[发明专利]三维碳纤维织物结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高渗透率的三维碳纤维织物结构。

背景技术

树脂真空导入成型工艺由于具有产品性能优良、产品质量稳定、环境污染小和劳动条件好等优点，因此具有明显的技术优势。但由于一般纤维织物的渗透率低，为了提高树脂的浸润速度，需要籍助于高渗透率的渗透介质(通常为尼龙二维编织物)，可使树脂渗透速度提高10倍以上。为了配合渗透介质的使用，还需要在渗透介质和复合材料铺层之间加以脱模布，以保证在工艺完成后，除去渗透介质。由于渗透介质的高孔隙率，在工艺完成后，介质中树脂含量可达70％左右。连同在脱模布上的树脂，废弃的树脂达1～2kg/m²，造成很大的浪费。同时这些废弃的富含树脂的渗透介质和脱模布如处置不当，会自燃并引起火灾，对环境造成不利影响。而且此方法不适合于闭模技术，如树脂传递模塑(RTM)技术。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种新颖的高渗透率三维碳纤维织物结构，其特征在于所述结构中碳纤维在空间中以针织结构呈均匀分布。因此本发明的三维碳纤维织物结构也称立体针织结构，即所述结构中碳纤维在三维空间中沿各个方向均匀分布。

本发明提供的高渗透率三维碳纤维织物结构利用三维织物的高孔隙率来获得织物结构的高渗透率。根据需要，本发明的高渗透率三维碳纤维织物结构可采用三维针织物结构(参见图1)和三维针织间隔织物结构(参见图2)等三维的高孔隙率结构。

三维针织物是由纱线编织成圈并依次串套而形成的织物，分为纬编和经编两大类。通常的针织设备能够织造二维织物，但采用特殊的工艺也能形成三维立体结构织物；三维针织间隔织物是一种整体编织而成、层与层之间纱线相连、呈中空结构的织物。

本发明的高渗透率三维碳纤维织物结构的孔隙率为50-80％，渗透率为1×10^-8m²-1×10^-7m²，可达常见纤维织物的20倍以上，厚度可根据需要控制在0.5～50mm的范围内。高渗透率三维碳纤维织物结构中的孔隙具有均匀性，因此在树脂导流过程中，具有各向同性的特点。

本发明的三维碳纤维织物的渗透率和它的孔隙率正相关，在纤维材料确定的情况下，一般通过控制进线长度控制其孔隙率，织物的进线长度越大，织物的孔隙率就越大，其渗透率也越大。进线长度是指每百支针所需的纱长，它是针织物线圈长度的体现，即为从第一个线圈的针编弧到第一百个线圈的指编弧之纱长，因为控制一个线圈的纱长是比较困难的，所以通常采用控制一百支针内之纱长。进线长度一般由机器喂入装置进线控制器控制，单位为机器一转的进线长度。

因此，本发明的第二个目的是提供制备上述高渗透率三维碳纤维织物结构的方法，为获得较高的渗透率，在制备本发明的三维碳纤维织物结构的方法中，将进线长度控制在60-100cm，即机器一转的进线长度的60-100cm，在德国Stoll电脑横机上控制器上直接设定。

本发明的高渗透率三维碳纤维织物结构通常可由纱线采用德国Stoll电脑横机来制备。

三维碳纤维织物结构成型工艺，选用双针板编织，关闭机头上对角的两个起针三角，机头往复运行一次，再打开一个关闭的起针三角，机头往复运行一次，然后打开另一关闭的起针三角，同时关闭前面打开的起针三角，机头再往复运行一次，如此往复循环编织，可得到三维针织物碳纤维织物。由于综合性能优越，三维针织结构预制件已经得到了比较广泛的应用。

而三维针织间隔织物是由上下两个表面层组成，中间有线圈组织连接，在导纱梳栉1、2、3、4、5和6上(见图3)添加碳纤维纱，间隔厚度由上下两层之间的距离确定，一般为2-8mm，织造过程中，采用高和低针踵针，通过同一导纱器成圈，并在针盘针上编织/添纱，同时将导纱器的中间层连接纱编织，得到本发明三维针织间隔织物结构。

本发明的第三个目的是提供所述的三维碳纤维织物结构在树脂真空导入技术和其它需要利用渗透介质来提高树脂导流速度的复合材料制造技术中的用途。

本发明的高渗透率三维碳纤维织物结构可在树脂真空导入工艺中替代通常的渗透介质。本发明的高渗透率三维碳纤维结构可用于碳纤维复合材料，采用和所制造的结构件完全相同的纤维材料。在使用过程中，既可和通常的渗透介质一样，放在铺层的上层；也可放在铺层的中层和下层，因此在使用中有很大的自由度。在产品制造工艺完成后，高渗透针织物就成为产品的一部分，不需要除去，既节约了原材料，也缩短了制造周期，降低了制造成本和减轻对环境的影响。