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1、6 产 业用纺织品 第 2 l卷 总第 1 5 9期 玻 鹂 纤 谁 伦 渴 3 D 机 物 厦 舆 复 舍 材 料 的 研 利 田伟祝成 炎(浙 江工程 学院，杭 州，3,1 0 0 3 3)摘要：将玻璃纤维与丙纶采用纤维 包缠混杂的方法制成所需的纱线，进而研制成 3 D机织物，并采用直接热 压戍 型 工 艺常 l 得 复合 材料 板 材。对研 带 3 戍的 玻 璃纤维 增 强 丙纶 基 复合 材料 板材 的拉 伸 性 能进行 了测 试和 分析。关键 词：纤 维混 杂，3 D机 织物，正 交结构，拉 伸 强 度 中图分 类 号：l 0 6 6 文献 标 识码：A 文章 编号：1 0 0 47
2、 0 9 3(2 0 0 3)1 2-0 0 0 6一o 4 0 前 言 将 不 同成分、不 同性 能或 不 同作用 的纤 维 束 按要求进行混合或并合，再 由这两种或两种以上 的纤维所组成的纱线织制 3 D织物，可满足复合 材料 的性能 和特殊成 型工艺的需要。本 文探 索采 用玻璃 纤维与丙纶长 丝混 杂制 成所需纱线 的方 法 与工 艺，以及 研 制玻 璃纤 维 增强 丙 纶基 3 D机 织 物及 其 复 合材 料 板材 的技 术，最 后 对 两种 3 D结 构复合材料板材的拉伸性能进行测试和分析。l 纤维 混杂的主要方法 与工艺技 术 增强用纤 维如玻璃纤维 和碳纤 维等与其他纤 维的
3、混 杂，主要 采用 并合、加捻、网络 和包覆 等方 法 中的一种 或几种 方法 来完 成，以达到 各种 纱线 组合 的要求。(1)并 合 与加 捻。为 达 到所需 的纱 线 纤 度，可将纱线并 合。并合工艺 只需控 制各股被并合纱 线之间张力均匀即可。对经并合后 的纱线而言，提高其耐磨性 能的常规手段是加 捻，通常采用各 收稿 13期：2 0 0 30 62,1 作者 简介：田伟 女，1 9 7 8年 生，在 读硕 士 研究 生 主要 研 究 三维机织 复 合材 料。种倍 捻机进行加捻。但 对纤度高(2 4 0 0 d t e x)、刚 度大的玻璃纤维、碳纤维等，常规的倍捻机将无法 进行加捻。
4、为此，需 采 用其 他 的工艺 手段 来增 强 纱线 的耐磨性能。(2)网络。网络 通过 网络 喷 嘴来 实 现，使 丝 线 以一定 的间距 形成 网络结 点，增 加纱线 内各 纤 维之 间的相互交缠 以提高其耐磨性 能。但 在网络 加工 中可加 工的丝线 的纤 度受一 定 的限 制，其主 要原因是受网络喷嘴丝道直径的限制。如丝道直 径为 3 mm4 m m 的 网络 喷 嘴适用 于 8 8 d t e x 3 3 0 d t e x的丝线，当丝线纤 度 超过 3 3 0 d t e x时，则 需采用丝道直径 5 m m的网络喷嘴。但丝线纤度 进一步大 幅度增加 时如增大 至 2 4 0 0
5、d t e x，则 网络 加工就在技 术上不可行 了，故需采用其他 的方法，如包覆的方法。(3)包 覆。与 网络 的方 法 不 同，包 覆 是采 用 机械的方法使纱线按照某种方式相互并合、加捻，达 到组 合的 目的。目前 包覆可 在不同类型 的设 备 上进行，包括 环 锭 花式 捻 线 机、空 心锭 花 式 捻线 机、气流包 覆 机 等。在 本 文 中采 用 HK V1 5 1 B型 三 只空心 锭花式捻 线机进行纱线 的组合加工。图 1为 H K V1 5 1 B型花式捻线 机的工艺示意 图。本文 为研制 拉伸 性能较好 的 3 1 3机织结构 复 合材料，分别选用玻璃纤维和丙纶长丝作为原料
6、，两种纱线 采用无捻并合。根据纱线很粗的实 际情 况，对上述花式捻线机参数进行了专门的调整，并 维普资讯 http:/ 2 0 0 3年第 1 2期 产 业用纺织品 7 筒 子纱 图 1 HKV1 5 1 B 型 花 式 捻 线 机 工 艺 示 意 图 进行 了多次的试验，较 成功地制 成了所需 的纱线。2 玻 璃纤维 丙纶混杂 3 D机 织物的 研 制 2 1原料 的选 择与纱线组 合 本 文选用无 碱玻 璃纤 维 与丙 纶 长丝，根 据立 体织 物织制 的需要，以上 述并合、包覆工艺技术将 其混 杂形成 了多种纱 线，最后 采用 的纱线 的组合 为(2 1 6 0 d t e x丙 纶+2
7、 4 0 0 d t e x玻 璃 纤 维)外 包 3 6 0 d t e x丙纶。如 图 2所示 两 种不 同纱线 组 合 的玻 璃纤 维 丙纶 混杂 的纱线，玻璃纤维长 丝束与丙纶长丝 并 图 2 玻 璃 纤 维长 丝 柬与 丙纶 长 丝 包覆 线 合、包 役：在 图中可 以看 到呈 伸直 状 态的玻 璃纤 维长丝束与丙 纶长 丝相 互混 合，并 由呈螺旋 形 分 布 的丙 纶长丝在其外部包覆 以形成稳定 的纱线 结 构。这种纱线含有 较 高 比例 的丙纶 长 丝，由此 制 成的织物含有一定 比例的丙纶。由于丙纶长丝 为 热塑性 高分 子 材料，受热 会 熔 化，冷 却 后 又会 凝 固，
8、故 由这种纱线 制成 的织 物 可采 用直 接热 压成 型工艺研制玻璃 纤维 丙 纶复合材料。2 2 3 D机织物 结构 与规格 3 D机织物板 材 预制 件 的结 构形 式 有 正交 结 构、准正交结 构 和角连 锁结 构。角连 锁结 构依 纱 线 走向的不 同又可分 为多种，本文 不用这种结构，不 再 赘 述。本文采用正 交及 准正 交两 种基 本 结构，采用 3 D织造 方 法，除 了经 纱 和 纬 纱 外，还 在 织 物 的厚度方 向增加 了垂 纱，经 纱 由经轴送 出，垂纱采 用专 门机构 引人，三组纱 线均保持挺 直状 态，试制 成 了 3 D机织物。正 交结构 和准正交结 构如
9、图 3和 图 4。在 正 交结构 中经 纱 与 纬 纱 的 层 数 分 别 为 l 2层 和 1 3 层，在准正交 结 构 中经 纱、纬 纱 的层 数 分 别 为 1 2 层 和 6层。在这些结构 中均采用 了 2根垂 纱 以连 接 各层纱线。在研制 3 D结 构 机织 物 中，经 纬 纱 均采 用 了 相同的纱 线组合，即(2 1 6 0 d t e x丙纶+2 4 0 0 d t e x 玻璃纤维)外包 3 6 0 d t e x丙纶。、l _。图 3 正 交结 构 经 向截 面 图 纬纱 经 纱 垂纱 3 2O 9 8 7 6 5 4 3 24 维普资讯 http:/ 8 产 业用纺织品
10、 第 2 1卷总第 1 5 9期 I 4 I 3 I 2 l 1 1 0 9 8 7 图 4 准 正 交 结 构 经 向 截 面 图 3 玻璃 纤 维增 强丙纶 基 3 D机 织复 合 材 料 的成 型 热熔性纤 维和增强纤维混杂纱 线研 制而成 的 3 D机织 物，只需 进行热压处理 即可成型。本 文 中 玻璃纤维 增强丙纶基 3 D机织物采用 XL B DQ 4 5 0 5 0 0 4型平 板硫 化 机 进行 热 压 成型。经 过 多 次试验，确定 了玻璃纤 维 丙 纶混 杂 的 3 D机 织物 的热压成 型工艺过程 为开始一 升温一保温一 降温 一结 束。由于丙纶 的熔 点一 般在 1
11、6 5 c I=1 7 7 c I=之 间，为使 丙纶充分熔 化，将保 温温度选 择在 1 9 0。C，在 实 际加工过 程 中，保 温 温 度 自动控 制 在 1 8 0 2 0 0 的范 围 内。通 过探 索，保 温 时 间取 4 5 mi n 为佳。升温 时间是指从 室温 升至保 温温 度(1 9 0 c I=)的时间，一般为 4 5 mi n左右。降温 时间 是 指从 保 温 温 度 下 降 至 室 温 的 时 间。由于采 用水循 环冷 却 工艺，整 个降 温过 程 只 需 2 0 mi n左右。热 压成型工艺 的温 度、压 力的控 制参 数 见表 1所 示。表 1热压 成型 工 艺参
12、 数 4 复 合材 料板 材 的拉 伸 性 能 由经纬纱 组合，可计 算 出上 述两 种结 构复 合 材料板材的增强纤维 与基 材 的体积 比例(玻 璃纤 维、丙 纶 的密 度 分 别 取 2 5 4 g c m 和 0 9 1 c m )，如表 2。由于采用相 同 比例 的纱线，故在两 种 3 D立体结构 的复 合材 料板 材 中玻 璃纤维 和丙 纶的体积 比是相同 的。表 2复合 材料 板 材的 纤维体 积 比例 玻 璃纤 维体 积 比()丙纶 基 材体积 比()2 2 9 9 77 0】复合材料 板 材 的测试 采用 R T M2 0 0 A型 R E-G E R微机 控制 电子 万能试
13、 验机，主要测试 指标 为 复合材料板材 的断 裂强 度及其 拉 伸弹性 模量，拉 伸性能测试采用纵横 向(经纬 向)分别测 定 J，分 别依据 国家标 准 GB 2 2 8 8 7和 国家标准 G B 8 6 5 3-8 8中的金属 杨 氏模 量、弦线 模 量、切 线 模量 和 泊 松 比实 验 方 法(静 态 法)的 有 关 规 定 进 行。试 样 如图 5所 示，试 样 主要 尺 寸为 L=2 0 0 m i ll、L 0 =1 0 0 m i l l、L 1=L 2=5 0 m m、h=2 4 m i l l，试样宽度 1 5 m i l l，测试结 果见表 3。图 5 复合材 料板
14、材拉 伸 试验 试样 表 3复 合材 料板材 拉 伸 性能测 试结 果 在本文的两 种结 构 中，正交结 构 的断 裂强 度 与弹性 模量都较 准正 交结 构 的为 大，这是 因为 正 交结构经纬纱屈 曲程度相对较小 所致。同时在同 一结构 中经向性 能 优 于纬 向性 能，这是 因为 经 向 2 3 4 5 6 维普资讯 http:/ 2 0 0 3年第 l 2期 产 业用纺织品 9 纤 维含量大 于纬 向。5 结论 本文探讨 了玻 璃纤 维 丙纶 长丝 包 缠混 杂技 术、3 D机织 结构织 制技术 和复合材料板材 热压成 型工 艺。通 过对玻璃纤 维增 强丙纶 基 3 D机织物 复合材料
15、板材拉 伸性 能 的测试 与分 析可 知，正交 立体结 构复合材料板材 的断裂强度与弹性模量都 比准正交结 构 的高，同一 结 构 中经 向性 能 优于 纬 向性 能。在实 际应 用 中，可 通过 改变纱 线 的组 分 及 立体织物 结 构 来 提 高 复合 材 料板 材 的拉 伸性 能。参考文献 汪蔚，祝成炎 三维机织物的组织结构 与设计 浙 江 工程学 院学 报，2 0 0 1，(4)：1 7 92 0 0 Cho u S，Ch e n He The W e a v i ng Met h od s o f Th r e e Di me n s i o n a l F a b r i c s
16、 o f A d v a n c e d C o mp o s i t e Ma t e r i a l s Comp os i t e S t r uc t ur e s 1 9 95，33：1 50 1 72 邓承仪，成培江 工程 材料力学实验 北京：科学 技 术文 献 出版社，1 9 9 7 1 0 1 1 0 5 沃丁柱 等 复合材料大全 北京：化学工业 出版 社，2 0 0 2 4 4 54 4 7 Ma n u f a c t u r i n g o f t he Gl a s s F i b r e Po l y p r o p y l e n e F i b r e 3 D W
17、 o v e n Fa b r i c s a n d Th e i r Co mp o s i t e s Ti an We i，Zhu Ch e n gy a n(Z h e j i a“g I n s t i t u t e 0 f S e i e n c e a n d T e c h n 0 1 0 )Ab s t r a c t：I n t hi s r e s e a r c h，t h e r e q ui r e d y a m i s ma nu f a c t u r e d by a s pe c i a l y a m c o mmi ng l e p r o c e
18、 s s wi t h g l a s s a n d p o l y p r o p y l e n e fil a me nt，3 D o rth o g o na l a n d p s e u do o rth o g o n a l s t r uc t ur e s a r e wo v e n a n d t h e c o mpo s i t e p l a t e i s pr o du c ed b y t he he a t p r e s s me t h o d Th e t e n s i l e p r o p e r t i e s o f t he g l a
19、 s s fib r e po l y pr o p y l e n e fibr e c o mp o s i t e p l a t e s a r e t e s t e d a n d a n a l y z e d Ke ywor d s：fib e r c o mn fin g l e，3 D wo v e n f a bric，o rth o g o na l s t ru c t ur e，t e n s i l e s t r e n g t h 0 0 0 0 e e ；、(上接第 5页)Th e I n v e s t i g a t i o n P r o g r e
20、s s o n Me l t Bl o wn P o l y l a c t i c Ac i d No n wo v e n s Q u Y e h o n g，尺 Q i n f e i (C o i l g e。f T e x t i l e s，D g H u a U n i v e r s i t y)Ab s t r a c t：T h e r e s e a r c h p r o g r e s s a n d c h a r a c t e ri s t i c s o f P L A(p o l y l a c t i c a c i d)a r e s u mma r i
21、 z e dPL A fibe r s ha v e ma n y p r o p e rti e s t h a t a r e s u pe rio r t o PET fibe r s b y c o mpa ris o nT he p r o d uc t i o n r e q ui r e me n t s a n d p a r a me t e r s t h a t a f f e c t t he p r o pe rti e s o f t h e e n d u s e pr o d uc t s a r e di s c u s s e d i n d e t a i
22、 la n d t h e a p pl i c a t i o n fie l d s o f PLA me l t bl o wn n o nwo v e n s a r e a l s o pr e s e n t e d Ba s e d o n i n v e s t i g a t i 0 n a n d r e s e a r c h t he p r o b l e ms t ha t a r e o c c ue d d ur i ng i t s p r o d u c t i o n a r e pu t f o r wa r d At t h e s a me t i me s o me s ug g e s t i o ns a r e g i v e n t o s o l v e t he s e p r o b l e ms Ke y w 0 r d s：P L A(p o l y l a c t i c a c i d)，d e g r a d a t i 0 I l n l e I t b l。w n n。n w。v e n t e c h n o l。g Y，r e s e a r c h，p r。g r e s s 1，1，1，1，2 3 4 r：rl r【维普资讯 http:/