緯編針織增強復合材料的制備與研究

陶麗軍，林鳳玲，殷肖海，劉曉洪

（武漢紡織大學 紡織與材料學院，湖北 武漢 430073）

緯編針織增強復合材料的制備與研究

陶麗軍，林鳳玲，殷肖海，劉曉洪*

（武漢紡織大學 紡織與材料學院，湖北 武漢 430073）

本文選用苧麻/PP包纏紗作為針織紗線在橫機上編織，然后在熱壓機上壓制成苧麻/PP復合板材。研究了同種組織結構、不同機號，不同PP含量等對苧麻/PP增強復合材料拉伸性能的影響。結果表明，當壓模層數為10，壓模溫度為190℃時在12G針織橫機上、采用1:2包覆方式做成的復合材料其拉伸性能最好。

苧麻纖維；丙綸；苧麻/PP包纏紗；復合材料；拉伸性能

近年來，產業用紡織品在整個紡織品中所占的比重不斷上升，其中以高性能纖維織物作為增強體的熱塑性復合材料發展較快。緯編針織物[1-3]具有良好的延伸柔順性能和較高的生產效率，作為增強體再與熱塑性基體復合將賦予材料優良的成型性、抗沖擊性和較低的生產成本。聚丙烯[4-7]原料來源豐富，價格低廉，與其他塑料比較，有較好的綜合性能。苧麻纖維復合材料[8-11]因所具有優良的沖擊性能，抗拉強度，較高的比模量和很小的比重，可循環利用等優點，適合用作復合材料的增強材料。由于這類材料具有良好的間層、層內強度和抗損傷容限性能，具有較高的能量吸收能力，同時由于它更易于成型，制造成本低，重量輕，在飛機、汽車、建筑、防護裝置、運動器材等結構中具有強勁的競爭力，并得到了廣泛的應用[12-15]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料和儀器設備

苧麻，湖北陽新遠東麻業有限公司，密度：21英支。丙綸，射陽縣絲緣化纖有限公司產，牌號：450D。PP膜材，武漢金牛PP管業有限公司提供，膜厚0.02cm。平板硫化機，XLB-D350X350型,浙江湖州東方機械有限公司產品。電子織物強力機，YG（B）026D-250，型溫州大榮紡織機械廠。單紗強力儀，YG(B)021DX，溫州市大榮紡織儀器有限公司。微電腦花式捻線機，HN43-02-12，蘇州華飛紡織科技有限公司。針織橫機，12G.5G，福建紅旗股份有限公司。電子頂破儀，YG065H，萊州市電子儀器有限公司。材料拉伸試驗機，5566型，美國INSTRON公司。

1.2 實驗流程

本實驗流程如下圖（見圖1）：

圖1 實驗流程

1.3 針織結構預制體的制備及復合材料的制作

1.3.1 包纏紗的制作

本次包纏紗是在HN43-02-12花式捻線機上紡出的，紡紗工藝參數如下表（見表1）：

表1 紡紗工藝參數

1.3.2 預制件的制造

采用針織的方法，將包纏紗分別在12G，5G不同機號針織橫機上制出同種組織預制件。其所設計的織物組織結構為1+1羅紋如圖2、圖3。

圖2 1+1羅紋線圈

圖3 1+1羅紋編織圖

1.3.3 復合材料的制作

本實驗采用經表面處理的織物在平板硫化機上進行層壓成型。

1.4 實驗方法

1.4.1 包纏紗拉伸強力測試

包覆紗線拉伸斷裂性能按照國家標準GB/T3916-1997來測試。在萬能材料實驗機上測定。

1.4.2 預制件拉伸性能測試

小樣的拉伸性能測試參照GB/T3923.1—1997《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》。使用大榮紡儀YG(B)26D 型電子織物強力儀,測試織物的拉伸斷裂強力拉伸速度100 mm/min,試樣夾距100 mm,每個試樣測3 次。

1.4.3 預制件頂破性能測試

頂破強力的測試參照GB/T 8878—2003《棉針織內衣》和GB7742—1987《紡織品脹破強度和脹破擴張度的測定-彈性膜片法》。裁取直徑為6 cm 的圓形試樣進行測試。同樣的，每塊小樣均測試5 次，

1.4.4 復合材料拉伸性能測試

對天然纖維復合材料根據GB1447-83 進行拉伸實驗。在INSTRON 萬能材料試驗機上測試，拉伸試驗加載速度為10mm/ min ,試樣為啞鈴型,夾持距離為120mm ,對每一種材料分別做5～6 個拉伸試樣，試樣規格為150mm×10mm。

2 結果與討論

2.1 包纏紗的性能

通過實驗所得數據如下表

表2 包纏紗的力學性能

由以上測試結果可以看出，包覆紗的拉伸強力很大，所以在織造時就不容易斷裂，織物就會出現較少疵點，漏洞等瑕疵，布面比較整潔，布的各方面性能都會比較均勻。

2.2 預制件的性能

2.2.1 預制件的密度

表3 預制件的面密度

由三種織物的密度分析可知：在同種機號上的織物，其橫密相近，而不同機號的同種紗線的織物，其橫密、縱密均有很大的差異。總的來說，影響織物密度的主要因素是機號，機號越大，織物的密度越小。

2.2.2 預制件的頂破強力

表4 預制件的頂破強力

通過對上面的數據處理我們得到下圖（見圖4）：

圖4 預制件的頂破強力

通過對比織物密度和相應的頂破強力：在同種機號上的織物，織物的縱密越大，其頂破強力越大；而不同機號的同種紗線的織物，織物密度越大，其頂破強力越大。總的來說,影響織物的頂破強力大小的主要因素的是織物的密度，密度越大，織物的頂破強力則越大。

2.2.3 預制件的力學性能

表5 預制件的拉伸強力

通過對上面的數據處理我們得到下圖（見圖5）：

圖5 預制件的斷裂強力

通過圖5可以得出：對于同種機號同種紗線的預制件，織物的橫向，縱向之間的斷裂強力有相當大的差異，一般是織物的縱向斷裂強力大于橫向的斷裂強力；而對于不同機號的同種紗線的預制件，機號越大，織物的斷裂強力越大；對于同種機號的不同比例紗線的預制件，采用1:2紗線的預制件比1:1的要大的多。總的來說：影響織物斷裂強力的主要因素是預制件所采用的紗線比以及機號的大小，即采用大機號、大比例的紗線的預制件的斷裂強力越大。

2.3 復合材料的拉伸性能

圖6 復合材料的拉伸強度

比較三圖可知，在等溫等壓同機號的情況下，紗線比較大的的復合材料的斷裂強力相對較大；而等溫等壓同紗線比的情況下，大機號的復合材料的斷裂強力相對較大。總的說來：復合材料的斷裂強力的大小與紗線比和機號（即密度）均有較大的關系，其紗線比越大，織物的密度越大，符合材料的斷裂強力越大。

3 結論

（1）由于苧麻的毛羽較多，強力較低，所以采用包覆的方法，可以將苧麻的毛羽基本包覆起來，并且包纏的長絲是丙綸，丙綸的強力較大，所以所制成的包覆紗互相取長補短，性能比較好。

（2）本文選擇了一種緯編組織結構進行研究，通過選用不同機號和不同比例的紗線來對比，通過比較得出在12G針織橫機上，采用1:2包覆紗所織出的織物在頂破強力和斷裂強力方面均要比其他兩種織物的性能優越。

（3）織物通過層壓工藝在190℃恒溫下保溫20分鐘得到苧麻/PP針織復合材料，通過對比，得出12G、1:2包覆紗所紡出的復合材料其拉伸性能最好。

（4）本文選擇了同種緯編組織結構進行研究，其不足之處是首先選取組織結構偏少，可以再增加更多的組織結構，通過對比更多的組織的復合材料的性能，從而得到更為適合的復合材料。

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Preparation and Study on weft knitted fabric reinforced composites

TAO Li-jun, LIN Feng-ling, YIN Xiao-hai, LIU Xiao-hong

(College of Textile and Materials, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073，China)

We select ramie/pp wrap yarns to weaving on flat knitting machine in this experiment, then suppresses the fabrics into composite plates on the hot-press machine. During the researches on the influences of different gauges, different content of pp of the same fabric structure, we can find the best condition of the tensile property of the composite fabrics. They are: the membrane number of piles is eight, the temperature is 190℃, the gauge is 12G and the content ratio of the ramie and pp is 1:2.

Ramie fiber; polypropylene; ramie/PP wrap yarn ;composite ;tensile property

TS184.4

A

1009－5160(2010)04－0004－04

*通訊作者：劉曉洪（1968-），男，教授，研究方向：紡織復合材料.基金項目：武漢紡織大學校基金項目（20063115）.