1.2.4 针刺成形、轴棒法和径棒法

不同于三维机织、编织等复合材料成形方法，非织造织物是首先将纤维进行预处理，获得纤维棒或者纤维布、纤维毡等半成形的纤维材料，通过针刺、穿刺等成形手段，将半成形的纤维材料织造形成复合材料预制体。目前，主要的非织造方法有针刺成形方法、细编穿刺成形方法，以及轴棒法和径棒法。

1．针刺成形方法

针刺成形主要采用一种带有倒向钩刺的特殊刺针将堆叠好的材料在厚度方向进行针刺，在刺入时，倒钩带住预制体内的纤维运动，倒钩针回升时，纤维脱离钩刺以几乎垂直状态留在预制体内，从而在厚度方向引入纤维，使网胎成为一体，同时由于摩擦作用而使网胎压缩，形成平面和层间均有一定强度的准三维网状结构增强体。

针刺预制体成形根据成形材料主要分为四种，分别为预氧化纤维布与预氧化纤维网胎、碳纤维布与碳纤维网胎、整体毡、无纬布与网胎。

（1）预氧化纤维布与预氧化纤维网胎 采用预氧化纤维布与预氧化纤维网胎的代表为法国欧洲动力装置公司（SEP）发明的Novoltex，如图1-27所示。SEP公司采用Novoltex工艺研发了三级喷管，可实现直径从1.1m扩大到2.1m，长度可达2.5m，如图1-28所示。

（2）碳纤维布与碳纤维网胎 碳纤维布与碳纤维网胎针刺预制体Naxeco采用碳布/碳纤维网胎针刺，省去了高温碳化工艺，节省时间和经费；纤维力学性能提高，可提高最终制品性能和可靠性等。采用Naxeco设计的P80喷管如图1-29所示。

法国SEP公司研发的Novoltex与Naxeco两种工艺，针对不同形状的制品均设计有专门的设备进行制备，如圆柱体、锥形、钟形以及平板等。例如，制作薄壁回转体构件时，Novoltex预制体针刺时纤维沿子午线和锥体的环向排布，带状织物采用边缠绕边针刺方式，Naxeco预制体针刺时纤维沿±45°方向铺设。

（3）整体毡 整体毡针刺预制体是将经过裁剪的碳布和网胎（短纤维无序分布的薄毡）进行铺叠，用一种带有倒向钩刺的特殊刺针，将堆叠好的碳布和网胎在厚度方向进行针刺。刺入时，倒钩带住网胎中的纤维运动，倒钩针回升时，纤维脱离钩刺以几乎垂直状态留在毡体内，从而在厚度方向引入纤维，使网胎成为一体，同时由于摩擦作用而使网胎压缩，形成平面和层间均有一定强度的准三维网状结构增强体刺针的结构。

（4）无纬布与网胎 无纬布与网胎针刺预制体是采用无纬布和网胎层交替铺层，无纬布层0°和90°交替铺放后进行针刺，将网胎纤维带到Z向，使预制体成为整体。该预制体结构示意图如图1-30所示。

2．细编穿刺成形方法

细编穿刺预制体是机织碳布与正交非织造三向织物的组合织物，将碳布置于Z向钢针矩阵上端，在穿刺模板的推动下Z向钢针整体穿刺，并沿钢针下移、加压密实。重复以上过程至设定高度后，再由碳纤维逐一替代Z向钢针，制成碳布整体穿刺。该细编穿刺工艺如图1-31所示。

天津工业大学针对细编穿刺成形方法，开发了一套钢针储存及施放机构，如图1-32所示。对于直径1.2mm、长度360mm的钢针，通过专用控制系统，实现了100根钢针施放。

3．轴棒法和径棒法

轴棒法和径棒法都是以浸渍树脂的碳纤维通过拉挤工艺制成纤维棒和纤维作为基本的编织基元，纤维棒有圆形、方形、多边形等多种截面形状。根据预制体形状和尺寸要求，设计特殊工装和夹具，准确方便地铺放和固定纤维棒，最终形成平衡和稳定的编织结构。当采用纤维棒和纤维同时织造时，称为软硬混编法。采用纤维棒构成轴向（Z向）增强网络，在垂直于轴向的平面（XY平面）上沿60°、120°、180°三向铺设碳纤维丝束，实现三维四向预制体的织造，4D轴棒法编织预制体工艺过程如图1-33所示，软硬混编预制体结构如图1-34所示。

径棒法编织的预制体结构很大程度上依托芯模孔洞排布方式，径棒以芯模为基底，沿芯模半径方向置入，形成螺旋排布，环向纱线沿芯模周向进行排布，另一部分纤维束沿径向棒间隙进行铺设，如图1-35所示。