亞麻-聚丙烯針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、亞麻紗具有高強(qiáng)、高模、質(zhì)量輕、密度小、原料來源廣泛、綠色環(huán)保等優(yōu)良性能，可用作開發(fā)具有一定承載能力的民用紡織復(fù)合材料的增韌原料，聚丙烯(polypropylene，簡稱PP)受熱熔融且性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，具有可回收、可循環(huán)利用性能，適宜用作熱塑性復(fù)合材料的樹脂基體材料。針織技術(shù)可將增韌原料和基體材料一次編織成型為熱塑性復(fù)合材料預(yù)制件，生產(chǎn)工藝簡單、成本較低，而且，針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件延伸性好，易于模壓成型，有較好的拉伸能量吸收性能。針織結(jié)構(gòu)復(fù)

2、合材料中的線圈的幾何結(jié)構(gòu)可使纖維取向被立體地固定，保證了纖維取向的穩(wěn)定和熱塑性變形區(qū)域中纖維含量的均等，具有較好的拉伸能量和抗沖擊能量吸收性能。所以將亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織形成針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件，后經(jīng)熱壓復(fù)合制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料板材是開發(fā)新材料的有效途徑之一，本研究的主要目的即在于開發(fā)綠色環(huán)保的民用亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并對其力學(xué)性能進(jìn)行宏觀測試分析和細(xì)觀模擬預(yù)測。
　　 本文首先以亞麻紗和聚丙烯長絲為原料，探討了亞麻

3、/聚丙烯并股共織的橫編工藝，選用亞麻紗與不同股數(shù)的聚丙烯長絲合股共織了1+1羅紋和四平兩種結(jié)構(gòu)且各具不同彎紗深度的織物，并股的亞麻紗和聚丙烯長絲的股數(shù)比分別為1:1、1:2、1:3、1:4，對應(yīng)的預(yù)制件的纖維體積含量為75％、60％、50％、43％；通過研究發(fā)現(xiàn)亞麻紗經(jīng)過編織前處理可改善其在橫機(jī)上的可編織性；通過調(diào)整上機(jī)的編織速度、牽拉力和彎紗深度，可確定亞麻/聚丙烯橫編織物的最佳橫編工藝。
　　 為進(jìn)一步探討制備環(huán)保型民用紡織

4、復(fù)合材料的新途徑，對利用機(jī)號G=9的橫機(jī)開發(fā)的以亞麻為增韌纖維、聚丙烯為基體的亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料預(yù)制件小樣的拉伸、彈性回復(fù)和頂破強(qiáng)力等力學(xué)性能進(jìn)行測試，分析影響其力學(xué)性能的有關(guān)因素。研究表明：亞麻紗與聚丙烯長絲合股共織可有效改善其可編織性；亞麻與聚丙烯纖維體積含量比為50:50的針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件的拉伸斷裂性能、彈性回復(fù)性能及頂破強(qiáng)力都較優(yōu)；四平結(jié)構(gòu)預(yù)制件的拉伸斷裂性能、頂破強(qiáng)力優(yōu)于羅紋結(jié)構(gòu)，而羅紋結(jié)構(gòu)預(yù)制件的彈性回復(fù)性能優(yōu)于四平

5、結(jié)構(gòu)；彎紗深度較小時(shí)，亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件的力學(xué)性能較優(yōu)。
　　 將天然亞麻纖維作為增強(qiáng)纖維，聚丙烯作為樹脂基體，編織形成的不同纖維體積比、不同結(jié)構(gòu)的亞麻/聚丙烯針織物預(yù)制件，經(jīng)過熱壓復(fù)合制備形成了一定的亞麻/聚丙烯針織物增強(qiáng)熱塑性綠色環(huán)保的民用紡織復(fù)合材料板材。通過對增強(qiáng)纖維及基體材料性能的分析，以及對預(yù)制件和復(fù)合材料板材的結(jié)構(gòu)參數(shù)和制備工藝的設(shè)計(jì)和分析，得到了較優(yōu)的復(fù)合材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制備工藝，認(rèn)為亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)預(yù)

6、制件的編織工序簡單、效率高，并可直接熱壓復(fù)合，降低了復(fù)合材料的制備成本；模壓復(fù)合中，預(yù)制件層疊方式選擇90°交叉層疊(正交)和0°平行層疊，鋪層數(shù)分別為4層、6層和8層，其中4層、6層預(yù)制件熱壓過程中施加的最大壓力為10Mpa時(shí)最優(yōu)，8層預(yù)制件熱壓過程中施加的最大壓力為15Mpa時(shí)最優(yōu)；三個(gè)階段的模壓溫度分別為100℃、160℃和195℃。
　　 為了開發(fā)亞麻纖維增強(qiáng)聚丙烯熱塑性樹脂基針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，制備出性價(jià)比較高、力學(xué)性能

7、較好的民用環(huán)保復(fù)合材料板材。通過選擇最優(yōu)的熱壓復(fù)合工藝制得不同結(jié)構(gòu)、不同亞麻/聚丙烯纖維體積含量比的針織結(jié)構(gòu)熱望性復(fù)合材料板材，并對其拉伸性能進(jìn)行了測試分析，認(rèn)為四平結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的板材比羅紋結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的板材拉伸強(qiáng)力大；同種結(jié)構(gòu)、相同熱壓復(fù)合工藝條件下，亞麻/聚丙烯纖維體積含量比為55.7:44.3時(shí)復(fù)合材料板材的拉伸強(qiáng)力最大，拉伸最大值載荷達(dá)514.072N；預(yù)制件層疊方式對復(fù)合材料板材的拉伸性能有很大影響。為了開發(fā)抗沖擊性能優(yōu)良的環(huán)保型民用

8、紡織復(fù)合材料，本文對研制開發(fā)的亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料板材進(jìn)行了沖擊測試，分析了沖擊破壞后的形貌，探討了其破壞機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維體積含量趨近55.7％時(shí)，亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料板材的抗沖擊性能較優(yōu)；鋪層數(shù)為8的復(fù)合材料板材抗沖擊性能較4層和6層的好；針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件的彎紗深度為9時(shí)，板材的抗沖擊性能相對較好。
　　 本文采取多尺度有限元分析的方法，建立并分析了含有增強(qiáng)纖維亞麻紗線和樹脂基體聚丙烯的胞元模型，得到胞元