产业用线带绳缆加工

产业用纺织品第三章产业用纺织品的加工技术一、纱线的分类及其加工技术1、纱线的种类按纤维种类分有纯纺纱和混纺纱；按用途分有机织用纱、针织用纱、特种工业用纱等；按纺纱的工艺分有粗梳纱和精梳纱等；按外形和结构分有单纱和股线、单丝与复丝、膨体纱与变形丝等；按纺纱方法分有环锭纱、自由端纱、自捻纱、喷气纺纱、摩擦纺纱等。作为产业用纤维，棉纱中多用29.2-14.6tex的单纱，麻纱中一般用特别粗的作为绳、索、带等；而合成纤维大多为束丝直纺纱，很少混纺。第一节纱、线、带及其加工技术线类纺织品缝纫线、绣花线，医用缝合线、渔网线、包装袋用缝纫线、缝制裘皮用的高强低特纯棉蜡线、缝制皮鞋和皮箱用的高强缝纫线、透明线、工艺装饰线、编织线等。缝纫线的发展概况和种类缝纫线的品质要求可缝性、耐用性、配伍性制线工艺并线与加捻、烧毛与丝光、煮练、漂染、后处理缝纫线可缝性测试方法

2、并捻技术并捻技术和并捻纱的趋势是大卷装化和低噪音化，是将几根单丝并到一起然后卷取。并丝后加捻的并捻机，如缝纫线、绳、索一般经初捻再复捻加工。机器由单丝断头自停、单丝张力调整、除去单丝上的杂疵等装置构成。并丝后加捻，虽然多了一道工序，但它能改善单丝张力的不匀使力趋于一致，能减少纱线的接头。捻丝法从纺丝出来的纱线，直接使用的非常多，但也常有通过再加捻后使用的。加捻方式有干式和湿式两种。湿式方法是将纱线通过水，并在带水的状态下加捻，这样加捻容易，毛羽易贴伏，且捻度也稳定，捻丝的表面也平滑光泽，并且强力较高。3、纺丝技术纺丝是通过热、溶媒等的作用，使得流动的材料原液从细孔中喷出（挤出），再经过牵伸、固化后，加工成纤维状的工艺过程。理想的纺丝工艺可以认为是同时给材料有宏观形态的纤维状和微观的多相异性结构。为了得到较理想的纤维，纺出的纤维还必须经牵伸、热处理等后道工序来完善纤维的微细结构后，才能提供给用户。（1）常规纺丝方法：一般为熔融纺丝、干式纺丝、湿式纺丝三种。（2）特殊纺丝方法：如复合纺丝法，即在单纤维内有多组成分的技术：一类是把多组成分在挤压机内进行混合纺丝；另一类是使用复数的挤压机，在纺丝机用喷丝板上使得各种成分相混合而形成。（3）复合纤维的功能和用途表复合纤维在产业方面的用途

—自发卷缩——毛毡、毡毯—分割——超级细纤维：人造毛皮、纸、非织造布、过滤器—自己接着——印刷用筛网复合纤维—工业资材—导电性、制电性——工业资材—光传导性———光通信、电子、计算机、医学、产业机器—吸水性————工业资材—其它1、分类：绳索的种类非常多，按原料分有麻、绢丝、石棉、玻璃、芳纶、高强高模聚乙烯、金属等纤维；按粗细分有细号绳索（直径大约在4mm以下）、中号绳索（直径大约在4-10mm）、粗号绳索（直径在10mm以上）；按绳索的断面分有三股、四股、六股、花式股等。绳索的共同特点是直径、捻度、强度均匀，具有适合于使用目的要求的伸长、柔软性、耐磨性，而且所具有的性能能保持一定的期限，加工成形方便，具有一定的经济性。绳索的加工可按照粗、中、细号绳索的不同来进行加工，如细绳索可采用捻丝机和纺麻纱机等合捻成股线，再将其通过制绳机合捻后制成。中号绳索是用环锭捻纱机或纺麻纱机将原丝并捻纱线，然后根据所需的根数来作成股线，进而将股线通过制绳机制成绳索。粗号绳索的加工过程与中号绳索基本类似，只是更粗些。二、绳索的分类及其加工技术绳是由多股纱或线捻合而成，直径较粗的制品。两股以上的绳复捻后称索，直径更粗的称缆。绳类的品种规格很多，用途广泛，如捆扎用的打包绳，船舶用的缆绳，起重装卸用的吊索等。绳除了可按原料分类外，还可以按结构分为编织、拧绞、编绞等三类。

编织绳手感柔软，是由若干根纱线作芯线（或无芯线），外面有4组、8组直至160组纱线以“8”字形轨道编织成一层或多层。降落伞绳、救生索、攀登绳、旗杆绳、拉灯绳、包扎绳等都属于编织绳，直径在0.5~100mm之间。

拧绞绳由3股、4股或多股纱线加捻而成，加工方便，但在使用时易扭结，其直径在4~50mm之间，一般用于船舶拖带、起重、装卸和民用等方面。

编绞绳由8根拧绞绳分4组以“8”字形轨道交叉编绞而成，强度高，耐磨性好，延伸率小，不易回转扭结，手感柔软，主要用于高吨位船舶带绳，其形状有圆形和方形，直径在3~120mm之间。2、特性要求绳索的共同特点是：——直径、捻度、强度均匀；——具有适合于使用目的要求的伸长、柔软性，耐磨性；——具有的性能能保持一定的期限；——加工成形方便；——具有一定的经济性。3、加工绳索的加工可按照粗、中、细号绳索的不同来进行加工。——细绳、索可采用捻丝机和纺麻纱机等合捻成股线，再将其通过制绳机合捻后而制成。——中号绳索，是用环锭捻纱机或纺麻纺纱机将原丝并捻纱线，然后根据所需的根数，作成股线，进而，将这股线通过制绳机制成绳索。——粗号绳索，加工过程基本与中号绳索类似，只是更加粗。

4、用途绳索用途很多，主要有船舶用（如将大型船舶停留在岸边或浮标等处所用的绳索）、登山用、渔业用等等。三、带的分类及其加工技术带织物是宽度为0.3~30cm的狭条状或管状纺织品。有的工业传送带宽度也有达1m或1m以上的。带织物可用机织、针织或编织加工。带织物品种大体可分为5类：——弹性带。如松紧带、吊袜带、罗纹带、医用绷带等；——薄型带。如电气绝缘带、打字色带、花边、饰带等；——重型带。如背包带、裤带、吊具带、安全带、传送带、降落伞带等；——管状套带。如水龙带、涂塑出水管、人造血管、鞋带等；——其他。如尼龙搭扣带、拉链带、百叶窗带、丝绒带、环形卷烟带、刺绣花边带、军需用带等。带类织物根据用途、特性等的不同，其构造、材料及加工也不同。1、材料：所用纤维有天然纤维和化学纤维，如棉、人造丝、尼龙、涤纶、芳纶等。2、构造：有狭幅机织物、狭幅编织物、裁剪布条织物三大类。另外，除了机、编织物外，还有非织造的裁剪条带。裁剪织物一般都经过树脂或涂层处理，以防止布边的滑移。3、制造方法（1）狭窄织机：通常有5-20个梭子同时织造，转速高达2500r/min。（2）裁剪加工：将阔幅织物裁成条带时，一般采用连续卷取装置，并用上下对接的滚刀，按所需的宽度来裁剪条带；合成纤维也可采用加热熔断方法。（3）后加工：条带根据用途有多种后处理加工工序，如对于装饰条带就得进行染色加工；对于标签带、色带、胶带等，就得进行树脂加工和涂层加工等。4、性能带类织物所用场合不同对其性能要求也不一样，比如汽车用安全带对其性能要求是（1）力学性能：如安全带的拉伸强力应非常大，拉伸伸长率要小，要有较大的能量吸收性。（2）耐久性：要具有良好的耐磨性、耐寒性、耐热性、耐水性、耐光性。（3）外观、风格：对安全带的幅宽和厚度有一定的要求，宽度通常在50mm，厚度在满足上述性能的情况下，尽量薄。风格希望柔软、系着要舒适。又如复印机、打印机色带，除了要适应高速印字的耐久性外，还需使所印的字清晰，性能长时间稳定，不污染纸张等。5、用途如在衣料、杂品用领域，有缝纫带、拉链带、装饰带、花边带、松紧带、裙腰衬带、宽紧带、标签布片、粘接胶布、伊达狭腰带、卷尺带等等。

在产业用领域，有汽车用安全带、绝缘胶带，包扎用带、色带（计算机用、打字机用）、锭绳、小包用带、降落伞用带、传送带等等。第二节织物及其加工技术产业用纺织品的织物不仅有线型结构、平面结构形式，还有三维立体结构等各种结构形式。其加工方法有机织、针织、编织和非织造等多种技术。一、机织产业用织物及其加工技术产业用纺织品的机织物有平面二向织物、平面三向织物及三维立体织物。其中平面二向织物的形成原理与服用及装饰用纺织品相同，仅所用原料特殊时，纺织工艺和设备有所变化，而三向织物及三维立体织物都是产业用纺织品所特有的。1、机织平面二向织物作为产业用的机织物其织造技术与衣着用机织物相比，有时需要有特殊的装置或技术来满足其不同的要求如织物的尺寸、重量、形态不同；经纱或纬纱有特殊要求；织物的性能特征要求不一样等。（1）厚重类织物的织造：单位面积质量大的织物一般采用重磅织机织造。织造时有时需采用复数织轴的送经装置以及两次打纬机构的打纬以便打紧纬纱。（2）袋类织物的织造：一般可用圆型织机织造，但密度非常高、幅宽较窄的织物，还是多用普通织机织造。（3）玻璃纤维的织造：由于其捻度低，使得单丝的集束性不好，耐磨性也差，需对玻璃长丝进行上浆。织造时采用有梭织机，综丝和钢筘需用不锈钢或镀铬的材料，还要采用大直径卷装罗拉，罗拉表面用橡胶包覆。（3）玻璃纤维的织造：

玻璃纤维织物，作为产业用材料，近年来，其产量迅速地增加。如在难燃、电绝缘、过滤、以及强化塑料中的增强纤维等。作为织物用的主要是玻璃长丝。由于其捻度低，使得单丝的集束性不好，耐磨性也差，所以在准备时需对长丝实施上浆，上浆一般采用罗拉上浆的方式，是将丝一根根地与罗拉接触、上浆，然后干燥、卷取。在织造时采用有梭织机，综丝和纲筘需采用不锈钢或镀铬的材料，为了缓冲经纱张力，采用摆动式经纱张力装置，采用大直径卷布罗拉，罗拉表面用橡胶包覆，边撑也用橡胶罗拉，为了防止纬缩等，还需采用纬纱张力装置，梭子内侧面贴附兔毛等。（4）金属丝织物的织造A、金属丝纤维的种类和准备工序：金属纤维材料有钢材、铝、铜、黄铜、镍等，作为特殊用途的还有白金。另外，用石棉和金属纤维并捻后可作为增强材料使用。B、制织工序：一般根据织物单位面积质量的不同来选择织机的种类，如筛网、防虫网、精密过滤用的织物，对织机的送经和卷取机构精度有一定要求，也常采用二次打纬机构，金属丝织物的组织多为平纹。（5）特殊织机的制织：A、圆型织机：生产效率高，多用于制织袋状织物。B、织带机：用来制织带状的狭幅织物，可用于各种机械的传动带、搬运用的传送带、各种密封材料等。C、超阔幅织机：幅宽可达20m，在幅宽方向，按一定间隔连续开口，在梭口内由多个载纬器同时将几根纬纱引入梭口。2、机织平面三向织物（1）平面三向织物的结构与织物平面三向织物是由三组经纱相互之间以60°的角度交织而成。三向织物的结构形式早在几百年前就用在篮筐、雪鞋与草帽等生活用品的生产中。20世纪70年代初，美国的NorrisF.Dow对三向织物结构的原理进行了深入的研究，发明了织造三向织物的织机。1976年首次展出，引起了纺织界人士的重视。三向织物由于是由三个系统的纱线所构成，且这三个系统的纱线互成60°，从而使它获得了各向同性的独特性能。因此，三向织物不存在两向织物的抗剪和抗拉薄弱环节。另外，当三向织物承受冲击作用时，其变形也是相当均匀的。平面三向织物的结构如图所示。（1）是基础组织的平面三向织物，（2）是双平纹组织的平面三向织物，（3）是基础方平组织的平面织物。

（2）平面三向织物的织造原理三向织机示意图

（3）平面三向织物的应用在日常生活中及产业用纺织品领域均有广阔的用途。例如帘帷、毯子、蚊帐、内衣、游泳衣、家具布、充气气球、飞机用织物、燃料袋、救生圈、降落伞、船帆等。3、三维立体织物（1）三维正交机织物的结构与织物三维正交机织物系由三个系统的纱线所构成，其中一个为地经，一个为缝经，还有一个为纬纱。这三个系统的纱线呈正交状态配置在织物中，纬纱的作用是构成水平纬纱层，同时又将水平经纱层隔开；地经的作用是构成水平经纱层，同时又将水平纬纱层隔开；缝经的作用是将水平方向上相互垂直的经纬纱层缝接在一起。三个系统的纱线呈正交状态且构成了一个整体，这种结构能最大限度地发挥纱线固有的特性，适合制作复合材料的增强材料。纬纱的作用是构成水平纬纱层，同时又将水平经纱层—地经隔开。地经的作用是构成水平经纱层，同时又将水平纬纱层隔开。呈曲折状的纱线为缝经，其作用是将水平方向上相互垂直的经纬纱层缝接在一起。三个系统的纱线呈正交状态构成了一个整体，由于这种结构能最大限度地发挥纱线固有的特性，且本身又有很好的整体性，因此，适合制作复合材料的增强材料。

（2）

三维正交机织物的织造原理三维正交机织物的织造方法是：第一步，提升最上层的所有地经，形成一次梭口，引入一根纬纱；然后，梭口保持不变，只是次上层的地经上升，再引入一根纬纱；依次类推，直至所有地经全部上升，仅留缝经在下，此时，引入最后一根纬纱，集中打一次纬（或每引入一纬打一次，或同时开多个梭口同时引入多根纬纱）。第二步，提升缝经及除最下层地经之外的所有地经，形成一次梭口，引入一根纬纱；然后，梭口保持不变，只是次下层的地经下降，再引入一根纬纱；依次类推，直至所有地经全部下降，仅留缝经在上，此时，引入最后一根纬纱，集中打一次纬纱。至此，完成一个组织循环。重复进行上述步骤，即可使织造连续进行。从图及上述织造过程可以看出，若将地经层数进行适当调整，缝经组数不止一组，而是两组或更多组，则可制得横截面各异的制品，从而达到直接成型的目的。若将上述三维正交机织物中缝经的运动方式加以改变，使缝经沿与方向成一定角度排列，并与地经和纬纱交织，则可获得角锁结构的三维立体结构。（3）三维空芯机织物的结构及织物三维空芯机织物是在上下两层织物之间有纱线和织物，这些纱线和织物将上下两层织物练成一个整体的同时，还具有某些特殊作用，比如支撑、控制高度、形成某些特殊的几何形状等。三维空芯机织物主要在土工布和复合材料的增强材料中如在防噪音织物、航空航天领域、建筑业及家具业等有广泛的应用。下图给出了几种空芯机织物的截面图。几种空芯机织物的截面图

（4）三维空芯机织物织造原理三维空芯机织物的加工其原理仍然为多经（多层）制织方法，所不同的是：——并层。以图（2）为例，织造甲区时，织物有四层，而织造乙区时，织物仅有两层，此时，每一层内实际上包含有两层的经纱。——织口位置变化。仍以图（2）为例，织造乙区时，有一个织口位置，我们称为标准位置，织造甲区（立梁部分）时，每织一纬，织口相对于标准织口位置后移一纬的距离，此时停卷织物，直至织完立梁长度，织口才回到标准位置（需要用特殊机构才能完成）。——边织造边成型。每织完一个组织循环，结构形状就显示出来，尤其是使用刚性较大的纤维时更明显，所以其卷取装置以具有保形性能为好。（5）三维空芯机织物的应用三维空芯机织物主要在土工布和复合材料的增强材料中如在防噪音织物、航空航天领域、建筑业及家具业有广泛的应用。二、针织产业用织物及其加工技术1、针织产业用织物的结构及织物针织是利用织针把纱线弯成线圈，然后将线圈相互串套而成为织物的一门工艺技术。根据不同的工艺特点，针织生产分纬编和经编两大类。它既可以是平面针织物，也可以是多层多轴向的针织物。与机织工艺和机织物比较，针织工艺和针织物有着许多特点和优势，如生产效率高、织物结构多变、工艺流程短、建设投资少等。针织产业用纺织品多以化纤原料为主，可适应碳纤维、玻璃纤维等高性能脆性纤维的加工，甚至一些金属纤维材料；产业用针织物所占比例逐年增加，并正在向以针织物为骨架、与其他高分子材料复合而成的复合材料发展。2、针织产业用织物加工技术产业用针织物的加工原理与服用及装饰用纺织品的加工原理相同，仅仅是用特殊原料时，加工工艺与设备有所变化。（1）平面针织物

平面针织物包括平面经编和平面纬编织物，它在各个方向上具有较大的伸缩性，适合于拉伸大的模压成型复合材料。该结构复合材料具有良好的抗冲击和能量吸收性能，在拉伸变形中有较好的延伸性，因而可以作为一种柔性复合材料。针织物作为柔性复合材料的增强结构，是利用了其变形大的特点，但它不适宜用作承载结构。由于针织物易变形、尺寸稳定性差，这类复合材料往往刚性不够。于是，人们根据需要通过加入不参加织造的增强纤维或纱线，实现针织物结构的稳定。由于增强纤维或纱线不参加织造，处于伸直状态，力学性能能充分利用，且提高了刚度，织物尺寸稳定性提高。若在一个方向加入增强纤维，则可得到在该方向较稳定的针织物；若在经纬向均加入增强纤维，则可得到尺寸稳定的针织物。

（2）多层多轴向针织物

多轴向经编针织物是一种典型的复合材料增强结构，西方的工业国家对其加工技术、加工设备及复合材料竟相开展研究，其产品已应用于航空航天、汽车、建材等工业部门。多层多轴向针织物是根据材料实际应用中的受力情况，在经向、纬向、斜向铺设伸直的强度较高的增强纤维（衬经、衬纬及斜向衬纬），再利用成圈纱线采用经编结构将这些纱线层缝合，确保纱线在织物中是平直状态而不像机织物中的波浪状，所以纱线的拉伸强度可以充分利用。当四组衬纱采用碳纤维时，织造后用树脂固化成碳纤维复合材料，可替代传统的金属材料。如用玻璃纤维做衬纱，可用作T字梁、工字梁等结构材料，成本较低，适于在民用部门推广使用。这种多轴向针织复合材料最多可达8层纱线，但仍不能满足复合材料对厚度的要求。

多轴向编织物则可以满足厚度上的要求，它是将多轴向织出的织物两层、三层、四层或更多层地组合在一起，用缝纫法缝合在一起成为多层多轴向织物。尽管多轴向缝编织物复合材料已有一定的应用，如在高速赛艇中多轴向缝编织物复合材料已经取代了机织物复合材料，但由于针织物复合材料中纤维体积含量较低及呈线圈结构，加之针刺过程中纤维的损伤，使针织物复合材料的强度和模量明显偏低，其应用要比机织物、编织物少。并且大多数针织物只能加工薄型预型件，专业加工设备尚处于开发阶段，相应力学性能的研究也不够深入。三、编织产业用织物及其加工技术编织技术的历史悠久，简单的草帽辩就是编织物的一种。编织的种类很多，按编织形状分有圆形编织和方形编织；按编织物厚度分有二维编织和三维编织。近三十年来，由于复合材料发展的需要，才使这门古老的纺织技术开始被广泛地应用到产业部门。如地毯、椅子的外表面包布、汽车内装饰品、弹性过滤材料、耐磨材料、渔网、农业用袋织物、农业用防水织物等。传统的编织技术是二维的，具有二维结构的一般缺点，即在复合材料中层与层之间的机械强度较低，因此，提出了三维编织的概念。三维编织物按其横截面形状来分有两大类：一类是横截面为矩形与矩形组合形状如工字型等；还有一类是横截面形状为圆形如圆管状、锥管状等。（一）二维编织物

二维编织是指编织物的厚度不大于编织纱直径三倍的编织方法。一般用于生产鞋带和衣服上的绳、带等，但也可用于异型薄壳预型件。二维编织物中的编织纱可分为两组，一组在轨道上沿一个方向运动，另一组则沿着相反方向运动，这样纱线相互交织，并与织物成型方向呈±θ角。如果希望提高织物轴向性能，可以在轴向加入轴纱系统。

（二）三维编织物

三维编织是指编织物的厚度至少超过编织纱直径的三倍，并且在厚度方向有纱线或纤维束相互交织的编织方法。它是最早应用于生产复合材料三维预型件的工艺，早在20世纪60年代，三维编织碳/碳复合材料就用作火箭发动机部件，可以减重30%~50%。三维编织方法有多种，如二步法、四步法、多步法、多层角锁编织等，但常用的主要是二步法和四步法。

1、四步法编织物

四步法，又称纵横步进编织法，由于一个编织循环包括四个机器，故称此名。四步法中，编织纱沿织物成型方向排列，在编织过程中每根编织纱按一定的规律同时运行，从而相互交织形成一个不分层的三维整体结构。如果在编织过程中加入轴纱系统，则可以提高复合材料轴向的力学性能。从四步法编织物的表面形状及内部的结构单元体可以看出，纱线在织物中呈空间取向的排列，结构整体性好。四步编织法按其横截面的形状来分有两大类，第一类的横截面为矩形与矩形组合形状（如工字形等），第二类的横截面为圆形（如圆管状、锥管状等）立体编织物。（1）矩形横截面立体编织物的四步编织法

四步法三维编织示意图（见教材P46）图4-28表示了矩形横截面立体编织物的示意图。图中许多个载纱器4沿轨道5以一定规律反复运动，载纱器4的运动就带动从其退绕出来的纤维束或纱线（以下简称纱线）3的运动，其运动每重复一次称为一个循环。每完成运动的一个循环之后，打紧棒就在纱线3之间摆动，见图，把相互编织的纱线打向编织物1的织口2，同时编织物向上运动一个距离（相当编织物中的一个节距）。载纱器4以上述的运动规律进行下一个循环，这样不断反复进行载纱器运动、打紧运动、编织物输出运动，就可连续编织出立体编织物。

（2）管状立体立体编织物的四步编织法圆形横截面立体编织物的编织法与上述类似，其中不同的是载纱器分布在直径从小到打的若干圆周上，其导轨可使载纱器在周向和径向运动，另一方面立体编织物内部有芯棒，纱线的张力使编织成的立体织物紧套在其芯棒上，如果芯棒为圆柱体，编织成的立体织物为圆管状，如果芯棒为圆锥体，编织成的立体织物为锥管状。2、二步法编织物二步法编织的历史较短，它由Popper于1987年首先提出。在二步法编织中，纱线系统有轴向纱和编织纱两种。轴向纱的排列决定了编织物的截面形状，它构成纱线的主体部分；编织纱位于主体纱的周围。在编织过程中，编织纱按一定的规律在轴向纱之间运动，这样不仅它们之间相互交织，而且也将轴向纱捆绑成一个整体。由于二步法中轴向纱的比例较大，并且轴向纱在编织过程中保持伸直状态，因此二步法编织复合材料在该方向具有优良的力学性能。另外，二步法编织中只有编织纱运动，而且编织纱所占比例较小，故运动的纱线较少，便于实现编织的自动化。从二步法编织物的表面形状及内部结构单元体可以看出编织纱的比例较少，轴向纱占主要部分。与四步法相类似，同样可分为矩形和矩形组合横截面立体编织物的两步法和管状立体编织物的两步法。（1）矩形以及其组合横截面立体编织物的两步法编织小型T形横截面两步法的原理该方法采用两组基本纱线，一组是固定不动的，图中黑实心圆点所示，另一组是编织纱线，图中空心圆圈所示。固定不动的纱线以立体编织物的成形方向（轴向）在结构中基本成为一直线，并按其主体编织物的横截面形状分布。而编织纱线以一定的式样在固定不动的纱线之间运动，靠其张力束紧固定不动的纱线，稳定立体编织物的横截面形状。

编织纱线的运动由两步运动组成。在第一步中，编织纱线以图中箭头所指的水平方向和范围运动，图中相邻的纱线运动方向相反。在第二步中，编织纱线以图中箭头所指的垂直方向和范围运动，其中相邻的纱线运动方向相反。这样就完成了编织运动的一个循环。然后再重复这两步。在若干编织循环之后，编织纱线就完全捆紧了该编织物。此编织方法的一个优点是几乎可以编织任何横截面的立体编织物，几乎很少有其技术限制条件。另一方面，该编织方法运动较简单。运动零件少，所以也比较容易实现自动化。

（2）管状立体编织物的两步法

该编织法也将所有纱线分成固定不动的纱线和编织纱线两组。其中固定不动的纱线为立体编织物的轴向，在编织物内基本成为一直线，并按编织物的横截面分布。所以编织物的横截面形状与固定不动纱线在机器中的分布类似，编织纱线以一定式样在固定纱线之间运动束紧固定纱线，稳定立体编织物的形状。四、非织造产业用织物及其加工技术非织造布与传统纺织品中的机织物、针织物不同。机织物和针织物都是从纤维集合体（纱线或长丝）为基本材料，经过交织或编织而形成一种有规则的几何结构。典型的非织造布是由纤维组成的网络状结构形成的。为了达到结构稳定，纤维网必须通过施加粘合剂、热粘合等作用，使纤维与纤维缠绕，外加纱线几何结构等予以固结。非织造布是由纤维组成的网络状结构形成的，为了达到结构稳定，纤维网必须通过施加粘合剂、热粘合、针刺、水刺等作用，使纤维与纤维缠绕，几何结构予以固结。1、产业用非织造布的应用世界发达国家的产业用纺织品占纺织品总量的30%左右，而非织造布拥有产业用纺织品的50—60%的市场。目前产业用非织造布除服装用料以外，还广泛地应用于（1）土工建筑材料、农业用。如土工布、房屋顶棚的防雨水材料、农业用温室的顶棚材料等。（2）工业用非织造布。如空气过滤材料、液体过滤材料、绝缘材料、造纸毛毯及汽车、飞机用等。（3）医疗卫生用非织造布。如如包扎性医用、非包扎性医用及卫生用非织造布等。（4）日常用非织造布。如家庭装饰用非织造布、地毯类非织造布及非织造布涂层材料等。（5）军用非织造布。如透气防毒服装、防核辐射服装、宇航服内层夹布及军用帐篷、战争急救室用品等。（6）复合材料的骨架材料。2、非织造布的加工技术（1）一般加工技术：非织造布在制造工艺原理上，根本不同于传统的纺织品加工。它的制造工艺可以分成：纤维准备、成网、粘合、烘燥、后整理、卷装等六个过程。其中成网有干法成网、湿法成网和纺丝成网三种；固结包括机械固结、化学粘合、热熔粘合、自身粘合等四种方法。（2）三维正交非织造物加工技术：机织的三维织物发展历史悠久，作为产业用三维正交非织造织物却是20世纪为满足航空航天工业对复合材料的特殊需要而发展起来的。最初，美国的GeneralElectric和AVCO航空航天公司使用，后来，纤维材料股份有限公司进一步研究开发了三维正交非织造织物的加工工艺。三维正交非织造织物的加工方法是：沿纵向放置好一个系统的纱线（或间隔棒，用完后，间隔棒需抽回并以该系统的纱线取而代之，这种方法称代换法），两个相互垂直的平面系统的纱线交替插入纵向系统纱线内部。

三维正交非织造物的代换成型法

三维正交非织造物的直接成型法几种三维正交非织造物的结构

第三节产业用纺织品的后加工技术

产业用纺织品除要求机械强度高、整体稳定性好，还要防水、防霉、防腐、阻燃以及抗辐射和保温隔热等多种防护性能。除部分纺织品能直接在产业中使用，大部分都要经过涂层、层压和复合等后加工，才能获得产业领域中多种用途所需要的使用功能。1、喷涂法与浸渍法将整理剂配制成一定浓度的溶液，通过喷雾、涂刷或浸渍后烘干或自然风干即可。均匀性较差。2、浸轧法通过轧辊将整理剂溶液挤压到织物的空隙中，使纺织品获得均匀的整理效果。根据耐洗性不同加工时可采用浸轧烘干法或浸轧焙烘法。浸轧烘干法（非耐久性整理）浸轧焙烘法3、涂层技术一、涂层技术纺织品的涂层，是在纺织品上覆盖一层高分子物或其他化合物，形成一种纺织品和高分子物的复合制品。这种制品不仅具有纺织品的原有功能，还增加了覆盖层的功能。作为底布的纺织品，在复合制品中起着骨架的作用，为制品保持稳定的形状尺寸，还为制品提供抗张强度和撕裂强度等机械性能；作为表层的覆盖层，是一种成膜性的高分子涂层剂，它可以改善制品的表面性能，还为制品提供防护等特殊性能。涂层加工三要素：基布：棉纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维占90%以上。涂层材料：各种高分子化合物。涂层设备：涂层剂配制机械、涂头、烘箱、后处理设备。1、涂层剂涂层剂是一种成膜性的高分子化合物，使用较多的有聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯等几种。使用涂层剂涂层时常常要加入一些助剂，以使工艺顺利进行并提高产品的质量。2、涂层器具把涂层剂施加到织物表面上所用的工具称为涂层器具，也称涂头。它是涂层机上不可缺少的重要部件或装置。根据涂层剂粘度、涂层工艺和产品用途的不同，选用的涂头也不同。（1）刮刀涂头：是传统的涂层器具，结构简单，应用广泛，但对涂层量和均匀性不易控制，容易产生横向条纹。（2）圆辊涂头：圆辊涂头是靠转动着的、表面有涂层剂的圆辊对底布进行涂层的。它有正转辊、反转辊、浸渍辊和凹纹辊等。（3）其他涂头：如棒状涂头等3、涂层方法：织物的涂层是将织物表面均匀地覆盖一层薄膜形状的涂层，能使织物和涂层剂紧密地粘结在一起而成为一个整体的过程。按不同的涂层剂品种和涂层织物的用途，涂层工艺可分为直接涂层、转移涂层和凝固涂层等几种。（1）直接涂层是将涂层剂直接覆盖在底布上的一种工艺。织物除在产业领域中使用外，还可用作服装面料（如风雨衣）和装饰织物（如窗帘、家具面罩等）。产业用织物的涂层布用量较大的有地板革、防水帆布、人造革、棚盖布、帐篷、软性屋顶、充气罩、防护工作服等。（2）转移涂层是由涂头先将涂层剂涂在片状的载体上，使它形成均匀的薄膜，再在薄膜表面涂上粘结剂，然后将附有粘结剂的薄膜和底布叠合，经过塑化发泡和焙烘固化后，将载体剥离，涂层剂薄膜便从载体上转移到底布上。该工艺主要用于聚氯乙烯人造革和聚氨酯人造革的制造。（3）凝固涂层又称湿法涂层，是织物在凝固浴中生成多孔性膜后，经烘干，再进行核实的后处理的加工方法。凝固涂层采用单组分聚氨酯作为涂层剂，先将涂层剂在二甲基甲酰胺DMF的溶剂中溶解，并涂在底布上，浸入水中，让水置换DMF，促使聚氨酯凝固成膜。二、层压技术层压就是把片状材料一层一层地叠合在一起，通过加压粘结成为一个整体。层压织物就是将一层或一层以上的织物（或非织造布）与高聚物粘结在一起，或将织物与其他软片材料粘结在一起，形成兼有多种功能的复合制品。层压织物和涂层织物有许多相似之处，如它们都是由高聚物成膜后与织物相互粘结成的一种物体，但也有许多不同之处，如涂层织物只是在底布表面直接覆盖一层高聚物薄膜，但层压织物则是先把高聚物压成膜片，再与底布叠合粘结成一个整体，也有采用两片涂层织物通过叠合机而使之粘结成一个整体。层压织物的制造方法有粘合剂法、热熔法、压延法和焰熔法等。三、复合技术复合是将有机高分子、金属或非金属等不同性质、不同形态的材料，通过复合工艺组合而成一定形状的、具有综合性能的复合制品即复合材料。三个特点：第一，它是由两种或两种以上不同性能的材料组分通过复合工艺而成的一种新型材料；第二，各组分不仅保留各自的固有特性，还能最大限度地发挥组分间的综合特性；第三，复合材料由基体和增强体组成。基体为连续相，如聚合物基、金属基、陶瓷基和碳基等；增强体为分布在连续相中呈独立形态的散相，可以是纤维或机织物、针织物、编织物等纺织品，也可以是金属或非金属的颗粒材料。聚合物基复合材料热塑性基体有聚丙烯、聚酰胺和聚醚亚胺等，可熔也可溶，可反复加工成型，具有高冲击强度和高断裂应变特点；热固性基体是一种低分子量的液态预聚物，经过加热固化后，形成既不可熔也不可溶的三维网状高分子物，常用环氧树脂、酚醛树脂和不饱和聚酯树脂等。可分为热塑性和热固性复合材料，由聚合物基体和纤维增强体复合而成的复合材料称为聚合物基纤维增强材料，简称纤维增强塑料FRP，它是热固性的复合材料。现代复合材料成型工艺介绍（1）手糊法：是用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开的模具上，经室温固化和脱模即可。（2）喷射法：利用高压空气将树脂系统和切短的纤维从喷枪上的不同喷嘴同时喷出并沉积在模具面上，用手辊压实浸胶纤维层，然后室温固化成型。（3）压制法：又分为预成型对模压制、片状模塑料压制、块状模塑料压制和冷压制等。（4）树脂传递模压法：先在闭合模腔中铺放增强材料，再将树脂液用泵压注到模腔内，依靠树脂的液压浸渍纤维材料，固化后脱模即可。（5）缠绕成型法：将连续纤维或布带浸渍树脂后，再缠绕到一定形状的芯模上，达到一定厚度后，通过固化脱模得到成品。（6）离芯成型法：先将切短的纤维毡铺在中空芯模的内壁上，使芯模快速旋转，同时向纤维层均匀喷洒树脂液，由于离心力迫使纤维紧贴在芯模内壁，同时迫使树脂浸润纤维，向芯模内送入热风，加速制品固化。（7）袋压法：分真空袋压和压力袋压。（8）连续成型法：包括波纹板、平板连续成型和连续拉挤型材等方法。聚合物基复合材料的特点及用途（1）工艺性好，制造时能耗低。（2）比强度大、比模量大，质量轻。（3）耐疲劳性好。（4）减震性能好。（5）耐烧、耐熔融性好。（6）超载时安全性能好。

土工布土工布土工布土工布土工布（人工湖防渗）第四节纺织结构复合材料

一、复合材料的定义与发展复合材料（CompositeMaterial）即CM是指将两种或两种以上的不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料性能优越。复合材料根据其所用基体材料不同，分为金属基复合材料；无机非金属基复合材料和树脂基复合材料。人类在很早以前就使用了复合材料。大约六千年前的陕西半坡人就掌握了用草筋增强泥坯作为墙体材料。在汉代修建的古长城瞭望塔中也发现了类似的复合材料。中国古代的游牧民族在大约公元一千年发明了复合材料制成的弓，这种弓是由木片或木材和角质制成。从材料的发展角度来看，第一代是天然材料（如石块、泥土、竹、木、茅草等），第二代是冶炼材料（如各种金属），第三代是合成材料（如各种高分子聚合物），第四代是先进复合材料。从国外复合材料的发展历史来看，树脂基复合材料（我国称玻璃钢）已经历了六、七十年的研究和发展，早已形成了集科研、试制、生产、设计、检测、应用等完整的工业体系。在发达国家，各种树脂基复合材料的原材料、工艺设备、研究应用及系列产品的开发等日趋成熟，目前正处在大发展的新阶段。金属基复合材料和无机非金属基复合材料虽然已有三十年的发展历史，但进展速度较慢，目前仍处在研究和试制阶段，尚未形成工业体系和工业生产能力。1、国外复合材料发展概况

1940年世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂，采用手糊成型工艺和抽真空固化方法制成了军用飞机的雷达罩。1942年美国人用手糊成型工艺制造了第一艘玻璃钢鱼船。1946年美国人发明了使用连续玻璃纤维缠绕生产压力容器的工艺方法。1950年环氧树脂的工业化生产大大推动了复合材料的发展。1959年美国联合碳化物公司实现了从人造纤维制造碳纤维的工业生产，碳纤维的出现和发展是复合材料发展史上的又一个里程碑。20世纪70年代出现了芳纶（Kevlar）纤维增强复合材料、硼纤维增强复合材料、碳化硅纤维增强复合材料、氧化铝纤维增强复合材料等一系列先进复合材料。复合材料的迅速发展也推动了复合材料成型工艺的发展，出现了多种成型工艺。其发展历史见下表：

表复合材料发展简史

——1932，现代复合材料诞生，美国；——1942，手糊工艺，美国，雷达罩、飞机油箱；——1944，玻璃钢夹层结构，美国，飞机机身、机翼；——1946，纤维缠绕成型，美国，专利；——1950，真空袋和压力袋成型，美国，直升机螺旋桨——60年代，纤维缠绕工艺，美国，导弹发动机壳体、高压容器；——1961，片状模塑料（SMC），德国，各种制品；——1963，玻璃钢板材，美法日，透明玻璃钢及夹层结构板材；——1965，SMC，美、日，各种构件；——50~60，挤拉法工艺，美国

棒材、各种截面制品；——70年代，树脂反应注射成型(RIM)，美国；——70年代，增强树脂反应注射成型(RRIM)，美国，卫生洁具、汽车零件；——1972~75，热塑性片状模塑料，美国，成型周期短、废料可回收；——80年代，湿法生产热塑性片状模塑料(GMT)，法国，汽车；——60~80，离心浇注成型工艺，瑞士、英国，大口径负压管道。

关于复合材料的开发应用，各国的发展途径有所不同。美国首先在军工方面应用，二次世界大战后，逐渐转以民用为主。西欧各国则直接从发展民用复合材料产品开始（如波形板、防腐管道、卫生洁具等）兼顾军工。

就全世界而言，目前已形成了从原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等较完整的工业体系。现代复合材料工业开始于20世纪40年代，迄今有半个世纪，但从其发展首都及规模、应用的范围和产量、对现代科技及生产进步的影响和推动，以及从其自身的科学研究的深度与广度诸方面来看，现代复合材料领域中所取得的成就，超过了人类历史上所曾经使用过的任何其它类型的材料。特别是20世纪70年代以来，随着宇航、导弹、原子能、高速运载工具等现代技术的迅速发展，现有的钢铁及合金已很难满足要求。而碳纤维及其增强复合材料还具有一般碳材料的各种优良特点，如密度小、耐热、耐化学腐蚀、耐热冲击、热膨胀小、耐烧蚀等，在2000℃以上的高温惰性环境中，碳材料是唯一强度不下降的材料。因此，又碳纤维增强的树脂、陶瓷、金属等复合材料的研制和应用得到了迅速发展。2、我国复合材料的发展概况虽然2000多年前我国已开始研究用漆、麻、竹和丝等制成复合材料，并用它制造成容器、果盘、戈、弓等制品，然而后来没有发展，仅保留有一些漆器、漆雕等工艺品。用玻璃纤维增强树脂这种现代复合材料，在我国始于1958年，当时的原建材部赖际发部长1956年访前苏联回来后发起的，并为其取名为“玻璃钢”。玻璃钢在我国是以军工起家的，但也注意到民需品。下表为我国复合材料的发展简史。我国复合材料发展简史——1958，手糊工艺研制玻璃钢船、层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管和火箭筒等；——1960，在北京、上海和哈尔滨成立了研究机构；——1961，研制成玻璃钢耐烧蚀端头；——1962，引进不饱和聚酯树脂和蜂窝成型机及喷射成型机、研究飞机螺旋桨及风洞叶片研究缠绕工艺，生产氧气瓶等压力容器；——1970，手糊夹层板结构制造了44m大型玻璃钢雷达罩；——1972，设立复合材料专业；——1975，成立玻璃钢学会（原名玻璃钢/复合材料专业委员会）；——1980，成立复合材料学会。

我国两会的学术刊物分别是“玻璃钢/复合材料”和“复合材料学报”。1971年以前我国的复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用，80年代中后期各地大量引进国外先进技术。如在原材料方面，引进了池窖拉丝、短切毡、表面毡、缠绕纱、喷射纱及各种牌号聚酯和环氧树脂等生产技术；在成型方面，引进了缠绕管、缶生产线，挤拉生产线，SMC生产线，连续制板机组，树脂传递模塑(RTM)成型机组，喷射成型技术，树脂注射成型技术及渔竿生产线等先进工艺及设备。由此我国形成了从研究、设计、生产及原料配套的较完整的体系。主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。3、纺织加工的复合材料分类几乎所有纺织加工的产品都可以用于复合材料，例如两向平面机织物、三向平面机织物、立体机织物、平面针织物、非织造布产品、平面编织物、立体编织物、连续复丝、连续纱线、短纤维等。

复合材料按增强纤维的结构进行的分类

连续复丝或纱线纤维增强复合材料分散短纤维叠层随机取向最佳取向纺织结构多向单向平面立体立体织造立体编织……织造三轴向织造针织编织………分散短纤维不管是随机取向或以最佳取向分布所制成的复合材料，其机械性能都比不上以连续复丝或纱线所制成的复合材料。对于用连续复丝或纱线进行叠层所制成的复合材料，不管连续复丝或纱线以一个方向排列或多方向排列，以及用平面机织物、平面针织物、平面编织物等进行叠层所制成的复合材料，这些复合材料都存在一个共同的缺点，表现在厚度方向机械性能差，这是由于在载荷的反复作用下层与层之间脱开所造成。而立体机织物和立体编织物显著地提高了厚度方向的机械性能。由于它们结构的整体性，在厚度方向的拉力和与厚度方向垂直的剪切力作用下，有很好的机械性能，并将发生裂缝的可能性降低到最小程度。一般的复合材料是由两种或两种以上连续物质进行复合而制成，其中一相起增强作用，称为增强材料，另一相对增强材料起敛集、粘附作用，称为基体材料。对于纤维增强材料，立体织物是近几十年发展起来的性能最优越的结构。它不仅可以制成矩形截面的复合材料预制件，还可以制成由矩形截面组合而成的预制件，例如工字型、槽钢型、角钢型等预制件，以及还可以制圆管型、锥管型、凸面管等结构形状的预制件，甚至它可以直接制造出最终产品复杂形状的预制件。立体织物增强复合材料开始主要应用于航空、航天领域，特别是军用航空、航天领域，例如用立体织造技术生产的碳——碳复合材料应用于返回式卫星的热屏蔽层、喷气发动机的喉管、火箭喷管及其它高温部件，现已推广到发动机、汽车、机械、化工、纺织等许多工业部门，例如涡轮机零件、活塞环、制动器、扭杆、转子轴、自行车三脚架、片簧等。4、其它类复合材料简况——金属基复合材料自上世纪60年代末美国首次研究成功B/AL复合材料，并用此代替铝合金制造航天飞行器桁架支柱以来，深受各先进国家的重视。由于金属基复合材料具有高比强、高比模、耐高温、导热、导电、膨胀系数小、尺寸稳定性好等优异性能，在航天、航空、汽车领域有广阔的应用前景，并已成为国际上十分重视的先进材料。它可以在600~800℃温度条件下长期使用。但由于其制造和加工复杂、成本太贵，目前还没有普遍应用，尚处于研制阶段，还没有形成工业化批量生产能力。

无机非金属复合材料分为高性能陶瓷基复合材料和一般无机粘接剂基复合材料两类。——陶瓷基复合材料属耐高温结构材料，具有高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特点。以莫来石碳化硅复合材料为例，其常温强度为600MPa，在1300℃条件下，强度仍保留在500MPa以上。耐高温、高强陶瓷复合材料的应用领域主要是航空燃气发动机。这种材料目前尚处于试验室研究阶段，未形成工业化生产，但发展前景很大。金属基复合材料和陶瓷基复合材料在我国始于20世纪70年代末。二十几年来，我国在碳化硅增强铝、须晶增强陶瓷等研究方面取得了很大进展，其研究成果接近世界先进水平，但在生产应用方面，尚未形成生产能力。目前有小批量生产能力。——无机粘接剂基复合材料种类很多，如玻璃纤维增强AS复合材料；玻璃纤维增强铜磷酸盐复合材料；抗碱玻璃纤维增强水泥复合材料；玻璃纤维增强氯氧镁复合材料及玻璃纤维石膏复合材料等。这类复合材料的研究历史已有50多年，其最大特点是轻质高强、防火、价廉。但是，由于玻璃纤维的耐碱性没有解决，很长一段时间得不到发展，自1968年英国研制出抗碱玻璃纤维之后，玻璃纤维增强水泥复合材料才得到推广应用，目前已工业化生产，并特别受到建筑工业的重视。无机非金属复合材料在我国的发展历史较长。早在1958年就曾出现过玻璃纤维增强水泥的研究应用高潮，但因玻璃纤维防腐问题没有解决，很快就停止下来。上世纪80年代中期，我国首次试制成功抗碱玻璃纤维增强硫铝酸盐低碱水泥复合材料，此后又研究成功高性能玻璃纤维增强氯氧镁复合材料，使我国无机非金属复合材料研究提高到国际先进水平。目前上述两种复合材料已形成了工业化生产规模，并已在建筑工程中用于墙板、防火板、水箱、通风管道、卫生间、吊顶、装饰板、粮仓、温室框架、艺术制品等。

二、复合材料的性能特点

复合材料的最大特点是其性能具有可设计性。影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能、含量及分布状况；基体材料的性能和含量；以及它们之间的界面结合情况等。因此，不论那一类复合材料，就是同一类复合材料的性能也不是一个定值。根据所选择的工艺和材料设计，性能往往差异很大。

例如手糊聚酯玻璃钢（玻璃纤维/聚酯树脂复合材料）的密度可在1.4~2.2g/cm范围变化，拉伸强度可以在70~350MPa范围变动。这就是说复合材料的性能是根据使用要求进行设计的。但在使用温度和材料硬度方面，三类复合材料有明显的区别。如树脂基复合材料的使用温度一般60~250℃；金属基复合材料为400~600℃；陶瓷基复合材为1000~1500℃。复合材料的硬度主要取决于基体材料性能，一般硬度为陶瓷基复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于树脂基复合材料。

复合材料主要性能种类树脂基复合材料金属基复合材料无机非金属基复合材料性能热塑性热固性

轻金属复合材料陶瓷基粘胶剂基密度1.1~1.6

1.6~2.21.9~4.51.9~4.03.0~5.51.8~2.1使用温度(℃)80~25080~200200~400400~6001000~1500200~400燃烧性能燃燃不燃不燃不燃不燃拉伸强度(MPa)65~300140~130068~1200530~140070~90040~150具体表现为：1、比强度、比模量大：就力学性能而言，复合材料力学性能取决于增强材料的性能、含量和分布，基体材料的性能和含量。它是可以根据使用条件进行设计，从强度方面来讲，三类复合材料都可以获得较高的强度。2、耐疲劳性能好：纤维增强复合材料在疲劳过程中，裂纹先在纤维或基体薄弱处出现，扩展到结合面，损伤逐渐积累，导致破坏。表明纤维增强复合材料具有较好的损伤容限和疲劳寿命。

3、力学性能的可设计性：选择性能不同的纤维和基体，以及它们的体积百分比，设计纤维铺设方向、叠层，甚至立体结构，以及结构的形状和几何尺寸，以使结构在性能、重量和成本诸方面的指标达到最优化。

4、减震性好

：复合材料的比刚度高，因此它的构件具有很高的自振频率，可防止共振的发生。纤维增强聚合物复合材料的界面或层间存在内摩擦，聚合物基体又具有粘弹性，因此这种复合材料具有比金属大得多的内阻尼，减振效率高。5、安全性能好：复合材料中有大量的增强纤维，过载时先是薄弱环节部分的纤维发生断裂，使得应力重新分布，然后通过基体传给未破断纤维，因此不影响整体结构继续承载，仍能安全使用。6、高温或低温和热稳定性好：碳纤维增强聚酰亚胺等复合材料，可在250℃~300℃条件下使用，高温蠕变变形小。碳——碳复合材料具有良好的耐热冲击性能，其短时间使用温度可达3000℃，且仍保持一定的机械性能。7、成型工艺性能好：复合材料可采用低压手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等各种方法制成各种形状的产品，加工量小，节省材料和能源，减少模夹具，加工周期短。

8、生物相容性好：碳纤维复合材料与人体组织、骨骼和血液的相容性比金属好，可用以制造人工韧带、骨骼、假肢、心脏瓣膜和体外循环的血液过滤器。9、

其它特性——（1）耐烧蚀性好；——（2）良好的摩擦性能；——（3）高度的电绝缘性能；——（4）优良的化学稳定性和耐腐蚀性；——（5）功能复合材料还有特殊的光、电、磁特性；——（6）复合材料的耐老化性能，取决于基体材料性能和与增强材料的界面粘接。一般来讲，其耐老化的优劣次序为：陶瓷基复合材料大于金属基复合材料，金属基复合材料大于树脂基复合材料。树脂基复合材料的耐老化性能也可通过改进树脂配方、增加表面防护层等方法来提高和改善。——（7）三类复合材料的导热性能和优劣比较为：金属基复合材料——50-65W/m·K；陶瓷基复合材料——0.7-3.5W/m·K；树脂基复合材料——0.35-0.45W/m·K。

三、复合材料的应用

复合材料范围广、产品多，在国防工业和国民经济各部门中都有广泛的应用。

1、石油化工方面应用：不饱和聚酯树脂基复合材料（玻璃钢）具有耐酸、碱、油、有机溶剂等腐蚀性能，耐腐蚀性大大优于钢材、铜、铅、硬木等，因此用作各种化工管道、阀门、泵、贮槽、塔器及反应器内衬等，现已成为石油化工设备防腐蚀重要材料。2、交通运输方面应用：纤维增强的复合材料具有重量轻、比强度高，抗微生物作用以及制造工艺简单等优点，已在轮船、汽车、铁路车辆、飞机、宇航设备等制造工业有了日益广泛应用。例如，制造小型船艇的船体，巡逻艇、扫雷艇、赛艇、鱼船，还有深水探测器等。在汽车工业上已用SMC复合材料制成轿车外壳及配件。铁路车辆上已制成车身、窗门、窗框、水箱等。在飞机上的应用如机翼、尾翼、操纵面的蒙皮、喷嘴、油箱、螺旋桨等。3、电气工业方面应用：玻璃纤维增强的复合材料具有优良的电绝缘性能，可以制成各种开关装置，电缆输送管道、高频绝缘子、印刷电路版、电机防腐绝缘材料，以及电讯工程上制造各种类型雷达罩。4、建筑材料方面应用：玻璃纤维增强复合材料是一种轻质高强度的结构材料，具有隔热、透光、防水等优点，已成为现代新型建筑结构材料。如用作农业透光暖房的玻璃钢瓦楞板（波形板），蜂窝材料增强的透明玻璃钢隔墙板，一般门窗框架，落水斗管，以及人造大理石、人造玛瑙全套卫生间浴缸和各种器具等。

5、军工方面应用：主要用于生产引信体、子弹、弹壳（教练弹）、炮弹护环、枪托、火箭外壳、导弹壳体、火箭筒、雷达罩等。6、体育用品方面应用：如撑竿、弓箭、球拍、雪橇、赛车、滑板、赛艇、皮艇、划桨等。7、农业、渔业方面应用：各种复合材料温室（用于蔬菜、花卉生产，水产养殖，粮食干燥，养鸡，养猪等）、粮仓、饲料仓、化粪槽、水渠、喷雾器、花盆、牛奶运送车、粪便运输车等。8、机械制造方面应用

：有玻璃钢叶片、风机、造纸机械配件（打浆机部件、导辊和案辊）、柴油机部件、纺织机械部件、化纤机械部件（过滤器、离心罐、套片等）、贮能飞轮、消声设备、磁选机筒身、轴套、煤矿机械部件、齿轮、法兰圈、皮带轮和防护罩等。

西方主要国家在汽车、建筑和造船等工业中玻璃钢用量比较美国

汽车工业（26%）

建筑工业（18.6%）造船业（17%）西欧

电子工业（21.3%）

汽车工业（21.1%）建筑业（13.8）日本

建筑工业（40.1）工业材料（15%）

防腐工程（12%）加拿大

汽车工业（29.3%）

造船业（26.3%）

建筑业（16%）

注：括号内为占总量的百分比

四、

基体材料——树脂体系树脂指的是一种无定行的半固态、固态或假固态的高分子化合物。按其来源分为天然树脂及合成树脂。一般不溶于水，可溶于乙醇、乙醚等有机溶剂中。透明或半透明，不导电，无固定熔点，但有软化点或熔融范围。受热变软，并逐渐熔化。熔化时发粘。能反复受热软化（或熔化）的树脂称为热塑性树脂；经过一次受热软化（或熔化）冷却凝固后变成不熔状态的树脂称为热固性树脂。复合材料中的基体有三种主要作用：把纤维粘在一起；分配纤维间的载荷；保护纤维不受环境影响。树脂基体性能比较性能环氧树脂环氧树脂先进的聚酯酚醛温室固化热固化密度

1.1~1.3

1.2~1.4

1.3

1.21.2~1.3拉伸强度Mpa

50~7070~906050~6050~60拉伸模量Gpa

2~32.5~33.52~35~11破坏延伸率%

2~62~522~31.2压缩强度Mpa

80~100120~130300120~14070~200最高使用温度℃70~100100~18018060~80100~125

注：(1）所列的数据是按有关的ASTM标准方法得到的。（2）推荐与先进纤维一起使用的一种典型树脂。（3）所列为热变温度，是近似地测定玻璃化转变区的开始温度。1、环氧树脂概述

环氧树脂是一类含有两个或两个以上环氧基的混合物。其主要类型是由多元酚与环氧氯丙烷在碱性条件下起反应形成的。若多元酚为二酚丙基烷，就得到最常见的环氧树脂。这些材料的商品名称如Epikote或Epon828DOW331，AralditeF，6010等等。这些树脂是以透明的淡黄色粘稠液体形成供应的。DPP基环氧树脂（标准型）

DDM的三缩水甘油醚（先进树脂）

H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2(c)DET，室温固化剂

（d）DDM，热固化剂环氧树脂的优缺点环氧树脂的主要优点是：（1）粘接力强，固化机械强度高；（2）能为特殊用途提供最佳性能，能控制断裂韧性；（3）使用方便，无挥发物；（4）固化收缩率低，固化体积收缩率为1~4%，，制品的尺寸稳定性好；（5）良好的热稳定性；（6）电绝缘性好，耐化学腐蚀性能（特别是耐碱性）好；（7）树脂保存期长，可制成B阶树脂，有良好制造预浸渍制品的特性。环氧树脂的主要缺点是：（1）成本比聚酯树脂高（特殊树脂的成本可能更高）；（2）粘度大（指双酚A型），一般不适合喷射成型；（3）固化速度比较慢，达到完全固化必须热处理，使得不如聚酯树脂使用方便；（4）对某些有机材料（特别是有机酸和酚）的抗腐蚀性能和高温性能差；（5）固化剂毒性大。

2、聚酯树脂概述聚酯树脂由二元酸与二元醇（乙二醇）或二元酚的混合物缩合而成。这种二元酸混合物含有不饱和酸。

Propylenceglycol

丙二醇

：

Phthalicanhydride邻苯二甲酸酐：

Maleicanhydride

马莱酸酐：

Hydroquinone

对苯二酚：

Monomericstyrence

单体苯乙烯：

聚酯树脂的成分聚酯种类聚酯的主要商业改型是通过用代用材料部分更换饱和酸或乙二醇来改变聚酯的组分为基础的。例如，用间苯二酸代替标准邻苯二酸（间苯二甲酸聚酯）或用二酚基甲烷代替一些乙二醇(“DDP树脂”)而得到强度和耐久性好的树脂。另一种通用的改型是用已二酸，这种酸改善了固化后基体的柔软性和增加了断裂伸长率。聚酯固化固化聚酯最常用的引发剂是过氧化甲乙酮（MEKP），它通常是以邻苯二甲酸二甲酯溶液形式提供的。以石蜡油的溶液提供的环烷酸钴作为MEKP的催化剂。

小结优点：（1）固化迅速，且能在常温下固化，无挥发性产物；（2）初始粘度低，易浸润增强体；（3）可用多种手段实现固化，如引发剂、紫外线射线等；（4）可低压成型，接触压也可成型；（5）机械性能与电性能优良；（6）化学性能稳定；（7）具有良好的环境耐久性、耐热性、耐药品性、阻燃、触变性等；（8）可着色，可获得透明美观的涂膜；（9）、成本低，对特殊用途容易通过多种工艺措施来进行制造。

缺点：（1）空气中氧的存在会阻碍固化；（2）固化过程中的温度升高和收缩率大（这两个因素导致产生加工应力），从而使纤维/基体间的胶接强度比较差；（3）固化不当时，由于固化放热收缩就会产生裂纹；（4）固化易受温度、湿度的影响；（5）若体系具有足够的剪切强度则变得比较脆，在体系中韧性添加剂看来是无效的；（6）通用聚酯有可燃性；（7）硫磺、酚类化合物、碳等混入时，固化困难；（8）特殊金属或化合物对固化影响较大；（9）对非常稀的碱的耐腐蚀性也差。

3、乙烯基酯树脂用不饱和羟基化合物（例如乙烯醇）代替聚酯中的某些乙二醇，并去掉不饱和酸可得到与聚酯非常相似的树脂体系。这些材料称为乙烯基酯树脂，并以苯乙烯单体溶液的形式在市场上出售。其使用方法与聚酯相同。这些材料的主要优点是提高了纤维和基体之间的胶接强度。总之，这些材料类似于聚酯。4、酚醛树脂概述

当酚醛树脂在碱性条件下与甲醛缩合时，发生聚合反应。若仔细控制这个体系，聚合反应就能停止，此时聚合物仍然是可熔的或可溶的。这种预聚物称为可溶性酚醛树脂。它将在热的作用下或者酸性或碱性催化剂作用下聚合，得到一种具有复杂化学结构的致密交联材料。交联酚醛树脂的结构（可溶性酚醛树脂）

若在酸条件下完成预聚反应，则按不同的聚合反应流程可得到一种热塑性酚醛树脂。这种酚醛树脂自身不会聚合，但是在胺的络合物，通常为六次甲基四胺作用下能交联。

交联酚醛树脂的结构（热塑性酚醛树脂）

酚醛树脂的性能用于复合材料的酚醛树脂预聚物是固态的，然而通常提供的是溶液。由于稀释作用，溶液在室温下是稳定的。通常用布料或毡片作为纤维用这种溶液来浸渍，再把溶剂挥发掉。再对所得到的产物进行热处理，使树脂体系部分聚合。这种材料称为预浸料，若这种树脂进行了热处理，则称为B阶预浸料（A阶为液态或粘性固态预聚物，B阶是一种低粘性的可熔固体，C阶是完全固化状态）。然后把预聚料按要求的方向铺叠，并加热加压使之固化。所有热固化树脂（包括环氧树脂和聚酯树脂）一般都以这种方式使用，而酚醛树脂只能用作预浸料。

酚醛树脂的特点酚醛树脂的主要优点是：具有优良的耐高温性，特别是在氧化条件下。这特别对它们的烧蚀性，即直接在火焰中的烧穿速度有影响。在这些条件下，酚醛树脂会很快碳化，并在外表产生一层优质的多孔碳。在表面多孔碳层慢慢烧尽的同时，保护了内部的复合材料。而其它树脂所形成的多孔碳层往往质量差，会较快烧尽，生成气态物质。酚醛树脂的缺点是：在聚合反应期间需要施加高压从而很难使用它们，颜色差（由棕褐色变到黑色），由于空隙含量高，用它制成的复合材料的力学性能比由其它树脂制成的复合材料的力学性能差。5、其它树脂

已经研制了多种树脂准备用于耐高温（例如：250℃~350℃）复合材料。例如，市场上少量可以买到的树脂有：聚酰亚胺（PI）双马来酰亚胺（BMI）和聚苯并咪唑(FBI)。这些树脂都是常常含有稠杂环的复杂的芳香材料。它们是由四官能芳香酸和芳香二胺(PI)或四胺(PBI)制成的。经常在酸酐和碱性催化剂下对这种预聚物进行热处理以得到交联网状物。到目前为止，这类树脂能持久地经受300℃左右的温度（短时间能经受高达420℃的温度）。大部分耐高温树脂，固化反应的目的是在高温下通过链间的分子重新排列，使网状物具有更大的刚度。由于这些复杂的反应所要求的温度非常高，所以必须保证部分形成的预制网具有高温稳定性。当交联和分子重新排列反应交替发生时，为了在处于最高固化温度之前先让聚合反应和交联进行到底，固化循环往往是复杂的。BMI树脂可采用与普通的环氧树脂所用的类似方法操作。这类树脂的热性能提高了。PI和PBI树脂的使用比较困难，并且要求预浸工艺和高温高压的固化条件。PI比PBI的耐热性能好，但是使用比较困难。一、复合材料成型工艺的范围复合材料的设计包括性能（功能）设计、结构（强度、刚度）设计和工艺设计三个相互关联的组成部分。性能设计要求充分考虑最终产品的使用条件，设计出具有与要求性能相符合的复合材料；结构设计是根据所承受的载荷和使用环境，确定结构形状尺寸，以确保产品安全、可靠；工艺设计则是选择与产品性能要求及批量相适应的成型方法，使性能与结构设计的要求能够充分满足，并且成型方便，成本低廉。

第五节

复合材料的成型工艺二、复合材料成型工艺的特点

首先，材料的形成与制品的成型是同时完成的。复合材料的生产过程，也就是复合材料制品的生产过程。在复合材料制品的成型中，增强材料的性状虽然变化不大，但基体的形状有较大改变。复合材料的工艺水平直接影响材料或制品的性能。如成型过程中纤维的预处理（物理或化学方法的处理）、纤维的排列、驱除气泡的程度、是否挤胶、温度、压力、时间控制精确度等等都直接影响制品性能。

其次，复合材料的成型比较方便。因为树脂在固化前具有一定的流动性，纤维很柔软，依靠模具容易形成要求的形状和尺寸。一种复合材料制可以用多种方法成型，选择余地大。在选择成型方法时应该根据制品的结构、用途、生产量、成本以及生产条件综合考虑，选择经济和最方便简便的成型工艺。

四、选择成型工艺方法的原则在选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产品质量和经济效益等多种因素的基本要求，具体应考虑：（1）产品的外形构造和尺寸大小；（2）材料性能和产品质量要求，如材料的物理性能，产品的强度及表面粗糙度（光洁度）要求等；（3）生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求；（4）企业可能提供的设备条件及资金；（5）综合经济效益，保证企业赢利。一般来讲，生产批量大，数量多及外形复杂的小产品，多采用模压成型，如机械零件，电工器材等；对造形简单的大尺寸产品，如浴缸、汽车部件等，适宜采用SMC大台面成型，亦可用手糊工艺生产小批量产品；对于压力管道及容器，则宜用缠绕工艺；对于批量小的大尺寸制品，如船体外壳、大型储槽等，常采用手糊、喷射工艺；对于板材和线型制品，可采用连续成型工艺。五、低压成型工艺低压成型是物料在常压或低压下固化成型为制品的工艺方法。成型压力范围为0.1Pa—0.7Pa，最高不超过2MPa。低压成型过程一般为：先使材料在敞开的模具（也可使用对模）上具备一定形状，然后施加压力或不加压，使树脂渗透流动，通过加温或常温固化定型，脱模后再经过不要的辅助加工得到制品。低压成型设备简单，投资少、见效快。一般轻质材料（如木材、石膏、玻璃钢、铸铝、水泥等）均可作为模具材料，同时模具制造周期短。低压成型法特别适于大型薄壁制品整体结构的生产，也适宜生产量小和需频繁改变尺寸的制品。因为该方法只需简单的工具和模具以及简易的场地便能生产，有时还可以进行制品的现场加工，方便灵活，很适合中小企业。所以，低压成型在复合材料工业是一种“经久不衰”的工艺方法。但低压成型工艺也存在着生产效率低，劳动强度大，生产周期长等缺点。制品质量在很大程度上依赖于操作人员的技术水平，而且重复性差。低压成型工艺包括手糊工艺、喷射工艺和铺层工艺。（一）手糊成型工艺手糊成型是聚合物基复合材料生产中最早使用和最简单的一种工艺方法。手糊成型又称接触成型，这种方法用手工工具将布或纤维毡浸上树脂胶液，铺糊在敞开的模具上，经室温固化和脱模即可获得制品。所用工具和工艺设备简单，不受制品尺寸限制，但工艺质量不稳定，易受操作人员水平、经验和劳动态度的影响，且劳动条件差。适宜于小批量、大尺寸、品种变化多的制品生产。用手糊成型可生产波形瓦、浴盆、冷却塔、活动房、卫生间、贮槽、贮罐、风机叶片、各类渔船和游艇、微型汽车和客车壳体、大型雷达天线罩及天文台屋顶罩、设备防护罩、雕像、舞台道具和飞机蒙皮、机翼、火箭外壳防热底板等大中型零件。现在世界各国的聚合物基复