摘 要：三維編織復合材料具有高的比模量、比強度、損傷容限、剪切強度、抗沖擊損傷、耐燒蝕和耐高溫等優點。其良好的性能使得三維編織復合材料能夠滿足航空航天器、軍工產品、建筑材料和人造生物材料等的使用要求。
關鍵詞：三維編織；材料；紗線；性能；裝備
目前，紗線在空間中相互交織的三維編織技術在特定的領域得到了快速發展。三維編織復合材料是由三維編織織物與基體復合而成的一種先進的復合材料，它的綜合性能取決于三維編織材料和基體的性能。作為增強相的三維編織材料對復合材料整體性能起著決定性作用，而三維編織材料的加工技術是影響三維編織材料性能的重要因素。
三維編織材料的幾何形狀和內部紗線的密度都具有良好的可設計性，通過改變相關的工藝條件可以編織出符合不同要求的織物，通過改變三維編織材料的纖維體積百分比，可以使得材料的綜合性能能夠適應不同要求。現有的三維編織方法主要包括二步法、四步法、多步法等。其中發明較早且研究較多的是四步法及以四步法為基礎的多向編織方法，現代工業急需性能更好的低成本加工方法，以滿足三維編織復合材料的推廣應用以及高品質要求，新三維編織材料加工工藝的開發研究顯得尤為重要。
新型三維編織材料的優越性能使得它作為復合材料的增強相，能夠提升復合材料的性能，使其應用更加廣泛，因此對于新型三維編織材料的研究，將會為新型三維編織材料和編織工藝的工業化應用奠定基礎，并且對國民經濟的發展有著重大的意義。三維編織復合材料不僅在航天軍工，而且在汽車、自行車等領域都得到了廣泛應用。三維編織材料是在二維編織的基礎上發展而來的，它的出現很好地彌補了二維編織的不足。三維編織技術使得復合材料的靜態性能及力學性能得到很大的提升。三維編織織物通過基體復合成型形成三維編織復合材料，三維編織材料的優良性能使得人們對它有著更高的期待。
三維編織技術出現在上個世紀六十年代末期，發展于八十年代。其中，最主要的研究大都集中在二步法與四步法，四步法的發明要早于二步法。1982年，R.A.Florentine首先發明了“Magnaweave”編織方法即四步法編織工藝以及編織設備。1987年，Peter.Popper和Ronald.F.McConnell發明二步法編織工藝。隨著四步法和二步法的發明，大量相關的研究被展開。基于四步法三維編織的多向編織工藝得以開發并成功應用于工業生產過程，目前成功應用的有三維五向、六向和七向編織工藝。美國于八十年代中期由NASA主導，聯合眾多科研院所致力于三維編織技術的研究與開發工作，并且取得了相應的一些成果。以德國、英國為代表的歐洲國家也在盡力開發新的三維編織材料。在亞洲研究較早的是日本，在經過系統的分析研究后也開發了一系列三維編織設備。世界上研究三維編織技術的國家有很多，但是研究成果作為國家的核心競爭力，都受到了嚴密的保護。
為了擁有獨立自主的先進技術，國內于八十年代末也陸續有一些高等院校及科研院所開始了研究三維編織的相關工作。經過許多科研工作者的不懈努力，我國現在的三維編織技術也在快速發展，發明了一些基于二步法和四步法編織工藝的裝備。比如，天津紡織工學院成功的設計并制造出了電腦控制的三維編織設備，該設備最大可實現四萬根編織紗線的編織。在三維編織技術及裝備的研究過程中，為了解決三維編織設備在織物形狀、截面大小等尺寸變化方面的限制，研制了更為靈活的編織設備，通過對編織機進行單元化的設計，從而解決了異形織物的編織，大大的提高了三維編織設備的工作效率且降低了編織成本。上世紀末，天津工業大學研發了一種能夠編織大尺寸且結構較為復雜織物的編織設備。
隨著三維編織復合材料的應用范圍的不斷擴大，對三維編織材料的細觀結構的研究就顯得尤為集中，為了更好地了解三維編織復合材料的內部結構及力學性能，三維編織材料的細觀結構研究成為了一種趨勢，國外很多學者開始了對這種新興三維材料的細觀結構進行研究，并建立了相應的模型。Frank.Ko首次提出了“FGM”即三維編織復合材料單胞模型理論。Whitney和Chou詳細提出了“Micro—Cell”即微單元概念，并成功的將它應用于編織材料的分析。Yang通過對1×1四步法編織的材料的研究，建立了“Fiber Inclination Model”。針對三維五向編織法編織的材料，Ko等通過使用分析軟件對該種復合材料的力學性能進行了分析研究。針對編織紗之間的關系，Ma等建立了該種材料的細觀模型。針對于使用三維六向法編織的材料，通過實驗的方法，Xu等得到了相關性能參數。
國內的研究也同樣迅速，針對應用較為廣泛的四步編織法，吳德隆建立了內部、面部、角部三種可重復的單胞幾何模型。針對使用三維四向編織法編織的織物，劉振國不僅建立了“米”型的單元模型，而且對相關材料的性能參數進行了有效地預測。針對使用三維七向法編織的復合材料，李典森深入研究了該種材料的整個編織過程和紗線交織情況，建立了該種材料的單胞模型并提出了模型理論公式。針對三維管狀編織材料，馬文鎖通過對其在實際狀態下梯度性能的變化的研究，提出了可變微單元模型，系統地分析了管狀織物的性能并解決了梯度變化問題。
2005年，馬文鎖通過研究晶體學中的對稱群理論，把該理論與編織材料中紗線的幾何位置關系聯系在一起，成功的把對稱群論應用于編織幾何結構的推導和材料相關性能的研究。離散后的編織紗線段可以用空間點來代替，這樣便可用空間點群來代表編織材料的單胞結構，那么將點群與空間群相結合即把編織材料的單胞一一放置于與編織幾何結構所對應的點陣里，如果這種單胞的組合使得編織紗線呈現連續狀態，便可得到一種全新的結構。
參考文獻：
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