阅读说明：本技术 一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法 (Near-isotropic flexible composite material and preparation method thereof ) 是由 郑磊 刘圣千 郭杰 陈思 石彦超 吴家红 武国军 康建钊 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及复合材料领域,具体涉及一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法。柔性复合材料由纤维承力单元和薄膜整体热压而成,所述复合材料的纤维承力单元由三组复合纤维长丝组成,纤维长丝接触位置通过热塑性包缠纱热熔固定。本专利采用一种由三组互成角度长丝呈三角形均匀分布的平面承力结构作柔性复合材料的承力层,因此柔性复合材料具有近似各向同性的特点。这种承力层沿着各方向承载能力较为均匀,无论受力方向是否与长丝方向一致,柔性复合材料不存在明显的抵御剪切破坏的薄弱方向。即便是由较稀薄的承力层制备的柔性复合材料也具有较好的结构稳定性。(The invention relates to the field of composite materials, in particular to an approximately isotropic flexible composite material and a preparation method thereof. The flexible composite material is formed by integrally hot-pressing a fiber bearing unit and a film, wherein the fiber bearing unit of the composite material is composed of three groups of composite fiber filaments, and the contact position of the fiber filaments is fixed by hot melting of thermoplastic wrapping yarns. The flexible composite material uses three groups of plane bearing structures which are mutually angled and uniformly distributed in a triangular shape as bearing layers of the flexible composite material, so that the flexible composite material has the characteristic of approximate isotropy. The bearing capacity of the bearing layer is uniform along all directions, and no matter whether the bearing direction is consistent with the filament direction or not, the flexible composite material does not have an obvious weak direction for resisting shearing damage. Even the flexible composite material prepared by thinner bearing layers has better structural stability.)

一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法。

背景技术

飞艇用柔性复合材料一般使用0°/90°两系统、相互垂直的长丝机织物作承力层，这种正交结构的平面织物能在长丝方向上有效地传递载荷，但若受力方向与长丝方向不一致时，柔性复合材料抵抗变形和破坏的能力将大幅下降，特别45°方向。此外，当柔性复合材料受到法向外力冲击时，受力处材料易出现应力集中。因此由0°/90°机织物制成的柔性复合材料在受到斜向外力时、法向外力时，柔性复合材料易发生破坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题

本发明提供一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法，以解决平面两向机织物作承力层的柔性复合材料各向异性这一问题。

为解决技术问题本发明采用的技术方案

一种近似各向同性柔性复合材料，由纤维承力单元和薄膜整体热压而成，所述复合材料的纤维承力单元由三组复合纤维长丝组成，纤维长丝接触位置通过热塑性包缠纱热熔固定。

进一步地，所述三组复合纤维长丝呈等边三角形均匀分布。

进一步地，所述复合纤维长丝为包缠结构，是由包缠纱包覆芯纱而成。

进一步地，所述薄膜为聚氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜，尼龙膜，乙烯/乙烯醇共聚膜或尼龙/乙烯/乙烯醇共挤出膜。

一种近似各向同性柔性复合材料制备方法，包括步骤如下：

S1：柔性复合材料承力结构单元成型过程，经纱I等间距平行排列；经纱I排列完毕后，经纱II在经纱I的上方等间距平行排列，经纱I与经纱II排列间距相等；间距范围为0.5cm～4.0cm，经纱I和经纱II组成一个呈60°夹角的纱网；

S2：经纱I和经纱II分别通过一组梳栉实现等间距排列和定位；

S3：在经纱I和经纱II的重叠位置处铺设一根纬纱，其中第一根纬纱铺设在经纱重叠位置的上方，第二根纬纱铺设在经纱重叠位置的下方，依次重复排列；纬纱通过一组梳栉实现等间距排列和定位；

S4：通过压辊热压铺设、定位完毕的纱网，使经、纬纱重叠位置包缠在长丝外表面的聚乙烯醇缩甲醛或聚氨基甲酸酯纤维发生热熔粘合，实现承力单元成型，随即承力单元经过压辊冷却定形，卷绕成卷；

S5：将承力单元与柔性复合材料薄膜进行整体热压，包缠在长丝外表面的聚乙烯醇缩甲醛或聚氨基甲酸酯纤维再次发生热熔，与薄膜热压粘合成为一个整体，完成柔性复合材料制备成型。

进一步地，所述S5的热压温度为90℃～150℃。

本发明获得的有益效果

本发明提供一种近似各向同性柔性复合材料及制备方法，采用一种较为简便方法实现柔性材料力学性能近似各向同性，较现用的0°/90°两系统机织物柔性复合材料，具有无明显的抵御剪切破坏的薄弱方向，柔性复合材料在周向上的受力变形均匀，柔性复合材料具有较好的结构稳定性。

附图说明

图1：近似各向同性的柔性复合材料示意图；

图2：近似各向同性的柔性复合材料的承力单元的结构示意图；

图3：包缠结构的纤维长丝；

其中：1-薄膜，2-承力单元，3-经纱I，4-经纱II，5-纬纱，6-芯纱，7-包缠纱。

具体实施方式

本专利采用一种由三组互成角度长丝呈三角形均匀分布的平面承力结构作柔性复合材料的承力层，因此柔性复合材料具有近似各向同性的特点。这种承力层沿着各方向承载能力较为均匀，无论受力方向是否与长丝方向一致，柔性复合材料不存在明显的抵御剪切破坏的薄弱方向。受到法向外力冲击时，柔性复合材料在周向上的受力变形较为均匀，不易出现平面两向织物局部应力集中。即便是由较稀薄的承力层制备的柔性复合材料也具有较好的结构稳定性。

本发明采用呈等边三角形均匀分布三组长丝的承力单元作柔性复合材料承力层，实现柔性复合材料拉伸性能的近似各向同性；该柔性复合材料由纤维承力单元和薄膜整体热压而成，柔性复合材料的纤维承力单元由三组无交织、具有热塑性功能复合纤维长丝组成，其中包括两组经纱和一组纬纱，三组复合纤维长丝呈等边三角形均匀分布，纤维长丝接触位置靠热塑性包缠纱实现热熔固定，具有热塑性功能的纤维长丝为包缠结构，其中芯纱为超高分子量聚乙烯纤维、芳香族聚酰胺纤维和全芳族聚酯长丝纤维任意一种，包缠纤维为聚乙烯醇缩甲醛和聚氨基甲酸酯纤维任意一种；柔性复合材料采用的薄膜包括聚氟乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜，尼龙膜，乙烯/乙烯醇共聚膜任意一种；气囊材料采用整体热压工艺，柔性复合材料外表光滑、平整，柔性复合材料整体性好，力学性能具有近似各向同性。柔性复合材料承力结构单元成型过程：经纱I等间距平行排列；经纱I排列完毕后，经纱II在经纱I的上方等间距平行排列，经纱I与经纱II等间距排列；间距范围为0.5cm～4.0cm，经纱I和经纱II组成一个呈60°夹角的纱网；经纱I和经纱II分别通过一组梳栉实现等间距排列和定位；在经纱I和经纱II的重叠位置处铺设一根纬纱，其中第一根纬纱铺设在经纱重叠位置的上方，第二根纬纱铺设在经纱重叠位置的下方，依次重复排列；纬纱通过一组梳栉实现等间距排列和定位；通过压辊热压铺设、定位完毕的纱网，使经、纬纱重叠位置处包缠在长丝外表面的聚乙烯醇缩甲醛或聚氨基甲酸酯纤维发生热熔粘合，实现承力单元成型，随即承力单元经过压辊冷却定形，卷绕成卷；将承力单元与柔性复合材料薄膜进行整体热压，热压温度：90℃～150℃，包缠在长丝外表面的聚乙烯醇缩甲醛或聚氨基甲酸酯纤维发生热熔粘合，与薄膜热压粘合成为一个整体，完成柔性复合材料制备成型。

为使本发明所提出的技术方案的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图1-3，对本发明所提出的技术方案的实施例进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是所提出的技术方案的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明就气囊材料为实施例，对近似各向同性柔性复合材料及制备方法做进一步说明。

实施例1

气囊材料由聚偏二氟乙烯膜和聚氨基甲酸酯纤维包缠的聚芳酯纤维承力单元组成，其中聚偏二氟乙烯的厚度为50μm，幅宽1.2m，白色。承力单元：聚芳酯纤维为400旦长丝，包缠纱为100旦聚氨基甲酸酯纤维。承力单元等边三角形边长为2.0cm。气囊材料0°拉伸强度为146N/cm，气囊材料90°拉伸强度为152N/cm，气囊材料45°拉伸强度为172N/cm。气囊材料厚度为0.1mm，外观平整，尺寸稳定性好。

实施例2

气囊材料由尼龙、乙烯和乙烯醇共挤出膜和聚乙烯纤维包缠的超高分子量聚乙烯纤维承力单元组成，其中尼龙、乙烯和乙烯醇共挤出膜的厚度为20μm，幅宽1.2m，透明。承力单元：超高分子量聚乙烯纤维为50旦长丝，包缠纱为50旦聚乙烯醇缩甲醛纤维。承力单元等边三角形边长为1.5cm。气囊材料0°拉伸强度为176N/cm，气囊材料90°拉伸强度为182N/cm，气囊材料45°拉伸强度为203N/cm。气囊材料厚度为0.05mm，整体性好。