三維編織物的縫合連接技術(shù)研究

    三維編織預(yù)制件和復(fù)合材料除了有著傳統(tǒng)復(fù)合材料所固有的優(yōu)點(diǎn)外，例如重量輕、強(qiáng)度高等，還有著以下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)^[5]：①三維編織預(yù)制件從理論上講可以達(dá)到任意的厚度，并且厚度方向有增強(qiáng)纖維通過；②采用三維編織技術(shù)可以直接編織成不同形狀的異型整體件；③三維編織預(yù)制件的紗線結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性；④采用三維編織技術(shù)完全可以實(shí)現(xiàn)對高性能纖維的編織。
2 縫合技術(shù)及工藝參數(shù)
    縫合技術(shù)發(fā)展至今已有悠久的歷史，但它在復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用才不過幾十年，并且多被應(yīng)用在縫合層合板復(fù)合材料上。它是提高結(jié)構(gòu)損傷容限和層間斷裂韌性的有效途徑。 
    縫合工藝使用碳、玻璃、Kevlar做成的縫合線在工業(yè)縫紉機(jī)上對織物進(jìn)行厚度方向的縫合。縫線僅占復(fù)合材料纖維體積含量的百分之幾。目前芳綸纖維由于其特殊的耐磨性、良好的抗沖擊韌性和較低的纖維密度，在縫合過程中得到廣泛應(yīng)用。鎖式縫合和鏈?zhǔn)娇p合[6,7]是縫合線跡的兩種基本型式，如圖1所示。鎖式縫合會(huì)在面紗與底紗之間形成兩個(gè)縫合線圈，在織物中間相交，產(chǎn)生應(yīng)力集中；點(diǎn)改進(jìn)的鎖式縫合可以穿過織物厚度，提高分層韌性和損傷容限，因此使用較多；鏈?zhǔn)娇p合類似于針織，縫合線多次撓曲，操作復(fù)雜，使用較少。

          
    縫合工藝參數(shù)決定復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)性能以及連接工藝過程所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。主要的縫合工藝參數(shù)有縫線的股數(shù)、縫合密度、縫合方向及縫合針等。
    (1)縫線的股數(shù)
    Kevlar纖維紗線加捻合股制成縫合線，加捻的目的是使其成為圓形截面和更緊密地結(jié)合，這樣易于穿過針眼和有良好的耐磨損性，然而加捻成股后，纖維的強(qiáng)度下降約35％^[8]。
    (2)縫合密度
    縫合過程中，縫針會(huì)對各個(gè)方向的纖維造成一定程度的損傷。縫合密度越大，縫針穿過的次數(shù)越多，纖維受損傷的程度就越嚴(yán)重；縫合密度越小，厚度方向的纖維數(shù)量也就越少，阻止厚度方向破壞的力也就越小。因此必須選擇適當(dāng)?shù)目p合密度。
    (3)縫合方向
    常采用的縫合角度有0°、45°、90°等。
    (4)縫合針
    縫合過程中如果針尖太鋒利，纖維很容易被縫針切斷，使性能降低；反之，如果針尖太鈍，針尖進(jìn)入纖維的阻力太大，不利于縫合效率的提高。只有選擇適當(dāng)?shù)目p針，才會(huì)既可最小限度地?fù)p傷纖維又可最大限度地提高縫合效率。
3 縫合連接三維編織技術(shù)