预形体

即预成形体。

高性能纤维预成形体是先进复合材料的增强结构相，各种方式获得的纤维预成形体在复合材料成形工艺过程中起着十分重要的作用,影响着复合材料的成形和基体材料的浸渗,同时决定了复合材料制品的最终性能。

简介高性能纤维增强的树脂基、陶瓷基和碳基等复合材料具有低密度、高比强、良好韧性、耐高温、抗氧化等优异性能，成为航空航天飞行器的主结构、发动机、制动装置以及热防护等主要系统的关键材料，并广泛应用于风力发电、海洋开采、机械、电子等领域。

高性能纤维预成形体是先进复合材料的增强结构相。它是在复合材料结构成形之前，利用编织、机织、针织等现代纺织工艺技术将高性能纤维束(长丝)或纱线定位分布，形成具有特定结构、性质和形状的纤维集合体。各种方式获得的纤维预成形体具有广谱的孔隙结构形貌、可大范围调节的纤维体积含量和纤维取向分布、以及多样化的结构形态，在复合材料成形工艺过程中起着十分重要的作用，影响着复合材料的成形和基体材料的浸渗，同时决定了复合材料制品的最终性能⋯。在纤维预成形技术得到广泛应用之前，纤维增强复合材料的增强结构相，主要是短纤维和连续纤维两种形式，增强纤维之间未能有效地缠结，仅靠基体材料将其黏结，材料横向强度和抗冲击损伤等性能较低。通过纺织方法，将增强纤维加工成二维纤维预成形体，使增强纤维按一定的规律在平面内相互交织和缠结，显著提高了材料的面内强度，改善了材料的面内抗冲击损伤性能。但是，二维纤维预成形体具有非常小的织物厚度，还需要通过叠层铺放方法以形成最终复合材料结构。这种层合结构复合材料由于层与层之间缺乏有效的纤维增强，层间性能较差，冲击损伤容限较低。三维纤维预成形体是采用独特的纺织技术将连续纤维束按照一定的规律在三维空间相互交织形成一个整体的纤维网络结构，贯穿空间各个方向的纤维提供了增强结构的整体性和稳定性，显著提高了材料的层间性能和抗冲击损伤能力。

采用不同架构的纤维预成形体作为复合材料的增强结构骨架，就像建筑物中的钢结构框架一样，不仅从结构和性能上强化了复合材料，而且易于实现复合材料结构件的近净仿形成形，因而受到航空、航天、国防等高技术领域的广泛重视，成为高性能复合材料制备的技术关键和前沿发展方向。1

机织预成形体机织技术是复合材料中最广泛使用的纤维预成形方法。早在20世纪50年代初期，机织技术作为工业化的纺织技术被应用于玻璃纤维复合材料的制备。近二三十年来，机织技术有了较大的发展，二维碳纤维织物实现批量化生产，新的三维织造技术取得突破性进展。

1、二维机织织物

二维机织工艺为复合材料制备提供了一种大规模生产纤维预成形体的低成本方法，在成形过程中经纱和纬纱相互交织而形成织物。织造过程中，经纱在综框的作用下分成上下层，形成梭口，纬纱受载纬器的牵引进入梭道，然后由钢筘打紧并与经纱交织。织造高性能碳纤维的织机以有梭织机和剑杆织机为主。有梭织机织造的织物特征是在织物的两侧形成平整光滑的布边。但由于梭子的截面尺寸较大，对经纱的摩擦损伤较严重。剑杆织机的载纬器不具备贮纱功能，每次仅能携带一根纬纱通过梭口，因此会在织物的两侧形成“毛边”，但剑杆织机的剑头的截面尺寸较小，可有效减小经纱开口高度，减少对纱线的损伤，更适应于脆性的碳纤维等高性能纤维的织造，近年来得到较快的发展。

2、三维机织织物

三维机织技术是利用多层经纱织造方法，将若干经纱和纬纱层相互接结而形成具有一定厚度的三维整体预成形体。采用分层接结的方法，将各相邻纱线层进行接结，称为层层角联锁结构，也称2.5D机织结构；采用接结纱倾斜贯穿整个厚度的方法，将全部纱线层进行接结，称为贯穿角联锁结构；采用一组纱线垂直贯穿整个厚度的方法，将全部纱线层进行接结，称为正交接结结构。在2.5D织物结构基础上，沿经向、纬向和z向(织物厚度方向)引入或同时引入纱线，形成多种变化的衍生结构。

三维机织预成形体中仅含有经向和纬向纱线，非常适合织造具有一定厚度的宽幅织物。目前采用普通的多臂织机可以织造出由17层经纱和18层纬纱相互交织而成的三维机织预成形体。天津工业大学复合材料研究所设计研制了新型的三维机织设备可以织造100层经纱和101层纬纱交织的圆型、平板型和各种异型机织预成形体，最大厚度可达90 mm。三维机织预成形体中典型结构是三维正交结构，三组呈正交取向的纤维系统相互交叉排列形成。对于管状或棒状的预成形体，三个正交纱线系统是指沿芯轴方向排列的轴纱、沿圆周方向排列的周向纱和半径方向排列的径向纱。1

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学