三維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種復(fù)合材料，尤其是設(shè)及一種S維經(jīng)編間隔織物（spacerf油ric) 抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料較于金屬材料，不僅具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、耐酸堿性能好等特 點(diǎn)，而且不易發(fā)生脆斷。越來越多的替代金屬材料用于生產(chǎn)和生活。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料大 多采用高性能纖維與樹脂復(fù)合，高性能纖維主要包括玻璃纖維、碳纖維、芳絕纖維、高強(qiáng)高 模聚乙締等。一般是通過紡織工藝方法將高性能纖維編織成一定的形狀制成預(yù)制件然后與 樹脂復(fù)合。
[0003] 中國專利CN101787764A公開一種輕型經(jīng)編間隔織物建筑復(fù)合材料及其制備方 法，該復(fù)合材料是在經(jīng)編間隔織物上下表面覆蓋樹脂層，并在其四周覆蓋樹脂層。該材料上 下表面涂覆有樹脂覆蓋，但上下層間是分離狀態(tài)，未有樹脂復(fù)合，其強(qiáng)度較差。
[0004] 中國專利CN101342807A公開一種泡沫夾忍整體結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制作方法，該 復(fù)合材料泡沫夾忍層于上下面層采用縫合線按設(shè)計(jì)規(guī)律縫合為一個(gè)整體，并采用樹脂傳遞 模塑工藝一次成型。該復(fù)合材料為保證上、下層連接不分層，采用縫合方法，且為了增加強(qiáng) 度，中間采用泡沫夾忍。
[0005] 樹脂傳遞模塑技術(shù)制備復(fù)合材料兩面平滑，強(qiáng)度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，在工藝已日趨 成熟完善（益小蘇，先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)研究與發(fā)展，國防工業(yè)出版社，2006出版）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種S維經(jīng)編間隔織物 (spacerf油ric)抗沖擊復(fù)合材料及其制備方法與應(yīng)用。
[0007] 所述=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料設(shè)有上面層、下面層和中間連接層；
[0008] 所述上面層和下面層均為=維中空經(jīng)編間隔織物與樹脂的復(fù)合層；
[0009] 所述中間連接層為至少2組纖維組與樹脂的復(fù)合層，至少2組纖維組分別與上面 層和下面層連接，各纖維組之間形成中空結(jié)構(gòu)。
[0010] 所述=維中空經(jīng)編間隔織物由面層纖維和中間忍層編織而成，所述纖維可選自玻 璃纖維、碳纖維、芳絕纖維、聚酷亞胺纖維、玄武巖纖維、芳酷胺纖維、棚纖維、碳化娃纖維及 超高分子量聚乙締纖維等中的一種；所述中間忍層可選自玻璃纖維、碳纖維、芳絕纖維、高 強(qiáng)高模聚乙締纖維等中的至少一種與涂絕單絲、丙絕單絲、錦絕單絲、乙絕單絲等中的一種 混合編織而成。
[0011] 所述中空結(jié)構(gòu)的中間層各纖維組與上面層和下面層組成工字形結(jié)構(gòu)，且各纖維組 間平行排列，所述中空結(jié)構(gòu)的中空形狀橫截面可為方形、圓形、梯形、楠圓形或不規(guī)則形。
[0012] 所述=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的厚度可為5~65mm;上面層的厚度可為 0. 5~5mm，下面層的厚度可為0. 5~5mm;中間連接層的厚度可為4~55mm。
[0013] 所述樹脂可選自環(huán)氧樹脂、酪醒樹脂、不飽和聚醋樹脂、聚酷亞胺樹脂、雙馬來酷 亞胺樹脂、熱固性樹脂、聚氨醋樹脂、熱塑性樹脂等中的一種，所述熱固性樹脂可選自巧喃 類樹脂、=聚氯胺甲醒樹脂、聚下二締樹脂、有機(jī)娃脂等中的一種；所述熱塑性樹脂可選自 聚乙締、聚丙締、苯乙締、ABS樹脂、聚酷胺、聚碳酸醋、聚甲醒、聚酷亞胺、聚諷、聚諷酸、聚芳 酸酬、聚苯硫酸等中的一種。
[0014] 所述=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的制備方法包括W下步驟：
[0015] 1)編織S維中空纖維經(jīng)編間隔織物；
[0016] 在步驟1)中，所述編織=維中空纖維經(jīng)編間隔織物的具體方法可為：在雙針床經(jīng) 編機(jī)上采用空穿法或連接紗梳巧在前后針床部分橫列不同時(shí)編織，形成中空結(jié)構(gòu)間隔織物 材料。可根據(jù)要求調(diào)整空穿方式或是改變不同時(shí)編織橫列數(shù)來調(diào)整中空大小。同樣，也可 采用同樣方法調(diào)整連接層纖維組的纖維數(shù)，及改變連接層"工"字結(jié)構(gòu)的密度（孔距大?。?br>[0017] 在編織S維中空纖維經(jīng)編間隔織物時(shí)，所采用的中間連接絲的直徑可為0. 1~ 1mm單絲纖維與纖維混合編織，所述單絲纖維可采用涂絕纖維、丙絕纖維、乙絕纖維、尼龍纖 維。
[0018] 當(dāng)采用空穿法編織S維中空經(jīng)編間隔織物時(shí)，中間連接絲部分穿紗，部分空穿，所 述穿紗是在=維中空經(jīng)編間隔織物的上面層和下面層分別串套成圈，所述空穿是形成中空 結(jié)構(gòu)，穿紗部位在=維中空經(jīng)編間隔織物上面層和下面層縱向形成一束縱條，也就是"工" 字型上方在=維中空經(jīng)編間隔織物表面形成縱條，同一種空穿方法其形成的中空大小一 致；
[0019] 當(dāng)采用連接紗梳巧在前后針床部分橫列不同時(shí)編織時(shí)，可在配備有電子橫移及送 經(jīng)裝置的雙針床經(jīng)編機(jī)上完成。此方法中間孔大小可根據(jù)需要實(shí)時(shí)調(diào)整。
[0020] 2)采用忍模填充S維中空經(jīng)編間隔織物中間連接層中空部位；具體方法如下：
[0021] 首先將編織好的S維中空纖維經(jīng)編間隔織物裁切成一定的規(guī)格大小，按中空大小 及中空形狀要求準(zhǔn)備好填充忍模，在忍模上事先多次涂覆好樹脂脫模劑，驚干后待忍模上 形成清晰可見薄膜即可，將忍模依次插入=維中空經(jīng)編間隔織物中空孔中；
[0022] 3)采用樹脂傳遞模塑技術(shù)制備中空結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，具體方法如下：
[0023] 將帶有填充忍模的經(jīng)編間隔織物放入模具中，采用常規(guī)樹脂傳遞模塑技術(shù)制備復(fù) 合材料，在樹脂固化后，取出忍模，即完成=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的制備。
[0024] 現(xiàn)有制備較厚纖維增強(qiáng)復(fù)合材料大多采用多層纖維布疊加，然后通過樹脂復(fù)合而 成。此方法纖維層間連著力小，材料抗剪切性能差，易分層?；蚴遣捎媒?jīng)編多軸向編織方法， 但此方法編織的復(fù)合材料厚度相對(duì)較小。且W上方案制備的復(fù)合材料重量較大。
[00巧]本發(fā)明中采用高性能纖維編織中空結(jié)構(gòu)的經(jīng)編間隔織物，采用忍模填充間隔織物 中孔，然后再采用樹脂傳遞模塑（RTM)技術(shù)制成較厚的整體式中空結(jié)構(gòu)經(jīng)編間隔織物復(fù)合 材料。該復(fù)合材料的特點(diǎn)是整體中空結(jié)構(gòu)厚度較高、質(zhì)量較輕、強(qiáng)度較高。
[0026]S維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的抗沖擊性能測試如下：
[0027] 所述S維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的抗沖擊性能采用Instrondynatur 9250沖擊儀測試，預(yù)設(shè)沖擊能量為30-40J時(shí)，沖頭開始接觸下面層，預(yù)設(shè)沖擊能量為50~ 70J時(shí)下面層開始失效。所述=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料能夠承受較大的沖擊載荷 (0. 99~1. 99KN)，忍層間隔織物發(fā)揮著明顯的緩沖能力，試樣上面層的破壞形式主要為向 內(nèi)凹的裂口，下面層的破壞形式主要為向外凸的裂口，忍層間隔紗的破壞形式主要為彎曲 和斷裂。如選擇不同的纖維和樹脂，材料的功能性會(huì)有所差別，或獲得不同的抗沖擊，導(dǎo)熱 性，阻燃性等性能的產(chǎn)品。
[0028] 所述模具的中間密封空間高度等同于=維中空經(jīng)編間隔織物厚度，寬度等同于裁 剪的所述間隔織物寬。模具兩邊有凹槽便于放入忍模，相鄰凹槽的距離決定復(fù)合材料中空 孔的間距，在凹槽間距相等時(shí)，所述=維中空經(jīng)編間隔織物復(fù)合材料的中空孔間距一致，且 忍模大小及中屯、高低位置決定了復(fù)合材料上下面層厚度大小。當(dāng)忍模高度為h，模具內(nèi)腔高 度為H，忍模中屯、距下模底面高度為a時(shí)，則有復(fù)合材料下面層厚度=a-h/2,上面層厚度= H-a-h/2。當(dāng)a=H/2,亦即忍模中屯、位置在模具上下面的中屯、平面上時(shí)，上、下面層復(fù)合材 料厚度一致。當(dāng)忍模截面為不規(guī)則形狀，W上所述忍模高度指最大高度，復(fù)合材料厚度指最 小厚度。
[0029] 本發(fā)明采用經(jīng)編一次性編織成型的=維中空經(jīng)編間隔織物，采用樹脂傳遞模塑技 術(shù)一次性成型，可成功解決高厚度復(fù)合材料分層問題，且中空"工"字狀結(jié)構(gòu)提高了復(fù)合材 料的強(qiáng)度，降低了材料質(zhì)量。
[0030] 本發(fā)明所制備的=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料具備高厚度的整體中空結(jié)構(gòu)， 質(zhì)量較輕，強(qiáng)度較高。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明采用空穿法制備的=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)組成 示意圖。
[0032] 圖2為采用部分橫列不同時(shí)編織制備的=維經(jīng)編間隔織物抗沖擊復(fù)合材料的結(jié) 構(gòu)組成示意圖。
[0033] 圖3為長方形截面忍模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖4為圓形截面忍模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035] 圖5為楠圓形截面忍模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖6為菱形截面忍模結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037] 圖7為板具結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 采用空穿法編織，在karlMayer畑抓PLM/30-NE12機(jī)器上，針床隔距調(diào)為20mm， 編織密度為6wpc。
[0040]
[0043] 采用橫截面為長方形的忍模，忍模截面大小12mmX14mm(12mm為高度方向）。模具 大小為60cmX60cm，忍模中屯、距為20m