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与传统复合材料层合板相比，缝合复合材料具有高损伤容限和优异的层间性能，被广泛应用在军工和民用领域。在缝合复合材料制备过程中，多采用机针无旋转情况下直接垂直或斜向刺入铺层织物中，在织物层厚度较大的情况下出现缝制困难甚至断针现象。缝合设备的局限性对大厚度缝合预制体的制备造成困难，因此需要开发一种可缝制大厚度预制体的缝合设备。
本文设计了一种可变速的机针旋转式缝合设备，包括旋转式缝合机头装置、横向运动装置、纵向运动装置和缝料固定装置。采用可变速的机针旋转式缝合设备以0转/min直接穿刺和2000转/min旋转穿刺13层和25层织物，使用双合股碳纤维制备缝合预制体，缝合预制体的针行距均为5mm，并结合RTM复合成型工艺制备了两种厚度和两种机针运行方式的缝合复合材料。
测试直刺式和旋转式缝合织物表层穿刺孔尺寸发现，旋转式穿刺孔面积大于直刺式。通过比较缝合线与穿刺孔的横截面积，探讨机针运行方式对缝合织物层内纤维弯曲的影响发现，同铺层数量下的缝合复合材料的纤维弯曲度基本一致。采用红外热成像仪观察直刺式和旋转式缝合织物层表面热量，探讨机针运行方式对缝合织物层内纤维的摩擦情况发现，旋转式缝合机针与纤维的摩擦作用大于直刺式缝合机针。
对四种缝合复合材料进行拉伸、压缩、弯曲、层间剪切性能测试，采用非接触全场应变测量系统获取拉伸实验过程中的试样应变状态，采用数码电子显微镜和SEM扫描电镜观察试样失效形貌，并分析相应的失效模式。研究结果表明，13层铺层数量时，相比于直刺式缝合，旋转式缝合提高了复合材料的力学性能，尤其对拉伸性能的增强作用最明显，拉伸强度和模量分别提高了12.57%和12.24%。25层铺层数量时，直刺式与旋转式缝合复合材料的力学性能接近。缝合复合材料拉伸应变云图具有区域性特征，树脂富集区、纤维弯曲位置、无缝线织物层位置及面内缝线位置的应变值依次递减。
本文设计了一种可变速的机针旋转式缝合设备，包括旋转式缝合机头装置、横向运动装置、纵向运动装置和缝料固定装置。采用可变速的机针旋转式缝合设备以0转/min直接穿刺和2000转/min旋转穿刺13层和25层织物，使用双合股碳纤维制备缝合预制体，缝合预制体的针行距均为5mm，并结合RTM复合成型工艺制备了两种厚度和两种机针运行方式的缝合复合材料。
测试直刺式和旋转式缝合织物表层穿刺孔尺寸发现，旋转式穿刺孔面积大于直刺式。通过比较缝合线与穿刺孔的横截面积，探讨机针运行方式对缝合织物层内纤维弯曲的影响发现，同铺层数量下的缝合复合材料的纤维弯曲度基本一致。采用红外热成像仪观察直刺式和旋转式缝合织物层表面热量，探讨机针运行方式对缝合织物层内纤维的摩擦情况发现，旋转式缝合机针与纤维的摩擦作用大于直刺式缝合机针。
对四种缝合复合材料进行拉伸、压缩、弯曲、层间剪切性能测试，采用非接触全场应变测量系统获取拉伸实验过程中的试样应变状态，采用数码电子显微镜和SEM扫描电镜观察试样失效形貌，并分析相应的失效模式。研究结果表明，13层铺层数量时，相比于直刺式缝合，旋转式缝合提高了复合材料的力学性能，尤其对拉伸性能的增强作用最明显，拉伸强度和模量分别提高了12.57%和12.24%。25层铺层数量时，直刺式与旋转式缝合复合材料的力学性能接近。缝合复合材料拉伸应变云图具有区域性特征，树脂富集区、纤维弯曲位置、无缝线织物层位置及面内缝线位置的应变值依次递减。