亞麻針織物增強聚氨酯泡沫拉伸性能研究

王燕芳

摘要：采用反應注射成型的方法制備了以亞麻針織物為增強體、聚氨酯泡沫為基體的亞麻/聚氨酯復合材料，并對其進行拉伸性能試驗。分析針織物密度、厚度、鋪層方式對復合材料拉伸性能的影響。

關鍵詞：針織物;聚氨酯;密度;鋪層方式;拉伸性能

1 ? ?引言

復合材料是以一種材料為基體、另一種材料為增強體而組合成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求[1]。作為復合材料增強體的紡織物主要有機織物、編織物和針織物三類。而其中的針織物又分緯編針織物和經編針織物兩種[2]。

麻纖維具有耐磨、吸濕和散濕快、斷裂強度高以及濕強更高的特點，其織成的織物完全具備替代玻璃纖維織成的織物用于熱塑性樹脂基復合材料中[3]，并且麻類纖維是天然纖維，可以生物降解，不污染環境，是追求綠色環保復合材料的首選材料。聚氨酯作為一種新興的有機高分子材料，被譽為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應用于國民經濟的眾多領域[4]。軟質聚氨酯塑料作為一種理想的襯墊材料，其回彈拉伸性好，但其抗負荷能力較差。本文通過采用反應注射成型的方法來制備復合材料，即在聚氨酯泡沫塑料的制備過程中添加亞麻針織物。制備的這種復合材料不僅能夠提高聚氨酯泡沫塑料抗負荷的能力，而且仍能保持其良好的回彈性和拉伸性。

作為產業用紡織品，亞麻/聚氨酯復合材料不可避免會受到拉伸、彎曲、剪切等外力作用，因此其力學性能是產品設計時需要考慮的重要指標。本文僅對亞麻/聚氨酯復合材料的拉伸性能進行測試。

2 ? ?試驗部分

2.1 ?亞麻針織物的編織

采用37.5tex的亞麻合股紗在電腦橫機上編織了3種不同密度的平紋針織物來作為復合材料的增強體。因亞麻紗疵、毛羽多，摩擦阻力大，不易編織，所以在編織前對亞麻紗進行上蠟處理。平紋針織物的結構參數如表1所示。

2.2 ?復合材料的制備

采用反應注射成型的方法制備聚氨酯泡沫塑料和亞麻/聚氨酯復合材料。亞麻/聚氨酯復合材料的厚度以及增強針織物的鋪層方式見表2。

2.3 ?拉伸試驗

拉伸試驗采用的是GB/T 1446—2005《纖維增強塑料性能試驗方法總則》。拉伸試驗儀采用的是南通宏大實驗儀器有限公司生產的HD026N型電子織物強力儀。拉伸速度是100 mm/min，夾持距為100 mm，試樣制備如圖1所示。

圖1 ? ?拉伸試樣

2.4 ?試驗結果與分析

亞麻/聚氨酯復合材料所能承受的最大載荷見表3。

由表3可以看出，聚氨酯厚度的增加能夠起到增大拉伸載荷的作用;復合材料中增強針織物的密度越大，復合材料所能承受的拉伸載荷也就越大;增加復合材料中針織物的鋪層數，能夠增大復合材料的拉伸載荷，并且交叉（0°/90°）鋪層的效果要好于同向（0°/0°）鋪層的效果;對于相同的增強體針織物，增加復合材料的厚度，能夠起到增大拉伸載荷的作用。

在對復合材料進行橫向拉伸時，因針織物伸長率大于聚氨酯基體，所以在拉伸的初始階段，隨著位移的增加，復合材料所受的載荷也隨之增大，直到復合材料中聚氨酯基體斷裂，繼續增加位移，復合材料中的針織物被拉成繩狀，聚氨酯基體從針織物上脫離。在對復合材料進行縱向拉伸時，因針織物的伸長較小，基體與增強體會同時斷裂。

就復合材料縱、橫向而言，很明顯其縱向拉伸載荷均高于其橫向的拉伸載荷。

這與復合材料中的增強針織物有關，因為針織物在拉伸時承受載荷的紗線根數與織物拉伸方向有關。當縱向拉伸時，每個縱行主要有兩根紗線受力，即兩個圈柱受力，而橫向拉伸時，每個橫行只有1根紗線受力，即針編弧或沉降弧受力，這就造成了復合材料在縱向拉伸時的載荷要大于橫向拉伸載荷。

2.5 ?實物圖對比圖

圖2所示為亞麻/聚氨酯復合材料在拉伸試驗前后的實物圖對比圖。

3 ? ?結論

對由不同密度、不同厚度、不同鋪層方式作為增強體的亞麻/聚氨酯復合材料進行拉伸性測試，可得出以下結論：

（1）亞麻/聚氨酯復合材料中針織物的密度越大，復合材料所能承受的拉伸性能越好;

（2）增加亞麻/聚氨酯復合材料中針織物的鋪層數，能夠增加復合材料的拉伸性能，并且交叉（0°/90°）鋪層效果要好于同向（0°/0°）鋪層效果;

（3）對于相同的增強體針織物，單純地只增加聚氨酯泡沫的厚度，能夠起到增大拉伸載荷的作用。

參考文獻：

[1]嚴濤海.亞麻熱塑性增強復合材料成型工藝及性能研究[D].上海：東華大學，2009.

[2]李紅霞，劉麗，黃故.亞麻/聚丙烯針織結構預制件及其力學性能[J].紡織學報，2008，29（10）：52-55.

[3]劉麗妍，王瑞.麻纖維復合材料及其應用[J].產業用紡織品，2004，（2）：37-40.

[4] 盧子興，王仁，黃筑平，等.泡沫塑料力學性能研究綜述[J].力學進展，1996，26（3）：306-323.

（作者單位：福建省長樂職業中專學校）