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正文內(nèi)容

三維正交織物的織造方式畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-08-09 23:55 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 板的連接,這種結構改善了武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 6 力的傳遞,減少了剝離應力。采用三維正交機織復合材料新技術可以制造出無余量的機翼整體加筋壁板,預成形蒙皮整體機身框架和艙窗帶板以及翼身融合體大部件,從而提高復合材料飛機結構設計許用值 [9]。通過取消多零件組件和金屬緊固件來提高飛機結構的減重效率,為先進復合材料在飛機結構上的大量應用,實現(xiàn)減重目標提供有效途徑。 船艦領域的應用 三維紡織復合材料由于抗沖擊性好、吸振性強,耐海水及海洋生物侵蝕、成形方便、便于維護,比鋼材更適應海洋環(huán)境。三維紡織復合材料滿足了大型掃雷艦隊船體材料的需要,解決了由于魚雷爆炸產(chǎn)生的高沖擊載荷下引起的材料分層問題。此外,在炮座、主機座等長時間受沖擊的部位,也需要高沖擊韌性的復合材料。再加上三維紡織復合材料成本低且質(zhì)量輕,在高速艇的建造上,如海關緝私艇、救災用沖鋒舟、海岸巡邏艇等也必須采用這樣的高性能材料來實現(xiàn)船體的減重 [12]。 土工建筑領域的應用 建材工業(yè)中最廣泛使用的結構材料有鋼材和中碳鋼增強 混凝土,鋼材的腐蝕會導致建筑物的災難性的破壞。利用碳纖維織制的“米”字形立體織物預制件 [21]經(jīng)樹脂基復合而形成的棒材便成為人們開發(fā)出替代建材用鋼材的新型高性能建材的重要品種。 使用纖維增強預制件,提高了制品的韌性、拉伸強度,減少了裂紋,延長了建筑物的壽命。如旋轉餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋,屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌等。 軍事領域的應用 用紡織復合材料制作的 潛水艇,表面沒有磁性,傳統(tǒng)的磁性水雷不會對其造成威脅;制作的導彈外殼,可以防止高速飛行時的過熱熔融。目前,戰(zhàn)術火箭、反 坦克導彈、防護裝甲、大口徑火炮、火箭導彈、火箭發(fā)動機等已開始用紡織復合材料制作。用該材料制作的移動天線,減輕了重量,提高了部隊的機動能力 [12]。例如,美國的軍用飛機具有自我保存的隱身功能,即在飛機的蒙皮上應用了吸收電磁波的功能復合材料來躲避雷達跟蹤,而這種復合材料是高性能的結構復合材武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 7 料??梢哉f向多功能方向發(fā)展是發(fā)揮復合材料優(yōu)勢的必然趨勢。 醫(yī)學 領域的應用 由于三維紡織預制件及復合材料具有重量輕、力學性能優(yōu)越和設計靈活等特點 , 這使其在人造生物材料的應用方面將發(fā)揮越來越大的作用。人造生物材料是一種特殊的功能材料 , 是研制人工器官及各種醫(yī)療器具的物質(zhì)基礎。它的發(fā)展將對挽救生命、提高人類生活質(zhì)量方面創(chuàng)造巨大的社會效益。幾乎人體所有的組織器官都是三維結構的 , 它們的物理強度和性能在各個方向上有所不同。 以骨折內(nèi)固定接骨板為例 , 目前臨床上使用的接骨板多半是以不銹鋼和鈦合金為材料的 ,這種材料本身具有各向同性 , 而且強度方面很難根據(jù)實際需要進行設計。當這種金屬接骨板植入人體后 , 由于剛度與人骨相比過大 , 常產(chǎn)生應力遮擋作用和鋼板斷裂現(xiàn)象 , 這不但影響到早期 的骨折愈合 , 更為重要的是影響到后期骨改建 , 會產(chǎn)生固定骨段的骨缺損和結構紊亂 , 同時固定物取出后還容易發(fā)生再骨折 [20],這個問題一直困擾著醫(yī)學界和材料界的研究人員。而三維編織復合材料的模量可以設計。 三維紡織技術在醫(yī)學上的應用為許多患者帶來了福音,利用三維紡織技術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;碳纖維復合材料的楊氏模量與人骨相似,與軟組織的適應性極好,可以用其修復韌帶、制作假肢等。 機動車輛 領域的應用 三維紡織復合材料可用于車身、坐椅、油箱、車門的制作,利用層合板制作的板簧,大大延長了其使用壽命。同時,用此材料制作的賽車身及后壓蓋,由于剛度高,高速行駛時,不易變形能繼續(xù)保持流線的外形;而用傳統(tǒng)金屬材料制作的車身,高速行駛時,由于空氣壓力而產(chǎn)生車體變形,接口處出現(xiàn)縫隙,噪聲增大,空氣阻力增加。 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 8 2 實驗材料及裝置設備 實驗原料的選擇 幾種常用的三維紡織品原料 紡織品纖維種類很多,按照來源和習慣分為天然纖維和化學纖維兩大類,有的地方又將化學纖維細分為人造和合 成纖維兩類。這些不同種類的纖維在工業(yè)上都有所應用,但在三維紡織復合材料領域中,天然纖維和增強相(樹脂、陶瓷等)的結合性不好,強力也不及一些化學纖維好,無法在基體復合過程中相互粘合,因而不常用。目前在三維紡織復合材料領域應用的最多的纖維原料是芳綸、玻璃纖維和碳纖維等高性能纖維。 用碳纖維與塑料制成的復合材料所做的飛機不但輕巧,而且消耗動力少,推力大,噪音??;用碳纖維制電子計算機的磁盤,能提高計算機的儲存量和運算速度;用碳纖維增強塑料來制造衛(wèi)星和火箭等宇宙飛行器,機械強度高,質(zhì)量小,可節(jié)約大量的燃料。 表 1 為三種 纖維的性能比較: 表 11 碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維性能對比 纖維名稱 優(yōu) 點 缺 點 碳纖維 強度比鋼的大、密度比鋁的小、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電,楊氏模量是玻璃纖維的三倍,凱芙拉纖維的兩倍,耐腐蝕性出類拔萃 耐沖擊性較差,容易損傷,在強酸作用下發(fā)生氧化,與金屬復合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象 玻璃纖維 彈性模量與金屬鋁的彈性模量相當,是普通鋼的三分之一,耐熱性較高,化學穩(wěn)定性能較好,導熱系數(shù)小 耐摩和耐扭折性很差,有堿玻璃纖維的耐水性很差 芳綸 超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、絕緣、抗老化、生命周期長、低密度、優(yōu)良減震性、耐磨、耐沖擊、低膨脹、低導熱以及優(yōu)良的介電性能 回潮率高、制造成本高、耐壓縮性差、層間剪切強度低,其層壓制品難以切割、不耐紫外線照射 材料性能及可織造性的分析 由于玻璃纖維和碳纖維的剛度大、韌性小,在織造過程中紗線易出現(xiàn)磨斷、武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 9 折斷等現(xiàn)象,鋼筘的來回打緯亦會引起紗線起毛、起球,進而導致斷經(jīng)或影響織物力學性能。芳綸雖然強度高、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(尤其在小樣織機上采用人工打緯時,如織造人員雙手不潔,存在汗液等污物,在拿取紗線時會黏起部分單絲,加重了起毛現(xiàn)象),嚴重損傷纖維強力。 考慮到實驗只需對比不同織造方式對于相同材質(zhì)、相同纖維體積分數(shù)的三維紡織預制件的力學性能影響,因此,筆者采用了強度較好、不易起毛起球、便于織造的棉紗來進行實驗 樣品的制作。 本次實驗選用的紗線原料 ? 實驗原料 21 支 2 棉股線。 ? 儀器 溫州大榮紡織儀器有限公司生產(chǎn)的 YG(B)021DX 單紗拉伸斷裂強力儀。 ? 實驗過程 按照規(guī)定要求對試樣進行預調(diào)濕、調(diào)濕處理以后,在標準大氣中測試。打開強力儀電源,儀器自檢正常后,對儀器進行設置,設置好夾距、拉伸速度及實驗方式等參數(shù)后即可開始實驗。 將試樣一端固定在上夾持器中部,另一端掛上預加張力后固定在下夾持器中部。按下“啟動”鍵,試樣開始拉伸,直至斷裂。記錄實驗測試數(shù)據(jù)。若該次實驗在測試過程中出現(xiàn)異常(如打滑或斷裂在夾持器附近等),應該舍棄該次數(shù)據(jù),重新測量。 按照以上步驟獲得的 10 組有效數(shù)據(jù)如表 21 所示: 表 21 織造紗線拉伸斷裂強力實驗數(shù)據(jù) 單位:( cN) 實驗編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 強力值 1283 1455 1400 1375 1390 1351 1437 1267 1411 1336 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 10 主要實驗設備及用具 實驗裝置 本次實驗沒有專用的三維織機,只能在普通二維織機上加上一些裝置來織造實驗需要的三維織物。 由于經(jīng)紗和接結紗的用量不一致,故應采用雙軸織造或用筒子架送經(jīng),所以不能像織普通二維織物那樣將接結經(jīng)和襯墊紗都繞在經(jīng)軸上。又本次實驗需要的試樣不多,實驗原料亦有限,在此,筆者放棄了筒子架而采用了往屆學生使用過的簡易經(jīng)紗固定架子 。如圖 21 所示: 圖 21 經(jīng)紗固定架子 圖中架子由底座、支架和紗線末端固定桿組成。 為了減少穿紗次數(shù),改善經(jīng)紗過長導致的紗線下垂,所以在經(jīng)紗架和織機之間加入了一個起調(diào)節(jié)張力作用的架子,如圖 22 所示: 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 11 圖 22 調(diào)節(jié)張力的架子 該架子由底座、支架和帶有導紗孔的有機玻璃面板組成。穿紗時,將紗線穿過導紗孔后穿入綜絲眼即可。導紗孔可以對經(jīng)紗起到一定的張力調(diào)節(jié)作用。 織機采用的是江陰市通源紡機有限公司生產(chǎn)的 SGA598 型半自動打樣機。 織造裝置配置如下圖 23 所示: 圖 23 織造配置順序圖 實驗用具 圖 24 用來挑紗的金屬棍 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 12 圖 25 引緯針 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 13 3 實驗試樣的織造及力學性能測試 經(jīng)向接結的三維正交織物的織造 織造前準備 在固定經(jīng)紗時,由于要讓經(jīng)紗分層,所以不能使用經(jīng)軸卷繞經(jīng)紗,要在經(jīng)紗固定架子上選取 10 層距離相等、高度合適的層,并粘上透明膠,再粘上一層雙面膠。粘透明膠的目的是防止雙面膠粘性大、強力小,粘上后不易撕下,損壞實驗設備。粘上雙面膠后撕開表層的防塵貼紙,開始固定經(jīng)紗。 由經(jīng)紗固定架子的后面往前穿經(jīng)紗,即與織造方向相反的方向。經(jīng)紗長度不能太長,否則經(jīng)紗會由于重力作用而下垂,導致經(jīng)紗張力不夠,影響織造。但也不宜太短,否則織出的布樣太小,需多次穿紗,徒增工作量。同時,要在經(jīng)軸上卷繞足量的接結紗,并且與襯墊紗分開送經(jīng)。 穿綜 第一次穿綜,筆者為了方便織造,按照圖 31 的穿綜圖穿綜,圖 32 的紋板圖提綜。即由綜框提起襯墊紗來進行開口。 圖 31 第一次穿綜圖 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 14 圖 32 第一次紋板圖 試織時發(fā)現(xiàn)布樣中的襯墊紗全部偏移,不在同一垂直平面上,如圖 33 所示: 圖 33 第一次試織經(jīng)緯向襯墊紗交織情況示意圖 分析原因,是由于紗線有張力,導致同一豎列的綜絲并不是在和經(jīng)紗平行的平面上(如圖
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