近日，江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心马丕波教授研究团队在复合材料领域顶级期刊《Composites Part B: Engineering》上发表题为“Mechanical properties of carbon fiber composites with various wear characteristics during knitting process”的研究论文。江南大学针织中心2021级博士研究生孙昭玲为论文第一作者，江南大学针织中心马丕波教授与武汉纺织大学陈凤翔教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（52373058, 11972172）、中央高校基本科研业务费（JUSRP62005）、中国纺织工业协会应用基础研究基金（(J202408)、江苏省研究生科研与实践创新计划项目（KYCX23_2482）资助。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359836824008230

文章概述

碳纤维针织复合材料一体成型以及优异的能量吸收的特点在复杂曲率结构件的应用中展现出独特优势，可应用于航天飞行器喉衬、喷管、隔热层等关键部位，但是由于碳纤维针织结构断丝率显著高于编织与机织结构，这一问题成为碳纤维针织复合材料长期发展的关键阻碍因素。

本论文针对碳纤维无损高品质编织机制这一关键科学难题展开深入研究，首先深入揭示碳纤维内部缺陷与织造磨损根本性原因，提出碳纤维织造磨损主要因素：上机度目（织物密度）以及接触面积（碳纤维与舌针、碳纤维与碳纤维）；借助有限元模拟碳纤维成圈过程中应力分布情况；通过聚二甲基硅氧烷对碳纤维束表面进行改性处理制备出高耐磨、低损伤碳纤维预制件；明晰碳纤维断丝与复合材料宏观力学性能间的相互作用机制，该研究为碳纤维无损高品质成圈织造提供理论支持与技术基础，解决长期存在的关键技术问题。

图文导读

图1 (a) PDMS包覆碳纤维工艺，(b)双罗纹结构以及(c)VARTM制备工艺示意图

图2 舌针与碳纤维束赫兹理论接触示意图

图3 碳纤维束与舌针接触面积与形貌图

图4 （a）不同编织度目下碳纤维表面形貌以及（b）三维形貌图

图5 碳纤维束弯纱过程应力分布，（b）碳纤维束成圈磨损形貌，（c）碳纤维束与碳纤维织物拉伸性能

图6 （a）碳纤维针织复合材料冲击性能，（b-c）碳纤维复合材料最大冲击力与最大冲击位移