[发明专利]三维多层‑中空纤维增强织物

说明书

技术领域

本发明涉及一种织物结构，属于复合材料技术领域。

背景技术

纤维织物增强复合材料，包括以树脂、陶瓷、混凝土为基体纤维织物增强复合材料，具有轻质、高强、综合性能优异的优点，近年来在建筑、水利、堤坝防护、交通运输等领域的应用越来越广泛。

目前的纤维织物增强复合材料的织物增强结构形多为二维织物、三维中空织物或经编三维间隔织物，单层的二维织物增强形式不能实现与基体材料的三维复合，存在二维的增强两相层间界面，而将多层二维织物叠层为三维再与基体复合的三维叠层二维织物增强又会产生层间剪切性能差，易分层的问题，且施工复杂。而目前的经编三维间隔织物采取“手拉手”圈圈相连的针织结构，织物中纱线彼此成圈套结形成三维织物，存在以下问题：

1、成圈组织中纱线屈曲较大，内部增强纤维弯曲很大，交织点多，不利于应力波在增强结构的传播，易导致应力集中，降低纤维的使用性能；

2、经编三维织物成圈后造成的延伸性，无法让纤维承担应力，发挥其本应具有的增强作用；

3、成圈套结的增韧作用也不能全部发挥织物的作用，当水泥基材料断裂后，经编织物的增韧作用滞后；

4、三维间隔经编织物纱线的成圈及屈曲不适于无机高性能纤维（玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、陶瓷纤维等）的应用，限制了TRC在更广泛的领域的应用和推广。

现有三维中空间隔织物，上下两层均为单层，在抗拉伸、抗弯曲、抗穿刺、抗磨损等性能上存在不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种增强结构的整体性强、增强增韧、抗折抗裂、使用便捷、低成本的三维多层-中空纤维增强织物。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种三维多层-中空纤维增强织物，包括第一层、第二层和位于所述第一层和第二层之间的中间层；所述第一层由第一经纱和第一纬纱交织形成二维组织；所述第二层由第二经纱和第二纬纱交织形成三维多层组织；所述中间层由连接所述第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构；所述垂经线分别与所述第一纬纱和第二纬纱交织，用以将所述第一层、第二层和中间层织成三维整体结构。

上述本发明公开的三维多层-中空纤维增强织物的技术方案的工作机理及有益效果陈述如下：

本发明的三维多层-中空纤维增强织物包括第一层、第二层和位于中间层，由垂经线将第一层、第二层和中间层织成三维整体结构，这是与三维立体经编间隔织物的组织结构完全不同，其空间结构存在X、Y、Z方向分布的三向纱，具有三维中空结构（中间层由分别连接第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构）和三维多层组织结构二者所具有的优良性能。

同时，本发明的织物基本组织形态是“肩并肩”，纤维顺向根根并立，充分发挥纤维增强的作用，同时增韧效果更好，整体性强，受力时各经纬纱线受力协同效应强。

本发明的三维多层-中空纤维增强织物中的三维多层组织所具有的结构大大提升了抗拉伸、抗弯曲、抗冲击、抗穿刺和抗侵彻性能。

概括上述本发明的三维多层-中空纤维增强织物技术方案的有益效果是：

1）良好的抗冲击性能：三维多层组织中的第二纬纱呈直线状态，而第二经纱呈近似直线状的空间反射式分布，当受到冲击作用时，冲击作用点处的纱线可以通过垂经线迅速将冲击载荷及冲击能力传递到第二层的三维多层组织中，再沿直线型的第二经纱和第二纬纱以应力波的形式向更远的范围扩散与、传播，将点作用力迅速转化为面作用力和体作用力，因此具有良好的抗冲击性能。

2）良好的抗拉伸性能：第二层的三维多层组织中的第二经纱和第二纬纱沿材料长度及宽度方向均匀顺向伸展，并彼此交织连接，因此纤维的顺向性、整体性强，且在材料内部分布均匀，收拉伸载荷作用时，这种顺向排布连接的三维多层机织纱线共同承受拉伸作用力，且因机织纱比三维经编间隔织物纱弯曲变形小，不易因变形过大而率先产生与基体混凝土界面分离破坏，因此纤维织物与混凝土复合材料拉伸性能非常好。

3）良好的防穿刺性能：第二层的三维多层组织的第二经纱和第二纬纱的纱线彼此紧密交织形成整体，且在厚度方向成多层分布，在外力穿刺时，会受到第二层的三维多层组织中的经纬纱的层层阻隔，可有效避免外部环境尖锐物体如刀具、尖木、尖石等引起的穿刺损伤。

本发明不仅解决了织物作为TRC的增强骨架的不足，弥补了传统结构材料的缺陷，同时也在已有国内外研究基础上进行推陈出新，性能更好，应用更广泛。