CN114855353A - 一种记忆合金丝与纤维混编工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料编织领域，特指一种记忆合金丝与纤维混编工艺，通过形状记忆合金丝和纤维进行编织，并用树脂进行热固，采用上述方法后，能改变材料自身刚度、减轻原有结构重量、使材料具有智能化。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料编织领域，特指一种记忆合金丝与纤维混编工艺。
背景技术
为了能够跟上轻量化、智能化、环保化的时代，越来越多的领域发明出更多更轻更智能的材料，制造出轻量化，智能化的新型材料一直是近年来研究的重要热点。复合材料在轻量化方面具有独特的优势，而智能材料被定义为能够根据外部刺激主动改变自身的材料，它的目标是传感、控制和驱动的一体化。将两者结合所设计出的新型智能复合材料可结合二者的优点，具有广阔的应用情景。
目前许多用于绿色环保减轻重量的复合材料其由许多性能还达不到要求，如刚度强度等固有特性满足不了工况的要求，从而使得能够为轻量化、智能化服务的材料将会减少。
因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种记忆合金丝与纤维混编工艺，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种记忆合金丝与纤维混编工艺，能改变自身刚度、减轻原有结构重量、使材料具有智能化。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种记忆合金丝与纤维混编工艺，通过形状记忆合金丝和纤维进行编织，并用树脂进行热固，步骤如下：
合金丝以经/纬纱织入，纤维作为结节纱织入，其中，将合金丝排布在织物的表层，穿经时，向合金丝上施加张紧力；
在编织好的织物上面包裹薄膜，然后再套上真空袋，并固定真空袋的四个角；
在织物的上表面与真空袋之间放置一块钢化玻璃板，在抽出真空袋内部的空气之后，大气压将上下玻璃板压紧，在抽出空气前夹紧注入树脂的管路，在抽出空气后使用空气压缩机向密封容器中注入压强为130-140kPa的空气，再通过事先准备的管路注入树脂并完全浸润织物；
把浸润好的织物放进烤箱，在30分钟内从室温上升至60℃，并维持2小时，在下一个30分钟内使温度从60℃上升到120℃，并在120℃维持2个小时。
进一步，通过弹簧向合金丝上施加5N的张紧力。
进一步，在编织机中穿入形状记忆合金丝，形状记忆合金丝均匀的排布在编织机纱锭上，采用正交编织的方法编入。
进一步，形状记忆合金丝为镍钛合金丝、铜基合金丝中的一种。
进一步，形状记忆合金丝的直径选用为0.4～3mm，形状记忆合金丝的相变温度设置为20～100℃。
进一步，镍钛形状记忆合金丝，钛含量为49.6～56％。
进一步，镍钛形状记忆合金丝的初始形状，通过的热处理是在550℃下，退火30min。
进一步，纤维选择玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、棉麻纤维中的一种。
进一步，树脂为热固性树脂。
进一步，编织方式还包括角连锁编织或三向交织。
常用的热固性树脂有环氧树脂、聚酯树脂，乙烯基酯，双马来酰胺、热固性聚酰亚胺、氰酸酯等。
采用上述方案后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
当外界温度升高时，或者对形状记忆合金混编织物通电时，形状记忆合金产生变形，当它的变形受到阻碍，内部相变会转化成回复力，改变结构内部应力分布，进而改变结构的刚度或者作为驱动织物的驱动力存在，该过程可无数次重复而不影响合金织物的形状保持特性，可用于各种需要主动式变刚度或者需要驱动力的环境中实现智能控制的功能，将合金丝其他材料混编在一起可以利用合金丝产生的回复力驱动复合材料的运动或者改变复合材料的刚度，从而实现材料实现智能调节的功能，并且合金丝的形变过程可无数次重复而不影响合金织物的形状保持性。
附图说明
图1是本发明三维形状记忆合金混编织物的结构示意图之一；
图2是本发明三维形状记忆合金混编织物的结构示意图之二；
图3是本发明二维形状记忆合金混编织物的结构示意图之一；
图4是本发明二维形状记忆合金混编织物的结构示意图之二；
图5是本发明形状记忆合金混编织物制作的流程图；
图6是本发明形状记忆合金混编织物的正交组织示意图之一；
图7是本发明形状记忆合金混编织物的正交组织示意图之二；
图8是本发明形状记忆合金混编织物的角连锁组织示意图之一；
图9是本发明形状记忆合金混编织物的角连锁组织示意图之二；
图10是本发明形状记忆合金混编织物的三向交织平纹组织。
标号说明
形状记忆合金丝1，玄武岩纤维2，凯夫拉纤维3，碳纤维4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种记忆合金丝与纤维混编工艺，通过形状记忆合金丝和纤维进行编织，并用树脂进行热固：
实例一：
选用的镍钛形状记忆合金丝1，钛含量为49.6～56％，纤维选用玄武岩纤维2和凯夫拉纤维3，热固树脂选用环氧树脂，在相变温度以下的环境中采用三维编织机，选用层层正交法如图所示，编织成长方体的形状。
形状记忆合金丝合金丝1以经/纬纱织入，为了避开织物的中性层，将形状记忆合金丝排布在织物的表层，凯夫拉纤维3主要作为结节纱织入。在合金丝并丝的过程中，可使用并纱机将合金丝缠绕于纱锭上，在缠绕过程中，可使用一定数量的滑轮提供形状记忆合金丝上足够的张力。
在穿经时，需要尽量避免合金丝的弯折，并通过弹簧向合金丝上施加5N的张紧力。由于在打纬工序中，纱线将会来回摆动，从而造成形状记忆合金丝与玄武岩纤维之间的摩擦。
为了避免玄武岩纤维2的损伤，选择将形状记忆合金丝引入单独的筘齿中。
在编织好的织物上面包裹一层薄膜，然后再套上真空袋，并用胶布固定真空袋的四个角。
在织物的上表面与真空袋之间放置一块150mm*150mm的钢化玻璃板。在抽出真空袋内部的空气之后，大气压将上下玻璃板压紧，在抽出空气前夹紧注入树脂的管路，在抽出空气后使用空气压缩机向密封容器中注入压强为136kPa的空气。
放开管路，使树脂流动并完全浸润织物，把浸润好的织物放进烤箱从室温(约20℃)开始在30分钟内上升至60℃，在60℃维持2个小时；30分钟内温度从60℃上升到120℃，在120℃维持2个小时。
只有注入适当的大气压才能推动树脂流进管道从而浸润织物。如果气压太小推动树脂流进管道浸润织物的力不够，如果气压太大就会导致树脂流进管道过快，也会使树脂浸润织物不均匀。根据有限次试验得出，136Kpa的大气压浸润织物的效果最好。
实例二：
采用直径为0.4mm的镍钛形状记忆合金丝1，纤维选用碳纤维4，热固树脂选用环氧树脂，采用圆形径向编织机编织，编织成圆管形状。
在编织机中穿入若干形状记忆合金丝，形状记忆合金丝均匀的排布在环形径向编织机纱锭上，编织成圆管的形状。要在织物中套入芯轴使其能够保持圆管的形状，并在圆管上涂抹一层蜡，以便于固化后容易取掉圆管。
由于合金丝的摩擦力比纤维摩擦力大，为了使得合金丝更好的编入其中纱锭的速度要时快时慢保证合金丝不破坏纤维的结构，必要时可采用手动调节机器的启停。
编好的混编织物放入真空袋中抽真空，注入树脂将树脂完全浸入混编织物，放进烤炉进行固化，采取与上述实例一相同的固化方法。
当外界温度升高时，或者对形状记忆合金混编织物通电时，形状记忆合金产生变形，当它的变形受到阻碍，内部相变会转化成回复力，改变结构内部应力分布，进而改变结构的刚度或者作为驱动织物的驱动力存在，该过程可无数次重复而不影响合金织物的形状保持特性，可用于各种需要主动式变刚度或者需要驱动力的环境中实现智能控制的功能。
形状记忆合金丝混编织物，是由具有形状记忆效应的形状记忆效应的合金丝和各种不同材料的纤维在二、三维编织方法，正交、角连锁、三向交织法以及三种方法混合编织下编织成形，合金丝主要以增强材料性能的方式织入其中。形状记忆合金丝可通过热处理的方式设定好初始的形状，在该温度范围以外合金丝可以是任意形状，这使得合金丝能够更好的编入其中。为了使合金丝能够更好的与纤维编织在一起，发挥自己的智能作用，还需要将合金丝与纤维进行固化。这种利用纤维和形状记忆合金丝混编的方法既能实现满足各种工况的要求，还能够完整各种复合材料的性能。
上述仅为本发明的具体实施例，同时凡本发明中所涉及的如“上、下、左、右、中间”等词，仅作参考用，并非绝对限定，凡利用本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (10)
1.一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：通过形状记忆合金丝和纤维进行编织，并用树脂进行热固，步骤如下：
合金丝以经/纬纱织入，纤维作为结节纱织入，其中，将合金丝排布在织物的表层，穿经时，向合金丝上施加张紧力；
在编织好的织物上面包裹薄膜，然后再套上真空袋，并固定真空袋的四个角；
在织物的上表面与真空袋之间放置一块钢化玻璃板，在抽出真空袋内部的空气之后，大气压将上下玻璃板压紧，在抽出空气前夹紧注入树脂的管路，在抽出空气后使用空气压缩机向密封容器中注入压强为130-140kPa的空气，再通过事先准备的管路注入树脂并完全浸润织物；
把浸润好的织物放进烤箱，在30分钟内从室温上升至60℃，并维持2小时，在下一个30分钟内使温度从60℃上升到120℃，并在120℃维持2个小时。
2.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：通过弹簧向合金丝上施加5N的张紧力。
3.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：在编织机中穿入形状记忆合金丝，形状记忆合金丝均匀的排布在编织机纱锭上，采用正交编织的方法编入。
4.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：形状记忆合金丝为镍钛合金丝、铜基合金丝中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：形状记忆合金丝的直径选用为0.4～3mm，形状记忆合金丝的相变温度设置为20～100℃。
6.根据权利要求4所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：镍钛形状记忆合金丝，钛含量为49.6～56％。
7.根据权利要求4所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：镍钛形状记忆合金丝的初始形状，通过的热处理是在550℃下，退火30min。
8.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：纤维选择玄武岩纤维、碳纤维、玻璃纤维、棉麻纤维中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：树脂为热固性树脂。
10.根据权利要求1所述的一种记忆合金丝与纤维混编工艺，其特征在于：编织方式还包括角连锁编织或三向交织。
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