1 前言
    航空和航天業的發展促進了紡織復合材料的研究,整體中空層連織物復合材料應運而生。對于這種材料，除要求其具有傳統紡織復合材料所具有的高比強度和比剛度、可設計性強、抗疲勞、耐腐蝕性能好以及特殊的電磁性能等獨特優點外,還必須盡可能的輕,為堅硬的表面層提供足夠的空間^[2]。然而，這兩方面的要求（厚度、重量）并不足夠。中空本身必須同樣具有足夠的硬度和強度來承受預設的載荷而不產生過多的變形和破壞。
    整體中空層連織物復合材料的結構如圖1所示。此種材料在隔音、防火等方面具有極其優越的性能，中間有比較均勻的空間可實現電纜、電子監控器等的預埋。整體中空層連復合材料在國內發展起步較晚，目前應用空間廣，但材料結構只局限于一種。本文設計了兩種結構，重點說明結構材料應用的優越性。

       
2 結構設計
2.1 “8”字形結構
    目前比較熟悉的結構為“8”字形結構，如圖2所示。結構形式為：接結經紗A與緯紗1交織后，就與下層同樣位置的緯紗2交織，從上層自然過渡到下層，在下層與緯紗4交織后開始下個“8”字的循環；接結經紗B同樣的從下層與緯紗2交織后引向上層同位置緯紗1。這種結構的交織形式，很好地保證了兩根接結經紗都同時與同一根緯紗交織，“8”字的站占互相垂直。該“8”字形結構材料上下層表面組織均采用重平組織，這主要是由于平紋組織交織點數多，結構穩定。另外考慮到減少用紗量以及保證材料的力學性能，終確定采用重平組織。

            
    “8”字形結構材料特點為：接結經紗在空間均勻分布且較為密集，可提供良好的支撐，應力分布也均勻，結構穩定。從結構上可以看出，當材料表面受到破壞時，由于紡織材料的特殊性能，保證了破壞形式不向四周擴散，很好地解決了傳統材料在此方面的弱點。
2.2“88”字形結構
    改變結構設計也就是改變芯材的排列及密度。新結構是在“8”字形結構基礎上變化而來的“88”字形結構,如圖3所示。結構形式為：在“8”字形結構基礎上，不改變面板密度與芯材高度，兩個“8”字循環后空一個“8”形成一個空間，即“88”字形。當結經紗形成兩次接結后，不立刻進入下個“8”字的循環，而是分別在上下層以平紋交織，成“W”固結，空間上明顯形成一段空格，芯材同樣是呈規律排列，單位面積內芯材個數減少，但接結經紗與上下緯紗交織增加。[-page-]

         
  “88”字形結構材料特點為：①完全具備“8”字形結構材料的特點；②形成了分布均勻且對應于上下層面板的高強度空間，可方便安插物件；③在同樣原料的條件下，還可提高材料的面密度，從而使材料具有更加優越的力學性能。
3 力學性能測試
    整體中空層連織物復合材料其力學性能影響因素中的一個重要指標為材料的中空高度。圖4所示為材料平拉、平壓、剪切強度與中空高度的關系曲線。理論上材料高度在3~50mm范圍內可以實現。

                
    試驗中試件為同樣高度(1cm)，相同面板經緯密的玻璃纖維中空織物復合材料，結構為單8與雙8兩種，均以環氧樹脂復合成型。
3.1 側拉性能對比
    如圖5、6，分別為兩種結構材料側拉實驗的位移-載荷圖。從材料斷面可知兩者側拉的破壞形式一致，大破壞載荷雙8字結構高于單8字結構，說明需要較大的載荷才能將雙8字結構材料拉斷。這主要是由于單8字結構的材料接結經紗在兩層面板間接結比“88”字結構密集，而“88”字結構材料接結經紗在與上下層面板間連接每一循環后與面板緯紗平紋交織，從而提高了面板強度。從表1的實驗數據可以看出，受力時應力集中于先受力的面板，所以性能多取決于面板強度。

         
3.2 平壓性能對比[-page-] 
    從表2可以看出，材料在受平壓時，加載于材料面板，芯材亦承受壓力并提供支撐。在材料相同面板密度條件下雙8比單8少一組接結紗,因而承受壓力的能力比單8較差。但考慮在單位面積內具有相同的芯材數目,“88”結構將極大的提高面板的密度，隨面板密度的提高，材料力學性能顯著提高，所以“88”結構材料抗壓性能優于“8”結構。

        
3.3 低速沖擊(LVI)性能對比
    整體中空層連復合材料受沖擊時，面板承受了絕大多數的能量。如圖7所示，在一定能量范圍內，芯材不受破壞，超出范圍后，也就是面板完全沖破后芯材才開始破碎，且破壞均出現在破壞點處而不向邊緣擴散。對于雙8結構,接結經紗與面層交織點少,在空隔段承受能力弱。但是,結構依然能提供較好的整體性，破壞不擴散，承受能力相差不大。

          
4 結論
    (1)整體中空層連復合材料采用玻璃纖維為原料,充分利用原料不燃、不腐爛、耐熱、拉伸強度高、斷裂伸長率小、絕熱性和化學穩定性好的優點；
    (2)“88”字結構材料提供了更加大且均勻的預埋空間；
    (3)“88”字結構材料具有更加優越的側拉性能；
    (4)在單位面積內具有相同芯材密度條件下,“88”字結構材料平壓性能、低速沖擊性能突出。
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