三维正交织物的织造方式毕业论文(编辑修改稿)

三维正交织物的织造方式毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

板的连接，这种结构改善了武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 6 力的传递，减少了剥离应力。 采用三维正交机织复合材料新技术可以制造出无余量的机翼整体加筋壁板，预成形蒙皮整体机身框架和舱窗带板以及翼身融合体大部件，从而提高复合材料飞机结构设计许用值 [9]。 通过取消多零件组件和金属紧固件来提高飞机结构的减重效率，为先进复合材料在飞机结构上的大量应用，实现减重目标提供有效途径。 船舰领域的应用 三维纺织复合材料由于抗冲击性好、吸振性强，耐海水及海洋生物侵蚀、成形方便、便于维护，比钢材更适应海洋环境。 三维纺织复合材料满足了大型扫雷舰队船体材料的需要，解决了由于鱼雷爆炸产生的高冲击载荷下引起的材料分层问题。 此外，在炮座、主机座等长时间受冲击的部位，也需要高冲击韧性的复合材料。 再加上三维纺织复合材料成本低且质量轻，在高速艇的建造上，如海关缉私艇、救灾用冲锋舟、海岸巡逻艇等也必须采用这样的高性能材料来实现船体的减重 [12]。 土工建筑领域的应用 建材工业中最广泛使用的结构材料有钢材和中碳钢增强 混凝土，钢材的腐蚀会导致建筑物的灾难性的破坏。 利用碳纤维织制的“米”字形立体织物预制件 [21]经树脂基复合而形成的棒材便成为人们开发出替代建材用钢材的新型高性能建材的重要品种。 使用纤维增强预制件，提高了制品的韧性、拉伸强度，减少了裂纹，延长了建筑物的寿命。 如旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖，屋顶花园、屋顶游泳池、广告牌等。 军事领域的应用 用纺织复合材料制作的 潜水艇，表面没有磁性，传统的磁性水雷不会对其造成威胁；制作的导弹外壳，可以防止高速飞行时的过热熔融。 目前，战术火箭、反 坦克导弹、防护装甲、大口径火炮、火箭导弹、火箭发动机等已开始用纺织复合材料制作。 用该材料制作的移动天线，减轻了重量，提高了部队的机动能力 [12]。 例如，美国的军用飞机具有自我保存的隐身功能，即在飞机的蒙皮上应用了吸收电磁波的功能复合材料来躲避雷达跟踪，而这种复合材料是高性能的结构复合材武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 7 料。 可以说向多功能方向发展是发挥复合材料优势的必然趋势。 医学 领域的应用 由于三维纺织预制件及复合材料具有重量轻、力学性能优越和设计灵活等特点 ， 这使其在人造生物材料的应用方面将发挥越来越大的作用。 人造生物材料是一种特殊的功能材料 ， 是研制人工器官及各种医疗器具的物质基础。 它的发展将对挽救生命、提高人类生活质量方面创造巨大的社会效益。 几乎人体所有的组织器官都是三维结构的 ， 它们的物理强度和性能在各个方向上有所不同。 以骨折内固定接骨板为例 ， 目前临床上使用的接骨板多半是以不锈钢和钛合金为材料的 ，这种材料本身具有各向同性 ， 而且强度方面很难根据实际需要进行设计。 当这种金属接骨板植入人体后 ， 由于刚度与人骨相比过大 ， 常产生应力遮挡作用和钢板断裂现象 ， 这不但影响到早期 的骨折愈合 ， 更为重要的是影响到后期骨改建 ， 会产生固定骨段的骨缺损和结构紊乱 ， 同时固定物取出后还容易发生再骨折 [20]，这个问题一直困扰着医学界和材料界的研究人员。 而三维编织复合材料的模量可以设计。 三维纺织技术在医学上的应用为许多患者带来了福音，利用三维纺织技术制造的人造血管帮助了许许多多的心脑血管病人；用玻璃纤维复合材料制作的外科夹板，可直接模塑出病人的身体外形，减轻了患者的痛苦；用层合板制作的人工呼吸器，轻便耐用；碳纤维复合材料的杨氏模量与人骨相似，与软组织的适应性极好，可以用其修复韧带、制作假肢等。 机动车辆 领域的应用 三维纺织复合材料可用于车身、坐椅、油箱、车门的制作，利用层合板制作的板簧，大大延长了其使用寿命。 同时，用此材料制作的赛车身及后压盖，由于刚度高，高速行驶时，不易变形能继续保持流线的外形；而用传统金属材料制作的车身，高速行驶时，由于空气压力而产生车体变形，接口处出现缝隙，噪声增大，空气阻力增加。 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 8 2 实验材料及装置设备 实验原料的选择 几种常用的三维纺织品原料 纺织品纤维种类很多，按照来源和习惯分为天然纤维和化学纤维两大类，有的地方又将化学纤维细分为人造和合 成纤维两类。 这些不同种类的纤维在工业上都有所应用，但在三维纺织复合材料领域中，天然纤维和增强相（树脂、陶瓷等）的结合性不好，强力也不及一些化学纤维好，无法在基体复合过程中相互粘合，因而不常用。 目前在三维纺织复合材料领域应用的最多的纤维原料是芳纶、玻璃纤维和碳纤维等高性能纤维。 用碳纤维与塑料制成的复合材料所做的飞机不但轻巧，而且消耗动力少，推力大，噪音小；用碳纤维制电子计算机的磁盘，能提高计算机的储存量和运算速度；用碳纤维增强塑料来制造卫星和火箭等宇宙飞行器，机械强度高，质量小，可节约大量的燃料。 表 1 为三种 纤维的性能比较： 表 11 碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维性能对比 纤维名称 优 点 缺 点 碳纤维 强度比钢的大、密度比铝的小、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，杨氏模量是玻璃纤维的三倍，凯芙拉纤维的两倍，耐腐蚀性出类拔萃 耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象 玻璃纤维 弹性模量与金属铝的弹性模量相当，是普通钢的三分之一，耐热性较高，化学稳定性能较好，导热系数小 耐摩和耐扭折性很差，有碱玻璃纤维的耐水性很差 芳纶 超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱、绝缘、抗老化、生命周期长、低密度、优良减震性、耐磨、耐冲击、低膨胀、低导热以及优良的介电性能 回潮率高、制造成本高、耐压缩性差、层间剪切强度低，其层压制品难以切割、不耐紫外线照射 材料性能及可织造性的分析 由于玻璃纤维和碳纤维的刚度大、韧性小，在织造过程中纱线易出现磨断、武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 9 折断等现象，钢筘的来回打纬亦会引起纱线起毛、起球，进而导致断经或影响织物力学性能。 芳纶虽然强度高、柔性较好，但芳纶丝多为无捻长丝，其在织造过程中易起毛起球（尤其在小样织机上采用人工打纬时，如织造人员双手不洁，存在汗液等污物，在拿取纱线时会黏起部分单丝，加重了起毛现象），严重损伤纤维强力。 考虑到实验只需对比不同织造方式对于相同材质、相同纤维体积分数的三维纺织预制件的力学性能影响，因此，笔者采用了强度较好、不易起毛起球、便于织造的棉纱来进行实验 样品的制作。 本次实验选用的纱线原料  实验原料 21 支 2 棉股线。  仪器 温州大荣纺织仪器有限公司生产的 YG(B)021DX 单纱拉伸断裂强力仪。  实验过程 按照规定要求对试样进行预调湿、调湿处理以后，在标准大气中测试。 打开强力仪电源，仪器自检正常后，对仪器进行设置，设置好夹距、拉伸速度及实验方式等参数后即可开始实验。 将试样一端固定在上夹持器中部，另一端挂上预加张力后固定在下夹持器中部。 按下“启动”键，试样开始拉伸，直至断裂。 记录实验测试数据。 若该次实验在测试过程中出现异常（如打滑或断裂在夹持器附近等），应该舍弃该次数据，重新测量。 按照以上步骤获得的 10 组有效数据如表 21 所示： 表 21 织造纱线拉伸断裂强力实验数据 单位：（ cN） 实验编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均值 强力值 1283 1455 1400 1375 1390 1351 1437 1267 1411 1336 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 10 主要实验设备及用具 实验装置 本次实验没有专用的三维织机，只能在普通二维织机上加上一些装置来织造实验需要的三维织物。 由于经纱和接结纱的用量不一致，故应采用双轴织造或用筒子架送经，所以不能像织普通二维织物那样将接结经和衬垫纱都绕在经轴上。 又本次实验需要的试样不多，实验原料亦有限，在此，笔者放弃了筒子架而采用了往届学生使用过的简易经纱固定架子。 如图 21 所示： 图 21 经纱固定架子 图中架子由底座、支架和纱线末端固定杆组成。 为了减少穿纱次数，改善经纱过长导致的纱线下垂，所以在经纱架和织机之间加入了一个起调节张力作用的架子，如图 22 所示： 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 11 图 22 调节张力的架子 该架子由底座、支架和带有导纱孔的有机玻璃面板组成。 穿纱时，将纱线穿过导纱孔后穿入综丝眼即可。 导纱孔可以对经纱起到一定的张力调节作用。 织机采用的是江阴市通源纺机有限公司生产的 SGA598 型半自动打样机。 织造装置配置如下图 23 所示： 图 23 织造配置顺序图 实验用具 图 24 用来挑纱的金属棍 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 12 图 25 引纬针 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 13 3 实验试样的织造及力学性能测试 经向接结的三维正交织物的织造 织造前准备 在固定经纱时，由于要让经纱分层，所以不能使用经轴卷绕经纱，要在经纱固定架子上选取 10 层距离相等、高度合适的层，并粘上透明胶，再粘上一层双面胶。 粘透明胶的目的是防止双面胶粘性大、强力小，粘上后不易撕下，损坏实验设备。 粘上双面胶后撕开表层的防尘贴纸，开始固定经纱。 由经纱固定架子的后面往前穿经纱，即与织造方向相反的方向。 经纱长度不能太长，否则经纱会由于重力作用而下垂，导致经纱张力不够，影响织造。 但也不宜太短，否则织出的布样太小，需多次穿纱，徒增工作量。 同时，要在经轴上卷绕足量的接结纱，并且与衬垫纱分开送经。 穿综 第一次穿综，笔者为了方便织造，按照图 31 的穿综图穿综，图 32 的纹板图提综。 即由综框提起衬垫纱来进行开口。 图 31 第一次穿综图 武汉纺织大学 20xx 届毕业论文设计 14 图 32 第一次纹板图 试织时发现布样中的衬垫纱全部偏移，不在同一垂直平面上，如图 33 所示： 图 33 第一次试织经纬向衬垫纱交织情况示意图 分析原因，是由于纱线有张力，导致同一竖列的综丝并不是在和经纱平行的平面上（如图。