以碳纖維為增強體的先進復(fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料相比祝遗，具有比強度和比剛度高蒋荚、可設(shè)計性強适贸、疲勞性能好黎侈、耐腐蝕察署、便于制造大型整體件等優(yōu)點。隨著復(fù)合材料設(shè)計和制造技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟峻汉，先進復(fù)合材料在軍贴汪、民用飛機上的用量也在不斷增加。隨著復(fù)合材料用量的增加俱济，其制造成本過高的問題也愈發(fā)顯得突出嘶是。由于在復(fù)合材料總成本中制造成本約占60%~70％钙勃，低成本復(fù)合材料技術(shù)成為當(dāng)今世界復(fù)合材料領(lǐng)域開發(fā)研究的核心問題之一[1]蛛碌。低成本的成型工藝方法是今后復(fù)合材料應(yīng)用研究的主要方向。樹脂傳遞模塑（ResinTransferMolding）辖源、RFI（ResinFilmInfusion）等復(fù)合材料液體成型技術(shù)自出現(xiàn)以來由于其工藝上具有成形效率高蔚携、成本低、污染小克饶、適合成型大型復(fù)雜構(gòu)件等優(yōu)點而倍受人們的關(guān)注那辰。
　　
　　縫合技術(shù)是針對傳統(tǒng)工藝方法不足而開發(fā)的一種全新的技術(shù)。其原理是通過縫合手段玲侧，使復(fù)合材料在垂直于鋪層平面的方向得到增強绑燃，從而提高材料層間損傷容限。穿過增強織物厚度方向的縫線可以大大改善復(fù)合材料的層間性能符破。不僅如此出毁，縫合技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料液體成型工藝還可提高制件成型的整體化程度〔t阔？p合纖維預(yù)制體可用于制造大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)復(fù)合材料構(gòu)件管剂，不僅克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料層間強度弱露龙、易分層的缺點，也使其抗沖擊損傷性能大大提升崇槽，而且減少了金屬連接件的數(shù)量注辜，這樣既減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，又減少制造總成本秆廉。
　　
　　復(fù)合材料縫合工藝參數(shù)
　　
　　1縫合線選擇
　　
　　為滿足航空航天類復(fù)合材料構(gòu)件的特殊需求策洒，縫合線要求具有高強度和高耐磨性，而且其性能不應(yīng)受復(fù)合材料固化的影響顽腾。常用的縫合線有芳綸纖維室谚、玻璃纖維和碳纖維等。其中Kevlar纖維線由于其特殊的耐磨性崔泵、良好的抗沖擊韌性秒赤，在縫合復(fù)合材料中應(yīng)用較多。在復(fù)合材料預(yù)制體縫合時通常應(yīng)用不加捻的Kevlar纖維紗線憎瘸。這種不加捻的紗線和加捻線相比耐磨性較差入篮，且有縫合過程中有易松散起毛等缺點，但是加捻線由于纖維束彎曲纖維強度會有所下降幌甘，通常Kevlar紗線加捻后纖維強度下降35%左右[2]潮售。
　　
　　2縫合密度
　　
　　復(fù)合材料縫合雖然提高了層合板的層間性能，對CAI值锅风、GIc酥诽、GIIc有較大貢獻，但這卻是以面內(nèi)性能的損失為代價的皱埠，因為縫合線使得層合板在沿厚度方向有了增強的同時肮帐，卻在一定程度上損傷了層合板X、Y方向的纖維番搅。為使復(fù)合材料達到最佳性能狀態(tài)代徒，縫合密度的選擇也很重要。很顯然瘸拳，縫合密度過大會導(dǎo)致層合板面內(nèi)性能損失較大昔黍；而縫合密度過小對層間性能的提高效果不明。經(jīng)過大量的試驗對比眠乏，目前航空復(fù)合材料常用的縫合密度主要是5mm×3mm伴糟、5mm×5mm、5mm×8mm等羽傻。
　　
　　3縫針選擇
　　
　　在復(fù)合材料縫合過程中縫針對纖維會造成一定程度的損傷壮焰。如果針尖太鋒利，纖維容易被切斷；而針尖太鈍的話榴蜻，針尖進入纖維的阻力太大秕肌，在縫合相對較厚的預(yù)制體時會降低縫合效率，因此瞎喉，縫針針尖的鋒利程度要適中好唯。我們在保證縫針剛度的同時縫針越細(xì)越好，尤其對纖維泡沫夾芯預(yù)制體進行縫合時燥翅，越細(xì)的縫針對泡沫的損傷越小骑篙。
　　
　　縫合設(shè)備
　　
　　縫合技術(shù)是實現(xiàn)復(fù)合材料三維增強的一項關(guān)鍵技術(shù)，而用于滿足不同類型飛機結(jié)構(gòu)縫合需要的縫合設(shè)備是三維增強技術(shù)的重要保障森书。因此靶端，在高性能、低成本復(fù)合材料制造技術(shù)需求牽引下凛膏，先進的縫合設(shè)備在美國等西方國家得到很快發(fā)展杨名。為適應(yīng)國內(nèi)新型飛機對縫紉技術(shù)的需求，中航工業(yè)北京航空制造工程研究所率先從國外引進了最新一代的復(fù)合材料專用縫合設(shè)備（見圖1）猖毫。此縫合設(shè)備由二維縫合單元和三維縫合單元兩部分組成台谍，其有效縫合面積達到3.5m×9m，最大縫合厚度30mm吁断，最快縫合速度達1000針/min趁蕊，可適用于各種形式預(yù)制體的縫合。

　　復(fù)合材料縫合方式分類
　　
　　1雙面縫合
　　
　　雙面縫合是從預(yù)制體的上下兩面進行縫合仔役，其原理與家用縫紉機的原理相似妒贞，縫合線被針從制件一邊帶入，底下有一底梭配合縫針帶線結(jié)套惠所。這種縫合方式的縫合線軌跡如圖2所示剑银。

　　
　　2單面縫合
　　
　　單面縫合是縫針從預(yù)制體的上面穿透制件進行縫合，而另一面沒有縫合單元算换，縫頭只是在被縫合件的單面完成縫合工作嫩玻。復(fù)合材料常用的單面縫合主要有鏈?zhǔn)脚cTufting2種縫合方式六呼。
　　
　　鏈?zhǔn)娇p合：如圖3所示客惨，鏈?zhǔn)娇p針為彎月形縫針，縫針與擺線鉤針處在同一邊刨税，隨著縫針延縫線方向移動践赁，彎針反復(fù)穿透制件使縫合線多次繞曲形成線套相連，縫合線軌跡如圖4所示筏所。鏈?zhǔn)娇p合方式縫合適用于復(fù)雜構(gòu)型預(yù)制體的縫合胧扇。

　　
　　Tufting縫合：縫針工作原理是縫針從預(yù)制體一面穿透制件，在縫針退出預(yù)制體表面后，把縫線留在預(yù)制體內(nèi)部牢贸，縫線軌跡如圖5所示竹观。Tufting縫合是靠預(yù)成型體與縫線之間的摩擦力把縫線留在預(yù)制體內(nèi)，所以在制件內(nèi)部也沒有結(jié)點潜索，由縫線引起的應(yīng)力集中較小臭增。由于Tufting的單面縫合特性，所以同樣適用于結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜的纖維預(yù)制體縫合竹习。

　　
　　不同縫合方式的工藝特點及應(yīng)用
　　
　√芘住（1）鎖式縫合（改進鎖式縫合）。因其工藝性較好在復(fù)合材料預(yù)制體研制中得到廣泛使用整陌。傳統(tǒng)鎖式縫合方式較常見拗窃，其特點是縫線和底線的結(jié)點在制件厚度的中間位置，這對于復(fù)合材料來說泌辫，結(jié)點處的應(yīng)力集中很大程度上會影響復(fù)合材料性能的提高随夸。因此，在傳統(tǒng)鎖式縫合的基礎(chǔ)上進行工藝優(yōu)化震放，出現(xiàn)了改進鎖式縫合逃魄，圖6即為改進的鎖式縫合。在復(fù)合材料縫合中澜搅，改進鎖式縫合應(yīng)用較多窄兜，使用此縫合方式制件在厚度方向縫合線彎曲少，對面內(nèi)纖維的損傷少屋犯，由縫合引起的應(yīng)力集中也較小恤兴，因此使復(fù)合材料具有相對更高的損傷容限。

　　
　　鎖式縫合因其受雙面縫合的工作原理所限滑期，對預(yù)成型體的縫合工作只能在縫合設(shè)備工作平臺上完成闽但，所以通常此種縫合方式只適用于曲率相對較小的預(yù)制體上，縫合厚度可達20mm账阳。鎖式縫合對縫線的張力可做相應(yīng)調(diào)節(jié)阁喉，因此在沒有特殊定位要求的情況采用鎖式縫合無需對預(yù)制體使用定位膠粘劑。通過調(diào)節(jié)鎖縫狡氏，復(fù)合材料加強筋與蒙皮連接的結(jié)構(gòu)應(yīng)用鎖式縫合較多噪设，在靠近立筋的縫合區(qū)需要更換小壓腳來保證縫針靠近加強筋根部從而完成縫合。圖7為應(yīng)用鎖式縫合對復(fù)合材料大型加筋蒙皮的連接縫合伍毙。

　　
　∏乔健（2）鏈?zhǔn)娇p合∝ぶ兀縫頭固定于懸臂機械手上腔召，依靠機械手來完成復(fù)雜的縫合動作杆查。因此，鏈?zhǔn)娇p合可以完成所有復(fù)雜曲面預(yù)制體的縫合臀蛛，但由于縫針為彎月形縫針亲桦，所以鏈縫通常適用于相對較薄的預(yù)制體。鏈?zhǔn)娇p合的最大縫合厚度為10mm浊仆，當(dāng)纖維預(yù)制體厚度小于1mm烙肺，且零件型面曲率較大時，在雙面縫合工作平臺的限制下無法使用鎖式縫合氧卧；而對于Tufting縫合桃笙，因為零件較薄，縫線不易留在零件內(nèi)沙绝，所以對于此種預(yù)制體的縫合最好采用鏈?zhǔn)娇p合方式搏明。
　　
　　（3）Tufting縫合闪檬。同樣是依靠連接縫頭的懸臂機械手上完成復(fù)雜型面的縫合星著，在縫合時Tufting縫針只有在預(yù)制體內(nèi)穿進和退出的簡單動作，所以Tufting縫合可適用于較厚的預(yù)制體縫合坐署，Tufting縫合的最大縫合厚度可達30mm良稽。采Tufting縫合時縫線幾乎處于自由狀態(tài)，張力很小玻岳，僅靠縫線與預(yù)制體的靜摩擦力把縫線留在預(yù)制體內(nèi)部坞裂。因此，為了能保證縫線能順利留在預(yù)制體內(nèi)部别孵，會在預(yù)制體鋪疊時加入少量定位膠黏劑來增大預(yù)制體與縫線的摩擦声碴，從而保證縫合的順利進行。在縫合泡沫夾芯預(yù)制體時葛窜，定位膠黏劑作用不明顯扫应，可以在預(yù)制體底部加襯一層薄橡膠，以達到留住縫線的效果珊侍，縫合完成后再取下橡膠忽秕。對于相對較薄的預(yù)制體也可以采用此種方法來提高Tufting縫合質(zhì)量。圖8是采用Tufting技術(shù)縫合曲面加筋壁板豹谎。

　　
　　結(jié)束語
　　
　　縫合技術(shù)作為一種復(fù)合材料液體成型預(yù)制體的有效連接增強的方法悦要，對薄厚制件均適用，同時根據(jù)預(yù)制體的實際情況選取不同縫合方式與工藝參數(shù)敲霍，可滿足實際應(yīng)用中對復(fù)雜形狀纖維預(yù)制體的要求俊马。相信隨著研究的不斷深入，復(fù)合材料縫合技術(shù)會越來越完善肩杈，應(yīng)用也會越來越廣泛柴我。

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