紡織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體是通過一定的成型方式由高性能纖維制成的一種纖維集合體。按成型方式可分為機(jī)織、針織、編織、非織、縫合或針刺等。按照增強(qiáng)體空間構(gòu)象可分為一維、二維和三維。按纖維喂入方式可分為，單向、雙向、三向或多向等。

一、機(jī)織增強(qiáng)體

機(jī)織增強(qiáng)體常包括兩向織物、三向織物和三維機(jī)織物。兩向機(jī)織物即兩組相互垂直交織的紗線形成的織物結(jié)構(gòu)，包括平紋、斜紋和緞紋等組織。三向機(jī)織物是以三組互呈60°夾角排布的紗線系統(tǒng)交織形成。三維機(jī)織物是沿厚度方向，經(jīng)向和緯向的紗束在平面內(nèi)垂直交織或排列，Z向紗貫穿厚度方向而形成的織物。其基本結(jié)構(gòu)可以分為三維實體機(jī)織物，包括多層結(jié)構(gòu)、三維正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)等三種結(jié)構(gòu)，三維空芯結(jié)構(gòu)機(jī)織物、三維殼體機(jī)織物和三維節(jié)點結(jié)構(gòu)機(jī)織物等。加工方法可分為專用三維織機(jī)或傳統(tǒng)織機(jī)織造等。三維機(jī)織物有較強(qiáng)的3D預(yù)制件直接成型能力和仿形能力，能夠一次成型具有異型截面的紡織預(yù)型件，如各種正交實心板、變厚度實心板、中孔結(jié)構(gòu)箱式梁、析架式結(jié)構(gòu)梁、工字梁等。

兩向機(jī)織物由于其工藝簡單，造價低廉，是目前使用最為廣泛的一類紡織增強(qiáng)體。三向機(jī)織物目前僅有日本和英國公司實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，國內(nèi)東華大學(xué)實現(xiàn)了中試生產(chǎn)。三維機(jī)織預(yù)成型件始于20世紀(jì)70年代，日本FuKuta首先發(fā)明了三維立體織機(jī)。1988年Mohamed等發(fā)明了一種可織造矩形、“T”型和“工”型截面織物的三維織物設(shè)備。美國3TEX、澳大利亞Defence Science and Technology Organization等公司已實現(xiàn)三維正交織物（3WEAVE?）批量生產(chǎn)。目前織造異形截面的三維織機(jī)多處于手動或半機(jī)械狀態(tài),尚不能以完全自動化和連續(xù)化進(jìn)行生產(chǎn)。美國NASA ACT計劃推進(jìn)了三維機(jī)織預(yù)制件的研制工作，如美國Delaware 大學(xué)、Drexel 大學(xué)和North Carolina State 大學(xué)等都開展了對于三維紡織預(yù)成型技術(shù)的研究。國內(nèi)天津工業(yè)大學(xué)、南京玻璃纖維研究院和東華大學(xué)在三維織物及其織造裝備等研究方面開展了大量的工作。角連鎖織物已應(yīng)用于飛機(jī)葉片和機(jī)匣，能夠織造厚度在90mm左右的織物。

二、針織增強(qiáng)體

針織物是一種由線圈作為基礎(chǔ)單元組成的紡織結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)成型方式可分為緯編和經(jīng)編兩種工藝。針織軸向織物（Directionally Oriented Structures，DOS）是在普通針織結(jié)構(gòu)中引入無屈曲的取向纖維，提升纖維強(qiáng)力利用率，實現(xiàn)增強(qiáng)體強(qiáng)度和剛度的取向設(shè)計。可以分為單向、雙向、三向和多向結(jié)構(gòu)織物。成型針織結(jié)構(gòu)包含緯編管狀和殼狀織物。

多軸向經(jīng)編織物（Non-Crimp Fabric，NCF）是目前針織經(jīng)編物中主要應(yīng)用于復(fù)合材料增強(qiáng)體的產(chǎn)品。多軸向經(jīng)編織物由平行鋪放的紗線、纖維氈或織物，并通過經(jīng)編束縛紗捆綁在一起而形成的織物。NCF織物已在風(fēng)電葉片的蒙皮、葉根和大梁使用。12K碳纖維NCF織物用于制造空客A380后壓力艙和空客A400M貨運飛機(jī)艙門。CHOMARAT開發(fā)了C-Ply^TM 多軸向經(jīng)編織物應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。東華大學(xué)相繼研發(fā)了碳/玻面內(nèi)外混雜NCF織物。成型針織結(jié)構(gòu)包含緯編管狀和殼狀織物。針織成型編織可以用來制造凈形管狀增強(qiáng)體，目前還處于研究階段。

三、織增強(qiáng)體

編織結(jié)構(gòu)是由兩組（或更多組）紗線通過纏繞或交織構(gòu)成一定形狀的整體結(jié)構(gòu)。適合于生產(chǎn)異型管狀和錐體等預(yù)制體，但機(jī)器整體生產(chǎn)效率低，設(shè)備較為龐大。二維管狀編織物一般由兩個方向紗線構(gòu)成的。通過在織物結(jié)構(gòu)中襯入沿長度方向取向的紗線（軸向纖維），可制得三軸向編織物。三維編織預(yù)制件由兩組或更多的紗線通過互相移位交織，形成不分層的整體多向編織結(jié)構(gòu)。三維編織技術(shù)可以整體編織矩形組合截面或是圓及圓的一部分的預(yù)制件。如：工型梁、T型梁、十字梁、盒型梁、n型梁、m型梁、圓柱體等。

三維編織物在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用包括機(jī)體梁，F型截面機(jī)身框，機(jī)身圓筒、尾翼軸、助夾筋板、火箭頭錐和火箭尾噴管等。美國NASA ACT計劃執(zhí)行中，美國波音(Boeing)和洛克希勒(Lockheed Martin)公司研究了編織技術(shù)在機(jī)身部件的制造。美國Brunswick公司用編織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料制作了2000多個導(dǎo)彈彈翼和航天器接頭。三維編織復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型紡織基復(fù)合材料，能有效避免分層現(xiàn)象，其沖擊靭性、損傷容限與抗疲勞特性優(yōu)異，結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)異形件的凈尺寸整體成型，有效保障構(gòu)件力學(xué)性能的穩(wěn)定性，在航空航天、國防軍工、交通、建筑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

四、非織增強(qiáng)體

非織物廣義上來說是指通過機(jī)械、熱學(xué)、化學(xué)方式使纖維或長絲以糾纏的方式結(jié)合在一起形成的薄片狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。非織造通過摩擦、聚合、粘接的方式或這些方式的組合，將有取向或是無序排列的纖維結(jié)合成薄片狀、網(wǎng)狀、絮狀或異型構(gòu)件。非織造物被廣泛地應(yīng)用于特制的濾芯、復(fù)材預(yù)制件和土工布等領(lǐng)域。

五、縫合預(yù)型體

穿過層板厚度的縫合是提高復(fù)合材料層合板層間強(qiáng)度和層間斷裂韌性最有效的方法之一。縫合技術(shù)最早發(fā)展于20 世紀(jì)80年代末, 當(dāng)時為了降低飛機(jī)的制造成本, 美國航空航天局先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)研究計劃(ACT)和美國空軍的先進(jìn)輕型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)計劃(ALAFS)均把縫合技術(shù)作為一項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點研究。

縫合一般有雙面縫合和單面縫合，對于二維平面上層間縫合,用普通工業(yè)縫紉機(jī)雙面縫合；對于幾何形狀復(fù)雜的三維立體預(yù)制件則采用單邊縫合。單邊縫合可以實現(xiàn)復(fù)雜、較大、超厚、異形預(yù)型體制備。德國等國家對單面縫合設(shè)備的研究起步較早, KSL是縫合設(shè)備代表性公司，提出了使用工業(yè)機(jī)器人為操作平臺，將工業(yè)機(jī)器人與單邊縫合技術(shù)相結(jié)合使用，該技術(shù)最初用于生產(chǎn)床墊、家居用品以及汽車氣囊等產(chǎn)品，通過縫合技術(shù)和設(shè)備的不斷改進(jìn)，通過采用碳纖維、芳綸等縫合線進(jìn)行復(fù)合材料增強(qiáng)體預(yù)制縫紉，然后將預(yù)制件通過RTM等復(fù)合材料成型工藝制備復(fù)合材料，用于飛機(jī)上一些零部件的制造與加工。

六、應(yīng)用前瞻

為了滿足復(fù)合材料不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求，如形狀、性能和功能等需要，紡織增強(qiáng)體形式也從單向逐步發(fā)展到多向、三維和異形等預(yù)成型體形式。

近來，隨著大絲束碳纖維的發(fā)展，展纖紗應(yīng)用在機(jī)織物和NCF織物織造方面，如英國Sigmatex推出sigmaST絲束展開碳纖維增強(qiáng)材料。日本帝人公司采用Toho Tenax新的碳纖維紗線和Sakai Ovex的展紗技術(shù)制備出厚度僅為0.06mm，克重60g/m²的超輕碳纖維織物。

編織和拉擠、編織–纏繞–拉擠工藝的結(jié)合形成了高效生產(chǎn)的高性能管道結(jié)構(gòu)。飛機(jī)包容機(jī)匣和風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片采用了三維結(jié)構(gòu)紡織增強(qiáng)體和RTM成型工藝。編織和NCF織物在寶馬i3電動車上獲得了成功應(yīng)用。機(jī)織和編織增強(qiáng)體在異形件的結(jié)構(gòu)和功能一體化方面取得了進(jìn)步。

七、技術(shù)指標(biāo)

增強(qiáng)體設(shè)計和織造與復(fù)合材料的設(shè)計、制造、評估、優(yōu)化等方面形成了高度融合與集成，高性能纖維、先進(jìn)復(fù)合材料材料成型工藝和增強(qiáng)體制造技術(shù)不斷推陳出新。

（1）增強(qiáng)體織物的設(shè)計制造與復(fù)合材料的設(shè)計制造一體化密不可分

復(fù)合材料的設(shè)計制造一體化，是復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。復(fù)合材料的可設(shè)計性，是復(fù)合材料的特點之一。復(fù)合材料的制造，可以分為兩大類，一類是不通過增強(qiáng)體織物過渡的復(fù)合材料制造工藝，如纏繞、鋪絲技術(shù)；另一類是通過增強(qiáng)體織物作為預(yù)成型體，再進(jìn)行各種復(fù)合工藝的復(fù)合材料制造技術(shù)，如三維編織物預(yù)成型體+RTM復(fù)合工藝。各種預(yù)成型體織物的設(shè)計，必將與復(fù)合材料的設(shè)計結(jié)合起來，根據(jù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)進(jìn)行制造，而各種機(jī)械化、自動化、智能化的制造技術(shù)，將融入到織物的制造中去。

（2）增強(qiáng)體織物成型技術(shù)不斷創(chuàng)新，各種新技術(shù)不斷涌現(xiàn)

由于織物結(jié)構(gòu)設(shè)計與復(fù)合材料設(shè)計高度融合，必將給織物成型技術(shù)提出更高的要求。主要表現(xiàn)為：織物構(gòu)型的優(yōu)化和各種結(jié)構(gòu)的組合和分布與復(fù)合材料設(shè)計的要求一致，這就促使織物成型技術(shù)更加靈活，纖維（紗線）構(gòu)型更加多樣化，傳統(tǒng)的機(jī)織、針織、編織和正交多向織物型向異型化、曲面化、復(fù)雜化方向發(fā)展，多種傳統(tǒng)成型技術(shù)的組合將出現(xiàn)，而突破原有工藝的新技術(shù)也將層出不窮。最終在三維空間上滿足外廓構(gòu)型的需要，在織物微觀結(jié)構(gòu)上滿足復(fù)合材料設(shè)計的功能性能的要求，如在總體上理解為以纖維（紗線）為線形單元體的3D打印。

（3）新技術(shù)的吸收和吸收新技術(shù)后的織物發(fā)展

增強(qiáng)體織物的發(fā)展，一方面隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展需求而發(fā)展，另一方面，通用技術(shù)的發(fā)展，也將給織物成型技術(shù)帶來新的活力。機(jī)器人技術(shù)、智能控制、遠(yuǎn)程控制等將應(yīng)用到織物和制造和生產(chǎn)管理中來。分享通用技術(shù)的發(fā)展成果，也將使織物成型技術(shù)如虎添翼。以機(jī)器人（機(jī)械手）為代表的工具，將廣泛應(yīng)用于織物成型技術(shù)中，使織物在精細(xì)化、異形化、大尺寸等方面得到發(fā)揮。

（4）新型纖維和纖維（紗線）形態(tài)的出現(xiàn)，將引發(fā)織物成型的革命性變化

新型纖維，如納米纖維長絲，碳納米管長絲束和石墨烯纖維的工業(yè)化和商品化，將給織物發(fā)展帶來革命性的變化，尤其是在輕量化方面帶來質(zhì)的飛躍。低纖維含量的織物，將在復(fù)合材料增強(qiáng)體中扮演重要的角色。而各種新的纖維（紗線）形態(tài)，如毛絨紗線，竹節(jié)紗線等將使織物成型中發(fā)揮獨特的作用。此外，熱塑性纖維的應(yīng)用，將使熱塑性復(fù)合材料的基體在織物成型時得以預(yù)埋和控制。