As promising fibrous reinforcements in the thick composites manufacturing, 3-dimensional warp interlock fabrics (3DWIFs) are recognised more and more in the industry for their outstanding mechanical properties compared to the 2D laminates. The present work shows the influence of the fabric’s architecture on the tensile behaviour of 3DWIFs. Five kinds of 3D fabrics with different interlock structures have been designed according to the main category of binding warp yarn evolution. These five 3DWIFs, containing both binding and stuffer warp yarns and produced with the same warp and weft densities, are experimentally tested via uniaxial tensile tests. The experimental results of the different 3DWIFs have been compared to find the optimal solution based on several mechanical performances. Fabric structures have an impact on tensile properties both in the warp and weft directions. Furthermore, other influential factors, for example, the yarn crimps during the weaving process and the crimp angles of binding warp yarns in 3DWIFs, are investigated and discussed in the paper. The influence of the total crimp angles related to the binding path on the tensile properties of 3DWIFs via the inter yarns friction is summarised.

The high-performance fibres are employed largely as reinforced polymer fabrics and composites in the flexible and stiff stab-resistant personal protection equipment. To simulate the knife attack on the human body, a new methodology named pre-deformed stabbing is developed to characterise the stab performance taking into account the fabric’s deformations. Three-dimensional warp interlock fabrics (3DWIFs) were manufactured using high-molecular-weight polyethylene (HMWPE) yarns. The forming was performed on the tested 3DWIFs before the stabbing. The stabbing results are influenced by the different mode deformations created during the forming. Based on the in-plane shearing map, three different stabbing locations were chosen. The effect of locations on the stab resistance of 3DWIFs was explored with the same impact energy level. The effect of stabbing localization on the deformed fabric is significant. The shear-locking angle in the location area is critical for the stab resistance of both [0°/90°]₈ and [0°/90°, −45°/45°]₄ deformed fabrics in the studied cases.

Strain-load is a critical aspect of high-performance textile composites, and testing and application of these materials require significant time, numerous samples, as well as extensive physical experimentation. To address these challenges, this study proposes the construction of machine learning prediction models as an alternative to traditional methods for assessing the strain-load performance of 3D woven fabrics. Four algorithms of Random Forest, Ridge Regressor, K-Nearest Neighbor, and Multi-layer Perceptron were investigated with different feature extraction strategies to predict the strain-load curves of 3D woven fabrics for both warp and weft directions as a whole. A total of 62 datasets sourced from the literature were investigated with 5-fold cross validation in model construction. The results indicate that the strain-load curves can be effectively simulated by different machine learning models basically, and more data with better feature extraction is expected to promote the prediction performance of constructed models in more application cases in future work.

In the present work, five 3D warp interlock fabrics (3DWIFs) with stuffer warp yarns were made from 135Tex linear density Spectra ® 900, high-molecular-weight polyethylene (HMWPE) yarns, with the same warp density (10 ends/cm) and weft density (40 picks/cm) and manufactured on the same dobby loom. After production, several mechanical and physical measurements are done and especially tensile tests to understand their final behaviour with respect to process and product parameters. The effects of fabric density and yarn density on tensile properties of the fabrics, in the warp and weft directions respectively, have been investigated. Besides, other influent factors as yarn crimps are also discussed in this paper.

Développement et caractérisation des tissus 3D interlocks chaines comme renforts pour des solutions de protection contre les coups de couteau: Une demande croissante en matériaux utilisés pour la protection contre les coups de couteau a été formulée pour apporter plus de protection, flexibilité et légèreté. Les chercheurs se sont principalement concentrés sur les études relatives à la résistance aux coups de couteau des gilets pare-balles souples à base de fibres textiles et de tissus techniques 2D. Cependant, les matériaux de protection souples basés sur des tissus 3D ont rarement été étudiés dans les travaux de recherche récents, en particulier ceux qui révèlent que les architectures tissées en 3D peuvent jouer un rôle décisif lors d'un impact de couteau. Les tissus 3D interlock chaine (3DWIFs) peuvent également être utilisés dans un gilet souple pour des applications anti-poignard. L'objectif général de ces travaux de recherche actuels est d'explorer les différentes conceptions de tissus 3D interlock chaine (3DWIF) qui offrent la solution de protection la plus efficace. Par conséquent, cette thèse s'est concentrée sur les paramètres du processus de fabrication et les paramètres des produits résultants des tissus 3DWIF fabriqués avec des fils HMWPE. Les paramètres du processus de production ont été étudiés afin d'optimiser la fabrication et les propriétés mécaniques des tissus 3DWIF. Les paramètres produit des tissus 3D interlock chaine ont été étudiés afin de trouver la combinaison optimisée pour la meilleure résistance de protection contre les coups de couteau. Les quatre principales catégories d'architectures de tissus 3D interlock chaine, tels que : A/T, A/L, O/T et O/L, ont été tissées avec les mêmes fils retordus de polyéthylène à haut poids moléculaire (HMWPE). Les caractéristiques mécaniques des tissus 3D interlock chaine (3DWIF) ont été systématiquement testées et comparées. En outre, une étude expérimentale spécifique a été réalisée sur des tissus 3D interlock chaine soumis à un impact à faible vitesse, y compris les propriétés à simple et double passe en termes de profondeur de pénétration et de traumatisme. Les tests de double passage au couteau sont complémentaires des tests de simple passage au couteau. Il a été conclu expérimentalement que le tissu 3D interlock chaine de type orthogonal à liage à travers l'épaisseur a une bonne résistance aux coups de couteau. Entre-temps, les liens entre la résistance aux coups de couteau, les propriétés physiques et les propriétés mécaniques des 3DWIF ont été analysés.