碳纤维二维编织新结构管件设计
文 | 檀江涛 秦志刚
【摘 要】摘要：文章利用24锭二维编织机生产了类似方平组织结构的二维编织管状织物，并利用优化后的手糊法制备了二维编织复合材料管件。通过对管状编织物克重的测量和复合材料管件纤维体积含量的计算得出：管状编织物密度和复合材料管件纤维体积含量均随编织节距的减小而增加；优化后的手糊工艺所制备的复合材料管件纤维体积含量较高，表面较为光滑。 【期刊名称】纺织导报 【年(卷),期】2018(000)001 【总页数】2
【关键词】24锭编织机；二维编织；手糊法；克重；纤维体积含量
碳纤维复合材料管件由高模量的碳纤维通过纺织织造工艺制成预制件，然后与树脂基进行复合后制备而成。复合材料管件内部的碳纤维相互交织结构对复合材料管件力学性能影响较为显著。二维编织工艺过程对碳纤维磨损较少，使得纱线强力损伤较小，因此通常被用于复合材料管件预制件的制备。二维编织预制件是呈放射性的纱线互相掩压、旋转而编成的中空结构织物，同时可以增加不同形状结构的芯模进行编织，使得纤维预制件与芯模紧密贴合；之后通过复合工艺将二维编织物与树脂进行复合，所制备的复合材料整体性好、形状结构多变、轴向压缩性能和耐弯曲性能较为优异。传统的二维编织复合材料管件组织结构多为类似于平纹组织的1×1结构，同时利用传统手糊工艺所制成的复合材料管件纤维体积含量较低，无法满足高端技术领域的发展需求。本文在24锭二维编织机上生产了一种方平组织结构的具有较高面密度的二维编织管状织
物，同时利用优化后的手糊法制成了纤维体积含量较高的复合材料管件。
1 二维编织管状织物制作
1.1 实验材料
选用日本东丽（Toray）公司生产的T300B－3000－40B碳纤维复丝，线密度198 tex，密度1.76 g/cm3。 1.2 管状织物制作
24锭编织机为江苏徐州恒辉编织机械有限公司生产，机器型号KBL 24－2－90。此编织机可通过改变编织纱线根数对编织物进行组织结构变化，实验中采用24锭纱管进行编织，编织过程中编织纱线每隔 2 束相互交叉 1次，所制备的编织物组织结构为2×2结构，类似于机织物中的方平组织。编织过程在直径16 mm的塑料软管芯模上进行，制成所需的二维编织管件织物。 1.3 管状织物密度测定及分析
对于织物密度测量较为复杂的织物，可利用克重来替代织物密度。本实验对二维编织管状织物的克重进行了测量和计算，其中管件编织物的编织节距为同根纱线编织到原位置时，轴向方向的直线距离（表 1）。
由表 1 可知，二维编织管件织物克重随编织节距的减小而增加，主要原因是在其他编织条件相同的情况下，编织节距的逐渐减小使得纱线之间的间距减小，从而所制备的管件编织物密度较大。
2 复合材料管件制备
2.1 实验材料
深圳郎博万公司生产的型号NO.1－691的环氧树脂和所对应的促进剂，普通石蜡，宽度18 mm的塑料透明胶带，外径 8 mm的铁管，外径16 mm且内
壁光滑的铁管。 2.2 管件制备
传统复合材料管件制备过程中通常采用缠绕工艺或预浸料坯成型制备，所生产的复合材料管件整体性能较差。本实验所生产的复合材料管件利用整体性能较好的二维编织管状织物，复合过程中应保持管状织物的整体性，因此设计了蜡模与手糊工艺相结合的复合工艺方法进行复合材料管件的制备。 2.2.1 蜡模制备
在内径为16 mm的内壁光滑铁管中心放置一直径为8 mm的铁管，将融化后的石蜡液体浇铸在 2 个铁管夹层中，待其石蜡完全固化后将制作好的蜡模取出即可。制作过程中应均匀并连续地将石蜡溶液注入两铁管夹层中，从而保证石蜡可均匀固化在中心铁管外壁上。 2.2.2 复合材料管件制备
将 4 层碳纤维管状编织物套在圆柱形蜡模上，再将混合好的树脂对其进行均匀涂抹；之后在其外侧利用胶带进行缠绕，缠绕过程中应注意胶带含胶一面朝外，避免取下时对碳纤维产生损伤，同时缠绕过程中对胶带施加一定张力；将缠绕胶带的复合管件室温放置10 h左右，然后将其放置于烘箱中，在80 ℃条件下固化 6 h，此过程中管件应倾斜放置，便于石蜡熔化后流出，完全固化后将复合材料管件外壁透明胶带解除，得到如图 1 所示的二维编织复合材料管件。利用此方法制备的复合材料管件既保证了管状编织物的整体结构不被破坏，同时所制备的管件表面较为光滑。 2.3 纤维体积含量测定及分析
利用游标卡尺对试样外径进行测试，取其平均值进行记录。复合材料管件碳纤
碳纤维二维编织新结构管件设计
