1.2.2 三维编织方法

三维编织法中纤维的交叉情况如图1-10所示。纤维在三维空间中相互交织交叉在一起，不但在平面内相互交织，而且在厚度方向亦相互交织，从而形成了一个不分层的整体结构，提高了编织件的整体性能，将得到的预制体经树脂浸渍后最终形成制件。

图1-10 三维编织纤维交叉情况

Quadrax Advanced Materials公司提出四步法加工工艺，杜邦公司开发了两步法加工工艺，对三维编织的工艺理论进行了研究。此项技术的发展促进了多向增强复合材料在航空工业中的应用，受到了各工业发达国家的极大关注，美国3TEX公司、德国Herzog公司的三维编织机如图1-11所示。

图1-11 美国3TEX公司和德国Herzog公司的三维编织机

近几年，美国3TEX公司、德国Herzog公司、日本京都工艺纤维大学等都开发了先进的三维织造机，运行速度较高，配合专用的大容量携纱器可实现更大轴向尺寸预制体的编织。美国3TEX公司发明了一种自动三维编织机和方法（见图1-12），可生产复杂、无缝结构的预制体，且预制体是通过交错与非交错纤维系统编织而成，可编织35种截面形状的预制体结构。

图1-12 美国3TEX公司的自动三维编织机原理

法国国立高等纺织工艺学校（ENSAIT）开发了多轴三维编织机（其主要编织区见图1-13），解决了织造带中纱线存在偏差的问题。

图1-13 法国ENSAIT多轴三维编织机

图1-14所示为亚特兰大研究所生产的三维织造件。然而，三维编织技术多数情况下只用于制备截面尺寸变化较小的预制体，对于复杂结构的预制体需通过在编织过程中改变纤维排布或数量，使得加工工序复杂化，不易于自动化控制。

随着国内对三维编织复合材料研究的逐渐深入，对三维编织复合材料成形技术的研究已经取得了许多成果，也相继开发了多种三维编织成形设备，常见的三维编织机主要有圆形模块式组合三维编织机和矩形模块式组合三维编织机。北京柏瑞鼎科技有限公司发明的三维旋转编织机实现了轴向尺寸更大的预制件的编织，如图1-15所示。

图1-14 三维织造件

图1-15 北京柏瑞鼎三维旋转编织机

北京航空航天大学对传统四步法三维编织工艺进行了改进研究，通过合理排布和增加轴向纱，使得加工得到的编织预制体不仅包含了传统四步法编织预制体中的所有轴向束，在其余的编织束交叉空隙中也加有轴向束，显著提高了预制体的轴向性能。图1-16所示为采用改进编织工艺前后纱线排布的对比。

图1-16 四步法三维编织的纱线排布

a）传统四步法 b）改进后的四步法

1—编织束2—轴向束3—空隙

天津工业大学开发了一种新型多轴三维编织预成形和编织技术，由多层不同的纱集，包括偏差、扭曲、填充并将Z向纱层排列和锁定在一个矩形框中。其预成形原理图如图1-17所示。

图1-17 天津工业大学开发的新型多轴三维编织预成形原理图