近几年来三维编织结构复合材料的发展较为迅速，各种新型编织机及其相应的产品不断出现，其性能研究也逐步深入，从而大大推动了编织结构复合材料的发展与应用。

什么是三维编织

三维编织技术是在传统二维编织技术上发展起来的一种高新纺织技术。发展它的目的是为了克服传统复合材料固有的缺点，即受力后容易分层的问题。正是由于这个缺点，传统复合材料很难用于制作主承力结构件和高功能制件，而三维编织技术最大的优势就在于非常适合制作各种复杂形状的高性能纤维结构件、连接件。

三维编织复合材料是利用三维编织技术先将增强纤维束织造成所需的结构形状预制件，由此制成的预制件结构具有特殊的空间网状结构，纱线在编织物结构中连续不间断且伸直度较高，不仅在平面内相互交织，而且在厚度方向上也相互交织。然后，再把预制体作为增强体结构和基体（包括树脂、碳、碳化硅、金属等）复合，从而制成复合材料制件。

三维编织好处很多，最主要的一点是其克服了传统复合材料夹层式结构，避免了分层情况，在一些结构件中可以做到一次成型，是一种连续纤维的增强结构。正由于这个巨大优势，使其非常适合各种曲面体、异形结构件，其材料损耗小、自动化程度高。主要应用在航空航天领域，未来，三维编织技术将向着大尺寸超厚高密度曲面体三维编织技术、超大截面尺寸三维编织技术等方向发展。

三维编织复合材料编织工艺

简单的来说，三维编织是在二位编织的基础上增加了轴向纤维，从而织出立体整体的织物高新纺织技术。三维编织复合材料的编织工艺有两步法、四步法、多层联结编织法和多步法等，其中四步法和两步法是目前该领域使用最主要的两种方法：

四步法可以编织许多不同截面的结构，如板状、管状、半柱状和柱状等。

两步法适合编织非常厚的结构，可以编织板状、管状等结构。

国外有种编织工艺QISO就是单层中混用三轴向结构，即在周向上加入第三组纱线，为斜交纱线，它们位于轴向纱线的上下。因此，可以在部件所需部位提供精准单项增强与偏轴向增强双重作用， 从而提高织物损伤容限，改善能量吸收。美国Spirit航空公司制作的集成化飞机桁条加强版就是采用此种技术。还有一种比较典型的是干纤维自动编织技术。具体是将编织物缠绕铺放在模具当中，经过环氧树脂浸渍，再通过真空树脂传递模塑工艺固化成型。一般可用于飞机上结构进气系统。

三维编织复合材料的性能特点

三维编织复合材料因其整体复杂的空间纤维结构，显著地提高了材料的比强度和比刚度，从根本上克服了传统层合结构复合材料层间强度低、易分层等致命弱点，还使其具有优良的力学性能，如：良好的抗冲击损伤性能、耐疲劳性能和耐烧蚀性能等，以及结构整体性好、可设计性强等诸多优点，受到工程界的普遍关注，成为航空、航天、能源、重大战略装备、轨道交通、汽车轻量化、碳/碳复材、城市基建、生物医疗、体育用品等领域的重要结构材料。

三维编织复合材料成型工艺

三维编织复合材料多采用液体成型工艺进行浸胶固化，包括树脂传递模塑(RTM)工艺、树脂膜渗透(RFI)工艺、真空辅助树脂渗透(VARI)工艺等。其中RTM工艺是从湿法铺层和注塑工艺演衍生出来的，其能够制造出高精度、低孔隙率、高纤维含量的复合材料构件，是三维编织复合材料主要制造技术之一。

三维编织复合材料制件繁多，涉及到U字型、T字型、X字型、米字型、工 字型、之字型、蜂窝状、球体、截锥体等多种异型结构，在制造业智能化、机械轻量化发展背景下，三维编织复合材料应用前景较好。

三维编织复合材料应用领域

由于三维编织复合材料是完全的整体结构不分层，所以其比强度、比模量高，具有优良的力学性能和功能，使采用复合材料来制作主承力结构件和特殊的具有多种功能的制件成为可能。但由于三维编织复合材料制造成本非常高，导致目前主要应用于国防军工、航空航天等领域。比较典型的有航空涡扇发动机风扇叶片、飞机起落架、螺旋桨、大曲率机骨架、机翼、飞机蒙皮、飞机进气道、航空发动机机 匣、飞船关键连接件、火箭发动机喷管及密封调节片、卫星桁架、燃烧室内衬、导 弹 头锥以及氮化硅纤维增强的导 弹天线罩透波材料、耐磨损刹车片材料各类固体火箭发动机喉衬材料等功能件和承力连接件。现就其它应用领域前景做介绍。

1.CFRTP中空管材

热塑性CFRTP推广相对较缓，主要是因为熔融的热塑性树脂粘度较高，比较难以浸润到碳纤维之间。但随着近几年可将碳纤维和热塑性树脂薄膜通过层压加热方式，提高热塑性树脂浸润碳纤维的能力，使得热塑CFRTP板材和带状板材得以发展。而三维编织技术，可使纤维相互交错制造中空管材。具体制作程序为：使用CFRTP单向预浸带，通过编织成型制造中空管材，再将编织成型的中空管材加热，使之熔融，施加压力的同时进行冷却，最终成型中空管材。此外，因为使用了热塑性树脂，使其加工的管材更具多样性，比如加热后可以根据用途改变形状，并可接合且无需粘结剂。

2.突破传统的异形构件—“飞扬”火炬

2022年“飞扬”火炬是变径，变曲率的异形构件。加上表面自上而下的祥云条纹，制作难度很高。而此火炬就是由云路复合材料有限公司采用自动化立体编织工艺制备而成。

3.刹车盘—碳/碳复合材料预制体

国外采用3D织物制备的碳/碳复合材料先进预制体已多年，但在国内普及和商用并不多。在此领域，三维编织技术可应用于飞机刹车盘。目前世界上60余种型号飞机采用碳/碳复材刹车盘，但传统碳/碳复材刹车（大部分采用针刺技术）盘有其弊端，比如抱和力较差，分层变形等。三维编织可克服传统工艺缺点，改善分层问题，并提升综合力学性能。

4.光伏热场—碳/碳复合材料坩埚

随着光伏热场领域里晶硅制造行业向大尺寸、高品质方向发展，碳/碳复合材料坩埚也逐渐超大尺寸方向发展。但传统的碳/碳复合材料坩埚制备技术在其朝大尺寸、形状复杂结构功能一体化方向上有所制约，而三维编织技术能很好地实现坩埚预制件大尺寸、高精度制作，并克服传统针刺预制体存在的的缺陷。例如三维编织工艺制备的预制体密度比传统工艺制备的坩埚预制体密度大0.4g/cm³左右（传统坩埚密度为0.3-0.4 g/cm³，三维编织制备的密度为0.7-0.8 g/cm³）。密度的提升可使预制体在后续碳化过程中的质量损失与体积收缩现象得到大幅改善。此外，由于三维编织工艺采用连续一体化智能成型生产，生产效率较传统工艺可提升20%至30%。

三维编织复合材料是高技术领域中的一类新型先进复合材料，可制造高温功能结构材料，也可作为防护材料。此外在医学领域也可制造生物医学材料，比如采用三维编织工艺制备生物支架等。

三维编织复合材料行业分析

我国三维编织复合材料研究起步较晚，与欧美等发达国家相比，国内三维编织复合材料在理论研究、试验研究、结构参数、检测技术等方面较为滞后，因此目前我国三维编织复合材料商业应用仍较少。

三维编织复合材料是工程界热门研究方向之一，在国内，从事研究和生产三维编织复合材料的机构和企业有中国纺织科学研究院有限公司、北京柏瑞鼎科技有限公司、天津工业大学复合材料研究院、云路复合材料(上海）有限公司等。

文章来源： 看航空，新思界网，中国复材