针刺技术在CC复合材料增强织物中的应用

针刺技术在CC复合材料增强织物中的应用

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1、万方数据针刺技术在C/C复合材料增强织物中的应用刘建军1李铁虎2郝志彪1李飞1嵇阿琳1(1西安航天复合材料研究所,西安710025)(2西北工业大学材料科学与工程学院,西安710072)文摘在介绍刺针功能的基础上,论述了针刺技术用于C/C复合材料增强织物成型的原材料特点、工艺与应用等。分析表明,刺针的结构对于纤维引入有重要影响,合理选用刺针是针刺C/C复合材料增强织物复合成型的基础;针刺增强织物中材料成分、刺针和工艺的多样性,使得针刺增强织物具有相当的可设计性。关键词针刺,纤维,增强织物Applic

2、ationofNeedlingTechnologyonReinforcedFabricsofC/CCompositeMaterialsLiuJianjunlLiTiehu2HaoZhibia01LiFeilJiAlinl(1Xi’anAerospaceCompositeMaterialsInstitute,Xi’an710025)(2CollegeofMaterialsScienceandEngineering,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710

3、072)AbstractInthispaper,needlefunctionisintroducedandrawmaterialproperty,processandapplicationofneedledC/Ccompositefabricsarediscussed.Theanalysesshowthatfiberscarriedto彳directionareaffectedbynee—dlestructure,thevarietyofmaterialproperties,needleandpro

4、cessareconducivetotheprogrammablecharacteristicsofneedlepunchingcompositefabrics.KeywordsNeedling,Fiber,Reinforcedfabric1前言针刺技术是通过刺针对纤维布、网胎或复合叠层材料进行接力针刺,依靠倒向钩刺把纤网层中的部分水平纤维携带至z向,产生垂直纤维簇,使碳布和网胎相互缠结,相互约束,形成平面和彳向均有一定强度的准三维独特网络结构预制体。由于针刺C/C复合材料增强织物的特殊结构,从而使

5、其克服了2D碳布叠层材料层间缺乏连接的缺点,具有孑L隙分布均匀、易致密成型、较高的面内和层间强度等特点,已成为一种具有广泛应用前景的C/C复合材料预制体,并可用做其他复合材料增强预制体¨一J。从20世纪70年代以生产碳纤维的原丝作为针刺的材料开始,因制作成本低、易于制作复杂型面制品,原材料和针刺工艺不断得到改进,目前已从丙烯腈原丝网胎针刺发展到利用碳纤维作为针刺的原材料。由于针刺增强织物中材料构成成分、刺针和工艺的多样性,使得针刺增强织物具有相当的可设计性,可成型平板、锥体、圆筒等,应用领域不断拓展

6、,如飞机刹车盘、固体火箭发动机喉衬、扩散段以及其他高温领域用C/C复合材料增强预制体。2刺针的结构与作用2.1刺针的结构刺针的作用是在预针刺和主针刺过程中,将夥平面内的纤维引入到z向上以达到对该方向的增强,刺针的结构对于纤维引入有重要影响,合理选用刺针是针刺复合织物成型工艺的基础。常见刺针的结构如图I所示。双渐缩锥针lIlI丫针尖针叶渐缩锥中间段针杆渐缩锥针柄弯柄图1刺针的结构Fig.1Structureofneedle收稿日期:2008—02—15作者简介:刘建军,1970年出生,研究员,主要从事

7、碳/碳复合材料工艺与应用研究。E—Mail:ljjun308@sohu.corn一8一宇航材料工艺2008年第3期万方数据针尖的主要作用是协助工作段更容易刺入制品中。针叶是刺针的主要工作部位,针叶直径(截面高度)、针叶长度、针叶截面形状是针叶的重要参数。针叶的直径决定刺针的强度并影响针体弹性。针叶的长度取决钩刺间距和钩刺数目,同时对针体的弹性产生影响。针叶的截面形状一般为等边三角形或等边三角形的改进形、圆形等,它对刺针是否能够均匀承受来自各个方向的扰曲力非常重要。渐缩锥的主要作用是增加针体弹性。渐缩

8、锥个数越多、长度越长,针体弹性越好。常见刺针有单渐缩锥针和双渐缩锥针两种。由于针刺过程中刺针所承受的来自各方向应力不平衡,使用弹性较好的针体可降低断针率。钩刺是刺针携带纤维的部位,是刺针最重要的部位。依据钩刺间距大小,刺针可分为R、M、C、F、S型,间距大小决定了纤维相互缠结程度和阻力大小。钩刺形状主要采用三维成形的HL和RF形,在加工时修圆边缘,以减少对纤维的损伤,延长刺针寿命。钩槽深度、钩槽长度、齿突高度和下切角度是钩刺的重要参数,它决定了钩刺每次针刺所能握持的纤

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