产业用纺织品11 产业用纺织品的加工技术

1、新兴的学科 第三章第三章 产业用纺织品产业用纺织品 的加工技术的加工技术 第二节第二节 织物及其加工技术织物及其加工技术 产业用纺织品的织物不仅有线型结构、平产业用纺织品的织物不仅有线型结构、平 面结构形式，还有三维立体结构等各种结构形面结构形式，还有三维立体结构等各种结构形 式。其加工方法有机织、针织、编织和非织造式。其加工方法有机织、针织、编织和非织造 等多种技术。等多种技术。 Part3 针织产业用织物及其加工技术针织产业用织物及其加工技术 一、针织物一、针织物 针织物的最大特点是存在相互串套的线圈。针织物的最大特点是存在相互串套的线圈。 与机织物相比，针织物加工的工艺流程短、与机织物相

2、比，针织物加工的工艺流程短、 产量高、成本低。由于线圈相互串套，因而产量高、成本低。由于线圈相互串套，因而 针织物复合材料抗冲击性好，具有很高的弹针织物复合材料抗冲击性好，具有很高的弹 性，适于复杂结构的成型。针织物包括性，适于复杂结构的成型。针织物包括经编经编 与纬编与纬编，它既可以是，它既可以是平面针织物平面针织物，也可以是，也可以是 多层多轴向的针织物多层多轴向的针织物。 1、 平面针织物平面针织物 平面针织物包括平面经编和平面纬编织物，平面针织物包括平面经编和平面纬编织物， 它在各个方向上具有较大的伸缩性，适合于它在各个方向上具有较大的伸缩性，适合于 拉伸大的模压成型复合材料。该结构复

3、合材拉伸大的模压成型复合材料。该结构复合材 料具有良好的抗冲击和能量吸收性能，在拉料具有良好的抗冲击和能量吸收性能，在拉 伸变形中有较好的延伸性，因而可以作为一伸变形中有较好的延伸性，因而可以作为一 种柔性复合材料。种柔性复合材料。 针织物作为柔性复合材料的增强结构，是利用了其针织物作为柔性复合材料的增强结构，是利用了其 变形大的特点，但它不适宜用作承载结构。由于针织变形大的特点，但它不适宜用作承载结构。由于针织 物易变形、尺寸稳定性差，这类复合材料往往刚性不物易变形、尺寸稳定性差，这类复合材料往往刚性不 够。于是，人们根据需要通过加入不参加织造的增强够。于是，人们根据需要通过加入不参加织造的

4、增强 纤维或纱线，实现针织物结构的稳定。由于增强纤维纤维或纱线，实现针织物结构的稳定。由于增强纤维 或纱线不参加织造，处于伸直状态，力学性能能充分或纱线不参加织造，处于伸直状态，力学性能能充分 利用，且提高了刚度，织物尺寸稳定性提高。利用，且提高了刚度，织物尺寸稳定性提高。若在一若在一 个方向加入增强纤维，则可得到在该方向较稳定的针个方向加入增强纤维，则可得到在该方向较稳定的针 织物；若在经纬向均加入增强纤维，则可得到尺寸稳织物；若在经纬向均加入增强纤维，则可得到尺寸稳 定的针织物。定的针织物。 2、 多层多轴向针织物多层多轴向针织物 多轴向经编针织物是一种典型的复合多轴向经编针织物是一种典型

5、的复合 材料增强结构，西方的工业国家对其加工材料增强结构，西方的工业国家对其加工 技术、加工设备及复合材料竟相开展研究，技术、加工设备及复合材料竟相开展研究， 其产品已应用于航空航天、汽车、建材等其产品已应用于航空航天、汽车、建材等 工业部门。工业部门。 目前，世界上能生产多轴向经编机的目前，世界上能生产多轴向经编机的 主要有主要有 利巴公司的利巴公司的Copcentra-Multi-Axial KarlMayer公司的公司的RSDS-V两种。两种。 多层多轴向针织物是根据材料实际应用中的受力情况，在经向、多层多轴向针织物是根据材料实际应用中的受力情况，在经向、 纬向、斜向铺设伸直的强度较高的

6、增强纤维（衬经、衬纬及斜向衬纬向、斜向铺设伸直的强度较高的增强纤维（衬经、衬纬及斜向衬 纬），再利用成圈纱线采用经编结构将这些纱线层缝合，确保纱线纬），再利用成圈纱线采用经编结构将这些纱线层缝合，确保纱线 在织物中是平直状态而不像机织物中的波浪状，所以纱线的拉伸强在织物中是平直状态而不像机织物中的波浪状，所以纱线的拉伸强 度可以充分利用。当四组衬纱采用碳纤维时，织造后用树脂固化成度可以充分利用。当四组衬纱采用碳纤维时，织造后用树脂固化成 碳纤维复合材料，可替代传统的金属材料。如用玻璃纤维做衬纱，碳纤维复合材料，可替代传统的金属材料。如用玻璃纤维做衬纱， 可用作可用作T字梁、工字梁等结构材料，成

7、本较低，适于在民用部门推字梁、工字梁等结构材料，成本较低，适于在民用部门推 广使用。这种多轴向针织复合材料最多可达广使用。这种多轴向针织复合材料最多可达8层纱线，但仍不能满层纱线，但仍不能满 足复合材料对厚度的要求。足复合材料对厚度的要求。 多轴向编织物则可以满足厚度上的要求，它是将多轴向织出的织多轴向编织物则可以满足厚度上的要求，它是将多轴向织出的织 物两层、三层、四层或更多层地组合在一起，用缝纫法缝合在一起物两层、三层、四层或更多层地组合在一起，用缝纫法缝合在一起 成为多层多轴向织物。成为多层多轴向织物。 尽管多轴向缝编织物复合材料已有一定的应用，如在高速赛艇中尽管多轴向缝编织物复合材料已

8、有一定的应用，如在高速赛艇中 多轴向缝编织物复合材料已经取代了机织物复合材料，但由于针织多轴向缝编织物复合材料已经取代了机织物复合材料，但由于针织 物复合材料中纤维体积含量较低及呈线圈结构，加之针刺过程中纤物复合材料中纤维体积含量较低及呈线圈结构，加之针刺过程中纤 维的损伤，使针织物复合材料的强度和模量明显偏低，其应用要比维的损伤，使针织物复合材料的强度和模量明显偏低，其应用要比 机织物、编织物少。并且大多数针织物只能加工薄型预型件，专业机织物、编织物少。并且大多数针织物只能加工薄型预型件，专业 加工设备尚处于开发阶段，相应力学性能的研究也不够深入。加工设备尚处于开发阶段，相应力学性能的研究也

9、不够深入。 二、编织物二、编织物 编织技术的历史悠久，简单的草帽编织技术的历史悠久，简单的草帽 辩就是编织物的一种。近三十年来，辩就是编织物的一种。近三十年来， 由于复合材料发展的需要，才使这门由于复合材料发展的需要，才使这门 古老的纺织技术得到了迅速的发展。古老的纺织技术得到了迅速的发展。 编织的种类很多，按编织形状分有编织的种类很多，按编织形状分有圆圆 形编织和方形编织形编织和方形编织；按编织物厚度分；按编织物厚度分 有有二维编织和三维编织二维编织和三维编织。 （一）、二维编织物（一）、二维编织物 二维编织是指编织物的厚度不大于编织二维编织是指编织物的厚度不大于编织 纱直径三倍的编织方法。

10、纱直径三倍的编织方法。一般用于生产鞋带一般用于生产鞋带 和衣服上的绳、带等，但也可用于异型薄壳和衣服上的绳、带等，但也可用于异型薄壳 预型件。预型件。 二维编织物中的编织纱可分为两组，一二维编织物中的编织纱可分为两组，一 组在轨道上沿一个方向运动，另一组则沿着组在轨道上沿一个方向运动，另一组则沿着 相反方向运动，这样纱线相互交织，并与织相反方向运动，这样纱线相互交织，并与织 物成型方向呈物成型方向呈角。如果希望提高织物轴角。如果希望提高织物轴 向性能，可以在轴向加入轴纱系统。向性能，可以在轴向加入轴纱系统。 （二）、三维编织物（二）、三维编织物 三维编织是指编织物的厚度至少超过编织纱三维编织是

11、指编织物的厚度至少超过编织纱 直径的三倍，并且在厚度方向有纱线或纤维束相直径的三倍，并且在厚度方向有纱线或纤维束相 互交织的编织方法。互交织的编织方法。它是最早应用于生产复合材它是最早应用于生产复合材 料三维预型件的工艺，早在料三维预型件的工艺，早在20世纪世纪60年代，三维年代，三维 编织碳编织碳/碳复合材料就用作火箭发动机部件，可碳复合材料就用作火箭发动机部件，可 以减重以减重30%50%。 三维编织方法有多种，如三维编织方法有多种，如二步法、四步法、二步法、四步法、 多步法、多层角锁编织等，但常用的主要是二步多步法、多层角锁编织等，但常用的主要是二步 法和四步法。法和四步法。 1、四步法

12、编织物、四步法编织物 四步法，又称纵横步进编织法，由于一个编织循四步法，又称纵横步进编织法，由于一个编织循 环包括四个机器，故称此名。环包括四个机器，故称此名。四步法中，编织纱沿四步法中，编织纱沿 织物成型方向排列，在编织过程中每根编织纱按一织物成型方向排列，在编织过程中每根编织纱按一 定的规律同时运行，从而相互交织形成一个不分层定的规律同时运行，从而相互交织形成一个不分层 的三维整体结构。如果在编织过程中加入轴纱系统，的三维整体结构。如果在编织过程中加入轴纱系统， 则可以提高复合材料轴向的力学性能。则可以提高复合材料轴向的力学性能。 从四步法编织物的表面形状及内部的结构单元体可从四步法编织物

13、的表面形状及内部的结构单元体可 以看出，纱线在织物中呈空间取向的排列，结构整以看出，纱线在织物中呈空间取向的排列，结构整 体性好。体性好。 四步编织法按其横截面的形状来分有两大类，第一四步编织法按其横截面的形状来分有两大类，第一 类的横截面为类的横截面为矩形与矩形组合形状矩形与矩形组合形状（如工字形等），（如工字形等）， 第二类的横截面为第二类的横截面为圆形圆形（如圆管状、锥管状等）立（如圆管状、锥管状等）立 体编织物。体编织物。 1）、）、矩形横截面立体编织物的四步编织法矩形横截面立体编织物的四步编织法 四步法三维编织示意图（见教材四步法三维编织示意图（见教材P1090 图表示了矩形横截面立

14、体编织物的示意图。图中许图表示了矩形横截面立体编织物的示意图。图中许 多个载纱器多个载纱器4沿轨道沿轨道5以一定规律反复运动，载纱器以一定规律反复运动，载纱器4 的运动就带动从其退绕出来的纤维束或纱线（以下简的运动就带动从其退绕出来的纤维束或纱线（以下简 称纱线）称纱线）3的运动，其运动每重复一次称为一个循环。的运动，其运动每重复一次称为一个循环。 每完成运动的一个循环之后，打紧棒就在纱线每完成运动的一个循环之后，打紧棒就在纱线3之间之间 摆动，见图摆动，见图 ，把相互编织的纱线打向编织物，把相互编织的纱线打向编织物1的织口的织口 2，同时编织物向上运动一个距离（相当编织物中的，同时编织物向上

15、运动一个距离（相当编织物中的 一个节距）。一个节距）。 载纱器载纱器4以上述的运动规律进行下一个循环，这样以上述的运动规律进行下一个循环，这样 不断反复进行不断反复进行载纱器运动、打紧运动、编织物输出运载纱器运动、打紧运动、编织物输出运 动动，就可连续编织出立体编织物。，就可连续编织出立体编织物。 2）、管状立体立体编织物的四步编织法）、管状立体立体编织物的四步编织法 圆形横截面立体编织物的编织法与上述类似，圆形横截面立体编织物的编织法与上述类似， 其中不同的是其中不同的是载纱器分布在直径从小到打的若载纱器分布在直径从小到打的若 干圆周上，其导轨可使载纱器在周向和径向运干圆周上，其导轨可使载纱

16、器在周向和径向运 动，另一方面立体编织物内部有芯棒动，另一方面立体编织物内部有芯棒，纱线的，纱线的 张力使编织成的立体织物紧套在其芯棒上，如张力使编织成的立体织物紧套在其芯棒上，如 果芯棒为圆柱体，编织成的立体织物为圆管状，果芯棒为圆柱体，编织成的立体织物为圆管状， 如果芯棒为圆锥体，编织成的立体织物为锥管如果芯棒为圆锥体，编织成的立体织物为锥管 状。状。 2、二步法编织物、二步法编织物 二步法编织的历史较短，它由二步法编织的历史较短，它由Popper于于1987年首先年首先 提出。在二步法编织中，纱线系统有轴向纱和编织纱两提出。在二步法编织中，纱线系统有轴向纱和编织纱两 种。轴向纱的排列决定

17、了编织物的截面形状，它构成纱种。轴向纱的排列决定了编织物的截面形状，它构成纱 线的主体部分；编织纱位于主体纱的周围。在编织过程线的主体部分；编织纱位于主体纱的周围。在编织过程 中，编织纱按一定的规律在轴向纱之间运动，这样不仅中，编织纱按一定的规律在轴向纱之间运动，这样不仅 它们之间相互交织，而且也将轴向纱捆绑成一个整体。它们之间相互交织，而且也将轴向纱捆绑成一个整体。 由于二步法中轴向纱的比例较大，并且轴向纱在编织由于二步法中轴向纱的比例较大，并且轴向纱在编织 过程中保持伸直状态，因此二步法编织复合材料在该方过程中保持伸直状态，因此二步法编织复合材料在该方 向具有优良的力学性能。另外，二步法编

18、织中只有编织向具有优良的力学性能。另外，二步法编织中只有编织 纱运动，而且编织纱所占比例较小，故运动的纱线较少，纱运动，而且编织纱所占比例较小，故运动的纱线较少， 便于实现编织的自动化便于实现编织的自动化。 从二步法编织物的表面形状及内部结构单元体可以看从二步法编织物的表面形状及内部结构单元体可以看 出编织纱的比例较少，轴向纱占主要部分。出编织纱的比例较少，轴向纱占主要部分。 与四步法相类似，同样可分为与四步法相类似，同样可分为矩形和矩形组合矩形和矩形组合横截面横截面 立体编织物的两步法和立体编织物的两步法和管状管状立体编织物的两步法。立体编织物的两步法。 （1）、矩形以及其组合横截面立体编织

19、物的两步法）、矩形以及其组合横截面立体编织物的两步法 见图（见图（P110）编织小型编织小型T形横截面两步法的原理。形横截面两步法的原理。 该方法采用两组基本纱线，一组是固定不动的，图该方法采用两组基本纱线，一组是固定不动的，图 中黑实心圆点中黑实心圆点 所示，另一组是编织纱线，图中空心圆圈所示。固定不动的纱线所示，另一组是编织纱线，图中空心圆圈所示。固定不动的纱线 以立体编织物的成形方向（轴向）在结构中基本成为一直线，并以立体编织物的成形方向（轴向）在结构中基本成为一直线，并 按其主体编织物的横截面形状分布。而编织纱线以一定的式样在按其主体编织物的横截面形状分布。而编织纱线以一定的式样在 固

20、定不动的纱线之间运动，靠其张力束紧固定不动的纱线，稳定固定不动的纱线之间运动，靠其张力束紧固定不动的纱线，稳定 立体编织物的横截面形状。立体编织物的横截面形状。 编织纱线的运动由两步运动组成。在第一步中，编织纱线以图中编织纱线的运动由两步运动组成。在第一步中，编织纱线以图中 箭头所指的水平方向和范围运动，图中相邻的纱线运动方向相反。箭头所指的水平方向和范围运动，图中相邻的纱线运动方向相反。 在第二步中，编织纱线以图中箭头所指的垂直方向和范围运动，在第二步中，编织纱线以图中箭头所指的垂直方向和范围运动， 其中相邻的纱线运动方向相反。这样就完成了编织运动的一个循其中相邻的纱线运动方向相反。这样就完

21、成了编织运动的一个循 环。然后再重复这两步。在若干编织循环之后，编织纱线就完全环。然后再重复这两步。在若干编织循环之后，编织纱线就完全 捆紧了该编织物。捆紧了该编织物。 此编织方法的一个优点是几乎可以编织任何横截面的立体编织物，此编织方法的一个优点是几乎可以编织任何横截面的立体编织物， 几乎很少有其技术限制条件。另一方面，该编织方法运动较简单。几乎很少有其技术限制条件。另一方面，该编织方法运动较简单。 运动零件少，所以也比较容易实现自动化。运动零件少，所以也比较容易实现自动化。 （2 2）、管状立体编织物的两步法）、管状立体编织物的两步法 该编织法也将所有纱线分成固定该编织法也将所有纱线分成固

22、定 不动的纱线和编织纱线两组。其中固不动的纱线和编织纱线两组。其中固 定不动的纱线为立体编织物的轴向，定不动的纱线为立体编织物的轴向， 在编织物内基本成为一直线，并按编在编织物内基本成为一直线，并按编 织物的横截面分布。所以织物的横截面分布。所以编织物的横编织物的横 截面形状与固定不动纱线在机器中的截面形状与固定不动纱线在机器中的 分布类似分布类似，编织纱线以一定式样在固，编织纱线以一定式样在固 定纱线之间运动束紧固定纱线，稳定定纱线之间运动束紧固定纱线，稳定 立体编织物的形状。立体编织物的形状。 3、小结、小结 优点：优点： 可以加工形状复杂的净型预型件，只需改变纱线的可以加工形状复杂的净型

23、预型件，只需改变纱线的 排列即可编织出各种异型结构，并且加工复杂预型件排列即可编织出各种异型结构，并且加工复杂预型件 的成本更低。的成本更低。 抗分层性能好，冲击损伤容限高。抗分层性能好，冲击损伤容限高。 可以实现自动化控制，提高生产效率及预型件质量。可以实现自动化控制，提高生产效率及预型件质量。 编织复合材料对缺口不敏感，这是由于在缺口处纱编织复合材料对缺口不敏感，这是由于在缺口处纱 线是连续的。线是连续的。 尽管如此，三维复合材料的应用仍不是很广泛。其主要的问题是预型尽管如此，三维复合材料的应用仍不是很广泛。其主要的问题是预型 件的尺寸问题，大多数工业编织机只能编织较窄的预型件，宽度件的尺

24、寸问题，大多数工业编织机只能编织较窄的预型件，宽度 最大也只有最大也只有100mm。若要加工大尺寸的编织物，必须开发大型昂若要加工大尺寸的编织物，必须开发大型昂 贵的编织机械。另外，大多数的编织机的编织速度较低。对编织贵的编织机械。另外，大多数的编织机的编织速度较低。对编织 复合材料性能的研究也不广泛，目前所研究的性能包括拉伸、压复合材料性能的研究也不广泛，目前所研究的性能包括拉伸、压 缩、弯曲、断裂韧性和疲劳性能，研究表面其模量和强度均低于缩、弯曲、断裂韧性和疲劳性能，研究表面其模量和强度均低于 层压复合材料，而层间剪切性能、层间断裂韧性、蠕变性能等尚层压复合材料，而层间剪切性能、层间断裂韧

25、性、蠕变性能等尚 无人研究。无人研究。 Part4 非织造产业用织物及其加工技术非织造产业用织物及其加工技术 一、定义一、定义 非织造布与传统纺织品中的机织物、针织物不同。非织造布与传统纺织品中的机织物、针织物不同。 机织物和针织物都是从纤维集合体（纱线或长丝）机织物和针织物都是从纤维集合体（纱线或长丝） 为基本材料，经过交织或编织而形成一种有规则的为基本材料，经过交织或编织而形成一种有规则的 几何结构。几何结构。典型的非织造布是由纤维组成的网络状典型的非织造布是由纤维组成的网络状 结构形成的。结构形成的。为了达到结构稳定，纤维网必须通过为了达到结构稳定，纤维网必须通过 施加粘合剂、热粘合等作

26、用，使纤维与纤维缠绕，施加粘合剂、热粘合等作用，使纤维与纤维缠绕， 外加纱线几何结构等予以固结。外加纱线几何结构等予以固结。 二、应用二、应用 产业领域是非织造布最广泛的应用市场，其品种繁多、产业领域是非织造布最广泛的应用市场，其品种繁多、 用途广阔、发展潜力极大。世界发达国家的产业用纺织用途广阔、发展潜力极大。世界发达国家的产业用纺织 品占纺织品总量的品占纺织品总量的30%30%左右，而左右，而非织造布拥有产业用纺非织造布拥有产业用纺 织品的织品的5060%5060%的市场的市场。目前产业用非织造布除服装用。目前产业用非织造布除服装用 料以外，还广泛地应用于（料以外，还广泛地应用于（1 1）

27、土工建筑材料、农业用。）土工建筑材料、农业用。 如土工布、房屋顶棚的防雨水材料、农业用温室的顶棚如土工布、房屋顶棚的防雨水材料、农业用温室的顶棚 材料等。（材料等。（2 2）工业用非织造布。如空气过滤材料、液）工业用非织造布。如空气过滤材料、液 体过滤材料、绝缘材料、造纸毛毯及汽车、飞机用等。体过滤材料、绝缘材料、造纸毛毯及汽车、飞机用等。 （3 3）医疗卫生用非织造布。如如包扎性医用、非包扎）医疗卫生用非织造布。如如包扎性医用、非包扎 性医用及卫生用非织造布等。（性医用及卫生用非织造布等。（4 4）日常用非织造布。）日常用非织造布。 如家庭装饰用非织造布、地毯类非织造布及非织造布涂如家庭装饰

28、用非织造布、地毯类非织造布及非织造布涂 层材料等。（层材料等。（5 5）军用非织造布。如透气防毒服装、防）军用非织造布。如透气防毒服装、防 核辐射服装、宇航服内层夹布及军用帐篷、战争急救室核辐射服装、宇航服内层夹布及军用帐篷、战争急救室 用品等。（用品等。（6 6）复合材料的骨架材料。）复合材料的骨架材料。 三、一般加工技术三、一般加工技术 非织造布在制造工艺原理上，根本不同于传统的非织造布在制造工艺原理上，根本不同于传统的 纺织品加工。它的制造工艺可以分成：纤维准备、成纺织品加工。它的制造工艺可以分成：纤维准备、成 网、粘合、烘燥、后整理、卷装等六个过程。网、粘合、烘燥、后整理、卷装等六个过

29、程。 四、四、三维正交非织造织物三维正交非织造织物 机织的三维织物发展历史悠久，作为产机织的三维织物发展历史悠久，作为产 业用三维正交非织造织物却是业用三维正交非织造织物却是20世纪为满足世纪为满足 航空航天工业对复合材料的特殊需要而发展航空航天工业对复合材料的特殊需要而发展 起来的。最初，美国的起来的。最初，美国的General Electric 和和 AVCO航空航天公司使用，后来，纤维材料航空航天公司使用，后来，纤维材料 股份有限公司进一步研究开发了三维正交非股份有限公司进一步研究开发了三维正交非 织造织物的加工工艺织造织物的加工工艺。 三维正交非织造织物的三维正交非织造织物的加工方法加

30、工方法是：是： 沿纵向放置好一个系统的纱线（或间隔沿纵向放置好一个系统的纱线（或间隔 棒，用完后，间隔棒需抽回并以该系统棒，用完后，间隔棒需抽回并以该系统 的纱线取而代之，这种方法称代换法），的纱线取而代之，这种方法称代换法）， 两个相互垂直的平面系统的纱线交替插两个相互垂直的平面系统的纱线交替插 入纵向系统纱线内部。入纵向系统纱线内部。 三维正交非织造物的代换成型法三维正交非织造物的代换成型法 三维正交非织造物的直接成型法三维正交非织造物的直接成型法 几种三维正交非织造物的结构几种三维正交非织造物的结构 1、什么是涂层织物，其产品有哪些用途？、什么是涂层织物，其产品有哪些用途？ 2、什么是层

31、压织物，其产品有哪些用途？、什么是层压织物，其产品有哪些用途？ 纺织结构复合材料纺织结构复合材料 第一节第一节 复合材料的定义与发展复合材料的定义与发展 复合材料（复合材料（Composite Material）即即CM是指将两种或两是指将两种或两 种以上的不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，种以上的不同材料，用适当的方法复合成一种新材料， 其性能比单一材料性能优越。复合材料根据其所用基体其性能比单一材料性能优越。复合材料根据其所用基体 材料不同，分为金属基复合材料；无机非金属基复合材材料不同，分为金属基复合材料；无机非金属基复合材 料和树脂基复合材料。料和树脂基复合材料。 人类在很早以前

32、就使用了复合材料。大约六千年前的陕西半坡人就人类在很早以前就使用了复合材料。大约六千年前的陕西半坡人就 掌握了用草筋增强泥坯作为墙体材料。在汉代修建的古长城瞭望塔掌握了用草筋增强泥坯作为墙体材料。在汉代修建的古长城瞭望塔 中也发现了类似的复合材料。中国古代的游牧民族在大约公元一千中也发现了类似的复合材料。中国古代的游牧民族在大约公元一千 年发明了复合材料制成的弓，这种弓是由木片或木材和角质制成。年发明了复合材料制成的弓，这种弓是由木片或木材和角质制成。 从材料的发展角度来看，第一代是天然材料（如石块、泥土、竹、从材料的发展角度来看，第一代是天然材料（如石块、泥土、竹、 木、茅草等），第二代是冶

33、炼材料（如各种金属），第三代是合成木、茅草等），第二代是冶炼材料（如各种金属），第三代是合成 材料（如各种高分子聚合物），第四代是先进复合材料。材料（如各种高分子聚合物），第四代是先进复合材料。 从国外复合材料的发展历史来看，树脂基复合材料（我国称玻璃钢）从国外复合材料的发展历史来看，树脂基复合材料（我国称玻璃钢） 已经历了六、七十年的研究和发展，早已形成了集科研、试制、生已经历了六、七十年的研究和发展，早已形成了集科研、试制、生 产、设计、检测、应用等完整的工业体系。在发达国家，各种树脂产、设计、检测、应用等完整的工业体系。在发达国家，各种树脂 基复合材料的原材料、工艺设备、研究应用及系列产

34、品的开发等日基复合材料的原材料、工艺设备、研究应用及系列产品的开发等日 趋成熟，目前正处在大发展的新阶段。金属基复合材料和无机非金趋成熟，目前正处在大发展的新阶段。金属基复合材料和无机非金 属基复合材料虽然已有三十年的发展历史，但进展速度较慢，目前属基复合材料虽然已有三十年的发展历史，但进展速度较慢，目前 仍处在研究和试制阶段，尚未形成工业体系和工业生仍处在研究和试制阶段，尚未形成工业体系和工业生产能力。产能力。 一、国外复合材料发展概况一、国外复合材料发展概况 19401940年世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树年世界上第一次用玻璃纤维增强不饱和聚酯树 脂，采用手糊成型工艺和抽真空固化方

35、法制成了军用飞脂，采用手糊成型工艺和抽真空固化方法制成了军用飞 机的雷达罩。机的雷达罩。19421942年美国人用手糊成型工艺制造了第一年美国人用手糊成型工艺制造了第一 艘玻璃钢鱼船。艘玻璃钢鱼船。19461946年美国人发明了使用连续玻璃纤维年美国人发明了使用连续玻璃纤维 缠绕生产压力容器的工艺方法。缠绕生产压力容器的工艺方法。19501950年环氧树脂的工业年环氧树脂的工业 化生产大大推动了复合材料的发展。化生产大大推动了复合材料的发展。19591959年美国联合碳年美国联合碳 化物公司实现了从人造纤维制造碳纤维的工业生产，碳化物公司实现了从人造纤维制造碳纤维的工业生产，碳 纤维的出现和发

36、展是复合材料发展史上的又一个里程碑。纤维的出现和发展是复合材料发展史上的又一个里程碑。 2020世纪世纪7070年代出现了芳纶（年代出现了芳纶（KevlarKevlar）纤维增强复合材料、纤维增强复合材料、 硼纤维增强复合材料、碳化硅纤维增强复合硼纤维增强复合材料、碳化硅纤维增强复合 材料、氧化铝纤维增强复合材料等一系列先进复合材料。材料、氧化铝纤维增强复合材料等一系列先进复合材料。 复合材料的迅速发展也推动了复合复合材料的迅速发展也推动了复合材料成型工艺的发展，材料成型工艺的发展， 出现了多种成型工艺。其发展历史见下表：出现了多种成型工艺。其发展历史见下表： 表表 复合材料发展简史复合材料发

37、展简史 19321932，现代复合材料诞生现代复合材料诞生，美国；美国； 19421942，手糊工艺手糊工艺，美国美国，雷达罩、飞机油箱；雷达罩、飞机油箱； 19441944，玻璃钢夹层结构，玻璃钢夹层结构，美国美国，飞机机身、机翼；飞机机身、机翼； 19461946，纤维缠绕成型，纤维缠绕成型，美国美国，专利；专利； 19501950，真空袋和压力袋成型，真空袋和压力袋成型，美国美国，直升机螺旋桨直升机螺旋桨 6060年代，纤维缠绕工艺，年代，纤维缠绕工艺，美国美国，导弹发动机壳体、高压容器；导弹发动机壳体、高压容器； 19611961，片状模塑料（，片状模塑料（SMCSMC），德国德国，各

38、种制品；各种制品； 19631963，玻璃钢板材，玻璃钢板材，美法日美法日，透明玻璃钢及夹层结构板材；透明玻璃钢及夹层结构板材； 19651965，SMCSMC，美、日美、日，各种构件；各种构件； 50506060，挤拉法工艺挤拉法工艺，美国美国 棒材、各种截面制品；棒材、各种截面制品； 7070年代，树脂反应注射成型年代，树脂反应注射成型( (RIM)RIM)，美国；美国； 7070年代，增强树脂反应注射成型年代，增强树脂反应注射成型( (RRIM)RRIM)，美国，卫生洁具、美国，卫生洁具、 汽车零件；汽车零件； 197219727575，热塑性片状模塑料热塑性片状模塑料，美国，成型周期短

39、、废料可回美国，成型周期短、废料可回 收；收； 8080年代，湿法生产年代，湿法生产热塑性片状模塑料热塑性片状模塑料( (GMT)GMT)，法国，汽车；法国，汽车； 60608080，离心浇注成型工艺离心浇注成型工艺，瑞士、英国瑞士、英国，大口径负压管道。大口径负压管道。 关于复合材料的开发应用，各国的发展途径有所不同。关于复合材料的开发应用，各国的发展途径有所不同。 美国首先在军工方面应用，二次世界大战后，逐渐转以民用为美国首先在军工方面应用，二次世界大战后，逐渐转以民用为 主。西欧各国则直接从发展民用复合材料产品开始（如波形板、防主。西欧各国则直接从发展民用复合材料产品开始（如波形板、防

40、腐管道、卫生洁具等）兼顾军工。腐管道、卫生洁具等）兼顾军工。 就全世界而言，目前已形成了从原材料、成型工艺、就全世界而言，目前已形成了从原材料、成型工艺、 机械设备、产品种类及性能检验等较完整的工业体系。机械设备、产品种类及性能检验等较完整的工业体系。 现代复合材料工业开始于现代复合材料工业开始于20世纪世纪40年代，迄今有半个世纪，但从年代，迄今有半个世纪，但从 其发展首都及规模、应用的范围和产量、对现代科技及生产进步的其发展首都及规模、应用的范围和产量、对现代科技及生产进步的 影响和推动，以及从其自身的科学研究的深度与广度诸方面来看，影响和推动，以及从其自身的科学研究的深度与广度诸方面来看

41、， 现代复合材料领域中所取得的成就，超过了人类历史上所曾经使用现代复合材料领域中所取得的成就，超过了人类历史上所曾经使用 过的任何其它类型的材料。特别是过的任何其它类型的材料。特别是20世纪世纪70年代以来，随着宇航、年代以来，随着宇航、 导弹、原子能、高速运载工具等现代技术的迅速发展，现有的钢铁导弹、原子能、高速运载工具等现代技术的迅速发展，现有的钢铁 及合金已很难满足要求。而碳纤维及其增强复合材料还具有一般碳及合金已很难满足要求。而碳纤维及其增强复合材料还具有一般碳 材料的各种优良特点，如密度小、耐热、耐化学腐蚀、耐热冲击、材料的各种优良特点，如密度小、耐热、耐化学腐蚀、耐热冲击、 热膨胀

42、小、耐烧蚀等，在热膨胀小、耐烧蚀等，在2000以上的高温惰性环境中，碳材料是以上的高温惰性环境中，碳材料是 唯一强度不下降的材料。因此，又碳纤维增强的树脂、陶瓷、金属唯一强度不下降的材料。因此，又碳纤维增强的树脂、陶瓷、金属 等复合材料的研制和应用得到了迅速发展。等复合材料的研制和应用得到了迅速发展。 二、我国复合材料的发展概况二、我国复合材料的发展概况 虽然虽然2000多年前我国已开始研究用漆、麻、竹和丝多年前我国已开始研究用漆、麻、竹和丝 等制成复合材料，并用它制造成容器、果盘、戈、弓等制成复合材料，并用它制造成容器、果盘、戈、弓 等制品，然而后来没有发展，仅保留有一些漆器、漆等制品，然而

43、后来没有发展，仅保留有一些漆器、漆 雕等工艺品。雕等工艺品。 用玻璃纤维增强树脂这种现代复合材料，在我国始用玻璃纤维增强树脂这种现代复合材料，在我国始 于于1958年，当时的原建材部赖际发部长年，当时的原建材部赖际发部长1956年访前苏年访前苏 联回来后发起的，并为其取名为联回来后发起的，并为其取名为“玻璃钢玻璃钢”。玻璃钢。玻璃钢 在我国是以军工起家的，但也注意到民需品。下表为在我国是以军工起家的，但也注意到民需品。下表为 我国复合材料的发展简史。我国复合材料的发展简史。 表：我国复合材料发展简史表：我国复合材料发展简史 19581958，手糊工艺研制玻璃钢船、层压和卷，手糊工艺研制玻璃钢船

44、、层压和卷 制工艺研制玻璃钢板、管和火箭筒等；制工艺研制玻璃钢板、管和火箭筒等； 19601960，在北京、上海和哈尔滨成立了研究，在北京、上海和哈尔滨成立了研究 机构；机构； 19611961，研制成玻璃钢耐烧蚀端头；，研制成玻璃钢耐烧蚀端头； 19621962，引进不饱和聚酯树脂和蜂窝成型机引进不饱和聚酯树脂和蜂窝成型机 及喷射成型机、研究飞机螺旋桨及风洞叶片研及喷射成型机、研究飞机螺旋桨及风洞叶片研 究缠绕工艺，生产氧气瓶等压力容器；究缠绕工艺，生产氧气瓶等压力容器； 19701970，手糊夹层板结构制造了手糊夹层板结构制造了4444m m大型玻璃大型玻璃 钢雷达罩；钢雷达罩； 1972

45、1972，设立复合材料专业；设立复合材料专业； 19751975，成立玻璃钢学会（原名玻璃钢成立玻璃钢学会（原名玻璃钢/ /复合复合 材料专业委员会）；材料专业委员会）； 19801980，成立复合材料学会。成立复合材料学会。 我国两会的学术刊物分别是我国两会的学术刊物分别是“玻璃钢玻璃钢/ /复合材复合材 料料”和和“复合材料学报复合材料学报”。19711971年以前我国的年以前我国的 复合材料工业主要是军工产品，复合材料工业主要是军工产品，7070年代后开始年代后开始 转向民用，转向民用，8080年代中后期各地大量引进国外先年代中后期各地大量引进国外先 进技术。如在原材料方面，引进了池窖拉

46、丝、进技术。如在原材料方面，引进了池窖拉丝、 短切毡、表面毡、缠绕纱、喷射纱及各种牌号短切毡、表面毡、缠绕纱、喷射纱及各种牌号 聚酯和环氧树脂等生产技术；在成型方面，引聚酯和环氧树脂等生产技术；在成型方面，引 进了缠绕管、缶生产线，挤拉生产线，进了缠绕管、缶生产线，挤拉生产线，SMCSMC生产生产 线，连续制板机组，树脂传递模塑线，连续制板机组，树脂传递模塑( (RTM)RTM)成型机成型机 组，喷射成型技术，树脂注射成型技术及渔竿组，喷射成型技术，树脂注射成型技术及渔竿 生产线等先进工艺及设备。由此我国形成了从生产线等先进工艺及设备。由此我国形成了从 研究、设计、生产及原料配套的较完整的体系

47、。研究、设计、生产及原料配套的较完整的体系。 主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船 等工业领域。等工业领域。 三、纺织加工的复合材料分类三、纺织加工的复合材料分类 几乎所有纺织加工的产品都可以用于复合材几乎所有纺织加工的产品都可以用于复合材 料，例如两向平面机织物、三向平面机织物、料，例如两向平面机织物、三向平面机织物、 立体机织物、平面针织物、非织造布产品、平立体机织物、平面针织物、非织造布产品、平 面编织物、立体编织物、连续复丝、连续纱线、面编织物、立体编织物、连续复丝、连续纱线、 短纤维等。短纤维等。 复合材料按增强纤维的结构进行的分类复合材料

48、按增强纤维的结构进行的分类 连续复丝或纱线连续复丝或纱线 纤维增强复合材料纤维增强复合材料 分散短纤维分散短纤维 叠层叠层 随机取向随机取向 最佳取向最佳取向 纺织结构纺织结构 多向多向单向单向 平面平面 立体立体 立体织造立体织造 立体编织立体编织 织造织造 三轴向织造三轴向织造 针织针织 编织编织 分散短纤维不管是随机取向或以最佳取向分布所制成分散短纤维不管是随机取向或以最佳取向分布所制成 的复合材料，其机械性能都比不上以连续复丝或纱线所的复合材料，其机械性能都比不上以连续复丝或纱线所 制成的复合材料。对于用连续复丝或纱线进行叠层所制制成的复合材料。对于用连续复丝或纱线进行叠层所制 成的复

49、合材料，不管连续复丝或纱线以一个方向排列或成的复合材料，不管连续复丝或纱线以一个方向排列或 多方向排列，以及用平面机织物、平面针织物、平面多方向排列，以及用平面机织物、平面针织物、平面 编织物等进行叠层所制成的复合材料，这些复合材料都编织物等进行叠层所制成的复合材料，这些复合材料都 存在一个共同的缺点，表现在厚度方向机械性能差，这存在一个共同的缺点，表现在厚度方向机械性能差，这 是由于在载荷的反复作用下层与层之间脱开所造成。是由于在载荷的反复作用下层与层之间脱开所造成。 而立体机织物和立体编织物显著地提高了厚度方向的而立体机织物和立体编织物显著地提高了厚度方向的 机械性能。由于它们结构的整体性

50、，在厚度方向的拉力机械性能。由于它们结构的整体性，在厚度方向的拉力 和与厚度方向垂直的剪切力作用下，有很好的机械性能，和与厚度方向垂直的剪切力作用下，有很好的机械性能， 并将发生裂缝的可能性降低到最小程度。并将发生裂缝的可能性降低到最小程度。 一般的复合材料是由两种或两种以上连续物质进行一般的复合材料是由两种或两种以上连续物质进行 复合而制成，其中一相起增强作用，称为复合而制成，其中一相起增强作用，称为增强材料增强材料， 另一相对增强材料起敛集、粘附作用，称为另一相对增强材料起敛集、粘附作用，称为基体材料基体材料。 对于纤维增强材料，立体织物是近几十年发展起来的对于纤维增强材料，立体织物是近几

51、十年发展起来的 性能最优越的结构。它不仅可以制成矩形截面的复合性能最优越的结构。它不仅可以制成矩形截面的复合 材料预制件，还可以制成由矩形截面组合而成的预制材料预制件，还可以制成由矩形截面组合而成的预制 件，例如工字型、槽钢型、角钢型等预制件，以及还件，例如工字型、槽钢型、角钢型等预制件，以及还 可以制圆管型、锥管型、凸面管等结构形状的预制件，可以制圆管型、锥管型、凸面管等结构形状的预制件， 甚至它可以直接制造出最终产品复杂形状的预制件。甚至它可以直接制造出最终产品复杂形状的预制件。 立体织物增强复合材料开始主要应用于航空、航天立体织物增强复合材料开始主要应用于航空、航天 领域，特别是军用航空

52、、航天领域，例如用立体织造领域，特别是军用航空、航天领域，例如用立体织造 技术生产的碳技术生产的碳碳复合材料应用于返回式卫星的热碳复合材料应用于返回式卫星的热 屏蔽层、喷气发动机的喉管、火箭喷管及其它高温部屏蔽层、喷气发动机的喉管、火箭喷管及其它高温部 件，现已推广到发动机、汽车、机械、化工、纺织等件，现已推广到发动机、汽车、机械、化工、纺织等 许多工业许多工业部门，例如涡轮机零件、活塞环、制动器、部门，例如涡轮机零件、活塞环、制动器、 扭杆、转子轴、自行车三脚架、片簧等。扭杆、转子轴、自行车三脚架、片簧等。 四、其它类复合材料简况四、其它类复合材料简况 金属基复合材料自上世纪金属基复合材料自上世纪60年代末美国首次研年代末美国首次研 究成功究成功B/AL复合材料，并用此代替铝合金制造航天飞复合材料，并用此代替铝合金制造航天飞 行器桁架支柱以来，深受各先进国家的重视。由于金行器桁架支柱以来，深受各先进国家的重视。由于金 属基复合材料具有高比强、高比模、