先进纺织结构空心复合材料的设计、开发与表征

摘要整理

本研究重点关注织造纺织基结构空心复合材料的设计与开发。采用E玻璃纤维和高强聚酯长丝纱线生产多种织造结构。利用棉纺废料（从废旧纺织品中提取的纤维）制备混杂预成型体。研究开发了单向（UD）、二维（2D）和三维（3D）织造预成型体。进一步制备了具有四种不同几何形状单层织造交叉连接的3D织造间隔织物预成型体。对比了织造交叉连接间隔结构与采用芯桩纱线（SPY）连接的夹芯结构的性能。开发了三种棉纺废料纱线基织物结构：第一种为单向（UD）结构，第二种为全废棉2D织物，第三种为混杂2D织物（经向为废棉纱线，纬向为玻璃长丝纱线）。采用真空辅助树脂注入工艺制备UD、2D和3D织造织物增强复合材料。间隔织造结构通过在空心空间内插入适当尺寸的木块（用特氟龙薄膜包裹）后进行树脂注入，采用真空辅助树脂注入工艺制备间隔织造复合材料。将增强材料从短切纤维改为3D织造织物时，复合材料的模量和延伸率显著提高。研究表明，织造结构中的交叉点数量与冲击能量吸收和成形性能具有良好的关联性，这对汽车、风能、海洋和航空航天等多个应用领域至关重要。对不同孔胞尺寸、开口角度和壁厚的蜂窝复合材料进行力学表征，结果表明在厚度恒定的条件下，孔胞尺寸较小且层数较多的规则蜂窝结构具有更高的比压缩能。

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