三維編織好處很多，最主要的一點是其克服了傳統(tǒng)復合材料夾層式結(jié)構(gòu)，提高了抗分層能力，在一些結(jié)構(gòu)件中可以做到一次成型，是一種連續(xù)纖維的增強結(jié)構(gòu)。正由于這個巨大優(yōu)勢，使其非常適合各種曲面體、異形結(jié)構(gòu)件，其材料損耗小、自動化程度高。主要應用在航空航天領(lǐng)域，未來，三維編織技術(shù)將向著大尺寸超厚高密度曲面體三維編織技術(shù)、超大截面尺寸三維編織技術(shù)等方向發(fā)展。

三維編織復合材料編織工藝

簡單的來說，三維編織是在二位編織的基礎上增加了厚度方向的紗線，從而織出立體整體的織物高新紡織技術(shù)。三維編織復合材料的編織工藝有兩步法、四步法、多層聯(lián)結(jié)編織法和多步法等，其中四步法和兩步法是目前該領(lǐng)域使用最主要的兩種方法。四步法可以編織許多不同截面的結(jié)構(gòu)，如板狀、管狀、半柱狀和柱狀等。兩步法適合編織非常厚的結(jié)構(gòu)，可以編織板狀、管狀等結(jié)構(gòu)。

國外有種編織工藝QISO就是單層中混用三軸向結(jié)構(gòu)，即在周向上加入第三組紗線，為斜交紗線，它們位于軸向紗線的上下。因此，可以在部件所需部位提供精準單項增強與偏軸向增強雙重作用， 從而提高織物損傷容限，改善能量吸收。美國Spirit航空公司制作的集成化飛機桁條加強版就是采用此種技術(shù)。

還有一種比較典型的是干纖維自動編織技術(shù)。具體是將編織物纏繞鋪放在模具當中，經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸漬，再通過真空樹脂傳遞模塑工藝固化成型。一般可用于飛機上結(jié)構(gòu)進氣系統(tǒng)。

三維編織復合材料成型工藝

三維整體編織復合材料的成型工藝主要有模壓成型、擠拉成型、真空浸漬成型、RTM 成型和 VARTM 成型等， 其中以RTM ( 樹脂傳遞模塑) 工藝和真空浸漬法最為常用。

1. RTM成型工藝

RTM是樹脂傳遞模塑工藝(Resin Transfer Molding)，一般指在模具的型腔里預先放置增強材料，夾緊后，在一定的溫度和壓力下將樹脂注入模具，浸漬織物增強體并固化，最后脫模得到制品的復合工藝。RTM成型工藝是從濕法鋪層和注塑工藝演衍出來的一種新的復合材料成型工藝，是目前航天航空先進復合材料的發(fā)展方向之一。

2. 真空浸漬法

相比RTM工藝，真空浸漬法簡單方便。其制備工藝如下：先將環(huán)氧樹脂基體加熱至某一溫度，進行真空脫氣處理，然后注入到預先鋪好三維織物的模具內(nèi)，再次抽真空脫氣，待氣泡完全排出后，按所需溫度進行固化，冷卻后脫模即可。但是該成型方法形成的制件孔隙率比較高，大概在3%～5%之間，適合于強度要求較低的制件成型。

三維編織復合材料應用領(lǐng)域

由于三維編織復合材料是完全的整體結(jié)構(gòu)不分層，所以其比強度、比模量高，具有優(yōu)良的力學性能和功能，使采用復合材料來制作主承力結(jié)構(gòu)件和特殊的具有多種功能的制件成為可能。但由于三維編織復合材料制造成本非常高，導致目前主要應用于國防軍工、航空航天等領(lǐng)域。比較典型的有航空渦扇發(fā)動機風扇葉片、飛機起落架、螺旋槳、大曲率機骨架、機翼、飛機蒙皮、飛機進氣道、航空發(fā)動機機匣、飛船關(guān)鍵連接件、火箭發(fā)動機噴管及密封調(diào)節(jié)片、衛(wèi)星桁架、燃燒室內(nèi)襯、導彈頭錐以及氮化硅纖維增強的導彈天線罩透波材料、耐磨損剎車片材料各類固體火箭發(fā)動機喉襯材料等功能件和承力連接件?，F(xiàn)就其它應用領(lǐng)域前景做介紹。

熱塑性CFRTP推廣相對較緩，主要是因為熔融的熱塑性樹脂粘度較高，比較難以浸潤到碳纖維之間。但隨著近幾年可將碳纖維和熱塑性樹脂薄膜通過層壓加熱方式，提高熱塑性樹脂浸潤碳纖維的能力，使得熱塑CFRTP板材和帶狀板材得以發(fā)展。而三維編織技術(shù)，可使纖維相互交錯制造中空管材。具體制作程序為：使用CFRTP單向預浸帶，通過編織成型制造中空管材，再將編織成型的中空管材加熱，使之熔融，施加壓力的同時進行冷卻，最終成型中空管材。此外，因為使用了熱塑性樹脂，使其加工的管材更具多樣性，比如加熱后可以根據(jù)用途改變形狀，并可接合且無需粘結(jié)劑。

 

2.突破傳統(tǒng)的異形構(gòu)件—“飛揚”火炬

2022年“飛揚”火炬是變徑，變曲率的異形構(gòu)件。加上表面自上而下的祥云條紋，制作難度很高。而此火炬就是由云路復合材料有限公司采用自動化立體編織工藝制備而成。

3.剎車盤—碳/碳復合材料預制體

國外采用3D織物制備的碳/碳復合材料先進預制體已多年，但在國內(nèi)普及和商用并不多。在此領(lǐng)域，三維編織技術(shù)可應用于飛機剎車盤。目前世界上60余種型號飛機采用碳/碳復材剎車盤，但傳統(tǒng)碳/碳復材剎車（大部分采用針刺技術(shù)）盤有其弊端，比如抱和力較差，分層變形等。三維編織可克服傳統(tǒng)工藝缺點，改善分層問題，并提升綜合力學性能。

 

4.光伏熱場—碳/碳復合材料坩堝

隨著光伏熱場領(lǐng)域里晶硅制造行業(yè)向大尺寸、高品質(zhì)方向發(fā)展，碳/碳復合材料坩堝也逐漸超大尺寸方向發(fā)展。但傳統(tǒng)的碳/碳復合材料坩堝制備技術(shù)在其朝大尺寸、形狀復雜結(jié)構(gòu)功能一體化方向上有所制約，而三維編織技術(shù)能很好地實現(xiàn)坩堝預制件大尺寸、高精度制作，并克服傳統(tǒng)針刺預制體存在的的缺陷。例如三維編織工藝制備的預制體密度比傳統(tǒng)工藝制備的坩堝預制體密度大0.4g/cm³左右（傳統(tǒng)坩堝密度為0.3-0.4 g/cm³，三維編織制備的密度為0.7-0.8 g/cm³）。密度的提升可使預制體在后續(xù)碳化過程中的質(zhì)量損失與體積收縮現(xiàn)象得到大幅改善。此外，由于三維編織工藝采用連續(xù)一體化智能成型生產(chǎn)，生產(chǎn)效率較傳統(tǒng)工藝可提升20%至30%。

三維編織復合材料是高技術(shù)領(lǐng)域中的一類新型先進復合材料，可制造高溫功能結(jié)構(gòu)材料，也可作為防護材料。此外在醫(yī)學領(lǐng)域也可制造生物醫(yī)學材料，比如采用三維編織工藝制備生物支架等。

雖然三維編織技術(shù)優(yōu)點多多，并適合多種異形構(gòu)件，但目前國內(nèi)的商業(yè)應用仍相對較少，制約三維編織技術(shù)推廣的原因主要有研究起步晚、設備的自主研發(fā)、編織技術(shù)創(chuàng)新、數(shù)字化設計理論、在線檢測技術(shù)、自動化與智能化控制技術(shù)等問題。除此之外，三維編織技術(shù)制造成本也非常高，一般適用于高端產(chǎn)品領(lǐng)域。