國產高性能玄武巖纖維/滌綸長絲復合織物試織*

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(1. 天津工業大學紡織學部，天津,300387；2. 天津工業大學先進紡織復合材料教育部重點實驗室，天津,300387)

玄武巖屬于火山噴出巖,是地球上存在和分布最廣的礦物之一。玄武巖纖維是以火山噴出巖作為原料,在一定溫度(1 450 ℃左右)下充分熔融后[1]，通過一定手段在較高速度下迅速拉絲而制成的連續無機纖維[2]。純天然的連續玄武巖纖維的顏色一般為褐色,有些似金色，所以又稱“金色纖維”。玄武巖纖維是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，是新材料產業中的一個組成部分[3-4]。

玄武巖纖維一般可分為普通玄武巖棉、超細玄武巖纖維和連續無機玄武巖纖維[5]。連續玄武巖纖維的拉伸強度為4 100～4 500 MPa[6]，而碳纖維為2 500～3 500 MPa[7]，因此連續玄武巖纖維的拉伸強度在一定程度上優于碳纖維。連續玄武巖纖維不僅具有較好的抗拉伸性能，而且還具備穩定、抗酸堿腐蝕、耐高溫等多種優良性能[8]。根據目前國內玄武巖纖維的生產工藝，整個工藝流程產生的廢棄物較少，對環境造成的污染可降低到最小[9-10]。玄武巖纖維制品廢棄后可直接進入大自然生態環境中，幾乎不會對生態環境造成任何危害，因此是一種新型的高科技綠色、無公害、環保型材料。本文所采用的是國產高性能連續玄武巖纖維。

玄武巖纖維在復合材料方面的應用范圍正在迅速擴大，而且在全世界范圍內復合材料的生產及應用量每年大約增長10%[11]。玄武巖纖維復合材料抗拉伸性能優良，這類產品不會隨著時間的推移產生蠕變或應力松弛現象，更不會影響產品的強度或剛度[12-13]。滌綸是世界上產量最大、應用最廣的一種合成纖維，滌綸具有較高強度(滌綸短纖維的強度為2.5～5.8 cN/dtex，高強力滌綸的強度為5.8～8.2 cN/dtex)，彈性與羊毛相似，并具有較好的耐磨、耐光、耐酸堿腐蝕等優良性能[14]。本文采用國產高性能玄武巖纖維作為經紗，滌綸長絲作為緯紗，利用DWL5016型半自動織樣機織造經二重組織及上下接結組織織物，同時將丙綸作為緯紗進行了相應的研究。

1 織物試織

本試驗所織造的織物為玄武巖經二重組織和上下接結組織。其中，經二重組織織物的構成是兩個系統的經紗與一個系統的緯紗交織進行的。雙層組織的表里兩層緊密地連接在一起的織物稱為接結雙層織物，而在織里層時，表經下降和里緯交織構成接結，所形成的組織即為上下接結組織。

1.1 織物試織的要求

織物組織的選擇：織物組織是影響織物品種的重要因素之一。織物組織的選擇要根據織物的用途及外觀風格來決定，同時要考慮到對傳統織物的延續與變化。

織物的密度設計：織物經緯密度的大小與經緯密度之間的相對關系是影響織物結構的主要因素之一。

1.2 材料參數

本試驗采用DWL5016型半自動織樣機織造織物，試驗原材料的性能指標如表1所示。

表1 試驗原材料的性能指標

所設計的織物規格參數如表2所示。

表2織物的規格參數

組織結構經密/[根·(10 cm)-1]幅寬/cm筘號每筘入數總經根數經二重 20025504500上下接結13025652325

1.3 織物組織結構設計

1.3.1 經二重組織織物設計

經二重組織織物的組織圖如圖1所示，上機圖見圖2，截面圖見圖3。

1.3.2 上下接結組織織物設計

上下接結組織織物的組織圖如圖4所示，上機圖見圖5，截面圖見圖6。

1.4 織物展示

圖7所示為兩種組織織物的成品圖。

2 試驗部分

2.1 織物拉伸斷裂測試

圖1 經二重組織的組織圖

圖2 經二重組織的上機圖

(a)橫向

(b)縱向圖3 經二重組織的截面圖

由表3可知：玄武巖纖維織物的經向斷裂伸長率小于緯向斷裂伸長率；玄武巖纖維織物的經向彈性模量大于緯向彈性模量。需要說明的是，由于本試驗室儀器的量程過小，測得的數據還需進一步考究。

2.2 織物耐磨性測試

織物的耐磨性是指織物抵抗與另一物體摩擦而磨損的性能[15]。采用常州第二紡織機械廠生產的織物平磨儀來測試織物的耐磨性，圓盤以70 r/min作等速回轉運動。測試結果見表4。

(c)接結組織圖4 上下接結組織的組織圖

圖5 上下接結組織的上機圖

表3 織物的拉伸斷裂試驗結果

(a)橫向

(b)縱向圖6 上下接結組織的截面圖

(a)經二重組織織物

由表4可知：上下接結組織織物的質量損失大于經二重組織織物，即經二重組織織物的耐磨性更好些。玄武巖/滌綸織物單位面積質量損失大于玄武巖/丙綸織物，即玄武巖/丙綸織物的耐磨性相對更好些。

(b)上下接結組織織物圖7 織物實物圖

表4 織物的質量變化

2.3 織物密度測試

本試驗采用照布鏡、鑷子來分析規定尺寸織物的經緯紗密度，再根據窗口寬度來得到織物的經緯密度，見表5。

表5 織物的經、緯紗密度

由織物的經緯密度以及經緯紗線的直徑可以計算得到織物的緊度。

總緊度：E=Ej+Ew-0.01EjEw

式中：k——紗線直徑系數；

dj、dw——經、緯紗直徑(mm)；

Pj、Pw——經、緯向密度(根/mm)；

Tj、Tw——經、緯紗的特數(tex)。

計算結果如表6所示。

表6 織物的緊度

由表6可知,經二重組織織物的經密較大，但上下接結組織織物的緯密較大；由于滌綸與丙綸的線密度相同，所以在用滌綸或丙綸作緯紗的相同組織織物中，緯密相近。同時，經二重組織織物的總緊度大于上下接結組織織物的總緊度，且經二重組織織物的經向緊度大于上下接結組織織物的經向緊度，但其緯向緊度小于上下接結組織織物。

2.4 織物厚度測試

織物的厚度會影響織物的體積質量、蓬松性、剛柔性、保暖性、耐磨性等，而織物厚度取決于紗線的線密度、結構相、密度、織物組織及紗線結構等。

本試驗按照GB/T 1380—1997，采用常州第二紡織機械廠YG141型厚度儀測試織物厚度。參數設置為壓力2 kPa，加壓時間30 s。每個樣品均測5次，取平均值，測試結果如表7所示。

表7 織物的厚度

由表7可知,上下接結組織織物厚度的變異系數明顯高于經二重組織織物，說明上下接結組織織物的厚度不如經二重組織織物的厚度穩定。而上下接結組織織物中，丙綸作緯紗時的織物厚度不如滌綸作緯紗時的織物厚度穩定。

3 結語

通過試織經二重組織與上下接結組織兩種具有一定厚度的織物，并對織物性能進行測試，為進一步研究工程用復合材料的應用領域奠定了基礎。高性能纖維/滌(丙)綸長絲復合織物的試織，可獲知高性能纖維在一定環境中也會發生分束、單絲斷裂和耐磨強力不夠等現象。雙層織物在一定程度上提高了拉伸強度、緊密度，改善了其層間撕裂強度，為后續的復合材料研究打下了堅實的基礎。

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