三维苎麻机织物蜂窝夹层复合材料的制备及力学性能分析.pdf

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1、2014年第6期产业用纺织品产品开发三维苎麻机织物蜂窝夹层复合材料的制备及力学性能分析郭建峰（苏州市纤维检验所，苏州，２１５１２８）摘要：选取线密度合适的苎麻纱线，设计二维和三维苎麻机织物结构和参数，制备以二维和三维苎麻机织物作为增强体，增强酚醛树脂作为联结基质，蜂窝夹层作为芯层的复合材料，结果表明复合材料成型良好。以苎麻纤维作为增强体，分析不同的编织方式对复合材料力学性能的影响。结果表明：采用三维缎纹织物作为增强体的复合材料，其抗冲击、抗弯曲和抗拉伸性能要明显高于二维平纹结构夹层材料和三维平纹织物增强的复合材料。关键词：苎麻机织物，复合材料，蜂窝夹层，抗冲击

2、性能，抗弯曲性能，抗拉伸性能中图分类号：ＴＳ１０１．２文献标志码：Ａ文章编号：１００４－７０９３（２０１４）０６－００１１－０４目前复合材料的研究受到学术界的重视，以纺有机和无机填料相容的物质，具有较好的黏结强［４］织结构作为增强体的复合材料也越来越得到认可。度。蜂窝材料质量轻，稳定性好，比强度、比刚除了对复合材料各方面性能要求不断提高外，对其度高；表面平整，不易变形；吸声、隔热性能好，抗冲［５］原材料的来源也在不断开发。近年来麻纤维受到击、缓冲性能好。研究者的关注，麻纤维来源广、价格较低、比模量1．2预制件织造［１］高，其综合力学性能优于一般的纤维素纤维。本

3、试验需要织造的预制件包括：二维平纹、斜国外对麻纤维复合材料的研究开发已经达到工业纹、缎纹以及三维正交、斜纹和缎纹机织物，其中二化应用阶段，而我国目前也已进入试验室研究阶维平纹为最基础的组织。三维正交机织物的示意段，不同麻纤维与不同聚合物的组合越来越多。我图如图１所示，预制件是在厚度方向上引入了Z向［２］国麻纤维产量居世界前列，为麻纤维复合材料纱线的三维正交机织结构，增强纱在厚度方向上贯的研究提供了条件，使生产性能优异、价格低廉的穿起经纱和纬纱，提高了层间抗冲击损伤的能力；复合材料成为可能。同时正交的经纱和纬纱在织物中处于平直排列的状态，没有屈曲部分和交织点，纱

4、线强度得到了更１二维和三维复合材料的制备［６］有效的利用。1．1材料及设备本试验所采用的原料为：苎麻单纱、酚醛树脂、蜂窝结构材料；主要设备有剑杆织机、平板热压机。苎麻纤维是麻纤维中唯一以单纤维状态存在的，苎麻纤维具有长度长、弹性好的优点，是麻纤维中品［３］质最好的纤维。酚醛树脂是一种多功能、能与收稿日期：２０１３－０８－２８作者简介：郭建锋，男，１９７９年生，工程师。主要从事纺织品检图１三维正交机织物结构图测工作。—１１—产品开发产业用纺织品总第291期由于二维和三维织物采用同一种纱线，在铺层行抗冲击性能测试。测试原理为使用不同质量的相同的前提下，其织物结构的

5、体积基本相同。为了冲击锤头从距离试样一定高度的正上方自由下落便于对比，需使不同结构的蜂窝夹层材料的纤维体冲击试样，从试样被破坏的表面形态对各个试样的［７-８］积含量接近。经计算二维织物上下各铺９层，三维抗冲击性能进行分级评价。试验使用的仪器为机织物（如图１所示）包括４层X向经纱，５层Y向落锤式冲击测试仪、３５６０Ｃ型声学与振动分析系纬纱和１个系统Z向纱线，此时三种织物的质量密统、４５０７Ｂ型加速度传感器以及计算机。试验系统度相近。本试验设计的织物基本结构参数见表１。如图２所示。表1织物基本结构参数－１纱线线密度／面密度／厚度／密度／［根·（１０ｃｍ）］组织结构

6、－２ｔｅｘ（ｇ·ｍ）ｃｍ经向纬向二维平纹①２１１４７×９（层）０．１５×９（层）４００３００二维斜纹②２１１４７×９（层）０．１５×９（层）４００３００图２试验系统二维缎纹③２１１４７×９（层）０．１５×９（层）４００３００三维正交④２１７５０１．５０３００２５０在试验过程中有两个可变因素：落锤的冲击高三维斜纹⑤２１７５０１．４５１８０１５６度和落锤质量，两者都会影响落锤对试样的冲击力三维缎纹⑥２１７５０１．３４１８０１５６度。为了得到直观的试验结果，在试验中固定落锤落下的高度，将落锤质量确定为变量，并选定６个1．3复合材料的制备成等差的落锤质量。冲击试验参数

7、见表３。设计好预制件的结构后进行织造，将织造完成表3冲击试验参数的织物选择布中位置进行裁剪，试验用取样尺寸设定为２０ｃｍ×６ｃｍ，并在烘箱中进行干燥去除水测试编号冲击高度／ｃｍ落锤质量／ｇ［７］分。然后用酚醛树脂涂覆织物，将预浸树脂的１５０４５０织物铺放在蜂窝材料的上下两面。由于二维织物２５０４００叠层相铺只是为了增加厚度，所以在铺层时织物纹３５０３５０理要保持一致进行叠铺，各层的经纬向方向一致，４５０３００且经纬交织点要完全对齐。最后采用平板热压机５５０２５０对铺放好的材料进行热压，设置压强１．２ＭＰａ、温６５０２００度１４０℃、时间６０ｍｉｎ，冷却后制备完

8、成。制得的２．１．２试验结果及分析夹层