【正文】 料新需求的推動(dòng)下，從 20 世紀(jì) 80 年代起，三維紡織技術(shù)得到了迅速發(fā)展。同時(shí)，這種類型的復(fù)合材料在幾乎連續(xù)的平直纖維中，比各自“傳統(tǒng)”類型的三維聯(lián)鎖編織復(fù)合材料顯示出更好的面內(nèi)剛度和強(qiáng)度性能 [15]。 本文首先簡要介紹了三維復(fù)合材料特性以及發(fā)展?fàn)顩r，以及試驗(yàn)所需的三維正交織物的制備過 程，然后描述了試驗(yàn)試樣拉伸強(qiáng)力的測(cè)試，最后引出燕瑛教授的理論模型并探討了不同織造方式制造的織物，在所含纖維體積分?jǐn)?shù)相容的條件下，其強(qiáng)度與織物結(jié)構(gòu)參數(shù) 纖維取向的關(guān)系，并將實(shí)驗(yàn)所測(cè)數(shù)據(jù)與燕瑛教授提出的強(qiáng)度理論公式的計(jì)算結(jié)果作了比較，驗(yàn)證其理論公式的可適用性。這是由于三維機(jī)織物的可設(shè)計(jì)性，通過制定合適的生產(chǎn)工藝及對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)織設(shè)備加以改造，即可獲得多種截面形狀、各種紗線走向、力學(xué)性能各異的紡織預(yù)制件，滿足各種實(shí)際工程要求。 同時(shí)，經(jīng)向和緯向纖維不交叉，內(nèi)部易滑動(dòng)，材料成型性好，易于鋪附，不易皺折，減少了材料鋪層中間的開剪、縫合的時(shí)間。三維正交織物的纖維含量高，利用滲透法可達(dá) 6570%，減少了樹脂用量和應(yīng)用對(duì)象的總重。 縫合連接三維編織復(fù)合材料技術(shù)是在三維整體紡織工藝的基礎(chǔ)上將異型形狀部分用縫合線按照一定的縫合工藝參數(shù)連接起來形成預(yù)制件，最 后采用 RTM或 RFI 工藝方法成型 [16]?？p合改善了層間斷裂韌性，對(duì)一直分層擴(kuò)展有顯著作用。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 4 圖 12 角連鎖分層接結(jié) 三維蜂窩狀織物 蜂窩板材織物可由多層二維織物用經(jīng)紗聯(lián)接而成，為了獲得均勻的結(jié)構(gòu)，各層擬采用相同的組織；為了減少綜框片數(shù)，一般均采用平紋組織。 圖 13 蜂窩結(jié)構(gòu) 圖 14 蜂窩織物經(jīng)向結(jié)構(gòu)圖 [1] 三維編織復(fù)合材料 編織是第一個(gè)用于制造三維復(fù)合材料預(yù)形件的紡織工藝。三維編織復(fù)合材料在生物醫(yī)學(xué)上也有使用。但隨著二維層合板結(jié)構(gòu)在飛機(jī)應(yīng)用上，制造復(fù)雜幾何形狀構(gòu)件造價(jià)很高，維修中對(duì)不慎落下重物引起的沖擊損傷非常敏感。紡織預(yù)制件 有良好的適應(yīng)性、 成形性、扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的整體性，能制成各種復(fù)雜幾何形狀的構(gòu)件 ， 且不需大量機(jī)械加工和連接 ， 因此邊角料和加工過程中的搬運(yùn)都大量減少 ， 制造費(fèi)用顯著降低。此外，三維編織增強(qiáng)復(fù)合材料還應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)器械、機(jī)械系統(tǒng)、電器、造船及民用建筑等眾多領(lǐng)域。機(jī)身框架的“ I”字形部件，十字形部件、復(fù)葉片的加強(qiáng)板 [12]。 船艦領(lǐng)域的應(yīng)用 三維紡織復(fù)合材料由于抗沖擊性好、吸振性強(qiáng)，耐海水及海洋生物侵蝕、成形方便、便于維護(hù)，比鋼材更適應(yīng)海洋環(huán)境。 土工建筑領(lǐng)域的應(yīng)用 建材工業(yè)中最廣泛使用的結(jié)構(gòu)材料有鋼材和中碳鋼增強(qiáng) 混凝土，鋼材的腐蝕會(huì)導(dǎo)致建筑物的災(zāi)難性的破壞。 軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 用紡織復(fù)合材料制作的 潛水艇，表面沒有磁性，傳統(tǒng)的磁性水雷不會(huì)對(duì)其造成威脅；制作的導(dǎo)彈外殼，可以防止高速飛行時(shí)的過熱熔融?？梢哉f向多功能方向發(fā)展是發(fā)揮復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)的必然趨勢(shì)。幾乎人體所有的組織器官都是三維結(jié)構(gòu)的 ， 它們的物理強(qiáng)度和性能在各個(gè)方向上有所不同。 三維紡織技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用為許多患者帶來了福音，利用三維紡織技術(shù)制造的人造血管幫助了許許多多的心腦血管病人；用玻璃纖維復(fù)合材料制作的外科夾板，可直接模塑出病人的身體外形，減輕了患者的痛苦；用層合板制作的人工呼吸器，輕便耐用；碳纖維復(fù)合材料的楊氏模量與人骨相似，與軟組織的適應(yīng)性極好，可以用其修復(fù)韌帶、制作假肢等。這些不同種類的纖維在工業(yè)上都有所應(yīng)用，但在三維紡織復(fù)合材料領(lǐng)域中，天然纖維和增強(qiáng)相（樹脂、陶瓷等）的結(jié)合性不好，強(qiáng)力也不及一些化學(xué)纖維好，無法在基體復(fù)合過程中相互粘合，因而不常用。芳綸雖然強(qiáng)度高、柔性較好，但芳綸絲多為無捻長絲，其在織造過程中易起毛起球（尤其在小樣織機(jī)上采用人工打緯時(shí)，如織造人員雙手不潔，存在汗液等污物，在拿取紗線時(shí)會(huì)黏起部分單絲，加重了起毛現(xiàn)象），嚴(yán)重?fù)p傷纖維強(qiáng)力。 ? 實(shí)驗(yàn)過程 按照規(guī)定要求對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)調(diào)濕、調(diào)濕處理以后，在標(biāo)準(zhǔn)大氣中測(cè)試。記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)。又本次實(shí)驗(yàn)需要的試樣不多，實(shí)驗(yàn)原料亦有限，在此，筆者放棄了筒子架而采用了往屆學(xué)生使用過的簡易經(jīng)紗固定架子 。導(dǎo)紗孔可以對(duì)經(jīng)紗起到一定的張力調(diào)節(jié)作用。粘上雙面膠后撕開表層的防塵貼紙，開始固定經(jīng)紗。同時(shí)，要在經(jīng)軸上卷繞足量的接結(jié)紗，并且與襯墊紗分開送經(jīng)。 圖 34 綜絲位置狀態(tài)俯視示意圖 對(duì)此，筆者對(duì)織造方式進(jìn)行改進(jìn)：穿綜時(shí)，將接結(jié)紗穿入綜絲眼，襯墊紗不武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 15 進(jìn)行穿綜，直接從兩根綜絲中間穿過，然后采用人工分層提綜的方式開口打緯，如圖 35。 圖 36 穿筘圖 第一次穿筘選用的是 80 號(hào)鋼筘，其密度為 160 筘 /10cm。遂采用筘齒密度較小的 40 號(hào)鋼筘，其密度為 40 筘 /10cm。調(diào)節(jié)紗線張力，用手輕輕按壓紗線，看是否存在經(jīng)紗張力不勻的現(xiàn)象。 固定好襯墊紗和接結(jié)紗后就可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)紗線張力，預(yù)備織造。 圖 37 喇叭狀縫隙 為了獲得更高的厚度和織造長度，筆者采用三根紗平行打緯。 圖 38 實(shí)際上機(jī)紋板圖 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 17 圖 39 下機(jī)后的 經(jīng)向接結(jié) 織物細(xì)節(jié) 緯向接結(jié)的三維正交織物的織造 穿綜穿筘 緯向接結(jié)的三維正交織物不需要經(jīng)向的接結(jié)紗，所有的經(jīng)紗都屬于襯墊紗。 為了控制相同的經(jīng)密，筆者采用了和經(jīng)向接結(jié)相同的穿筘圖（上文圖 36）。不同的是，經(jīng)向接結(jié)是通過綜框提綜引導(dǎo)接結(jié)紗交織接結(jié)，緯向接結(jié)是用類似縫衣針的引緯針引導(dǎo)接結(jié)緯紗上下穿梭接結(jié)。圖 312a 是廣泛用于服裝業(yè)的鎖式縫合，在面紗和底紗之間形成兩個(gè)縫合線圈，在織物中間相交，產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 19 圖 312 縫合形式 [17] 為了控制變量，縫合密度盡量控制和接結(jié)紗的接結(jié)距離以及單個(gè)組織循環(huán)距離一致。 表 31 三種織物的厚度 （單位： mm） 名稱 /編號(hào) 1 2 3 4 5 平均值 經(jīng)向接結(jié) 緯向接結(jié) 平紋布 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，采用四層平紋布縫合是最為接近兩種三維正交織物的，此處應(yīng)選擇四塊布縫合最佳。 織物拉伸斷裂強(qiáng)力測(cè)試方式有三種，分別為：拆邊紗法、剪切法和抓樣法。 實(shí)驗(yàn)過程 首先準(zhǔn)備試樣，根據(jù)織物品種，選擇試條形狀，按規(guī)定尺寸裁剪試樣，長度方向應(yīng)平行于織物的經(jīng)向或橫向 。先將試樣一端夾緊在上夾鉗中心位置，然后將試樣另一端放入夾鉗中心位置，并在預(yù)張力作用下伸直，再緊固下夾鉗 (或采用松式夾持法 )。纖維屈曲系數(shù) C 的公式： zzq L LLC ?? (41) 式中： Lz—— 織物的長度； Lq—— 相應(yīng)所用纖維長度。 表 42 部分織物強(qiáng)度計(jì)算所需參數(shù) 項(xiàng)目 /數(shù)值 Py/cN 屈曲系數(shù) C cosθ 經(jīng)向接結(jié) 緯向接結(jié) 縫合平紋 計(jì)算出各個(gè)試樣的橫截面積、理論拉伸斷裂強(qiáng)力值以及與實(shí)測(cè)織物拉伸斷裂強(qiáng)力值的誤差（保留兩位小數(shù)）見表 43。纖維體積分?jǐn)?shù)也會(huì)影響三維紡織復(fù)合材料的力學(xué)性能。 圖 51 三維織物分層打緯裝置示意圖 每次打緯只需控制相鄰兩層紗線之間的兩根抬紗條分開即可對(duì)經(jīng) 紗進(jìn)行分層開口。通過調(diào)節(jié)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)，如：纖維取向、纖維體積分?jǐn)?shù)、織物密度等，可以改變紡織復(fù)合材料的力學(xué)性能。只有這樣才能使我國復(fù)合材料的發(fā)展走在世界的前列。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。也非常感謝李甜甜同學(xué)在閑暇時(shí)幫我穿綜、穿筘等工作，十分感謝！ 在本課題的研究中，陳孝燁同學(xué)的課題所需試樣和我的一樣，也很感謝他在布樣織造過程中的幫助，使得我在后期能夠順利的完成實(shí)驗(yàn)，在此表示深深的感謝！ 最后衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間參加答辯的各位專家、教授，謝謝你們！ 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 目前三維紡織復(fù)合材料尚不能廣泛大量應(yīng)用的原因來自經(jīng)濟(jì)、制造、力學(xué)性能和耐久性諸問題的綜合。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)樣品需求不大，也沒有相關(guān)條件，沒有采用筒子架分開送經(jīng)，而是采用比較原始的膠帶固定的方式固定經(jīng)紗，造成很大程度的經(jīng)紗張力不勻，同樣影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 武漢紡織大學(xué) 20xx 屆畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 26 5 總結(jié) 在織造時(shí)由于織機(jī)的原因，極大的影響了織造效率。 結(jié)合公式 43 和表 43 不難看出，纖維取向角會(huì)在一定程度上影響織物的拉伸斷裂強(qiáng)力。纖維束相對(duì)于織物受載方向的取向用角度 θ 來表征，為了獲得平局代表性的纖維取向，圖 41 取向角 θ的余弦與纖維束的屈曲系數(shù)之間的關(guān)系可用下式表示： Cθ ?? 1 1cos (42) 如果定義一個(gè)纖維束的斷裂載荷為 Pyi，它相對(duì)于織物受載方向的取向角為θ i，那么可以用下式來表示織物斷裂承載力 Pf 與纖維束斷裂承載力 Pyi 之間的關(guān)系： θPnP yyf cos? (43) 武漢紡織大學(xué) 2