三維編織物的縫合連接技術研究

    三維編織復合材料是一種整體網狀結構的復合材料,是20世紀80年代隨三維整體編織技術的出現而產生的。它不但克服了傳統的層板復合材料分層、開裂敏感和損傷擴展快,厚度方向強度低，抗沖擊損傷性能差等缺點，而且擁有良好的可設計性、可制作整體異型制件等優點。因此，在結構材料領域中受到極大關注^[1]。
    隨著三維編織復合材料應用領域的逐步擴大，實際應用對其提出了新的問題。單一的三維編織技術往往不能滿足復雜形狀預制件一次編織成型，必須通過連接才能滿足工程設計和整體性的要求。因此連接設計在三維編織復合材料結構中也是必不可少的關鍵環節。三維編織復合材料的連接包含兩個方面的內容，一是預制件的縫合連接；二是成型復合材料的膠接。到目前為止，很多學者對第二個方面的內容進行了研究。Kinloch^[2]研究了影響結構膠接接頭性能的大部分因素，認為膠接劑的應力-應變特性是影響接頭強度的最重要的材料性能。Har-tsmith^[3,4]已經對膠接接頭，特別對先進纖維復合材料與金屬材料的膠接接頭進行了全面的設計研究。縫合技術作為一種三維編織預制件的連接方法，有效地解決了三維編織制作復雜形狀異型件存在的局限性。但對于縫合連接處的工藝設計和連接強度問題，國內外相關研究資料還很少。本文主要就縫合連接技術，縫合連接形式以及縫合連接破壞模式進行探討，以期為進一步開發和利用縫合與三維編織相結合的異型復合材料起到積極作用。
1 三維編織技術
    三維編織技術是二維編織的拓展。它通過攜紗器精確地沿著預先確定的軌跡在平面上移動，使許多同一方向排列的纖維相互交織構成網狀的整體結構，最后打緊交織面而形成不同形狀的預制件。二步法和四步法編織代表了該領域的主流。每種方法有方形編織和圓形編織兩種形式。
    四步法編織既可以只有編織紗系統，也可以有編織紗和軸紗兩個紗線系統。編織紗的攜紗器沿行向和列向交替運動，形成“z”字形運動軌跡，并沿斜向穿過內部區域，運動到邊界后停頓一步后，改變運動方向返回到內部區域。所有的攜紗器遍歷所有的邊界，經過若干步后回到初始位置。軸紗均勻地加在編織紗中間，每根軸紗周圍都被編織紗交織包繞。由于紗線的一個運動循環分為四步，故稱四步法。而二步法編織必須有編織紗和軸紗兩個紗線系統。在編織過程中，軸紗靜止不動，編織紗按一定規律在軸紗間相互交錯運動，并把軸紗綁緊形成三維編織預制件。其紗線在機器上的排列形式經過兩個運動步驟后，恢復到初始狀態。