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高性能纺织结构柔性材料与增强材料的技术进展
作者:波音直营平台

  高性能纺织结构柔性材料应用范围广、技术和行业跨度大、性能与功能要求高,是纺织产业与战略新兴产业结合的重要领域,发展日益趋向轻质高强、功能化、集成化、智能化。

  我国虽然是全球最大的纺织结构柔性材料生产和出口国,但是产品价格与发达国家相比具有明显的差距,特别是技术含量较高的用于工业环境的技术纺织品更为明显。

  伴随着我国社会和经济的持续发展,国家在基础设施建设、环境保护和医疗健康等领域的投入的加大,高性能纺织结构柔性材料与国民经济依存度越来越高。庞大的国际和内需市场是行业增长的最大动力,因此我国亟需加快高性能纺织结构柔性材料领域的技术创新,提升行业的竞争能力,更好地替代进口和参与到国际竞争。

  《高性能纺织结构柔性材料制备关键技术及应用》是2016年国家重点研发计划重点项目,主要研究了:

  纺织结构柔性材料结构设计与应用机理,应用环境条件下柔性材料的服役行为与失效机理,生物医用纺织材料结构设计和可控成形;

  高性能纤维的特种整经、编织与功能涂层技术,生物医用纺织材料精细加工与后整理技术,湿法非织造布及制品成型技术。

  形成了一批具有原创性、系统集成创新的高性能纺织结构柔性材料的关键技术体系;具有带动效应的示范基地和应用示范;系统的工程用纺织新材料产品标准、生产与应用规范。

  该项目立足于《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》制造业领域(31)基础原材料优先主题,以及《国家重点研发计划重点基础材料技术提升与产业化重点专项》指南的重点研究任务,围绕高性能纺织结构柔性材料制备及应用开展研究,使之成为我国纺织产业新的增长点,为我国开发高性能功能化产业用纺织品提供技术支撑,促进我国传统纺织产业的转型升级,以支撑建立高性能纺织结构柔性材料技术及应用体系,解决我国高性能工程纺织材料基础及技术集成薄弱难题。

  未来的研究中,该项目还将突破高密、立体经编增强骨架及湿法固网制备关键技术,研发环保节能、功能性涂层材料及实现高性能人体内补片国产化等。大幅提高纺织结构柔性材料的性能及稳定性,使我国高性能纺织结构柔性材料制备技术达到国际先进水平。

  结构增强复合材料在建筑、交通运输、航空航天等领域广泛应用,其技术进步主要表现在:各种异型的整体成型的3D结构纤维增强结构不断涌现,复合材料的界面研究、性能表征与预测等基础研究不断进步,各种功能性增强材料的应用范围不断扩大,复合材料废弃后的环境保护研究与高成本的增强纤维回收技术越来越受到重视等几个方面。

  玻璃纤维的机织物加工技术和多轴向经编技术有较大提高;异型的3D整体成型设计与加工技术不断涌现,特别是出现了数十种利用传统织机稍加改造生产3D的T型结构织物技术;负泊松比3D结构材料也不断被设计开发;研制出高效生产蜂窝结构的三维织机。

  一些学者研究了弱电流和碳纳米管加入方式对碳纤维/环氧树脂界面黏结性能、复合材料层间性能的影响;另外芳纶/环氧树脂、石英纤维/环氧树脂复合材料界面研究也有很多成果发表。北京航空材料研究院研制了胶黏剂、蜂窝材料、树脂基复合材料制品。

  美国Clemson大学与军队研究实验室武器和材料研究理事会研究高比强度、高比刚性连续P-ARF增强的树脂基复合材料的形成机理,其中涉及到的工艺参数包括分子链、微纤维、纤维、纱线、织物/层数、单层压件、叠加层压和层压材料。

  通过P-ARF和UHMWPEF材料动态性能的表征、简化子弹冲击方案的非线形动态/固定元件材料动力学造型和模拟、纳米材料的合成和表征、聚合物基体材料的配置和表征、脑部受凸伤和爆破影响的神经病表征、骨头和软组织在受武器作用的高速损伤机理的高性能计算模拟、骨头和软组织的物理表征,找出了最佳的成型工艺参数,进一步实现了轻量化,提高了防护效果,并降低了成本。

  (4)功能复合材料日益受到重视,对于复合材料的抗老化、自清洁、优越的电磁性能(透波或电磁屏蔽)的研究越来越广泛。

  功能性篷盖材料是建筑用纺织品的关键材料,江苏维凯科技股份有限公司攻克了PTFE膜结构材料增强体的前处理、组织结构设计与加工、涂层材料的配方与优化、膜材与增强复合加工技术,形成了轻质高强自清洁抗老化的PTFE 复合膜材料,部分技术处于国际领先水平。

  随着高性能纤维增强复合材料在各领域应用的日益,上海交大成功开发了国内第一项拥有完全自主知识产权的碳纤维复合材料回收技术和装备,该技术具有废弃物处理前可保留大尺寸的特点,这样既免除了废弃物切割、粉碎的工序,更重要的是保持了再生碳纤维的足够长度,提高了碳纤维再利用的价值。


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