，工作幅宽有50英寸和100英寸两种。利巴CopcentraMAX3CNC机器的成圈机件(见图3)和卡尔迈耶一样，都采用sT导纱针，与卡尔迈耶不同的是，利巴机器采用了独特的移动复合针系统，移动复合针系统使复合针除了在垂直上下运动外，还在水平方向(即织物喂人方向)运动，在一定程度上减少了织针对纬纱进入编织区域的干扰，降低了穿刺造成孔洞的可能性，织物质量有所提高。2.4.1.3润源多轴向经编机多轴向经编机的生产技术在国内起步较晚，20世纪90年代由天津纺织工学院与武进纺织机械厂协作，研制成功国内第一台圆型多轴向经编机，但因铺纬层数少、机器结构复杂、生产效率低，现已被淘汰。2008年，我国常州润源经编机械有限公司成功研发了第一台国产智能化控制的“RCD．1型多轴向经编机”，该设备集电脑控制的多轴向铺纬技术、多连杆式可移动(织针坯布随动)成圈技术、织物恒张力收卷技术、多速电子送经技术等于一体，它的诞生极大地推动了我国对多轴向生产设备的研发。润源多轴向经编机常用的工作幅宽有：50英寸(1270mm)、100英寸(2540mm)，机号为：E5、E6、EIO、El2等多种型号，机速最高可达lO00r／min，其铺纬角度变化范围为一20°～+20°，已接近国外先进铺纬水平。2.5多轴向经编织物的编织工艺2.5.1原料经编多轴向织物的原料范围十分广，衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如玻璃纤维(GF)，碳纤维(CF)、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE)等J，可以是低捻度的柔性短纤纱，也可以是无捻的高性能长丝。用作增强纱线时，一般采用高性能无捻长丝，有时为了便于织造，纱线可以稍加捻。纱线一般较粗，最粗可达约2500tex。地纱通常采用价格低廉的普通纤维，纱支一般为160dtex左右。如产品沿厚度方向的性能要求较高，则使用便于成圈的高性能纤维，如高强涤纶。同时，单根纱线的密度以及它们的取向角可随载荷的类型而发生变化。2.5.2组织在多轴向织物中，通常使用的衬纱角度为45°、90°、+45°和0°，如衬纱角度为一45°、034 °和+45°；一45°、90°和+45°，则可以形成三轴向经编织物。编织纱(及绑缚系统)的组织通常采用编链、经平或变化经平(编链+经平)。具体采用何种组织结构，需根据增强纱线的铺设情况而定。当有0°衬经纱时，若采用编链结构，由于编链组织无针背横移，将无法有效地把0°衬经纱固结起来，此时的绑缚组织则需用到经平组织或变化经平组织。在实际生中，变化经平组织是一种最佳组合，此种组织结构对衬经纱束缚小，当织物作为复合材料基布进行树脂渗透时，树脂渗透较快，有利于复合制品性能的提高。编织纱的存在提高了层间的剪切强度和各个方向上的尺寸稳定性，将分层的可能性降低到最低，使第三方向也就是z方向得到了增强。但是编织纱并不是越多越好，编织纱过多时，将影响复合成型时树脂的渗入，使最终产品易出现分层现象。2.5.3工艺流程纱线织造基布涂层织物表面处理包装化工原料搅拌混合涂料2.6工艺举例2.6.1三轴向经编织物(1)机器参数机型：Liba多轴向经编机；机号：E6；幅宽：100”；带有纬纱衬人系统。(2)原料斜向衬纬纱一45°，300tex玻璃纤维纱；斜向衬纬纱+45°，300tex玻璃纤维纱；衬经纱0°，2400tex玻璃纤维纱；编织纱，167dtex涤纶。(3)组织地组织，变化经平；织入顺序，一45°／+45°／0°／／。(4)织物参数送经量，6075mm／raek；织物克重，1208g/m2。2.6.2带有纤网的三轴向经编织物(1)机器参数机型：Muhiaxial多轴向经编机；机号：F5；幅宽：50”；带有纬纱衬人系统和纤维网衬人装置。(2)原料斜向衬纬纱+45°，6000dtex玻璃纤维粗纱；衬纬纱90°，6000dtex玻璃纤维粗纱；斜向衬纬纱一45。，6000dtex玻璃纤维粗纱；编织纱，140dtex涤纶710。(3)组织地组织，编链；织入顺序，纤维网／45°／45°／一45°／／。(4)织物参数34 缝迹长度，2.5mm；织物克重，1130g／m2。34 3多轴向经编织物性能测试分析3.1概述多轴向经编玻纤织物作为风机叶片制作蒙皮的最佳载体，具有尺寸稳定、延伸率较小等特点，能够更合理地利用材料中每一个组成部分的优良性能。利用多轴向经编技术，可以将平行、伸直、无卷曲的纱线垂直或以所需的角度被引入织物结构中，实现最有效的结构预设计定向增强。因此对其进行性能测试分析是非常必要的。3.2多轴向经编织物的拉伸性能多轴向经编织物的特点在于整体性能好、设计灵活、拉伸性能和抗撕裂性能好，特别是沿厚度方向纱线的增强，大大提高了层间性能，克服了传统层合板层间性能差的弱点。织物面内任意方向上的拉伸强度和拉伸模量可以通过衬纱的强度和衬入方向进行计算。织物可以按需要设计成面内拉伸各向同性或各向异性。当θ=±45°时，织物可以近似认为面内拉伸各向同性。3.2.1拉伸性能实验的基本流程①准备试样②将试样放在夹持盘上③打开电源，计算机④进行悬垂性测试⑤进行数据处理⑥关机。3.2.2实验仪器本次拉伸试验使用的是由上海德杰仪器设备有限公司生产的DXLL5000D双丝杆电子拉力机，速度范围：1～1000mm／min。精度：±5％FS3.2.3测试数据分析表3-1基布拉伸强度表轴向0°90°±45°拉伸性能指标断裂强度(N／5cm)断裂伸长(％)初始模量(MPa)断裂强度(N／5cm)断裂伸长(％)初始模量(MPa)断裂强度(N／5cm)断裂伸长(％)初始模量(MPa)双轴项基布480.9071.73285.3447l.6084.43262.80双轴项基布612.87102.2076.97525.7474.55173.75多轴向基布523.6377.97118．43677.1522.42527.9l多轴向基布684.1376.23129.86661.5088.92267.0134 表3一l是各种基布在各个轴向的强力。双轴向基布由于只有衬经和衬纬两组纱线承受载荷，所以在斜向如(45°)承载能力很差；而本次使用的多轴向基布有三个轴向(0°，45°，一45°)，使得基布的斜向抗拉伸能力有明显增强，但也由于缺少了水平衬纬纱的存在，90°方向受拉时，基布会迅速横向收缩，形成一条纵向的细线，且拉伸强力、初始模量都很小，断裂伸长率在100％以上。因此，两种基布在应用上互补性很强，但若多轴向基布能够在90°上加入衬纬纱，那么它就可以基本上实现各向同性，应用前景会比双轴向基布更为广阔。从表3-1中还可以看出，①两种类型的基布在0°纱线的强力差异很小，这表明实验所得到的轴向拉伸强力的大小主要取决于沿拉伸方向纱线旦数以及基布密度，和一其它方向如（45°)方向纱线的旦数和密度无关。这是因为夹头只握持住了与拉伸方向一致的衬经纱，而其它方向(如±45°)的纱线由于试样宽度的限制(5cm)，都被切短到7cm左右，夹持长度却在14cm以上，这样夹头仅握持纱线的一端，纱线不能单独承担拉伸载荷。②在拉伸测试时，被夹具握持的纱线在逐渐承受拉伸载荷的过程中具有很明显的断裂不同时性。它可以从试样布面改变的外形和纱线断裂发出的声音准确判断出。这种不同时性在绘制曲线的反映是有明显的峰值存在，且曲线在达到峰值后的下降阶段不平滑，有明显的锯齿形(如图3-1，3-2)。在测试数据中的反映是最大强力和断裂强力之问数值差异很大。34 σ(N/mm2)120010008006004002000816243240485664ε(%)经向σ(N/mm2)1200100080060040020000163248648096112ε(%)纬向图3—1多轴向基布拉伸曲线图34 σ(N/mm2)120010008006004002000481216202428ε(%)经向σ(N/mm2)1400120010008006004002000481216202428ε(%)45°图3—2多轴向基布拉伸曲线图34 3.3多轴向经编织物撕裂性能多轴向经编织物增强柔性复合材料由于在基布中引入了两组斜向的±45°纱线辅助承受拉伸载荷，使其撕裂强力得到成倍加强：在做梯形法撕裂测试时，在纵向承载纱被逐根拉断的过程中，捆绑纱也逐步将拉伸载荷转移到两组±45°纱线上，并造成这两组纱线在试样平面内旋转。受力三角区中的裂口也由最初的很小锐角逐渐转变为较大的钝角，从而有效的阻止多轴向经编织物结构图了裂口的横向延伸，增加了撕裂强度。3.3.1测试设备本次拉伸试验使用的是定速拉伸CRE机。3.3.2撕裂性能实验的基本流程①准备试样②将试样放在夹持盘上③打开电源，计算机④进行撕裂测试⑤进行数据处理⑥关机。3.3.3测试数据分析表3-2两种经编织物撕裂强度对比织物类型纱线轴向被撕裂纱线所在轴向0°90°45°双轴向经编复合材料III306.31234.49595.86447.49315.95707.6多轴向经编复合材料III839.9346.41576.98998.35418.72585.21.沿0°(衬经纱)方向撕裂从数值上可以发现，在该方向上多轴向涂层织物的优势表现得最为明显。但这里要说明，用梯形撕裂法测量两种多轴向经编涂层织物撕裂强度时，由于两层衬纬纱滑移后阻止裂口扩展的作用极强(参见别人本章第四节分析)，测试后的试样全部都未能完全断裂，因此不符合IS04674中关于梯形撕裂法测试结果有效性的规定。所以需要改用其他撕錾强度测试方法获得准确的撕裂强度。但在相同条件(纱线细度、编织密度、涂料配方、加工工艺参数)下，多轴向涂层织物的撕裂强度要明显优于双轴向的事实毫无争议。2.沿90°(衬纬纱)方向撕裂对双轴向涂层织物，与0°34 方向比由于缺少了捆绑纱的辅助作用，在该方向上的撕裂性能有所下降。而对多轴向涂层织物，则更是由于此次实验采用的多轴向基布在该方向上根本不存在村纬纱，导致初始裂口可以完全延伸至试样一分为二。也就是说，在这个方向上多轴向涂层织物测得的撕裂强度应该仅是由交叉配置的--+45°两层衬纬纱承担，但测试数值仍要高于相应的双轴向织物。3．±45°方向撕裂在该方向的测试结果偏高的原因都是因为斜向纱在受力滑移后会将横向撕力分解纵向拉力方向。不过对双轴向织物而言，这次斜向的两组纱线换成了衬经纱和衬纬纱。而多轴向织物只有一组，即衬经纱和捆绑纱，而缺少与其交叉配置的90°衬纬纱。而正是因为缺少了一组斜向，而多轴向织物只有一组，即衬经纱和捆绑纱，而缺少与其交叉配置的90。衬纬纱。而正是因为缺少了一组斜向纱线使多轴向织物在改方向上的撕裂强度要比双轴向小一些，另一个原因是由于捆绑纱较细，裂口容易沿其所在方向扩展的趋势。3.4本章小结经编双轴向、多轴向基布的拉伸性能主要取决于沿拉伸轴向伸直纱线的性能，纱线的强力越大、基布密度越高，最终产品的强力也越大。经编织物由于衬纬纱的加入，确实能够使基布抵抗各个方向应力的能力增大。相对来讲，机织物受到工艺的限制，只能做到两个轴向拉伸强力的同性多轴向基布复合材料的拉伸曲线得出的一般性规律是经向拉伸曲线呈明显的抛物线型，其最大强力值出现在村经纱断裂的时刻。多轴向经编织物的撕裂强度在总体上要高于普通双轴向经编织物。34 4总结与展望本文主要介绍了多轴向经编织物的生产技术，包括经编复合材料的结构特点，生产设备与使用原料。重点对多轴向经编玻纤织物的拉伸性能和撕裂性能做了测试和分析。有效地优化了玻纤织物的生产工艺参数，使生产的玻纤织物满足后道叶片的生产需求。随着国民经济的发展，多轴向经编针织物以其结构的多样性、性能的综合性、形态的可设计性、良好的成型性和渗透性将在航空、航天、交通运输、化工、建筑材料、体育、娱乐、广告、医疗卫生等各个领域发挥越来越大的作用。34 参考文献[1]肖学良,缪旭红.多轴向织物在风力发电机叶片中的应用[J].针织工业，2007，（10）：8-10.[2]司昭群李俊胡红.张明星多重针织结构复合材料力学性能研究[J].针织工业，2010，（1）：15-18.[3]顾璐英,蒋高明.多轴向经编织物编织工艺探讨[J].玻璃钢/复合材料，2010，（3）：76-80.[4]谈亚飞.经编复合材料的市场现状与发展趋势[J].针织工业，2010，（2）：17-20.[5]顾宏梅,徐建如,冯李军.复合材料用经编织物的研制与应用[J].纤维复合材料，2003，（3）：21-23.[6]蒋高明.现代经编产品设计与工艺[M].北京中国纺织出版社,2002.235-237.[7]尤彩萍,胡红.交织双轴向纬编针织结构及增强复合材料的拉伸性能[J].东华大学学报(自然科学版)，2009,35(1).27-29.[8]姜亚明，刘良森，叶雪康.建筑物补强材料用经编单轴向碳纤维织物[J].针织工业，2004,(3).25-28.[9]马悦,李炜,梁子青,经编多轴向织物的压缩性能研究[J].材料工程，2007，（11）：28-32.[10]刘日华,周荣星,胡红.涂层工艺对经编多轴向膜结构复合材料性能的影响[J].上海纺织科技，2005，33（1）：61-64.[11]刘梁森,邱冠雄.针织轴向织物在产业用纺织领域的开发应用[J].针织工业，2009,（12）：1-4.[12]周荣星.陈南.梁经多轴向铺层织物,1999(02).[13]陈慧兰.丁辛以针织物为增强结构的复合材料产业用纺织品1996(02).[14]ISO2411-2000.Rubber-orplastics-fabrics-Determinationofcoatingadhesion.[15]ASTMD751-2000.StandardTestMethodsforCoatedFabric9～10.34 文献综述多轴向经编织物的研究与开发一、前言部分我研究的课题是“多轴向经编玻纤织物的研究与开发”。多轴向经编技术是一种新型的多头纬编织技术。由于现代纺织技术的发展和对纺织品要求不断提高，该技术在90年代得到广泛的研究和推广应用。近年来，我国调整产业发展方向，鼓励企业开发新能源，风能最为一种可再生的清洁能源，越来越受到政府和高新企业的重视。而制造风力发电叶片对材料具有严格的要求吗，传统的材料已不能满足其生产要求。我研究的课题是以玻纤为原材料，利用多轴向经编技术，开发出能满足现在风力发电需求的叶片材料;另外课题也会涉及对工艺流程探讨和产品性能的测试研究。二、主题部分经过阅读的文献资料，对所要研究的课题有了进一步深刻的了解。可以从这几方面做一下概括分析：1.经编复合材料的现状与发展由于经编织物具有力学性能优异、织造成本低、工艺性好等优点．现已广泛地应用于各种高性能复合材料中，如航空、航天、造船业、汽车工业、体育用品、建筑、能源及医疗等领域中。在风力发电领域．经编复合材料是制造风力发电机叶片及其他重要结构部件的主要材料．叶片质量的90％以上为复合材料我国幅员辽阔．风力资源丰富．是世界潜在的最大风力发电市场我国风力发电市场已经连续3年增长超过100％2008年我国风电总装机量约为1000万kW．增长了116％．预计到2010年能达到2000万kW．复合材料用量将近10万t．如果以碳纤维经编织物为增强体．其预计用量将达到7万t左右风力发电的迅速发展将给经编复合材料产业带来广阔的市场空间图8是采用碳纤维多轴向经编织物制备的复合材料风机叶片，具有质量轻、强度高、刚性好的优点．能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求[4]。目前，风力发电是最具成本优势的可再生能源，我国幅员辽阔，地理位置优越，开发和利用风能这种绿色可再生能源具有很大的潜力，而多轴向经编织物是风力发电中不可或缺的重要组成部分。多轴向基布是制造风力发电机叶片及其他重要结构部件的主要材料，使用多轴向织物制造风力发电机的叶片，具有质量轻、强度高、刚性好等优点，能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求[12]。2.多轴向经编织物所用的纤维34 多轴向织物的可以使用的原料有玻璃纤维、碳纤维、Kevlar。纤维、涤纶、锦纶、粘胶纤维、聚乙烯扁丝等，而其中最常使用的有玻璃纤维、碳纤维和高强涤纶等。高性能的碳纤维在复合材料中充分体现了其优良的性能，但是由于碳纤维的价格较高，因而在一定程度上限制了其应用，大部分是和玻璃纤维一起使用来增加织物的强度。随着材料科学的发展，碳纤维的价格一定会有所下降，更多的应用于产业用纺织品上。目前，高性能的连续玄武岩纤维也被用于经编多轴向织物。连续玄武岩纤维的密度、硬度较高，具有优异的耐磨、抗拉增强性能，其力学强度远远超过天然纤维和合成纤维，价格也要比碳纤维便宜得多，因此它是一种非常理想的增强材料，但是由于玄武岩纤维的涂层技术的限制，在一定程度上也限制了多轴向经编织物的发展，如果这一问题能得以解决，那么多轴向经编织物的发展又会上一新的台阶[12]。玻璃纤维复合材料叶片玻璃纤维增强聚酯树脂和玻璃纤维增强环氧树脂是目前制造风机叶片的主要材料，从性能来讲碳纤维增强环氧树脂较好。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E一玻纤，其耐拉伸疲劳强度就可以达到碳纤维的水平。但是，E一玻纤密度较大，随着叶片长度的增加，叶片也越来越重，完全依靠玻璃纤维复合材料作为叶片的材料已逐渐不能满足叶片发展的需要。目前大多数人认为60m长的叶片是单纯使用玻璃纤维增强体临界尺度，因此，需要寻找更好材料以适应大型叶片发展的要求[1]。3.复合材料的加工工艺3.1针织结构的选择多重针织结构复合材料增强体选用双罗纹组织和双轴向经编组织复合双罗纹组织由德国Stoll公司的CMS3O3TC型电脑横机编织的．机器机号为l2针／25．4mm双罗纹组织比罗纹组织延伸性和弹性小．尺寸比较稳定．同时边缘横列只可逆编织方向脱散．不易发生梯脱情况其力学性能优于纬平针和罗纹，具有更好的应用价值。双轴向经编织物是由德国卡尔。迈耶公司研制开发的RS2DS型经编机编织，织物中的经、纬衬纱呈伸直状态．不屈曲．因此它比传统的梭织物更能够充分利用高性能纱线的力学潜能在结构稳定性、力学性能、经济性上，双轴向经编结构都具有无可比拟的优势Ⅲ织物工艺参数及所用纱线参数如表1、表2所示[3]。3.2多层针织物的组合本试验制作了两种增强体一种是不缝合的4层增强体．增强体上下两层为双轴向经编织物．中间两层为纬编双罗纹织物．树脂浇注以后就形成了多层三维结构第二种是在第一种组合方式的基础上，用有一定捻度的CBF纱线缝合。试验采用的是改进式锁式缝合方法．这种缝合方法纱线弯曲少。利于缝合的顺利进行和层问强度的提高：另外缝合方式对面内纤维损伤少．由缝合引起的应力集中也较小，复合材料具有更高的损伤容限[3]。3.3复合工艺多层针织结构复合材料制作的具体试验步骤如图1所示。试验制作复合材料采用真空辅助树脂传递模塑的复合工艺。树脂传递模塑是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。真空辅助是指在注射树脂的同时，在排气口接真空泵．一边注射一边抽真空．这样可以改善模塑过程中纤维的浸润效果[3]。4.多轴向经编织物的生产设备与编织原理4.1多轴向经编针织物的生产设备主要是使用了多轴向的铺纬机构，该机构铺设的纱线各自平行，且纱线层能根据不同用途的需要以各种不同密度排列。纱线从纬纱架上引出后经过铺纬机构，由伺服电机驱动的铺纬机构将纱线垫放到位于左右两侧的衬纬纱传送链的钩子里，再通过传送链将纱线传送到编织区，与衬经纱、捆绑纱线等形成所需要的多轴向经编织物。目前国内的多轴向经编机主要有Liba(~1]巴)公司的CopcentraMAX3CNC系列机型以及KarlMayer(卡尔·迈耶)公司的MalimoMultiaxial、RS2(3)MUSU、RS2(3)MSUS-V等机型[12]。34 4.2多轴向经编(Multi—axialWarp．Knitted，简称为MWK)织物由经纱(0。)纬纱(90。)和轴向纱(0)组成，衬纱角度(0在-200～+200之间变化)可按织物的用途进行变化。在编织过程中，用于编织的纱线在成圈机构的作用下，穿过整个织物，在厚度方向将所有预先铺设好的承载纱精确地束缚在一起，在编织过程中，可以把纤网和MWK织物有效结合起来，纤网的加入能够控制织物的很多物理性能，如强度和伸长，同时也可以改变织物的覆盖系数、密度、透气率、透水率、刚度、厚度和初始抗撕裂阻力，提高了织物的抗撕裂性能，减少了织物中纱线的滑移，使得MWK织物和纤网的优点都能体现出来。此外，在MWK织物的生产过程中，通过束缚纱和承载纱将纤网连结起来，而不是刚性地胶合在一起，这就允许MWK纤网结构有许多形式，使设计者拥有更大的设计空间[3]。5.多轴向经编织物的编织工艺经编多轴向织物的原料范围十分广，衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如玻璃纤维(GF)，碳纤维(CF)、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE)等J，可以是低捻度的柔性短纤纱，也可以是无捻的高性能长丝。用作增强纱线时，一般采用高性能无捻长丝，有时为了便于织造，纱线可以稍加捻。纱线一般较粗，最粗可达约2500tex。地纱通常采用价格低廉的普通纤维，纱支般为160dtex左右。如产品沿厚度方向的性能要求较高，则使用便于成圈的高性能纤维，如高强涤纶。同时，单根纱线的密度以及它们的取向角可随载荷的类型而发生变化。在多轴向织物中，通常使用的衬纱角度为一45。、90。、+45。和0。，如衬纱角度为一45。、0。和+45。；一45。、90。和+45。，则可以形成三轴向经编织物。编织纱(及绑缚系统)的组织通常采用编链、经平或变化经平(编链+经平)。具体采用何种组织结构，需根据增强纱线的铺设情况而定。当有0。衬经纱时，若采用编链结构，由于编链组织无针背横移，将无法有效地把0。衬经纱固结起来，此时的绑缚组织则需用到经平组织或变化经平组织。在实际生产中，变化经平组织是一种最佳组合，此种组织结构对衬经纱束缚小，当织物作为复合材料基布进行树脂渗透时，树脂渗透较快，有利于复合制品性能的提高。编织纱的存在提高了层间的剪切强度和各个方向上的尺寸稳定性，将分层的可能性降低到最低，使第三方向也就是z方向得到了增强。但是编织纱并不是越多越好，编织纱过多时，将影响复合成型时树脂的渗入，使最终产品易出现分层现象[2]。6.多轴向经编织物的结构与性能多轴向经编织物是一种由编链、经平或变化经平组织将多层衬纱绑缚在一起的多层织物，最多可达8层纱线(7层纬纱，1层经纱)，再加纤网J。图6所示为一种典型的多轴向经编织物三维结构展示图，图中绑缚组织为经平组织，四组衬纱的衬人次序和方向为：9O。／0。／+45。／一45。。多轴向经编织物的结构特点主要有以下几个方面：①在相同的生产设备上，衬纱角度、织物密度可进行调整；②纱线完全平行伸直排列，各层取向度很高，具有较好的机械性能；③增强纱线层最多可以达到8层，织物的整体性较好；④织物结构较疏松，可以与纤维网和短切毡结合，提高了织物结构设计的灵活性；⑤每个增强纱线层可使用不同的纱线种类，扩大了织物结构的复合性能34 [3]。由于经编多轴向织物可以在织物的纵向、横向或是斜向按照使用要求以一定角度平行伸直地衬人纱线，再用编织纱将其编织成一个整体，从而克服了铺层结构层间无联系、剪切强度差、易分层的缺陷，同时也克服了传统机织物纱线屈曲、强力利用率低、纤维损伤大的缺点，使增强纱线的力学性能得到充分利用1。此外，多轴向经编织物还具有较低的生产成本、较高的生产效率，设计灵活性、铺设性和预成型性好等优点，在产业用领域拥有广阔的市场。多轴向经编织物作为骨架材料与高性能树脂复合后制得的纤维增强复合材料在许多行业中有着非常广泛的应用。早在1992年，这种碳纤维增强复合材料就已经用于空客A320上，与以往使用的金属材料相比较，使用这种纤维复合材料能使机身重量减轻约20％。近年来，除了在航天航空领域，多轴向经编增强材料还大量应用于造船业中的游艇、舰艇，沿海或草原中风能发电机组的叶片，运输业中的火车机车壳体，车用夹芯板，建筑业中的雷达天线罩、增强混凝土，军用工程中的防弹衣和防弹头盔等[3]。三、总结部分随着纺织产业的战略转移与产业升级，产业用纺织品的开发和应用已成为世界各国关注的热点。多轴向经编技术在产业用领域，特别是在复合材料领域还是一个相对较新的课题，在发达国家，此技术的应用已比较广泛，在我国则起步较晚，但是该技术在国内外已引起广泛的重视，表现出巨大的发展潜力。因此，对多轴向经编技术，尤其是对该技术的关键一多轴向经编织物编织工艺的研究，具有深远的意义。它能在很大程度上提高多轴向经编织物的经济效益，扩大多轴向经编织物的应用领域，表现出重要的学术价值和广阔的商业前景。四、参考文献[1]肖学良,缪旭红.多轴向织物在风力发电机叶片中的应用[J].针织工业，2007，（10）：8-10.[2]司昭群李俊胡红.张明星多重针织结构复合材料力学性能研究[J].针织工业，2010，（1）：15-18.[3]顾璐英,蒋高明.多轴向经编织物编织工艺探讨[J].玻璃钢/复合材料，2010，（3）：76-80.[4]谈亚飞.经编复合材料的市场现状与发展趋势[J].针织工业，2010，（2）：17-20.[5]顾宏梅,徐建如,冯李军.复合材料用经编织物的研制与应用[J].纤维复合材料，2003，（3）：21-23.[6]蒋高明.现代经编产品设计与工艺[M].北京中国纺织出版社,2002.235-237.[7]尤彩萍,胡红.交织双轴向纬编针织结构及增强复合材料的拉伸性能[J].东华大学学报(自然科学版)，2009,35(1).27-29.[8]姜亚明，刘良森，叶雪康.建筑物补强材料用经编单轴向碳纤维织物[J].针织工业，2004,(3).25-28.[9]马悦,李炜,梁子青,经编多轴向织物的压缩性能研究[J].材料工程，2007，（11）：28-32.[10]刘日华,周荣星,胡红.涂层工艺对经编多轴向膜结构复合材料性能的影响[J].上海纺织科技，2005，33（1）：61-64.[11]刘梁森,邱冠雄.针织轴向织物在产业用纺织领域的开发应用[J].针织工业，2009,（12）：1-4.34 开题报告多轴向经编玻纤织物的研究与开发一、选题的背景、意义（一）多轴向技术发展的历史背景多轴向技术是一种于20世纪70年代后期在国外迅速发展起来的新型制造技术，2O世纪80年代中期开始成熟，到20世纪90年代多轴向技术得到了广泛研究和推广应用。目前多轴向经编技术研究开发较先进的国家有美国、德国、法国、英国、挪威等发达国家，而我国尚处于起步阶段。多轴向经编织物以其优良的成型性、固有的悬垂性、良好的抗冲击性和能量吸收特性，以及相对其它纺织增强结构低廉的生产成本和简单的工艺流程，作为一种理想的三维结构增强材料，是目前最有效、较经济的预设计增强织物¨l2J，其产品已应用于航空航天、风力发电叶片、交通运输、建筑等领域。（二）多轴向技术的研究现状20世纪80年代，美国OwensC0rning公司、Hexcel公司和Milliken公司开发了航空、航天用经编产品．美国国家航空航天局对Hexeel公司和Millik~m公司的产品进行了鉴定．证明经编复合材料是适合于航空、航天领域使用的高性能材料应用轻质、高强的多轴向经编复合材料能使飞行器的质量降低20％～25％．并可节约燃料增加有效载荷[1o]多轴向经编材料主要用来制造翼盒、翼梁、升降舵、方向舵、发动机罩等部件。经编复合材料稳固性好．质轻、高强，也可用来制造船艇的船身、舱壁、甲板、桅杆、船帆等，造船业是目前经编复合材料应用最大的市场。美国已将玻璃纤维多轴向经编织物广泛用于摩托艇和游艇的制造上．瑞典使用碳纤维多轴向经编复合材料制造了军用隐形轻巡洋舰土耳其的AbemdarPer_formance玻璃钢船厂用玻璃纤维与芳纶纤维多轴向经编织物生产了双体赛艇．远远超过其他双体赛艇随着纺织产业的战略转移与产业升级，产业用纺织品的开发和应用已成为世界各国关注的热点。（三）课题研究的意义多轴向经编技术在产业用领域，特别是在复合材料领域还是一个相对较新的课题，在发达国家，此技术的应用已比较广泛，在我国则起步较晚，但是该技术在国内外已引起广泛的重视，表现出巨大的发展潜力。今年，国家制定十二五规划，鼓励企业开发新能源34 。而风能作为一种可再生的清洁能源，必将在国内得到进一步的研究与发展，市场潜力相当巨大。所以，对多轴向经编技术，尤其是对该技术的关键一多轴向经编织物编织工艺的研究，具有深远的意义。它能在很大程度上提高多轴向经编织物的经济效益，扩大多轴向经编织物的应用领域，表现出重要的学术价值和广阔的商业前景。二、相关研究的最新成果及动态1经编复合材料的现状与发展由于经编织物具有力学性能优异、织造成本低、工艺性好等优点．现已广泛地应用于各种高性能复合材料中，如航空、航天、造船业、汽车工业、体育用品、建筑、能源及医疗等领域中。在风力发电领域．经编复合材料是制造风力发电机叶片及其他重要结构部件的主要材料．叶片质量的90％以上为复合材料我国幅员辽阔．风力资源丰富．是世界潜在的最大风力发电市场我国风力发电市场已经连续3年增长超过100％2008年我国风电总装机量约为1000万kW．增长了116％．预计到2010年能达到2000万kW．复合材料用量将近10万t．如果以碳纤维经编织物为增强体．其预计用量将达到7万t左右风力发电的迅速发展将给经编复合材料产业带来广阔的市场空间图8是采用碳纤维多轴向经编织物制备的复合材料风机叶片，具有质量轻、强度高、刚性好的优点．能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求[4]。目前，风力发电是最具成本优势的可再生能源，我国幅员辽阔，地理位置优越，开发和利用风能这种绿色可再生能源具有很大的潜力，而多轴向经编织物是风力发电中不可或缺的重要组成部分。多轴向基布是制造风力发电机叶片及其他重要结构部件的主要材料，使用多轴向织物制造风力发电机的叶片，具有质量轻、强度高、刚性好等优点，能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求[12]。2多轴向经编织物所用的纤维多轴向织物的可以使用的原料有玻璃纤维、碳纤维、Kevlar。纤维、涤纶、锦纶、粘胶纤维、聚乙烯扁丝等，而其中最常使用的有玻璃纤维、碳纤维和高强涤纶等。高性能的碳纤维在复合材料中充分体现了其优良的性能，但是由于碳纤维的价格较高，因而在一定程度上限制了其应用，大部分是和玻璃纤维一起使用来增加织物的强度。随着材料科学的发展，碳纤维的价格一定会有所下降，更多的应用于产业用纺织品上。目前，高性能的连续玄武岩纤维也被用于经编多轴向织物。连续玄武岩纤维的密度、硬度较高，具有优异的耐磨、抗拉增强性能，其力学强度远远超过天然纤维和合成纤维，价格也要比碳纤维便宜得多，因此它是一种非常理想的增强材料，但是由于玄武岩纤维的涂层技术的限制，在一定程度上也限制了多轴向经编织物的发展，如果这一问题能得以解决，那么多轴向经编织物的发展又会上一新的台阶[12]。玻璃纤维复合材料叶片玻璃纤维增强聚酯树脂和玻璃纤维增强环氧树脂是目前制造风机叶片的主要材料，从性能来讲碳纤维增强环氧树脂较好。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E一玻纤，其耐拉伸疲劳强度就可以达到碳纤维的水平。但是，E一玻纤密度较大，随着叶片长度的增加，叶片也越来越重，完全依靠玻璃纤维复合材料作为叶片的材料已逐渐不能满足叶片发展的需要。目前大多数人认为6034 m长的叶片是单纯使用玻璃纤维增强体临界尺度，因此，需要寻找更好材料以适应大型叶片发展的要求[1]。3复合材料的加工工艺1．2．1针织结构的选择多重针织结构复合材料增强体选用双罗纹组织和双轴向经编组织复合双罗纹组织由德国Stoll公司的CMS3O3TC型电脑横机编织的．机器机号为l2针／25．4mm双罗纹组织比罗纹组织延伸性和弹性小．尺寸比较稳定．同时边缘横列只可逆编织方向脱散．不易发生梯脱情况其力学性能优于纬平针和罗纹，具有更好的应用价值。双轴向经编织物是由德国卡尔迈耶公司研制开发的RS2DS型经编机编织，织物中的经、纬衬纱呈伸直状态．不屈曲．因此它比传统的梭织物更能够充分利用高性能纱线的力学潜能在结构稳定性、力学性能、经济性上，双轴向经编结构都具有无可比拟的优势Ⅲ织物工艺参数及所用纱线参数如表1、表2所示。1．2．2多层针织物的组合本试验制作了两种增强体一种是不缝合的4层增强体．增强体上下两层为双轴向经编织物．中间两层为纬编双罗纹织物．树脂浇注以后就形成了多层三维结构第二种是在第一种组合方式的基础上，用有一定捻度的CBF纱线缝合。试验采用的是改进式锁式缝合方法．这种缝合方法纱线弯曲少。利于缝合的顺利进行和层问强度的提高：另外缝合方式对面内纤维损伤少．由缝合引起的应力集中也较小，复合材料具有更高的损伤容限1．2．3复合工艺多层针织结构复合材料制作的具体试验步骤如图1所示。试验制作复合材料采用真空辅助树脂传递模塑的复合工艺。树脂传递模塑是将树脂注入到闭合模具中浸润增强材料并固化的工艺方法。真空辅助是指在注射树脂的同时，在排气口接真空泵．一边注射一边抽真空．这样可以改善模塑过程中纤维的浸润效果[3]。4多轴向经编织物的生产设备与编织原理多轴向经编针织物的生产设备主要是使用了多轴向的铺纬机构，该机构铺设的纱线各自平行，且纱线层能根据不同用途的需要以各种不同密度排列。纱线从纬纱架上引出后经过铺纬机构，由伺服电机驱动的铺纬机构将纱线垫放到位于左右两侧的衬纬纱传送链的钩子里，再通过传送链将纱线传送到编织区，与衬经纱、捆绑纱线等形成所需要的多轴向经编织物。目前国内的多轴向经编机主要有Liba(~1]巴)公司的CopcentraMAX3CNC系列机型以及KarlMayer(卡尔·迈耶)公司的MalimoMultiaxial、RS2(3)MUSU、RS2(3)MSUS-V等机型。[12]多轴向经编(Multi—axialWarp．Knitted，简称为MWK)织物由经纱(0。)纬纱(90。)和轴向纱(0)组成，衬纱角度(0在-200～+200之间变化)可按织物的用途进行变化。在编织过程中，用于编织的纱线在成圈机构的作用下，穿过整个织物，在厚度方向将所有预先铺设好的承载纱精确地束缚在一起，在编织过程中，可以把纤网和MWK织物有效结合起来，纤网的加入能够控制织物的很多物理性能，如强度和伸长，同时也可以改变织物的覆盖系数、密度、透气率、透水率、刚度、厚度和初始抗撕裂阻力，提高了织物的抗撕裂性能，减少了织物中纱线的滑移，使得MWK织物和纤网的优点都能体现出来。此外，在MWK织物的生产过程中，通过束缚纱和承载纱将纤网连结起来，而不是刚性地胶合在一起，这就允许MWK纤网结构有许多形式，使设计者拥有更大的设计空间[3]。5多轴向经编织物的编织工艺经编多轴向织物的原料范围十分广，衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如玻璃纤维34 (GF)，碳纤维(CF)、Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMW—PE)等J，可以是低捻度的柔性短纤纱，也可以是无捻的高性能长丝。用作增强纱线时，一般采用高性能无捻长丝，有时为了便于织造，纱线可以稍加捻。纱线一般较粗，最粗可达约2500tex。地纱通常采用价格低廉的普通纤维，纱支般为160dtex左右。如产品沿厚度方向的性能要求较高，则使用便于成圈的高性能纤维，如高强涤纶。同时，单根纱线的密度以及它们的取向角可随载荷的类型而发生变化。在多轴向织物中，通常使用的衬纱角度为一45。、90。、+45。和0。，如衬纱角度为一45。、0。和+45。；一45。、90。和+45。，则可以形成三轴向经编织物。编织纱(及绑缚系统)的组织通常采用编链、经平或变化经平(编链+经平)。具体采用何种组织结构，需根据增强纱线的铺设情况而定。当有0。衬经纱时，若采用编链结构，由于编链组织无针背横移，将无法有效地把0。衬经纱固结起来，此时的绑缚组织则需用到经平组织或变化经平组织。在实际生产中，变化经平组织是一种最佳组合，此种组织结构对衬经纱束缚小，当织物作为复合材料基布进行树脂渗透时，树脂渗透较快，有利于复合制品性能的提高。编织纱的存在提高了层间的剪切强度和各个方向上的尺寸稳定性，将分层的可能性降低到最低，使第三方向也就是z方向得到了增强。但是编织纱并不是越多越好，编织纱过多时，将影响复合成型时树脂的渗入，使最终产品易出现分层现象[2]。6多轴向经编织物的结构与性能多轴向经编织物是一种由编链、经平或变化经平组织将多层衬纱绑缚在一起的多层织物，最多可达8层纱线(7层纬纱，1层经纱)，再加纤网J。图6所示为一种典型的多轴向经编织物三维结构展示图，图中绑缚组织为经平组织，四组衬纱的衬人次序和方向为：9O。／0。／+45。／一45。。多轴向经编织物的结构特点主要有以下几个方面：①在相同的生产设备上，衬纱角度、织物密度可进行调整；②纱线完全平行伸直排列，各层取向度很高，具有较好的机械性能；③增强纱线层最多可以达到8层，织物的整体性较好；④织物结构较疏松，可以与纤维网和短切毡结合，提高了织物结构设计的灵活性；⑤每个增强纱线层可使用不同的纱线种类，扩大了织物结构的复合性能[3]。由于经编多轴向织物可以在织物的纵向、横向或是斜向按照使用要求以一定角度平行伸直地衬人纱线，再用编织纱将其编织成一个整体，从而克服了铺层结构层间无联系、剪切强度差、易分层的缺陷，同时也克服了传统机织物纱线屈曲、强力利用率低、纤维损伤大的缺点，使增强纱线的力学性能得到充分利用1。此外，多轴向经编织物还具有较低的生产成本、较高的生产效率，设计灵活性、铺设性和预成型性好等优点，在产业用领域拥有广阔的市场。多轴向经编织物作为骨架材料与高性能树脂复合后制得的纤维增强复合材料在许多行业中有着非常广泛的应用。早在1992年，这种碳纤维增强复合材料就已经用于空客A320上，与以往使用的金属材料相比较，使用这种纤维复合材料能使机身重量减轻约20％。近年来，除了在航天航空领域，多轴向经编增强材料还大量应用于造船业中的游艇、舰艇，沿海或草原中风能发电机组的叶片，运输业中的火车机车壳体，车用夹芯板，建筑业中的雷达天线罩、增强混凝土，军用工程中的防弹衣和防弹头盔等[3]。（三）总结34 多轴向经编技术在产业用领域，特别是在复合材料领域还是一个相对较新的课题，在发达国家，此技术的应用已比较广泛，在我国则起步较晚，但是该技术在国内外已引起广泛的重视，表现出巨大的发展潜力。今年，国家制定十二五规划，鼓励企业开发新能源。而风能作为一种可再生的清洁能源，必将在国内得到进一步的研究与发展，市场潜力相当巨大。所以，对多轴向经编技术，尤其是对该技术的关键一多轴向经编织物编织工艺的研究，具有深远的意义。它能在很大程度上提高多轴向经编织物的经济效益，扩大多轴向经编织物的应用领域，表现出重要的学术价值和广阔的商业前景。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标（1）课题的研究内容多轴向织物（MultiaxialWarpknitting，简称为MWK）在0o、90o和±θ方向都衬有增强纱线，θ可以在30o～90o之间变化，多层纱片由经平组织或编链组织绑缚在一起。因此多轴向织物是一种多层织物。纤维铺设在面内不同方向（衬纱系统）以及沿厚度方向（绑缚系统），形成由纤维束构成的三维网络整体结构。主要研究多轴向玻纤织物的生产工艺（原料、组织）及产品的以下内容：1．拉伸性能多轴向经编织物的特点在于整体性能好、设计灵活、拉伸性能和抗撕裂性能好，特别是沿厚度方向纱线的增强，大大提高了层间性能，克服了传统层合板层间性能差的弱点。织物面内任意方向上的拉伸强度和拉伸模量可以通过衬纱的强度和衬入方向进行计算。织物可以按需要设计成面内拉伸各向同性或各向异性。当θ=±45o时，织物可以近似认为面内拉伸各向同性。2．双斜向织物的成型性能对于经编双斜向织物（±45o）来说，当+45o的衬纱顺时针旋转，而同时–45o的衬纱逆时针旋转时，经平绑缚组织沿纬向将受拉伸长，沿经向将缩短。经平组织沿纬向具有很大的延展性。这种双斜向织物在成型过程中衬纱沿纬向产生集束现象，这是这种织物变形的一个重要特点。另一种情况，当+45o的衬纱逆时针旋转，而同时–45o的衬纱顺时针旋转时，经平绑缚组织沿经向将受拉伸长，而沿纬向将缩短。但经平绑缚组织沿经向的延展性却很小，使这种双斜向织物（±45o）在成型过程中易于沿纬向集束。对这种织物进行半球冲压后，织物无起拱现象产生，说明这种双斜向织物（±45o）具有较好的成型性能。3．剪切性能双轴向经编织物和机织物在斜向外力（与织物经向呈45°）或平行剪切力的作用下是不稳定的。而在多轴向经编织物中由于引入了两组对角线纱线，这样织物的剪切变形便受到抑制，因此，多轴向经编织物具有良好的剪切性能。(2)研究方法　本课题的研究主要采用实验法、观察法、比对法方法。34 对于不同原材料及组织所制成的产品，将采用比对法。　对于工艺设备及工艺流程的研究，将采用观察法。对于产品性能的研究，将采用实验法。(3)技术路线1、系统查阅多轴向织物技术研究相关的国内外文献和标准，进行搜集、整理、加工，撰写文献综述。2、进行毕业实习，通过实习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，主要开展风机叶片用产品的性能测试和研究，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需要。3、执笔撰写毕业论文，通过拟写提纲、写成初稿、检查修改、撰写定稿四个步骤，写出一篇10000字左右的高质量毕业论文。(4)研究难点该课题的研究在国内尚处于起步阶段，可参考的文献资料不是很多，而搜索的外文文献资料更是少之又少。学校也没有必要的设备来完成一些实验数据的测试，实验的原材料很难小量购买到。另外由于自己即将工作，没有很多时间去研究论文。当然，我都会尽力去克服这些困难，抓紧时间，争取尽快完成这篇论文，并且做到保质保量。(5)预期达到的目标对经编多轴向织物的结构和性能进行分析，介绍经编多轴向织物的生产技术，并对不同产品性能分析比较。进行毕业实习，通过实习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，主要开展风机叶片用产品的性能测试和研究，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需要。四、论文详细工作进度和安排2011-1-11-----2-20完成相关实验和调查2011-2-21-----3-11进行毕业论文的撰写，学生完成毕业论文初稿交指导老师。2011-3-12----4-12毕业实习2011-4-13----5-12实习总结及调查报告、论文修改、定稿2011-5-13----5-23论文评阅2011-5-24—--6-3论文第一次答辩2011-6-5—---6-10论文第二次答辩2011-6-7-----6-12校级答辩34 五、主要参考文献[1]肖学良,缪旭红.多轴向织物在风力发电机叶片中的应用[J].针织工业，2007，（10）：8-10.[2]司昭群李俊胡红.张明星多重针织结构复合材料力学性能研究[J].针织工业，2010，（1）：15-18.[3]顾璐英,蒋高明.多轴向经编织物编织工艺探讨[J].玻璃钢/复合材料，2010，（3）：76-80.[4]谈亚飞.经编复合材料的市场现状与发展趋势[J].针织工业，2010，（2）：17-20.[5]顾宏梅,徐建如,冯李军.复合材料用经编织物的研制与应用[J].纤维复合材料，2003，（3）：21-23.[6]蒋高明.现代经编产品设计与工艺[M].北京中国纺织出版社,2002.235-237.[7]尤彩萍,胡红.交织双轴向纬编针织结构及增强复合材料的拉伸性能[J].东华大学学报(自然科学版)，2009,35(1).27-29.[8]姜亚明，刘良森，叶雪康.建筑物补强材料用经编单轴向碳纤维织物[J].针织工业，2004,(3).25-28.[9]马悦,李炜,梁子青,经编多轴向织物的压缩性能研究[J].材料工程，2007，（11）：28-32.[10]刘日华,周荣星,胡红.涂层工艺对经编多轴向膜结构复合材料性能的影响[J].上海纺织科技，2005，33（1）：61-64.[11]刘梁森,邱冠雄.针织轴向织物在产业用纺织领域的开发应用[J].针织工业，2009,（12）：1-4.34