即預成形體。
高性能纖維預成形體是先進複合材料的增強結構相，各種方式獲得的纖維預成形體在複合材料成形工藝過程中起著十分重要的作用,影響著複合材料的成形和基體材料的浸滲,同時決定了複合材料製品的最終性能。
基本介紹
- 中文名：預形體
- 含義：高性能纖維預成形體
- 屬於：先進複合材料的增強結構相
- 意義：決定了複合材料製品的最終性能
- 領域：工程技術
簡介,機織預成形體,
簡介
高性能纖維增強的樹脂基、陶瓷基和碳基等複合材料具有低密度、高比強、良好韌性、耐高溫、抗氧化等優異性能，成為航空航天飛行器的主結構、發動機、制動裝置以及熱防護等主要系統的關鍵材料，並廣泛套用於風力發電、海洋開採、機械、電子等領域。
高性能纖維預成形體是先進複合材料的增強結構相。它是在複合材料結構成形之前，利用編織、機織、針織等現代紡織工藝技術將高性能纖維束(長絲)或紗線定位分布，形成具有特定結構、性質和形狀的纖維集合體。各種方式獲得的纖維預成形體具有廣譜的孔隙結構形貌、可大範圍調節的纖維體積含量和纖維取向分布、以及多樣化的結構形態，在複合材料成形工藝過程中起著十分重要的作用，影響著複合材料的成形和基體材料的浸滲，同時決定了複合材料製品的最終性能⋯。在纖維預成形技術得到廣泛套用之前，纖維增強複合材料的增強結構相，主要是短纖維和連續纖維兩種形式，增強纖維之間未能有效地纏結，僅靠基體材料將其黏結，材料橫向強度和抗衝擊損傷等性能較低。通過紡織方法，將增強纖維加工成二維纖維預成形體，使增強纖維按一定的規律在平面內相互交織和纏結，顯著提高了材料的面內強度，改善了材料的面內抗衝擊損傷性能。但是，二維纖維預成形體具有非常小的織物厚度，還需要通過疊層鋪放方法以形成最終複合材料結構。這種層合結構複合材料由於層與層之間缺乏有效的纖維增強，層間性能較差，衝擊損傷容限較低。三維纖維預成形體是採用獨特的紡織技術將連續纖維束按照一定的規律在三維空間相互交織形成一個整體的纖維網路結構，貫穿空間各個方向的纖維提供了增強結構的整體性和穩定性，顯著提高了材料的層間性能和抗衝擊損傷能力。
採用不同架構的纖維預成形體作為複合材料的增強結構骨架，就像建築物中的鋼結構框架一樣，不僅從結構和性能上強化了複合材料，而且易於實現複合材料結構件的近淨仿形成形，因而受到航空、航天、國防等高技術領域的廣泛重視，成為高性能複合材料製備的技術關鍵和前沿發展方向。
機織預成形體
機織技術是複合材料中最廣泛使用的纖維預成形方法。早在20世紀50年代初期，機織技術作為工業化的紡織技術被套用於玻璃纖維複合材料的製備。近二三十年來，機織技術有了較大的發展，二維碳纖維織物實現批量化生產，新的三維織造技術取得突破性進展。
1、二維機織織物
二維機織工藝為複合材料製備提供了一種大規模生產纖維預成形體的低成本方法，在成形過程中經紗和緯紗相互交織而形成織物。織造過程中，經紗在綜框的作用下分成上下層，形成梭口，緯紗受載緯器的牽引進入梭道，然後由鋼筘打緊並與經紗交織。織造高性能碳纖維的織機以有梭織機和劍桿織機為主。有梭織機織造的織物特徵是在織物的兩側形成平整光滑的布邊。但由於梭子的截面尺寸較大，對經紗的摩擦損傷較嚴重。劍桿織機的載緯器不具備貯紗功能，每次僅能攜帶一根緯紗通過梭口，因此會在織物的兩側形成“毛邊”，但劍桿織機的劍頭的截面尺寸較小，可有效減小經紗開口高度，減少對紗線的損傷，更適應於脆性的碳纖維等高性能纖維的織造，近年來得到較快的發展。
2、三維機織織物
三維機織技術是利用多層經紗織造方法，將若干經紗和緯紗層相互接結而形成具有一定厚度的三維整體預成形體。採用分層接結的方法，將各相鄰紗線層進行接結，稱為層層角聯鎖結構，也稱2.5D機織結構；採用接結紗傾斜貫穿整個厚度的方法，將全部紗線層進行接結，稱為貫穿角聯鎖結構；採用一組紗線垂直貫穿整個厚度的方法，將全部紗線層進行接結，稱為正交接結結構。在2.5D織物結構基礎上，沿經向、緯向和z向(織物厚度方向)引入或同時引入紗線，形成多種變化的衍生結構。
三維機織預成形體中僅含有經向和緯向紗線，非常適合織造具有一定厚度的寬幅織物。目前採用普通的多臂織機可以織造出由17層經紗和18層緯紗相互交織而成的三維機織預成形體。天津工業大學複合材料研究所設計研製了新型的三維機織設備可以織造100層經紗和101層緯紗交織的圓型、平板型和各種異型機織預成形體，最大厚度可達90 mm。三維機織預成形體中典型結構是三維正交結構，三組呈正交取向的纖維系統相互交叉排列形成。對於管狀或棒狀的預成形體，三個正交紗線系統是指沿芯軸方向排列的軸紗、沿圓周方向排列的周向紗和半徑方向排列的徑向紗。
