一种正交增强整体中空夹层复合材料.pdf

本发明涉及一种正交增强整体中空夹层复合材料，包括正交结构的上面板(1)、下面板(17)和接结上下面板的芯材(2)。由经纱(3)、(4)、(5)、(6)、(7)和上层纬纱系统(15)交织成上面板(1)；由经纱(8)、(9)、(10)、(11)、(12)和下层纬纱系统(16)交织成下面板(17)。绒经(13)、(14)采用W型固结方式与上下面板交织，形成芯材(2)。本发明与其他产品相比，其最大的特点是充分利用了正交结构的特点，明显增强了面板的力学性能，并保证了中空夹层复合材料的整体性，避免了面板增强过程中的铺层操作，另外芯材采用“X”形结构，增强了芯材的稳定性。

1、  一种正交增强整体中空夹层复合材料，包括正交结构的上面板(1)、下面板(17)和接结上下面板的芯材(2)。由X方向的经纱(4)、(5)、(6)，Y方向的纬纱系统(15)以及Z方向的捆绑经纱(3)、(7)交织成上面板(1)；由X方向的经纱(9)、(10)、(11)、Y方向的纬纱系统(16)以及Z方向的捆绑经纱(8)、(12)交织成下面板(17)。绒经(13)、(14)分别与上面板的最下层纬纱以及下面板的最上层纬纱交织，并采用“W”形固结，形成“X”形芯结构(2)，接结稳定性好。

2、  根据权利要求1所述的正交增强整体中空夹层复合材料，其特征在于采用三维正交结构增强复合材料面板性能。正交结构面板中纤维是完全成直线状无卷曲的，充分利用了纤维的强度和刚度，同时捆绑经纱改善了复合材料的断裂韧性与破坏容差，加强了各方向的力学性能的同时避免了铺层结构易分层的缺陷。

3、  根据权利要求1所述的正交增强整体中空夹层复合材料，其特征在于面板可采用不同层数的正交结构，也可根据不同的结构性能要求对上下面板层数进行分别设计。

一种正交增强整体中空夹层复合材料
所属技术领域
本发明涉及一种三维机织整体中空夹层复合材料，属于复合材料结构设计技术领域。该复合材料具有轻质、高强、隔音、隔热、减震、吸能等功能，在交通运输、航空航天、船舶、建筑等领域具有广阔的应用前景。
背景技术
整体中空夹层复合材料既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到轻质高强的目的。但由于整体中空夹层结构复合材料的面板厚度受到限制，导致了材料的耐冲击性较差，需要对结构进行加强，目前最常用的方法是在表面粘合一层金属片或复合材料板材，形成了一种新的层合结构。但这种层合的方法使复合材料的整体性遭到破坏，不但层间剪切性能较差，而且成型过程更加繁冗。
三维正交结构中纤维是完全成直线状无卷曲的，充分利用了纤维的强度和刚度，同时捆绑经纱改善了复合材料的断裂韧性与破坏容差，加强了各方向的力学性能的同时避免了铺层结构易分层的缺陷。利用三维正交结构来加强整体中空复合材料，可充分利用正交结构的结构优势，完全发挥纤维的强度和刚度，是一种加强夹层复合材料面板强度的首选方法。
专利200580023339.2、200610038306.1以及专利200710021397.2等涉及到的整体中空复合材料都从复合材料的芯材结构性能方面改善复合材料的性能，没有涉及到面板性能的增强。采用正交结构增强面板性能的相关专利还未见报道。
发明内容
本发明主要解决的问题是采用对整体中空夹层复合材料进行增强，但又不破坏材料的整体性，并可以采用机织成型，保证生产效率。
为解决以上问题，本发明采用正交结构增强整体中空夹层复合材料的面板，可以采用不同层数的正交结构得到不同厚度的面板厚度，并可以保证材料的整体性，具体如下：
1、由X方向的经纱(4)、(5)、(6)、Y方向的纬纱系统(15)以及Z方向的捆绑经纱(3)、(7)交织成上面板(1)；由X方向的经纱(9)、(10)、(11)、Y方向的纬纱系统(16)以及Z方向的捆绑经纱(8)、(12)交织成下面板(17)。
2、接结经纱(13)、(14)分别与上面板的最下层纬纱以及下面板的最上层纬纱交织，并采用“W”型固结，增强接结稳定性。
本发明与其他类型的夹层织物的不同之处在于采用正交结构加强了面板的性能，并可以根据不同的要求采用不同层数的正交结构，上下面板的层数也可根据受力情况而不同，可设计性强，而且保证了材料的整体性。可采用机织织造一次成型，避免二次铺层操作，生产效率高。
附图说明
图1为正交增强整体中空夹层复合材料的结构示意图
图2为本发明不同层数的正交结构面板示意图
图3为本发明上下面板采用不同层数正交结构的示意图
具体实施方式
下面结合附图对正交增强整体中空夹层复合材料的具体实施方式进行说明。
结合附图1，面板以四层正交结构为例，由X方向的经纱(4)、(5)、(6)、Y方向的纬纱系统(15)以及Z方向的捆绑经纱(3)、(7)交织成正交结构，形成上面板(1)；由X方向的经纱(9)、(10)、(11)、Y方向的纬纱系统(16)以及Z方向的捆绑经纱(8)、(12)交织成正交结构的下面板(17)。接结经纱(13)、(14)分别与上面板的最下层纬纱以及下面板的最上层纬纱交织，并采用“W”型固结，形成芯材(2)。
本发明在织造过程中采用双送经系统，采用被动式恒张力送经系统供应经纱(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)；采用主动式定长送经系统供应接结经纱(13)和(14)。对普通剑杆织机上进行改造即可织造。
结合附图2，上下面板可采用不同层数的正交结构，图1采用四层正交结构，图2中分别列出二层和三层两种正交结构，可根据不同的需要进行选择。结合附图3，上下面板分别采用了不同的面板厚度，这是因为在某些应用领域会对外层面板强度要求较高，而内层面板要求较低，这样就可以对两个面板进行分别设计，既满足材料的强度要求，又减少原料、减轻重量，体现了该发明的设计灵活性。
本发明与普通整体中空复合材料相比，在加强了面板强度的同时，又保持了整体中空复合材料的整体性，并避免了后序对面板的铺层加强操作，而且采用机织一次性成型，既增强了材料的性能又提高了生产效率。