近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術教育部工程研究中心馬丕波教授研究團隊在復合材料領域頂級期刊《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基金（52373058）、中國紡織工業(yè)聯合會應用基礎研究基金（(J202408) 資助。全文鏈接https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113284。
碳纖維增強聚合物（CFRP）復合材料憑借其卓越的力學性能和低密度特點，廣泛應用于航空航天、汽車制造及運動器材等領域。然而，當前主流的CFRP制造技術仍存在固有局限性。更關鍵的是，碳纖維自身高模量、低柔韌性的本征特性，在制造復雜預成型體時會產生顯著加工障礙，往往引發(fā)加工損傷與性能劣化的連鎖效應。
本論文提出一種“編織-軟化-熔融”策略，基于TPU包覆CF的核殼結構復合紗線，實現低損傷加工制備結構復雜的CF/熱塑性聚氨酯（TPU）針織復合材料。該方法無需額外樹脂轉移工序，顯著簡化了加工流程。本研究設計了15D、30D和50D三種TPU鞘層厚度的復合紗線，利用TPU的熱行為制備了兩類復合材料：基于A型（軟化態(tài)）經70℃熱處理5秒，B型（熔融態(tài)）在A型基礎上再經180℃處理30分鐘。該方法成功實現了管狀結構、三維間隔結構等多種復雜構型的穩(wěn)定編織，證明了該技術在定制化預成型體制造方面的潛力。本研究為實現碳纖維的低損傷加工、力學性能可設計性與復雜結構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