2 国内的多轴向经编针织物生产和应用现状
2.1生产设备情况
多轴向经编针织物的生产设备主要是使用了多轴向的铺纬机构,该机构铺设的纱线各自平行,且纱线层能根据不同的用途的需要以各种不同密度排列。纱线从纬纱架上引出后经过铺纬机构,由伺服电机驱动的铺位机构将纱线垫放到位于左右两侧的衬纬纱传送链的钩子里,再通过传送链将纱线传送到编织区,与衬经纱、捆绑纱线等形成所需要的多轴向经编织物。目前国内的多轴向经编机主要有利巴公司的Copcentra MAX 3 CNC系列机型以及卡尔迈耶公司的Malimo Multiaxial、RS2 (3)MUSU 、RS2(3)MSUS-V等机型。
2.2应用的领域
以高性能纤维为原料的多轴向经编针织物与树脂复合后可以作为骨架材料其性能好于传统的机织物,与传统的金属材料相比,以多轴向织物为基布的复合材料在一定程度上比金属具有更好的性能。例如使用碳纤维为原料的经编复合材料就比金属材料更加坚固,更加耐高温、耐腐蚀,而且大大减轻了质量,因此,多轴向经编复合材料常用于船舶游艇的制造、风力发电机的叶片,航天航空和汽车工业等领域。
2.2.1船舶游艇业
由于游艇需要在极其恶劣的环境下工作,对其材料的性能要求也比较严格。用经编多轴向经编织物除了具有可减少纱线的使用量以减轻游艇的重量,减少合成树脂的用量、缩短浸渍时间等优点外,还可以保护船体不受海水侵蚀。
多轴向经编织物可用来制造船艇的船身、舱壁、甲板、上部结构、桅杆,船帆等。由于多轴向织物为基布的复合材料的高性能增强作用,被广泛用于赛艇和娱乐船只 (包括帆船和机动船艇)。图4示为以经编多轴向织物为基布的游艇。
2.2.2风力发电业
目前,风力发电是最具成本优势的可再生能源,我国幅员辽阔,地理位置优越,开发和利用风能这种绿色可再生能源具有很大的潜力,而多轴向经编织物是风力发电中不可或缺的重要组成部分。
多轴向基布是制造风力发电机叶片及其他重要结构部件的主要材料,使用多轴向织物制造风力发电机的叶片,具有质量轻、强度高、刚性好等优点,能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求。图5示为新疆大阪城风力发电厂。
2.2.3航天航空业
航天航空工业也是多轴向经编织物重要应用领域。纤维增强复合材料因其具有很高的强质比,因此在航天航空业中的应用具有很大优势。多轴向经编材料主要用来制造飞机的蒙皮,尾翼的前缘和边缘,机身的面板,边舵的前缘及发动机面板,现在也可制造旋翼叶片。
在飞机制造上使用以多轴向经编织物为骨架的复合材料,可以有效的减轻机身重量、加增飞机的使用寿命,同时能够防火、耐腐蚀以及抗化学药品。构件的强度可以根据要求进行精确设计。空中客车A320系列飞机配备了采用了翼梢小翼和大量减轻重量的碳纤维复合材料,从而节省了燃油。与金属材料相比,这种碳纤维的复合材料能够使机身重量减轻约20%。
2.2.4汽车工业
汽车制造业的需求是多轴向经编织物最具潜力的市场。由于多轴向经编复合材料的独特性能以及可预设性,使其被广泛应用于汽车制造业。在一些车顶棚的或杂物箱、汽车或摩托车的轮胎圈、汽车的保险杠、刹车片等部位使用经编多轴向复合材料之后,不仅减轻了车体的重量,而且极大的提高了性能。图6示为多轴向复合材料为车厢的货车。
2.2.5建筑业
多轴向经编复合材料正在越来越多的用于增强混凝土,重建和修复建筑物,这是多轴向增强材料较新的市场之一。在一些需要承受恶劣环境的钢筋混凝土立柱上使用这种多轴向经编复合材料作为加固修复材料,能够提高立柱的承载能力,使立柱的寿命加倍。这种复合材料多以碳纤维、芳纶纤维为原料。
2.2.6防弹头盔
防弹头盔要求轻质高强,以及必须的防护功能,它们也是多轴向复合材料发展的重要市场之一。以金属材料为骨架材料制造而成的防弹头盔,质量大,透气性差,而以非金属复合材料为骨架材料的的头盔(图7示)不仅质量轻而且具有较好的透气性。世界发达国家已普遍地开始使用非金属复合材料头盔代替原金属头盔。其中±45°多轴向复合织物比较贴合头盔的形状,可塑性较好。