高性能纤维多轴向经编复合材料进展

1、江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心高性能纤维多轴向经编复合材料现状高性能纤维多轴向经编复合材料现状The Development of High-performance Fiber Multi-axial Warp Knitted Composites江南大学针织技术教育部工程研究中心江南大学针织技术教育部工程研究中心马丕波 博士/副教授2015.03.02江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心主要内容2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途1.高性能纤维原料高性能纤维原料3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多

2、轴向经编织物生产与应用中的问题4.多轴向经编织物生产的展望多轴向经编织物生产的展望江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料无无机机纤纤维维玻璃纤维芳纶有有机机纤纤维维碳纤维玄武岩纤维硼纤维氧化铝纤维石英纤维超高分子量聚乙烯Click柔性较好、柔性较好、布面平整度不易控制布面平整度不易控制 here to add your text. 聚酰亚胺江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维

3、原料玻璃纤维作为增强材料，是树脂基复合材料的绝对主体，占应用量的98%以上。2014年我国玻纤产量超过521万吨。江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料玻璃纤维作为增强材料，是树脂基复合材料的绝对主体。2010-2014年中国玻璃纤维纱产量年中国玻璃纤维纱产量江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料商品名商品名E-玻璃玻璃 C-玻璃玻璃 AR玻璃 E-CR玻璃 D玻璃 高强玻璃纤维 化学成分化学成分无碱玻璃无碱玻璃中碱玻璃中碱玻璃无硼无碱优点优点机械性能较好机械性能较好电气

4、绝缘性好电气绝缘性好耐酸性较好耐酸性较好价格便宜价格便宜耐碱性好耐酸耐水性好介电强度好高强度高模量缺点缺点不耐酸不耐酸强度略低强度略低价格高价格极高用途用途电绝缘电绝缘占玻璃纤维占玻璃纤维产量产量60%玻璃钢增强玻璃钢增强过滤织物过滤织物增强水泥地下管道贮罐低介电玻璃纤维军工空间防弹盔甲织造要求织造要求不高不高较高较高较高较高较高商品化的玻璃纤维江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料国外厂家国外厂家小丝束小丝束东丽东丽Toray东邦东邦Toho三菱三菱Mitsubishi35.1%24.2%18.1%大丝束大丝束阿克苏阿克苏AKZO

5、卓尔泰克卓尔泰克Zoltek阿尔笛腊阿尔笛腊ALDILA73.7%2014.7.8，美国新泽西州的，美国新泽西州的CYTEC与德国与德国DRALONGMBH建立战略协商，建立战略协商，共同开发共同开发大丝束工业级碳纤维大丝束工业级碳纤维2014年碳纤维行业十大新闻之三年碳纤维行业十大新闻之三2014年碳纤维行业十大新闻之二年碳纤维行业十大新闻之二2014.3.3，日本东丽收购美国，日本东丽收购美国大丝束碳纤维大丝束碳纤维公司卓尔泰克，东丽的全球市场份额占到公司卓尔泰克，东丽的全球市场份额占到32%江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原

6、料国内厂家国内厂家台塑台塑年产量可达8750吨，产量位居世界第四江苏恒神江苏恒神2011年投产千吨级碳纤维生产线，产品品级从T300向T700提升中复神鹰中复神鹰08年投产千吨级碳纤维生产线，产品：PAN基 1K、3K、6K、12K碳纤维，并且提供原丝江苏航科江苏航科2012年建成T800产业化生产线江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料世界碳纤维产能、需求和价格变化图世界碳纤维产能、需求和价格变化图在航空航天之外的碳纤维应用，由于成本控制，主在航空航天之外的碳纤维应用，由于成本控制，主要以要以24k以上的大丝束为主，由于成本和后段

7、加工以上的大丝束为主，由于成本和后段加工效率因素，大丝束化的趋势异常强劲效率因素，大丝束化的趋势异常强劲。江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心1.高性能纤维原料高性能纤维原料纤维纤维密度密度强度强度GPa产量产量吨吨价格范围价格范围元元/kg玻璃纤维2.72521万5

8、碳纤维1.453200250玄武岩纤维2.63500020芳纶1.436000200（700）超高分子量聚乙烯0.93.530001152015年1月起，玻璃纤维价格全面上涨6%左右江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心抗拉强力较高抗拉强力较高抗撕裂性能抗撕裂性能好抗剪切性能好抗剪切性能好生产效率远远高于手工单向铺层和机织生产效率远远高于手工单向铺层和机织可以使用高性能脆性纤维原料可以使用高性能脆性纤维原料 2.多轴向经编复合材料性能及用

9、途多轴向经编复合材料性能及用途江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途芳纶纤维高模高强聚乙烯玻璃纤维碳纤维玄武岩纤维江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途用于风力叶片的复合材料绝大部分采用用于风力叶片的复合材料绝大部分采用经编多轴向布，其铺纬角度和层数根据经编多轴向布，其铺纬角度和层数根据叶片的具体需要而定。叶片的具体需要而定。现在经编网格布作为骨架材料开始流行。现在经编网格布作为骨架材料开始流行。20132013

10、年开始，世界风电年新增装机市场年开始，世界风电年新增装机市场将会以将会以6-10%6-10%的增长速度持续到的增长速度持续到20182018年。年。u叶片大型化叶片大型化u高强玻璃纤维应用高强玻璃纤维应用u玻纤玻纤/ /碳纤混合应用碳纤混合应用目前世界最大风力叶片目前世界最大风力叶片8080米，国内最大米，国内最大7575米。米。维斯塔斯中复连众风力发电风力发电江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途低空飞行开放将引领一批小飞机潮，低空飞行开放将引领一批小飞机潮，碳纤维多轴向经编织物将迎来发展。碳纤维多轴

11、向经编织物将迎来发展。航空航天航空航天国产大飞机国产大飞机C919C919已开始试用国产碳纤维多轴向经编织物已开始试用国产碳纤维多轴向经编织物大飞机的蒙皮、机翼部分主要采用多轴向经编复合材料大飞机的蒙皮、机翼部分主要采用多轴向经编复合材料轻质高强复合材料可使飞行器重量减轻轻质高强复合材料可使飞行器重量减轻20-25%20-25%，有效节约燃料，提高载荷有效节约燃料，提高载荷江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途主要对手：机织主要对手：机织经编复合材料可用于制造车经编复合材料可用于制造车辆壳体、发动机引擎

12、盖、保辆壳体、发动机引擎盖、保险杠等，还可以在高铁无砟险杠等，还可以在高铁无砟轨道上用作充填式垫板，地轨道上用作充填式垫板，地铁中作为第三轨保护罩、电铁中作为第三轨保护罩、电缆支架、逃生平台等。缆支架、逃生平台等。双轴向4层多轴向车辆制造车辆制造江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途经编复合材料稳固性好，轻质高强，可用来制经编复合材料稳固性好，轻质高强，可用来制造船艇的船身、舱壁、甲板、上部结构、桅杆、造船艇的船身、舱壁、甲板、上部结构、桅杆、船帆等，造船业是目前经编复合材料应用很大船帆等，造船业是目前

13、经编复合材料应用很大的市场。的市场。船舶制造船舶制造2014年度常州船舶建造企业年度常州船舶建造企业年度工作会议年度工作会议江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途交通建筑交通建筑经编复合材料越来越多地用在增强混凝土上，用于重建经编复合材料越来越多地用在增强混凝土上，用于重建和修复建筑物。德国德累斯顿（和修复建筑物。德国德累斯顿（DresdenDresden）工业大学提）工业大学提出了一个新的观念，旨在使混凝土立柱在修复后承载能出了一个新的观念，旨在使混凝土立柱在修复后承载能力能够得到提高。其方法是在混凝

14、土立柱的整个长度方力能够得到提高。其方法是在混凝土立柱的整个长度方向上包覆一层多轴向经编增强结构来增固混凝土，这样向上包覆一层多轴向经编增强结构来增固混凝土，这样可以恢复其稳定性，还能够抗扭转应力和弯曲应力。可以恢复其稳定性，还能够抗扭转应力和弯曲应力。江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途在混凝土内部形成一种网格体系，可以提高在混凝土内部形成一种网格体系，可以提高其抗冲击性能和增加韧性，能有效提高混凝其抗冲击性能和增加韧性，能有效提高混凝土的强度和使用期限。以连续玄武岩纤维为土的强度和使用期限。以连续

15、玄武岩纤维为增材料制成的复合筋已成功应用在在公路建增材料制成的复合筋已成功应用在在公路建设中，替代部分钢筋。设中，替代部分钢筋。经编格栅经编格栅保温防火材料保温防火材料连续玄武岩纤维的内装饰材料，起连续玄武岩纤维的内装饰材料，起到吸音、防火、防潮、隔断等作用到吸音、防火、防潮、隔断等作用单向布、格栅等材料，用于建筑和单向布、格栅等材料，用于建筑和桥梁的结构加固桥梁的结构加固玄武岩纤维交通建筑交通建筑江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 2.多轴向经编复合材料性能及用途多轴向经编复合材料性能及用途柔性复合材料柔性复合材料江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经

16、编技术教育部工程研究中心3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题应用领域应用领域应用领域拓展应用领域拓展江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题聚酰亚胺纤维直径小于0.1mm玻璃纤维织物芳纶纤维织物 布面不平布面不平 铺纬困难铺纬困难 其他其他力力学学性性能能差差细细度度小小导导电电其其他他新原料新原料 断纱断纱玻璃纤维代替涤纶作为捆

17、绑纱？江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题玻璃纤维织物芳纶纤维织物 织物强度不够织物强度不够 织造困难织造困难 其他其他使用使用领域领域不同不同力学力学性能性能不同不同其其他他原料不同品种原料不同品种 断纱断纱不同种类原料混合生产不同种类原料混合生产90铺纬时会有槽针刺穿纱线的过程，噪音较大，且明显限制了机器速度；大针距铺纬、细纱铺纬时出现的间隙问题江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题碳纤维玻

18、璃纤维玄武岩纤维玻纤展现时表面变黄的问题江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题1-1-利用原料特点开发新型产品利用原料特点开发新型产品采用聚酰亚胺采用聚酰亚胺/芳纶等新型纤维原料开发具有抗高温的多轴向经编织物芳纶等新型纤维原料开发具有抗高温的多轴向经编织物2-2-利用产品用途特点开发新型产品利用产品用途特点开发新型产品采用玄武岩等新型纤维原料开发低成本土工用经编织物采用玄武岩等新型纤维原料开发低成本土工用经编织物江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编

19、织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题经编网眼织物经编网眼织物u网眼织物孔率大，密度小，结构稳定。常用作树脂砂轮网眼织物孔率大，密度小，结构稳定。常用作树脂砂轮增强复合材料，土工格栅，建筑外墙保温材料等。增强复合材料，土工格栅，建筑外墙保温材料等。 u对于硅胶基与橡胶基等高粘度基体柔性复合材料制备有特殊优势。对于硅胶基与橡胶基等高粘度基体柔性复合材料制备有特殊优势。 江南大学经编技术教育部工程研究中心江南大学经编技术教育部工程研究中心 3.多轴向经编织物生产与应用中的问题多轴向经编织物生产与应用中的问题经编间隔织物经编间隔织物u在混凝土中使用的经编间隔织物。此种间隔织物在混凝土中使用的经编间隔织物。此种间隔织物材料的两面有双轴向覆盖加固面，由材料的两面有双轴向覆盖加固面，由ARAR玻璃纤维玻璃纤维束加工制成，随后在其两面涂覆一层束加工制成，随后在其两面涂覆一层4mm4mm厚的混凝厚的混凝土薄层。这种材料用作中间层在生产内建筑材料土薄层。这种材料用作中间层在生产内建筑材料PURPUR泡沫三明治结构墙板中使用。泡沫三明治结构墙板中使用。采用间隔织物复合材料具有重量轻，弯曲和压缩强度好特点采用间隔织物复合材料具有重量轻，弯曲和压缩强度好特点在游艇建造中，比传统夹层材料有节省重量，快