材料的泊松比定义为垂直于载荷方向的应变与载荷方向的应变之比的负值。正泊松比材料表现为受拉伸时垂直于拉伸方向变窄,受压缩时垂直于拉伸方向变宽。而负泊松比材料,则表现为受拉伸时垂直于拉伸方向变宽,受压缩时垂直于拉伸方向变窄,因此也被形象地称为“拉胀材料”。人们早就发现自然界中存在一些具有负泊松比的材料,如人类肘关节或膝关节处的皮肤,目前关于负泊松比结构和材料的研究也是层出不穷,但真正具有负泊松比的工程材料研究仍未取得实质性的进展。由于负泊松比材料独特的拉胀性能,它的断裂韧性、能量吸收性、抗压痕性等各项性能相比于传统正泊松比材料都得到了显著的增强,在防护装备、智能纺织品、纺织复合材料等领域均具有很大的应用前景。经编间隔织物是由两个表层织物和间隔纱(或间隔丝)组成的三维织物,一般在双针床经编机上织造而成。由于其独特的三维结构,经编间隔织物具有较好的透气透湿性、抗震缓压性、隔音过滤性等,在服装、汽车配件、家居用品、建筑加固、复合材料等领域都有广泛应用。随着负泊松比材料的迅速发展,负泊松比结构和原理的研究越来越丰富,具有负泊松比的纺织材料也逐渐引起了人们的注意,负泊松比经编间隔织物就是将负泊松比结构与经编间隔织物结合起来,综合两者的优势,更好地满足市场的需要。目前为止,用常规纱线设计和生产具有负泊松比的经编间隔织物仍属于纺织材料研究领域的新范畴,在开发负泊松比织物可穿用性的同时还应注重其在重复穿用中负泊松比性能的持久性。另外,负泊松比材料还可与形状记忆、电磁效应等相结合,使其在产业用领域有更为广泛的应用。首先,本课题根据不同的变形原理总结和归纳了若干种常见的二维和三维负泊松比结构模型,如内凹结构、旋转结构、螺旋纱线模型、结点原纤结构等,其中负泊松比材料研究中最频繁采用的就是内凹或旋转结构的变形原理。本课题选用旋转六边形为负泊松比经编间隔织物的结构模型,分别在x-y平面和x-z平面内对该模型的结构进行泊松比值的数值表征和影响因素分析。研究发现,在x-y平面内,当六角网眼结构中六条边的长度和宽度都保持不变时,该结构的泊松比值主要由六角网眼的旋转角度和边长比值决定,六角网眼的旋转变形越明显,该结构越容易获得负泊松比;在x-z平面内,间隔丝的旋转角度越大,倾斜程度越明显,该结构在厚度方向的增大效应也更明显。其次,本课题根据泊松比的定义设计了纺织材料泊松比值的测试和计算方法,对经编间隔织物试样进行单向定伸长拉伸,同时采用高速摄像对拉伸过程中的经编间隔织物状态进行图片采集,再通过图片处理测量和计算织物在拉伸过程中分别在拉伸方向和垂直于拉伸方向的应变,从而计算得到泊松比值,用以表征各经编间隔织物试样的负泊松比性能,并研究织物各工艺参数对其负泊松比性能的影响。研究发现,经编间隔织物组织中的缺垫编链可使六角网眼发生明显的纬向收缩,间隔纱组织的垫纱方向则会对织物六角网眼经向的旋转变形产生影响,在表层织物六角网眼的一个花高循环内,间隔丝在前六个横列连续同向垫纱,后六个横列连续反向垫纱,有利于表层六角网眼发生规律性的旋转变形。经编间隔织物六角网眼的经向旋转和纬向收缩越明显,则其负泊松比效果越明显。然后,本课题分别研究了不同负泊松比经编间隔织物试样在准静态拉伸下的能量吸收性能。对各织物试样进行准静态拉伸直至断裂破坏,采集拉伸过程中的拉力值和伸长值,通过计算得到应力-应变曲线和能量吸收值,并结合织物拉伸断裂形态进行分析能量吸收性能分析。研究发现,经编间隔织物在准静态拉伸下的能量吸收值主要由结构变形容量和纱线承载容量这两部分组成,其中,纱线承载容量对织物整体能量吸收性能的影响远大于结构变形容量。经编间隔织物的负泊松比性能可以有效增加织物的结构变形容量,织物在某一拉伸方向上的负泊松比性能越好,在该方向上的能量吸收值也越高。经编间隔织物在准静态拉伸下的断裂截面均呈现不规则的锯齿状,在经向拉伸下,织物的断裂更易于沿着拉伸方向传播,形成斜度较大的断裂截面,在纬向拉伸下,织物的断裂则更易于垂直拉伸方向传播,形成斜度较小的断裂截面,织物的经缎组织部分最易发生损伤破坏。最后,鉴于直接制备得到的经编间隔织物负泊松比效果不够显著,采用热定型的方法使织物试样的旋转变形更加明显和稳定,获得五种具有不同负泊松比性能的经编间隔织物试样,并分别对其进行低速冲击试验,研究不同负泊松比性能的织物在低速冲击载荷下的能量吸收性能。研究发现,在低速冲击下,经编间隔织物的负泊松比性能越好,在相同的初始冲击能量下可吸收的冲击能量越高,耐冲击性能也越好。这主要是由于负泊松比经编间隔织物结构在受到冲击载荷时,受冲击处会变得紧密,吸收更多冲击能量,同时也延长了织物耐冲击的时间,使织物具备更大的冲击位移极限。不同的初始冲击能量会影响负泊松比经编间隔织物的耐冲击时间和能量吸收速率,但对织物的可承受载荷、耐冲击位移极限和能量吸收值影响不大。本课题所做的研究主要探讨了织造工艺参数对经编间隔织物结构变形及其负泊松比性能的影响,并对具有不同负泊松比性能的经编间隔织物进行准静态拉伸试验和低速冲击试验,分别研究各织物试样的负泊松比性能对其能量吸收性能的影响,为实现三维负泊松比经编间隔织物的产业化奠定基础,并为拓宽其应用提供理论指导。