CN103334213A - 一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，具体为以预氧丝按照1*1罗纹组织编织捆绑的碳纤维双轴向纬编织物。其特征在于所述的捆绑纱系统原料采用预氧丝，使捆绑纱的强度较传统涤纶丝有大幅提升，并且在捆绑纱系统中，至少于经向衬入一层碳纤维经纱，于纬向衬入两层碳纤维纬纱，纱层中纱线丝束呈平行伸直的无屈曲状态，可使丝束的力学性能得到最大发挥，并且避免了在曲面和球面成型时的起皱现象，有较好的适型性，是性能优越的复合材料增强体。

Description

一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物

技术领域

本发明涉及一种纬编织物，具体为一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物。 

技术背景

近年来，随着针织复合材料领域的快速发展，针织轴向织物，作为增强材料，也被广泛应用。轴向织物纱线完全平行伸直排列，各层取向度很高，具有很好的机械性能，可减轻织物重量。同时，增强纱线层可多层铺放，经成圈纱捆绑后，织物整体性好。 

本发明中所涉及的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物在具有轴向织物的基本特征的基础上，还具有悬垂性好，弹性好，适型性好等特点，在曲面复合材料和球面复合材料的增强应用中，与经编轴向织物和机织物相比，有更好的优势。此外，纬编轴向织物可以衬入两层经纱和多层纬纱(可以比经编轴向织物多衬入一层经纱)，增加织物厚度和强度，可满足某些特殊领域的要求。同时，预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物的制造设备成本大大低于碳纤维经编轴向织物的织造设备成本。 

本发明中所涉及的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物中所用的碳纤维是一种高性能纤维，具有低密度、高强度、高模量、耐高温和导电性能好等特点，将碳纤维用于纬编轴向织物中的衬纱层，可以提高碳纤维的性能利用率，显著提升抗拉性能，抗撕裂性能和抗冲击性能。 

在轴向织物中，捆绑纱系统的作用非常重要，捆绑纱系统所用的纱线称作捆绑纱，它能将各个纱层通过线圈组织联系在一起，使织物成为一个整体，避免增强体出现分层现象，有效提高织物及其增强的复合材料的力学性能。在碳纤维双轴向纬编织物中，捆绑纱通常采用价格低廉的涤纶纱，但涤纶纱强度低，不耐高温，且在织物表面形成白色线迹，一定程度上影响复合材料的美观度。本发明中所涉及的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物采用预氧丝作为捆绑纱，其特点在于，预氧化丝作为碳纤维生产过程中的中间产物，其呈线性分布的大分子链通过200℃-400℃的预氧化转化成为更加耐热的梯形大分子结构，其性能较涤纶纱而言，都更接近碳纤维的性能，所以可明显增强碳纤维双轴向纬编织物的综合性能织物整体性。此外，由于预氧化丝更耐高温，其捆绑的碳纤维双轴向纬编织物可以被应用于高端或者对温度有特殊要求的复合材料应用领域，如航空航天领域。同时，预氧化丝为炭黑色，不会在织物表面形成颜色差别化的效果，提升织物的美观度。因预氧丝的性能和外貌都与碳纤维接近，故此将本发明中涉及的织物称作“预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物”。 

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，它具有极好的力学性能和适型性，同时可满足高端复合材料的生产需要，并且实现加工设备成本的大幅降低。 

发明内容

本发明的目的是这样实现的：设计一种以预氧丝为捆绑纱按照1×1罗纹组织形成捆绑纱系统的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，在捆绑纱系统中至少衬入一层碳纤维经纱和两层碳纤维纬纱，并且纱层中的纱线完全平行伸直排列，呈无屈曲状态。 

所述的一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物(A Quazi-all-carbon  Bi-axial Weft Knitted Fabric Stitched with Pre-oxidized Fibers，简称QCBWK)中至少要沿经向衬入一层衬纱和沿纬向衬入两层衬纱，最多可衬入五层衬纱。与经编轴向织物所用的经平、编链或变化经平等捆绑组织不同，纬编轴向织物采用1×1罗纹组织捆绑，这样捆绑纱对丝束和纱层的约束较小，提升了织物的平面延展性，在对曲面或球面结构件进行成型时，避免了经编轴向织物和机织织物出现褶皱的情况，适型性更好。另外，同机织物相比，由于机织物中纱线有弯曲，作为复合材料增强体，在复合材料收到拉伸或者冲击等作用时，屈曲的纱线会先被拉直，使增强体产生变形，导致增强体与树脂之间的界面受到破坏，从而影响复合材料的力学性能。而所述的一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，由于其纱层中的纱线呈平行伸直状态，在其增强的复合材料受到外力作用时，增强体的纱线不会因变形而导致增强体与基体间的界面损伤，同时纱线的强力可以得到充分发挥，从而使其增强的复合材料的力学性能得到大幅提升。 

下面结合附图详述本发明： 

图1为本发明两层衬经纱1-1和1-2，三层衬纬纱2-1、2-2和2-3的结构示意图； 

图2为本发明两层衬经纱1-1和1-2，两层衬纬纱2-1和2-3的结构示意图； 

图3为本发明一层衬经纱1-1，三层衬纬纱2-1、2-2和2-3的结构示意图； 

图4为本发明一层衬经纱1-2，三层衬纬纱2-1、2-2和2-3的结构示意图； 

图5为本发明一层衬经纱1-1，两层衬纬纱2-1和2-2的结构示意图； 

图6为本发明一层衬经纱1-1，两层衬纬纱2-1和2-3的结构示意图； 

图7为本发明一层衬经纱1-2，两层衬纬纱2-1和2-3的结构示意图； 

图8为本发明一层衬经纱1-2，两层衬纬纱2-2和2-3的结构示意图。 

本发明以预氧丝为绑缚纱按照1×1罗纹组织形成捆绑纱系统3-1和3-2的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，其特征在于在捆绑纱系统中至少衬入一层碳纤维经纱和两层碳纤维纬纱，并且纱层中的纱线完全平行伸直排列，呈无屈曲状态。本发明要求所衬入的经纱和纬纱在各自的纱层中完全平行伸直排列，呈无屈曲状态，这是从力学角度对其作出的要求，这样可以使纱线的力学性能可以得到充分发挥，增强织物的拉伸初始模量和断裂强度。 

图1和图2所示的为本发明最复杂的由预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物的结构，即在捆绑纱系统3-1和3-2中同时衬入经纱1-1、1-2；纬纱2-1、2-2和2-3，也就是两层经纱和三层纬纱。 

(1)衬入两层衬经纱1-1和1-2；两层衬纬纱2-1和2-3(参见图2)； 

(2)衬入一层衬经纱1-1；三层衬纬纱2-1、2-2和2-3(参见图3)； 

(3)衬入一层衬经纱1-2；三层衬纬纱2-1、2-2和2-3(参见图4)； 

(4)衬入一层衬经纱1-1；两层衬纬纱2-1和2-2(参见图5)； 

(5)衬入一层衬经纱1-1；两层衬纬纱2-1和2-3(参见图6)； 

(6)衬入一层衬经纱1-2；两层衬纬纱2-1和2-3(参见图7)； 

(7)衬入一层衬经纱1-2；两层衬纬纱2-2和2-3(参见图8)。 

以上(1)-(7)是在同时衬入两层经纱和三层纬纱的基础上衍生出的较简单的织物结构，除此以外，还有同时衬入一层经纱和一层纬纱的结构，如：同时衬入经纱1-1和纬纱2-1，或者同时衬入经纱1-2和纬纱2-3(图中未给出)。 

本发明的特点是：利用预氧丝成圈编织捆绑纱系统，并在捆绑纱系统中至少衬入一层经向和两层纬向的碳纤维纱层，形成预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，以低设备成本织造高强度、高模量同时具有优良适型性的复合材料增 强体，该增强体比经编或机织的轴向织物更适合曲面和球面复合材料的增强，能形成平滑的三维曲面织物，可满足在广泛及特殊领域内纤维增强材料的要求。 

Claims (5)

1.一种预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，具体为以预氧丝按照1+1罗纹组织编织捆绑的双轴向碳纤维纬编织物。其特征在于所述的捆绑纱系统原料采用预氧丝，使捆绑纱的强度较传统涤纶丝有大幅提升，在所述的捆绑纱系统中，于经向至少衬入一层碳纤维纱层，并且于纬向至少衬入两层碳纤维纱层，纱层中纱线丝束呈平行伸直的无屈曲状态，可使碳纤维丝束的力学性能得到最大发挥，并且避免了在曲面和球面成型时的起皱现象，有较好的适型性，是性能优越的复合材料增强体。

2.如权利要求1所述的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，其特征在于所述的绑缚系统纱线原料为PAN基氧丝、沥青基预氧丝或粘胶基预氧丝中的一种。

3.如权利要求1所述的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，其特征在于所述的捆绑纱系统纱线原料为预氧丝，规格为1K-6K。

4.如权利要求1所述的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，其特征在于所述的捆绑纱系统中衬入一层或两层碳纤维经纱，并且纱层中的经纱呈平行伸直的无屈曲状态，碳纤维规格无要求。

5.如权利要求1所述的预氧丝捆绑的准全碳碳纤维双轴向纬编织物，其特征在于所述的捆绑纱系统中衬入两层或三层碳纤维纬纱，并且纱层中的纬纱呈平行伸直的无屈曲状态，碳纤维规格无要求。

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