近日，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院/針織技術(shù)教育部工程研究中心馬丕波教授研究團(tuán)隊在復(fù)合材料領(lǐng)域頂級期刊《Composites Part B: Engineering》（IF=14.2）上發(fā)表題為“A Braiding-Softening-Melting Strategy for Low-damage Processing and Complex Structure of Carbon Fiber/TPU Knitted Composites”的研究論文。江南大學(xué)針織中心2023級博士研究生黃玉清為論文第一作者，江南大學(xué)針織中心馬丕波教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（52373058）、中國紡織工業(yè)聯(lián)合會應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（(J202408) 資助。全文鏈接https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113284。
碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）復(fù)合材料憑借其卓越的力學(xué)性能和低密度特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造及運(yùn)動器材等領(lǐng)域。然而，當(dāng)前主流的CFRP制造技術(shù)仍存在固有局限性。更關(guān)鍵的是，碳纖維自身高模量、低柔韌性的本征特性，在制造復(fù)雜預(yù)成型體時會產(chǎn)生顯著加工障礙，往往引發(fā)加工損傷與性能劣化的連鎖效應(yīng)。
本論文提出一種“編織-軟化-熔融”策略，基于TPU包覆CF的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合紗線，實現(xiàn)低損傷加工制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的CF/熱塑性聚氨酯（TPU）針織復(fù)合材料。該方法無需額外樹脂轉(zhuǎn)移工序，顯著簡化了加工流程。本研究設(shè)計了15D、30D和50D三種TPU鞘層厚度的復(fù)合紗線，利用TPU的熱行為制備了兩類復(fù)合材料：基于A型（軟化態(tài)）經(jīng)70℃熱處理5秒，B型（熔融態(tài)）在A型基礎(chǔ)上再經(jīng)180℃處理30分鐘。該方法成功實現(xiàn)了管狀結(jié)構(gòu)、三維間隔結(jié)構(gòu)等多種復(fù)雜構(gòu)型的穩(wěn)定編織，證明了該技術(shù)在定制化預(yù)成型體制造方面的潛力。本研究為實現(xiàn)碳纖維的低損傷加工、力學(xué)性能可設(shè)計性與復(fù)雜結(jié)構(gòu)可編織性提供了一種創(chuàng)新策略。
圖1. CF/TPU的制備過程
圖2. 純CF織物與CF/TPU織物損傷對比