二維碳纖維織物的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用簡介

1、二維碳纖維織物的結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用簡介前言碳纖維是由有機(jī)纖維 （ 聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠纖維或酚醛纖維等 ） 經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料纖維。碳纖維的含碳量在90%以上，呈黑色，具有強(qiáng)度高、 比模量高 （ 強(qiáng)度為鋼鐵的 10 倍，質(zhì)量僅有鋁材的一半 ） 、 質(zhì)輕、耐腐蝕、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)小、摩擦因數(shù)小、耐高低溫等優(yōu)越性能，在 工程上應(yīng)用較多。目前世界碳纖維年產(chǎn)量達(dá)到 4.0 140t 以上的公司主要有日本的東麗、東邦 人造絲和三菱人造絲， 美國的 HEXCEL 、ZOLTEK 、ALDILA ，德國的 SGL西格 里集團(tuán)，韓國的泰光產(chǎn)業(yè)， 我國臺灣的臺塑集團(tuán)等， 他們掌握了碳

2、纖維生產(chǎn)的核 心技術(shù)。在國內(nèi)，目前利用自主技術(shù)研制的少數(shù) T300、T700 和 T800 級碳纖維 產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平， 盡管國內(nèi)碳纖維產(chǎn)量少， 但碳纖維的用量需求 較大。近年來，我國碳纖維需求量保持在 15%左右的增速。 碳纖維一般不單獨(dú)使 用，常被加工成織物、氈、席、帶、紙等，作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶 瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。其中，碳纖維織物是碳纖維重要的應(yīng)用形 式之一。碳纖維技術(shù)進(jìn)展及發(fā)展趨勢碳纖維規(guī)格型號日本東麗是全球最大的碳纖維廠商，它的型號幾乎已成為碳纖維的標(biāo)桿了， 日本東麗的產(chǎn)品有 T系列和 M系列， T代表高強(qiáng)度， M代表高模量。內(nèi)業(yè)人士 交流碳纖

3、維都是說 T 多少，甚至國產(chǎn)碳纖維也要說明是 T 多少水平。常見的 T300、T400、T700、T800、T1000 等，就是按照拉伸強(qiáng)度來進(jìn)行劃 分的等級。 T300 的拉伸強(qiáng)度為 3530MPa， T400 拉伸強(qiáng)度為 4410MPa，T700 拉 伸強(qiáng)度為 4900 MPa，T800 碳纖維分為兩種，一種解捻拉伸強(qiáng)度 5490MPa，一種 無捻拉伸強(qiáng)度 5880MPa。強(qiáng)度最高的是 T1000，拉伸強(qiáng)度高達(dá) 6370MPa。這一系 列碳纖維模量相差并不是很大， 最低位 T300的230GPa,最高位 T1000的294GPa， 模量均不是太大。東麗公司的 M 系列碳纖維主打高模量， 最

4、初是 M30，模量為 294GPa，其實(shí) 與 T800 、T1000 的模量相當(dāng)。 高模量系列碳纖維 M30 拉伸模量為 294 GPa，M35 拉伸模量為 343GPa， M40 拉伸模量為 377GPa，M46 拉伸模量為 436GPa，M50 拉伸模量為 475GPa，M55 拉伸模量為 540GPa，M60 拉伸模量為 588GPa，可以 看出來 M 系列碳纖維的拉伸模量拉開的差距還是挺大的。技術(shù)進(jìn)展 當(dāng)前，碳纖維向兩個方面發(fā)展：一是提高，二是普及。提高是指小絲束碳纖維 (1 24K)的質(zhì)量提高，普及是指大絲束碳纖維 (48540K)的產(chǎn)量大幅度增加，價 格日趨下降。隨著航空航天飛行器

5、各項(xiàng)性能的不斷提高， 對結(jié)構(gòu)件用材料的性能要求也越 來越高。國外碳纖維主要生產(chǎn)商都在積極地開發(fā)超高強(qiáng)度、超高模量的碳纖維。 日本東麗公司已開發(fā)出高強(qiáng)型 T1000系列碳纖維，其抗拉模量為 295 GPa，拉伸 強(qiáng)度達(dá) 7.05 GPa，而高強(qiáng)高模 MSJ型抗拉模量達(dá) 640 GPa，抗拉強(qiáng)度為 3.62 GPa。 在新工藝和新技術(shù)方面，日本三大公司和韓國 cheil 合成工業(yè)公司繼承發(fā)明了 PAN原絲至碳化等系統(tǒng)的新技術(shù)， 其中三菱人造絲公司提出相當(dāng)于 T700 性能水 平碳纖維的 PAN 原絲指標(biāo)。美國 wilkinson 公司也在研制 PAN 原絲，而英國國 防安全部在研制中空碳纖維原絲及

6、碳纖維。 在預(yù)氧化、碳化方面， 東麗最近發(fā)表 了 30K-100K PAN 基大絲束的燒成方法，可以使長度較短的大絲束進(jìn)行連續(xù)碳 化。三菱人造絲發(fā)明的新型碳化爐， 可抑制碳化反應(yīng)生產(chǎn)的分解物附著和堆積于 爐壁和纖維上， 從而穩(wěn)定高效地生產(chǎn)高強(qiáng)度高模量的碳纖維。 東麗公司則研制一 種三葉形斷面的 PAN 原絲及碳纖維，可改進(jìn)與樹脂的粘合性、壓縮強(qiáng)度和抗彎 強(qiáng)度。今后日本先進(jìn)復(fù)合材料的發(fā)展方向是： 在增強(qiáng)材料方面， 進(jìn)一步提高碳纖維 的強(qiáng)度和模量，降低成本；在樹脂基體方面， 主要提高樹脂的沖擊后壓縮強(qiáng)度和 耐濕熱性；在復(fù)合材料成型技術(shù)方面，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)整體成型技術(shù)，固化監(jiān)控、自 動化技術(shù)及三維復(fù)合材

7、料技術(shù)，同時提高復(fù)合材料性能和降低制造成本。 總的來講，制備碳纖維的新技術(shù)可歸納為三大方面：研究發(fā)展廉價原絲。在高性能碳纖維成本中原絲所占比例約為40-60%，國外從兩方面降低原絲的成本， 一是試探采用聚丙烯腈外的其它材料作為制備高 性能碳纖維的原絲， 包括低密度聚乙烯、 高密度聚乙烯和聚丙烯等其它聚烯類高 分子材料以及木質(zhì)素等； 二是改進(jìn)現(xiàn)有工藝聚丙烯腈原絲的技術(shù)， 達(dá)到降低成本 的目的，包括采用紡織用的聚丙烯腈、化學(xué)改性、輻照穩(wěn)定化處理等。研究發(fā)展新的預(yù)氧化技術(shù)。預(yù)氧化工序在高性能碳纖維成本中所占的比 例約為 15-20%，而且預(yù)氧化工序的時間也比較長?？s短生產(chǎn)周期，降低成本有 重大現(xiàn)實(shí)意

8、義。目前在預(yù)氧化方面的新思路是采用等離子技術(shù)。研究發(fā)展新的碳化和石墨化技術(shù)。碳化和石墨化是制備高性能碳纖維的 關(guān)鍵工序，在成本中所占比例約為 25-30%，對產(chǎn)品的最終性能影響極大。在碳 化和石墨化方面的新思路是采用微波技術(shù)。最新碳纖維技術(shù)動向碳纖維技術(shù)開發(fā)新方向包括： 碳纖維性能的提高； 基體樹脂技術(shù)； 成型技術(shù) 三個方面。碳纖維性能的提高為了適應(yīng)用途方面的性能提高， 謀求強(qiáng)度、 彈性模量及成本的平衡： 碳纖維 的抗壓縮強(qiáng)度提高， 通過把硼離子在高電壓下進(jìn)行加速照射， 使結(jié)晶結(jié)構(gòu)微細(xì)化， 抗壓縮強(qiáng)度可提高 1.3-2.0倍；高彈性模量化碳纖維彈性模量達(dá)到 690 GPa，抗拉 強(qiáng)度達(dá)到 3.

9、4 GPa；為了提高耐沖擊性，使碳纖維和基體樹脂的粘接平衡，對碳 纖維界面進(jìn)行表面處理；碳纖維價格降低?；w樹脂技術(shù)低溫固化的耐熱性樹脂； 熱熔融樹脂； 不燃樹脂； 碳納米纖維配合碳纖維樹 脂預(yù)浸料，提高層間抗剝離強(qiáng)度和耐壓縮強(qiáng)度。成型技術(shù)努力開發(fā)成型的高速化、 低價格化、適應(yīng)批量生產(chǎn)的成型技術(shù)及中間體材料。 這些技術(shù)包括：高速成型技術(shù)：樹脂灌注成型、樹脂膜灌注成型 (RFI)、 RTM 成型、擠拉成 型、高速纏繞 (FW)成型、 SMC/BMC 成型等技術(shù)并進(jìn)行積累。帶有數(shù)字控制 (NC)的自動鋪層法： 在航空飛機(jī)部件的高壓釜成型中， 為了優(yōu) 先使曲面形預(yù)浸料鋪層合理化和高速化，引入了帶 N

10、C 的自動鋪層機(jī)。全自動纖維分布：復(fù)合材料的成型材料 (窄幅預(yù)浸料 )被開發(fā)出自動鋪層的先 進(jìn)裝置。非加熱成型技術(shù)： 由于電子射線和光固化為非加熱成型技術(shù)， 是低成本、 高 性能的大型結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制造方法。RTM 成型技術(shù)的進(jìn)化：把批量生產(chǎn)、低壓、低溫、強(qiáng)化纖維體積分?jǐn)?shù)、方 向、位置設(shè)定自由等特征為研發(fā)的意向。另外，因?yàn)檠a(bǔ)強(qiáng)材料、夾層芯材和嵌件 一體成型的可行性，使船身等大型構(gòu)件的成型成為可能。ACM 熱成型體系：由連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基體的 ACM 片材的成型法。碳纖維的發(fā)展趨勢當(dāng)今世界碳纖維有如下發(fā)展趨勢： 產(chǎn)品性能趨向于高性能化； 低成本化， 價 格將大幅度降低； 航天航空和文體用品

11、領(lǐng)域用量穩(wěn)定增加， 民用工業(yè)用量增幅較 大，已超過前兩者。特別是隨著大絲束碳纖維的大規(guī)模生產(chǎn)， 其價格將不斷降低， 民用工業(yè)用量將繼續(xù)保持大幅度增加的趨勢。目前，碳纖維的市場需求在北美、 歐洲、亞洲基本上呈鼎足之勢。 按應(yīng)用領(lǐng)域劃分， 世界聚丙烯腈基碳纖維主要用 于宇航、文體休閑用品、其它工業(yè)等領(lǐng)域，其總體消費(fèi)比例分別為 25.2%、31.4%、 43.4%，不同地區(qū)各有側(cè)重。文體用品方面， 目前碳纖維材料已從釣魚竿和高爾夫球棒推廣到網(wǎng)球拍、 羽 毛球拍、高爾夫球桿、冰雪運(yùn)動器材、水上運(yùn)動器材等方面，需求量穩(wěn)步、較快 增長。其中高爾夫球桿、 網(wǎng)球拍和釣魚竿是體育用品用碳纖維復(fù)合材料的三大支 柱

12、產(chǎn)品、約占該類產(chǎn)品的 80%。一般產(chǎn)業(yè)對碳纖維材料的應(yīng)用發(fā)展比較迅速， 包括基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)、 更新和 加固；新能源開發(fā)如沿海油氣田、深海油田的鉆井平臺、管道和纜繩等，以及風(fēng) 力發(fā)電機(jī)的螺旋槳和風(fēng)葉； 汽車的剎車系統(tǒng)、 轉(zhuǎn)動軸、 車身以及環(huán)保汽車用的壓 縮天然氣氣瓶；電子領(lǐng)域的應(yīng)用主要有通信、廣播、地球觀測、空間探測以及各 種飛行器的高精度天線。 一般產(chǎn)業(yè)的需求增長較快， 將成為碳纖維新的主要應(yīng)用 領(lǐng)域。根據(jù)纖維的方向，可以將碳纖維布分為單向布、雙向布、多項(xiàng)布等；根據(jù)織 造方式不同，可以分為機(jī)織碳纖維布、針織碳纖維布等。機(jī)織碳纖維布機(jī)織碳纖維布，主要有：平紋布，斜紋布，緞紋布，單向布等。單向布碳

13、纖維單向織物是將大量的碳纖維長絲沿一個主方向（通常是經(jīng)向 ） 均勻平鋪，用較少的碳纖維絲將主方向上的碳纖維絲編織在一起， 形成較薄的、 以主方 向上纖維受力的碳纖維織物。 特點(diǎn)就是在某個方向強(qiáng)度很高， 而在與纖維垂直的 方向強(qiáng)度很低。表1 澳盛單向碳布力學(xué)性能指標(biāo)產(chǎn)品型號強(qiáng)度級別克重（g/m 2）理論厚度（mm）抗拉強(qiáng)度（MPa）彈性模量（GPa）伸長率（%）SHBI-200高強(qiáng) I 級2000.111 3400 2.3 510 1.6I-300高強(qiáng) I 級3000.167 3400 2.3 510 1.6II-200高強(qiáng) II 級2000.111 3000 2.0 510 1.5II-300

14、高強(qiáng) II 級3000.167 3000 2.0 510 1.5碳纖維單向織物可用于建筑或工程上的柱、 橋工程等的修復(fù)加固或煙囪的加 固，是加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料，其拉伸強(qiáng)度在 2400MPa3400MPa 之間，比普通 碳素鋼板的拉伸強(qiáng)度 （240MPa） 更高?？椢镔|(zhì)量輕 （200g/m2300g/m2 ）且厚度薄 （0.1 mm0.2mm），具有一定的柔軟性能，幅寬在 20cm100cm，織物卷繞長度 為 50m 100m，在橋梁加固的實(shí)際應(yīng)用中較為靈活，廣泛應(yīng)用于建筑橋梁的抗 震修復(fù)和加固補(bǔ)強(qiáng)。 碳纖維單向織物在飛機(jī)、 體育運(yùn)動器材領(lǐng)域的應(yīng)用也較為廣 泛，如在某軍用飛機(jī)上應(yīng)用了 99g/m

15、2110g/m2（經(jīng)密 15 根/cm）的碳纖維單向織 物；體育方面如高爾夫球桿、魚桿等。雙向布雙向碳纖維布是使用碳纖維絲束， 經(jīng)、緯雙向編織而成， 雙向碳纖維布可以 避免單向布只在一個方向上受力的缺點(diǎn)。雙向碳纖維布材料輕、薄、柔軟、強(qiáng)度 高、耐老化，除了作為加固材料，還可以作為碳纖維復(fù)合材料的外觀件，做出來 的材料具有碳纖維酷炫的外觀質(zhì)感。平紋編織布平紋編織的特點(diǎn)是經(jīng)紗和緯紗以一上一下的規(guī)律交織。 也就是經(jīng)緯紗每隔一 根紗就交錯一次，所以交織點(diǎn)最多，使織物堅(jiān)牢、耐磨、硬挺、平整，但彈性較 小，光澤一般，平紋織物密度不可能太高， 較為輕薄，耐磨性較好， 透氣性較好， 布面均勻且正反面相同。這種

16、碳纖維布的纖維束由于一直處于上下起伏的狀態(tài)，纖維彎曲點(diǎn)比較多， 在受拉伸過程中伸長率較高。 同時由于相鄰兩根經(jīng)紗和相鄰 兩根緯紗交織點(diǎn)位置由于纖維束的滑動出現(xiàn)眼孔。平紋編織的變種形式也很多， 比如 12K經(jīng)紗與 1K緯紗混合編織。由于經(jīng)線和緯線方向上纖維束的反射光不同， 因此平紋編織纖維布可觀察到格子狀的外觀， 類似于國際象棋的棋盤。 平紋編織 具有均勻?qū)ΨQ性， 結(jié)構(gòu)上是完整的， 擁有最佳的纖維穩(wěn)定性和合理的孔隙率。 但 是這種織物具有非常高的褶皺率，從而消弱了約 15%的纖維力學(xué)強(qiáng)度。圖 1 平紋織物斜紋編織布斜紋編織纖維布具有與纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路， 這個紋路方 向上并不存在

17、纖維束， 而是由于纖維束經(jīng)緯向編織過程， 經(jīng)向或緯向纖維束跳過 兩束緯向或經(jīng)向纖維進(jìn)行編織。 也就是纖維束一上一下的編織頻率減小， 纖維束 浮長增大， 同時相鄰兩個纖維束錯開一個編織位。 這樣就造成了斜紋編織布的斜 向紋路特點(diǎn)。 這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感， 目前在汽車改裝應(yīng)用市場上非常 火爆，用來做汽車改裝制品，比如面板、引擎蓋、排氣筒等。斜紋的編織可以最 大程度上保留纖維的強(qiáng)度及模量。圖 2 斜紋織物緞紋編織布緞紋編織具備單獨(dú)的、 互不連續(xù)的經(jīng)交織點(diǎn) （或緯交織點(diǎn)） 在組織循環(huán)中有 規(guī)律的均勻分布，這樣的編織形式稱為緞紋。它的特點(diǎn)是經(jīng)線（或緯線）浮線較 長，交織點(diǎn)較少，它們雖形成斜線，但

18、不是連續(xù)的，相互間隔距離有規(guī)律而均勻， 此纖維布結(jié)構(gòu)形式稱為緞紋組織。 緞紋纖維布經(jīng)紗和緯紗至少隔三根才交織一次， 因此這種編織結(jié)構(gòu)使織物密度更高， 因而纖維布更加厚實(shí)。 這種緞紋纖維布表面 平滑勻整，質(zhì)地柔軟，富有光澤或稍呈紋路。緞紋編織具備相當(dāng)高的雙向強(qiáng)度， 高纖維含量，低孔隙率，非常優(yōu)越的柔韌性。我們經(jīng)常能聽見的是四枚緞紋、五 枚鍛紋、八枚鍛紋。圖3 緞紋織物表2 澳盛科技雙向布生產(chǎn)規(guī)格序號品名規(guī)格型號纖維克重（ g/m2）幅寬（ mm ）13k 平紋 200g 碳纖布C1-3K-P200g2001000-150023k 平紋 200g 碳纖布C1-3K-T200g2001000-150

19、033k 平紋 210g 碳纖布C1-3K-P210g2101000-150043k 平紋 210g 碳纖布C1-3K-T210g2101000-150053k 平紋 220g 碳纖布C1-3K-P220g2201000-150063k 平紋 220g 碳纖布C1-3K-T220g2201000-150073k 平紋 240g 碳纖布C1-3K-P240g2401000-150083k 平紋 240g 碳纖布C1-3K-T240g2401000-150096k 平紋 300g 碳纖布C1-6K-T300g3001000106k 平紋 540g 碳纖布C1-6K-P540g54010001112

20、k 平紋 400g 碳纖布C1-12K-P400g40010001212k 平紋400g 碳纖布C1-12K-T400g400100013 12k 平紋420g 碳纖布C1-12K-P420g42010001412k 平紋480g 碳纖布C1-12K-P480g480100015 12k 平紋480g 碳纖布C1-12K-T480g480100016 12k 平紋600g 碳纖布C1-12K-P600g600100017 12k 平紋640g 碳纖布C1-12K-P640g6401000表3 康得復(fù)材雙向布生產(chǎn)規(guī)格產(chǎn)品編號纖維類型織物經(jīng)緯密度（根 /10cm）幅寬厚度織物密度經(jīng)紗緯紗結(jié)構(gòu)經(jīng)向密

21、度 緯向密度（cm）（ mm ）（g/m2）C-K03P-2003K3K平紋50501000.3200C-K03P-2403K3K平紋60601000.32240C-K03T-2003K3K斜紋50501000.3200C-K03T-2403K3K斜紋60601000.32240C-K03S-3203K3K緞紋80801000.36320C-K12P-40012K12K平紋25251000.46400C-K12P-48012K12K平紋30301000.52480C-K12T-48012K12K斜紋30301000.52480C-K12T-64012K12K斜紋40401000.64640其它

22、碳纖維布 - 展寬布展寬布是通過特殊的工藝使常規(guī)的 2-3 毫米寬度的碳纖維紗寬度增加數(shù)倍， 展寬布相比傳統(tǒng)碳纖維布具有更輕、 更薄、單絲平行排列且密度分布均勻的特點(diǎn)， 在使用中具有更好的減重效果。圖 4 展寬布表4 展寬布生產(chǎn)規(guī)格品名規(guī)格型號纖維克重（ g/m2）幅寬（ mm ）碳纖展寬布12k-88g881000碳纖展寬布12-200g2001000碳纖維雙向機(jī)織物的應(yīng)用 碳纖維雙向機(jī)織物主要在工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料。 碳纖維平紋織物多用 于結(jié)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固，與配套膠黏劑共同使用，可構(gòu)成完整、性能 卓越的碳纖維織物增強(qiáng)體系。碳纖維斜紋和緞紋織物主要用作一些構(gòu)件的表面。 目前，

23、航空航天業(yè)仍然是碳纖維消費(fèi)的最大市場， 占據(jù)了市場份額的 21%。國防、 航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的碳纖維織物一般是特制的軍用牌號 1K 和 3K 碳纖維織物， 以平紋織物為主，其特點(diǎn)是織造較為精細(xì)，強(qiáng)度高，一般和特制樹脂配合使用。 在船舶工業(yè)、交通工業(yè)、建筑加固、體育器材等方面也有大量應(yīng)用。針織軸向織物 針織工藝具有技術(shù)靈活性、結(jié)構(gòu)多樣性、原料普適性、裝備高效性的特點(diǎn)， 隨著原料和裝備的不斷研發(fā)和創(chuàng)新， 針織產(chǎn)品在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域的比重日漸提 升。據(jù)悉，世界上第一種進(jìn)入服役的第五代戰(zhàn)斗機(jī)， 美國的 F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī) 通過采用包括碳纖維多軸向經(jīng)編復(fù)合材料在內(nèi)的多種碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料， 主翼、 垂

24、尾翼、平尾翼以及機(jī)身蒙皮等部位用量比例高達(dá)35%，明顯減輕了機(jī)身重量，提高了機(jī)動靈活性以及抗疲勞、抗腐蝕等性能。針織軸向織物的開發(fā)主要是適應(yīng)高強(qiáng)、 高模類高性能纖維在紡織復(fù)合材料中 的應(yīng)用而發(fā)展起來的。 軸向針織技術(shù)是一種將一組或多組平行伸直的紗線通過編 織紗綁縛成整體的先進(jìn)編織方法。 由于被襯入的軸向紗線在織入時均呈直線狀態(tài)， 因而能夠充分發(fā)揮高性能纖維高強(qiáng)、高模的特性。針織軸向織物按照紗線襯入方向的不同可分為： 單軸向、雙軸向和多軸向織 物；按照生產(chǎn)加工裝備的不同可分為經(jīng)編軸向織物和緯編軸向織物。經(jīng)編經(jīng)編單軸向織物圖 5 經(jīng)編單軸向織物表 5 康得復(fù)材經(jīng)編單軸向織物規(guī)格規(guī)格纖維面密度（ g

25、/m2）纖維規(guī)格 /纖維克重標(biāo)準(zhǔn)幅寬（ mm ）標(biāo)準(zhǔn)卷長（m）0+45 -45 90CFF75U7512K/75GF/68tex1270100CFF100U10012K/100GF/68tex1270100CFF125U12524K/125GF/68tex1270100CFF150U15024K/150GF/68tex1270100CFF200U20024K/200GF/68tex1270100CFF250U25012K/250GF/68tex1270100CFF300U30024K/300GF/68tex1270100CFF300U30050K/300GF/68tex1270100經(jīng)編雙軸向

26、織物圖6 經(jīng)編雙軸向織物經(jīng)編多軸向織物圖 7 經(jīng)編多軸向織物（縫編型） 圖 8 縫編型經(jīng)編多軸向織物在針織過程中可能發(fā)生的損傷圖9 經(jīng)編多軸向織物（針織型）表6 康得復(fù)材經(jīng)編三軸向織物規(guī)格規(guī)格 纖維面密度0纖維規(guī)格 /纖維克重+45-45 90標(biāo)準(zhǔn)幅寬標(biāo)準(zhǔn)卷長（g/m2）（mm）（m）CFF300T30012K/10012K/10012K/1001270100CFF300T30012K/10012K/10012K/1001270100CFF450T45024K/15024K/15024K/150127050CFF450T45024K/15024K/15024K/150127050CFF600T

27、60024K/20024K/20024K/200127050CFF600T60024K/20024K/20024K/200127050CFF600T60050K/20050K/20050K/200127050CFF600T60050K/20050K/20050K/200127050表7 康得復(fù)材經(jīng)編四軸向織物規(guī)格規(guī)格纖維面密纖維規(guī)格 /纖維克重標(biāo)準(zhǔn)幅標(biāo)準(zhǔn)度0+45-45 90寬卷長（g/m2）（mm）（m）CFF600T60024K/15024K/15024K/15024K/150127050CFF800T80024K/20024K/20024K/20024K/200127050CFF800T

28、80050K/20050K/20050K/20050K/200127050CFF1000T100024K/25024K/25024K/25024K/250127050CFF1000T100050K/25050K/25050K/25050K/250127050緯編圖 10 緯編單軸向織物圖 11 緯編雙軸向織物圖 12 緯編多軸向織物針織軸向織物的特點(diǎn)針織軸向織物中的纖維處于無屈曲狀態(tài)， 因此織物具有許多優(yōu)良的力學(xué)性能。 國外研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)織物中紗線的屈曲可使纖維強(qiáng)力損失達(dá) 20%。針織軸向織物的 纖維潛能利用率幾乎能達(dá)到 100%。針織軸向織物充分利用了紗線的拉伸力，可 以減少單位長度內(nèi)的紗線根

29、數(shù)， 減輕織物的質(zhì)量， 同時最大可能地利用所有紗線 的強(qiáng)力。 由于紗線具有聚束效應(yīng)， 大大提高了撕裂載荷， 使織物具有良好的抗撕 裂性能，可與纖維網(wǎng)編織在一起，進(jìn)一步提高織物的撕裂強(qiáng)度和抗撕裂蔓延性， 防止紗線滑移，提高尺寸穩(wěn)定性?？偨Y(jié)其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）抗拉強(qiáng)力高針織軸向技術(shù)使得織物的紗線層能按照特定的方向伸直取向 , 使增強(qiáng)紗線 的力學(xué)性能得到充分利用。（2）懸垂性好針織軸向織物的懸垂性可根據(jù)襯緯結(jié)構(gòu)由線圈系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 變形能力可通 過加大線圈和降低組織密度來改變。（3）良好的尺寸穩(wěn)定性和剪切性能針織軸向織物中由于引入了兩組對角線紗線， 使得織物的剪切變形受到抑制。（4）鋪設(shè)性和預(yù)成型性好

30、針織軸向織物由于織物纖維中很容易形成通道， 減小了浸潤滲透壓力、 滲透 性好、滲透速度快、有利于樹脂的均勻分布。針織軸向織物的應(yīng)用由于經(jīng)編軸向織物具有較低的生產(chǎn)成本、較高的生產(chǎn)效率以及結(jié)構(gòu)整體性、 設(shè)計(jì)靈活性、抗撕裂性能好、 層間剪切力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而越來越引起人們的注意， 在 產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域具有很大的潛力，尤其是用作樹脂復(fù)合材料的骨架，使用日趨廣泛。 例如：在空客 A380 型和波音 B787 型飛機(jī)的后承壓框穹形框殼中， 采用了 0/90 碳纖維經(jīng)編織物；丹麥、德國、西班牙等制造商在 2.5MW 以上的部分葉片中采 用了碳纖維經(jīng)編織物；而在我們熟知的汽車領(lǐng)域，除 F1 賽車及頂級跑車外，德 國寶馬公

31、司更是將大量的碳纖維經(jīng)編織物用于其混合動力及新能源汽車的復(fù)合 材料部件中。 將經(jīng)編軸向織物作為骨架材料與樹脂復(fù)合后， 制成纖維增強(qiáng)復(fù)合材 料，可用于飛機(jī)、航天器、汽車、艦艇、裝甲車、風(fēng)能發(fā)電等方面。多軸向經(jīng)編技術(shù)是在單軸向、 雙軸向技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的多 頭襯緯編織技術(shù)， 利用該技術(shù)， 可以在織物的縱向、 橫向或是斜向按照使用要求 以一定角度襯入增強(qiáng)紗線， 可以充分發(fā)揮織物結(jié)構(gòu)中每一組分的性能。 多軸向技 術(shù)是一種于 20 世紀(jì) 70 年代后期在國外迅速發(fā)展起來的新型織造技術(shù)， 20 世紀(jì) 90 年代得到廣泛研究和推廣應(yīng)用，其特點(diǎn)為需求量大、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本 低。由于碳纖維多軸

32、向經(jīng)編織物是由多層碳纖維紗片構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)整體結(jié)構(gòu)， 力學(xué)性能優(yōu)異，預(yù)增強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性靈活，制造成本低，廣泛應(yīng)用于航空航天、風(fēng) 力發(fā)電葉片、 建筑、能源和醫(yī)療等領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料中。 其中碳纖維多軸向 經(jīng)編增強(qiáng)材料已經(jīng)快速被推廣和應(yīng)用。 按應(yīng)用領(lǐng)域劃分為航空航天、 體育休閑和 一般工業(yè)領(lǐng)域，總體消費(fèi)比例分別為 25. 2%、31. 4%、43. 4%。目前，碳纖維多 軸向經(jīng)編織物預(yù)成型體 /LCM 工藝制件已在新一代大型飛機(jī) A380、 B787 和 A400M 等機(jī)型上得到廣泛應(yīng)用。 A380 型和 B787 型飛機(jī)的后承壓框穹形框殼均采用 0 /90經(jīng)編碳纖維織物制備預(yù)成型體 ; A380 型機(jī)外翼翼梁、 A400M 型機(jī) 貨艙門、 A380 型機(jī)窗口框均采用碳纖維多軸向經(jīng)編增強(qiáng)材料加強(qiáng)筋。目前，國 際市場碳纖維復(fù)合材料在小型商務(wù)飛機(jī)和直升飛機(jī)上的使用量已占70% 80%，在軍用飛機(jī)上占 30% 40%，在大型客機(jī)上占 15%50%。因此，碳纖維多軸向