Vectran纤维闭合编织绳索强度和变形特性研究

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以聚芳酯纤维为代表的高性能纤维编织绳(绳索)具有轻质、耐磨、耐高低温、可设计性强等特点,正逐步成为航天器轻量化技术领域的重要组成部分。为了使编织绳用于特殊工况,如网状可展开天线、热刀压紧释放装置等,需要对编织绳端部进行连接使其形成闭合绳环,这样编织绳闭合连接区的力学性能就会成为整个绳索结构的短板。因此,课题围绕航天器用编织绳环的应用需求,开展Vectran纤维闭合编织绳索强度和变形特性研究。首先,设计并制备了两种细度、四种花节长度的编织绳,分别在三种预加载水平和四种拉伸速度下进行拉伸性能测试,结果表明:花节长度增大,Vectran纤维编织绳比强度增大,伸长率减小;预加载可以有效提高编织绳比强度,通过预加载,两种细度编织绳比强度分别提高了11.7%和12.1%;拉伸速度对编织绳比强度影响较小。其次,对两种细度编织绳的闭合连接方法,设计并制备了五种打结方式、三种插接工艺和五种缝合工艺连接形成的编织绳,并分析了编织绳连接区的强度和变形特性,测试结果表明:(1)五种打结方式中,绳结承载能力较低,在两种细度编织绳中,强度最高的方结比强度最低的平结,连接效率分别提高了14.8%和15.8%;(2)三种插接工艺中,连接效率整体较高,连接效率最低为87.7%,最高为100.8%;(3)五种缝合工艺中,芳纶缝线为1000D/3、缝合针脚为301型、缝合线迹为交叉型时,编织绳连接效率较高,编织绳连接效率随缝合长度和缝合针距的增大,先增加后减小,分别在缝合长度为20倍编织绳直径和5mm针距时达到最大值。闭合编织绳的拉伸失效是从连接区端部编织纱断裂开始的,在连接区编织纱结构扭曲变形、编织纱抽拔、断丝、抽丝现象严重。最后,对于缝合连接的闭合编织绳环,分别在50%和75%两种应力水平下,进行168h的应力松弛实验,结果表明,在实验开始的12h内,应力值下降速度较快,至实验结束,两种应力水平下,闭合编织绳环应力分别下降了14.2%和15.1%。
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