近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術(shù)教育部工程研究中心馬丕波教授研究團隊在復合材料領(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，江南大學針織中心馬丕波教授與武漢紡織大學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基金（52373058, 11972172）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費（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踐創(chuàng)新計劃項目（KYCX23_2482）資助。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836824008230
文章概述
碳纖維針織復合材料一體成型以及優(yōu)異的能量吸收的特點在復雜曲率結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用中展現(xiàn)出獨特優(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織結(jié)構(gòu)，這一問題成為碳纖維針織復合材料長期發(fā)展的關(guān)鍵阻礙因素。
本論文針對碳纖維無損高品質(zhì)編織機制這一關(guān)鍵科學難題展開深入研究，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行改性處理制備出高耐磨、低損傷碳纖維預制件；明晰碳纖維斷絲與復合材料宏觀力學性能間的相互作用機制，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）碳纖維針織復合材料沖擊性能，（b-c）碳纖維復合材料最大沖擊力與最大沖擊位移