二維編織碳纖維縫合線耐磨損性能的研究

       針對碳纖維絲束和捻線在紡織預制件或預浸料的縫合過程中易發生起毛、斷絲的情況，設計了二維管狀編織結構的碳纖維縫合線．采用TM式絲抱合力試驗機對不同編織工藝參數的縫合線試樣進行耐磨損性能試驗，并與絲束試樣和捻線試樣比較．結果表明：二維管狀編織結構碳纖維縫合線的耐磨損性比絲束和捻線有大幅度的提高：直徑和花節長度對耐磨次數影響較大，張力300 cN時，比花節長度為2.1的試樣的耐磨次數為相同細度絲束的4.08倍，張力200 cN時，此試樣耐磨次數為相同細度絲柬的12倍．

       縫合復合材料以其優良的層間斷裂韌性、沖擊損傷容限和較低的制作成本而越來越受到各國研究者的關注，其制造過程包括紡織預制件成型、縫合和樹脂注入．在過去的十幾年中，紡織預制件成型技術和樹脂注入技術已獲得了長足的發展，但縫合技術仍然有待進一步提高．縫合技術是指采用縫合線使二維織物構成準三維立體織物或使分離的數塊織物連接成整體結構的技術，參數包括縫合線原料種類、縫合密度、縫針、縫合方法和縫合速度等．就一般意義的縫合而言，縫合線可以是能夠進行縫紉操作的任何纖維．但對于先進紡織復合材料構件，由于特殊的性能要求，縫合線的選擇有其特定的標準：要求與樹脂有良好的兼容性，并且不會與樹脂發生反應；與所縫合的預制件或預浸料的纖維種類盡量相同，保持整體材料的性能一致性；具有良好的強度、韌性和耐磨損性等．

      因此玻璃纖維線、芳綸線和碳纖維線成為縫合線的首選．其中玻璃纖維雖然強度較高，但剛度較低、纖維密度較大且容易斷絲，因此應用受到限制；芳綸線柔韌性好、強度和模量高，具有優良的耐熱性和耐磨損性，是常用的縫合線類型．但它與樹脂的浸潤性較差，在濕熱環境中使層板的吸濕量提高了31%，造成性能下降．考慮到與碳纖維復合材料的匹配性，用碳纖維作縫合線是最恰當的．但碳纖維一般較脆，耐磨損性差，在縫合過程中碳纖維在針眼處的摩擦會導致其斷線，降低縫合效率和縫合質量，因此需要改變碳纖維縫合線的結構形式或改進縫合設備來實現碳纖維作為縫合線的應用．目前研究復合材料用碳纖維縫合線的文獻還很少，只有A．Ogale和P．Mitschangc在碳纖維粗紗外包覆聚酯纖維的方式提高其耐磨損性．本文設計了一種新的采用二維管狀編織技術制作的碳纖維縫合線，對不同編織工藝參數的縫合線試樣進行了耐磨損性試驗，并與絲束試樣和捻線試樣相比較，從中總結出較為理想的編織工藝參數．這種方法在提高碳纖維縫合線的耐磨損性能方面是一種積極的探索．

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