变角度牵引铺缝技术用缝合纱的研究

燕春云，吕凯明，刘婷，王永利，张坤，高志成

(江苏恒神股份有限公司，江苏 丹阳 212300)

0 前言

变角度牵引铺缝技术(VAT：Variable Angle Tow Placement，亦称TFP：Tailored Fiber Placement)是当前预制体成型领域的一种先进的制备工艺，其基本原理是将主体纤维丝束在基材上变角度铺放并用特殊纱线缝合固定成纤维预制体，如图1所示[1-2]。预制体纤维角度不受限定，可按主应力方向铺放，并可同时实现三维增强结构。不仅强化纤维增强复合材料力学性能短板(层间剪切强度和剥离强度低)和补偿结构荷载反应恶化(开口应力集中)，而且制品质量稳定，生产效率大幅提高[4-5]。

图1 变角度牵引铺缝技术制备原理

国内外对此研究较多，如Mattheij P[6]等人针对不同缝合纱对复合材料断裂韧性的影响进行了研究，发现涤纶纱的效果最佳。德累斯顿聚合物研究所开发出量身定制的VAT技术，可将应力和应变计算结果有效地转移到织物增强结构中[7]。中科院宁波材料技术与工程研究所针对VAT对多种变刚度复合材料制品开孔补强性能的影响进行了大量的研究[8-11]。江苏恒神股份有限公司的王怡敏[14]研究了预制体制备过程中机针刺伤对复合材料力学性能的影响，结果表明针距为8mm时，刺伤对拉伸性能和压缩性能影响较小，且可以保证设备的生产效率；秦永利[12]研究表明采用玻璃纤维作为预制体基材时，复合材料层间剪切性能和弯曲性能最优；谢莉婷[13]等通过有限元软件模拟纤维沿主应力分布状态设计铺放层合板并进行开孔层合板单轴拉伸的仿真对比试验，表明按主应力设计法生成的曲线铺放层合板比直线铺放有更优异的力学性能等。……