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1、第2 6 卷第6 期 2 0 0 5 年1 2 月 纺织学报 J 0 u m 丑lo fT e x t i l eR e s e a 聃h V 0 1 2 6 N o 6 D e c 2 0 0 5 三维机织热塑复合材料的制作与性能 董卫国，黄故 ( 天津工业大学天津市先进纺织复合材料重点实验室，天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要设计r 一种以包芯编带纱为中间体制作三维机织热蛆复合材料的方法。对复合材料的空隙率、拉仲、弯 曲性能进行了实验和分析。研究表明，包芯编带纱既能满足热塑树脂的均匀渗透，义具有良好的三维织造性能；三 维机织热塑复合材料的刚度较低，预拉伸工艺可以显著提高复合材料的拉伸刚度
2、和弯曲刚度。 关键词热塑复合材料；宅脒率i 力学性虢；三维机织物 中图分类号：= I ：s1 0 5 1 4 文献标识码：A文章编号：0 2 5 3 9 7 2 l 【2 5 ) 0 6 0 1 0 7 0 2 M a 咖f a c t u r ea n dp e r f o 珊a n c e0 f3 D - w O v t h e r m o p l a s t i cc m n p O s i t em a t e r i a l D O N GW e i - G u o H U A N GG u ( m 耐nK 叮如6 0 r 舶叶o ，A 击，帆帆f7 硫如c 0 唧珊沁讹 e M 如
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6、合材料的预型件， 具有良好的整体性和仿型性。其抗层问剪切强度、 抗冲击性、损伤容限、断裂韧性、可靠性等综合力学 性能皆优于传统的层合复合材料。但是，三维织造 的运动配合复杂、纱线之问的交织摩擦大，特别是玻 璃纤维、碳纤维等高性能纤维的脆性较大，在加工过 程中，极易被损伤。而且由于断丝和起毛，造成开口 不清，为织造加工带来了极大的困难，大大限制了织 造效率的发挥。本文通过设计一种由热塑纤维和增 强纤维组成的混合纱线作为中间体，使其同时满足 热塑树脂的均匀浸润和良好三维织造性能的要求， 为高效、低成本制作三维机织复合材料提供有效 途径。 l 纱线设计 以增强纤维和热塑纤维组成的混合纱作为热塑 复合
7、材料的预浸料是热塑复合材料加工技术的一次 革新，它不仅低成本，而且具有良好的柔韧性，可以 进行机织、针织和编织加工。研究表明，通过二维编 织方法加工而成的包芯纱具有优良的耐磨性，可以 满足三维高速织造和复杂成型的要求“。本文采用 自行设计和开发的包芯编带纱作为制作三维机织热 塑复合材料的中间体，增强纤维选用玻璃纤维 ( G F ) ，热塑纤维选用丙纶纤维( P P ) ，纱线的结构参 数如表1 所示。 表1 包芯编带纱的结构参数 2 三维织物设计 不同交织结构的经纬纱，在预型件中的屈曲形 态不同，对材料力学性能影响较大。一般来讲，三维 正交机织复合材料的力学性能较好，可满足结构材 料的使用要求
8、，具有角联锁接结结构的三维机织预 型件有较好的柔性。在实验中，选用Y 和Y ：2 种 规格的纱线、选用角联锁接结和变化角联锁接结2 种织物组织，在织机小样机上织造3 种织物w 、 w ：、w ，。织造过程中，纱线不起毛、开口清晰，能顺 利进行连续化织造，织物成型良好。织物的组织结 作者简介：董卫国( 1 9 6 2 一) ，男，刮教授。主要从事纺织复合材料的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【1 0 8 】纺织学报2 0 0 5 年第6 期
9、构经向截面如图1 所示，各织物的结构参数见表2 。 鬟鬻 ( a ) 角联锁接结 ( b ) 变化角联钮接结 圈1 角联锁织物经向截面 裹2 织物的结构参数 3 复合固化工艺及性能测试 3 1 复合固化实验 复台固化过程是在自行设计的实验装置上完成 的，该装置主要包括液压设备、模具、加热装置、温控 装置。实验步骤：1 ) 试样在烘箱中预热，使试样受热 均匀，减小内外层的温差；2 ) 在模具中加热到 1 7 0 ，温度决定树脂的粘度，应保证树脂既能充分 地渗透，又能在加压到规定压力时树脂不外溢；3 ) 加 压到3M P 8 ，保证树脂充分渗透和不外溢，加压时间 以试样厚度不再减小为止；4 ) 在
10、模具中自然冷却。 l 。实验的预型件是w ，并经过1 0 的预拉伸， 24 、3 、4 + 实验的预型件分别为W 2 、w ，、W 4 ，分别得 到复合材料试样M ，、M ：、M 3 、M 4 。 3 2 性能测试 根据G B3 3 5 7 7 8 B O 玻璃钢密度测试方法，测 定复合材料的密度，根据G B2 5 7 7 8 1 测试复台材 料的纤维含量，根据复合材料的密度和纤维含量以 及增强纤维和树脂的密度计算纤维的空隙率。 根据G B1 4 4 7 8 3 测试材料的拉伸性能，用 w D w 1 0 0 1 3 型电子式万能实验机进行测试，加载速 度为2I n I T 0 l l l i
11、 n 。 根据G B1 4 9 9 8 3 测试材料的弯曲性能，仪器 和型号与拉伸测试相同，上压头速度采用 l Om “血n 。 裹3 复合材料的空隙率厦拉伸、弯曲性能 4 结论 1 ) 用包芯编带纱制作三维热塑复合材料不仅可 以顺利地进行三维织造，而且可以获得较低空隙率 的复合材料。 2 ) 试样M ，和M ：的空隙率大于试样M ，和M 。， 说明增强纤维的线密度对复合材料的空隙率有较大 影响，增强纤维的线密度大，纱线直径大，树脂渗透 距离大，树脂渗透困难。M 。空隙率明显小于嗨，说 明预拉伸工艺能降低复合材料的空隙率。比较鸭 和地空隙率可以看出，织物组织结构对空隙率影 响不明显。 3 ) M ，相对于M ：而言，拉伸强度、拉伸模量、弯 曲模量、弯曲强度都有显著提高，说明预拉伸工艺可 以显著提高三维机织复合材料的力学性能，角联锁 结构材料有较好的柔性。 参考文献： 1 董卫国黄故包芯编带纱的制造工艺及结构参数 J 纺织学 报，2 0 0 4 ，2 5 ( 2 ) ：6 6 6 8 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark