飞机结构设计必看！复材机织、针织、编织、缝合、NCF织物

飞机结构设计里，用到的复合材料除了单向带外，还会用到另一种类型的复材，即织物，对应的复材称为纺织复合材料。本文介绍了飞机结构上主要用到的几类纺织复合材料的基本概念和组织形式。

纺织复合材料（textile composites）

定义：是纤维增强复合材料的一种高级形式，由增强纤维通过纺织加工方法而获得的二维或三维形式的纺织增强结构，再与基体材料结合。

目的：提高层间性能、抗分层性能。

分类（根据加工方式）：机织、针织、编织、缝合、NCF、非织造。

机织（weaving）

定义：由两个相互垂直排列的纱线系统（经纱、纬纱），按照一定的规律交织而成。

分类：平纹、斜纹、缎纹。

力学特点：面内性能优异，但存在纤维屈曲，强度利用率低于单向带；抗分层能力差，是其主要痛点。

应用：主要用于飞机次承力结构。

针织（knitting）

定义：由一系列纱线线圈相互串套连结而成，基本单元为线圈。

分类：经编、纬编。

力学特点：延伸率和抗冲击性好，适合复杂曲面成型。主要问题是织造时纤维损伤大，导致强度偏低。

应用：主要用于飞机次承力结构。

编织（braiding）

定义：由若干携带编织纱的编织锭子、沿着预先确定的轨迹在编织平面上移动，使得所携带的编制纱在编织平面上方某点处相互交叉或交织构成空间网络状结构。

分类：平纹、方平、Hercules。

力学特点：整体性极佳，从根本上解决分层问题。抗冲击、抗损伤、耐疲劳性能优异，综合力学性能突出。

应用：可用于主承力结构。

缝合（stitching）

定义：将多层织物沿其厚度方向用缝线缝合成预成型件。

分类：锁式缝合、改进的锁式缝合、链式缝合、Tufting 缝合、暗缝和双针缝合。

力学特点：显著提升层间剪切和抗冲击性能，代价是会损伤面内纤维，面内性能有所降低。

应用：可用于主承力结构。

NCF织物（ Non-Crimp Fabric）

定义：是将0°、90°、±45°等不同角度的纱层依次铺设，然后用多轴向经编机把满穿的梳栉做经平或编链运动而将各纱线层固接在一起的过程。允许非织造织物作为其表面，提高基体浸渍和涂覆性能。

与缝合工艺的区别：厚度方向的纱线仅仅起到固定作用，不提供厚度方向的力学性能。

力学特点：纤维近乎完全平直，强度与模量利用率极高，接近单向预浸料。同时避免了传统机织的屈曲问题。

应用：可用于主承力结构。