近日，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院/針織技術(shù)教育部工程研究中心馬丕波教授研究團(tuán)隊(duì)在復(fù)合材料領(lǐng)域頂級期刊《Composites Part B: Engineering》上發(fā)表題為“Mechanical properties of carbon fiber composites with various wear characteristics during knitting process”的研究論文。江南大學(xué)針織中心2021級博士研究生孫昭玲為論文第一作者，江南大學(xué)針織中心馬丕波教授與武漢紡織大學(xué)陳鳳翔教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（52373058, 11972172）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（JUSRP62005）、中國紡織工業(yè)協(xié)會應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（(J202408)、江蘇省研究生科研與實(shí)踐創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（KYCX23_2482）資助。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836824008230
文章概述
碳纖維針織復(fù)合材料一體成型以及優(yōu)異的能量吸收的特點(diǎn)在復(fù)雜曲率結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢，可應(yīng)用于航天飛行器喉襯、噴管、隔熱層等關(guān)鍵部位，但是由于碳纖維針織結(jié)構(gòu)斷絲率顯著高于編織與機(jī)織結(jié)構(gòu)，這一問題成為碳纖維針織復(fù)合材料長期發(fā)展的關(guān)鍵阻礙因素。
本論文針對碳纖維無損高品質(zhì)編織機(jī)制這一關(guān)鍵科學(xué)難題展開深入研究，首先深入揭示碳纖維內(nèi)部缺陷與織造磨損根本性原因，提出碳纖維織造磨損主要因素：上機(jī)度目（織物密度）以及接觸面積（碳纖維與舌針、碳纖維與碳纖維）；借助有限元模擬碳纖維成圈過程中應(yīng)力分布情況；通過聚二甲基硅氧烷對碳纖維束表面進(jìn)行改性處理制備出高耐磨、低損傷碳纖維預(yù)制件；明晰碳纖維斷絲與復(fù)合材料宏觀力學(xué)性能間的相互作用機(jī)制，該研究為碳纖維無損高品質(zhì)成圈織造提供理論支持與技術(shù)基礎(chǔ)，解決長期存在的關(guān)鍵技術(shù)問題。
圖文導(dǎo)讀
圖1 (a) PDMS包覆碳纖維工藝，(b)雙羅紋結(jié)構(gòu)以及(c)VARTM制備工藝示意圖
圖2 舌針與碳纖維束赫茲理論接觸示意圖
圖3 碳纖維束與舌針接觸面積與形貌圖
圖4 （a）不同編織度目下碳纖維表面形貌以及（b）三維形貌圖
圖5 碳纖維束彎紗過程應(yīng)力分布，（b）碳纖維束成圈磨損形貌，（c）碳纖維束與碳纖維織物拉伸性能
圖6 （a）碳纖維針織復(fù)合材料沖擊性能，（b-c）碳纖維復(fù)合材料最大沖擊力與最大沖擊位移