緯編間隔織物/聚氨酯復合材料的制備與壓縮性能

周夢梅,龍海如,*

(1.東華大學 紡織學院,上海201620;2.東華大學紡 織面料技術教育部重點實驗室,上海201620)

間隔織物是一種三明治結構,由上、下兩個分離的表面織物和中間起連接與支撐作用的間隔紗連接組成[1],針織間隔織物分為緯編間隔織物和經編間隔織物[2-5].針織間隔織物具有良好的透氣透濕性和抗震緩沖性,但是織物間隔絲在受到壓縮時,間隔絲容易出現剪切失穩的現象.

軟質聚氨酯泡沫是由多元醇、異氰酸酯及其他助劑反應制備而成的高分子聚合物[6],具有優良的彈性和韌性,因此被廣泛應用于墊材、功能面料、運動裝備等領域.

近年來,許多學者對經編間隔織物增強聚氨酯復合材料進行了研究[7-9],但關于緯編間隔織物/聚氨酯復合材料的研究仍較少.本文采用了不同的3種集圈連接距離、3種間隔絲直徑和3種間隔絲排列密度共制備了7種不同結構參數的緯編間隔織物,并與聚氨酯復合制備成了復合材料,研究了織物結構參數對復合材料壓縮性能的影響.

1 試驗部分

1.1 緯編間隔織物的設計與編織

試驗選用30 tex的滌綸、44 dtex錦綸/33 dtex氨綸包覆紗編織表面層,直徑為0.10、0.12、0.14 mm的滌綸單絲作間隔層,在機號E12的雙針床電腦橫機上編織.

1.1.1 變厚度緯編間隔織物的設計

采用隔4、6、8針距的3種集圈連接距離(分別命名為A、B、C)來編織不同厚度的緯編間隔織物.3種織物的表面層都是相同的變化緯平針結構,如圖1所示(F、B分別表示前后針床);織物的間隔層結構如圖2所示.

圖1 變厚度緯編間隔織物表面層的編織圖

圖2 變厚度緯編間隔織物間隔層的編織圖

1.1.2 變間隔絲排列密度緯編間隔織物的設計

改變緯編間隔織物一個完全組織中所含的間隔絲組數與前表面層滌綸路數之比,選用1/2、1/1、2/1這3種比例,得到3種間隔絲排列密度不同的緯編間隔織物.織物的表面層結構設計如圖3,其中1/1、2/1兩種結構的表面層相同,如圖3(a);1/2結構如圖3(b).織物的間隔層結構設計如圖4所示,其中1/1、1/2兩種結構的間隔層相同,如圖4(a);2/1結構如圖4(b).

圖3 變間隔絲排列密度緯編間隔織物表面層的編織圖

圖4 結構變間隔絲排列密度緯編間隔織物間隔層的編織圖

采用3種集圈連接距離、3種間隔絲直徑和3種間隔絲排列密度共制備的7種緯編間隔織物的結構參數如表1所示.分析SF1、SF2、SF3的織物厚度可知,織物的集圈連接距離對織物厚度有顯著影響.從表中SF2、SF6和SF7的間隔絲密度可以得出,通過改變織物的間隔絲組數與表面層滌綸路數之比可以有效地改變織物的間隔絲密度.

1.2 復合材料的制備

緯編間隔織物/聚氨酯復合材料的制備方法為一步發泡法.首先,將多元醇、催化劑和水等混合攪拌配成A料;然后,按配方稱取一定量的A料和異氰酸酯B料,混合后攪拌5 s后倒入模具中,再將織物放入模具中;最后,合模15 min后開模.織物SF1~SF7與聚氨酯復合后得到復合材料C1~C7.

1.3 壓縮性能測試

使用Instron 5969電子萬能材料試驗機對復合材料進行平板壓縮試驗,測試標準參照GB/T 8168-2008《軟質聚氨酯泡沫塑料壓縮性能測試》.

2 結果與分析

2.1 織物厚度

圖5是3種不同織物厚度復合材料的壓縮應力-應變曲線.從圖中5可知,在壓縮的彈性區,3條曲線十分靠近幾乎重合.而織物厚度大的復合材料C3最先進入屈服階段,且復合材料C3在屈服階段的應力要明顯大于C1和C2.這是因為聚氨酯在發泡過程填充了間隔織物的間隙,從而改善了間隔絲易失穩剪切的問題.故織物厚度大的復合材料有更大的抗壓應力和抗壓性能.

表1 織物的結構參數

2.2 間隔絲直徑

圖6是3種不同間隔絲直徑的復合材料的壓縮應力-應變曲線.從圖6中可以觀察到,C2、C4、C5 3條壓縮曲線在彈性階段幾乎重合,但是在屈服階段這三條曲線開始分離.間隔絲直徑大的復合材料有更高的抗壓強度和抗壓性能.這可通過彈性桿理論來解釋,即間隔絲的臨界載荷與間隔絲半徑的四次方成正比,所以間隔絲直徑大的復合材料抗壓性能更好.

2.3 間隔絲密度

圖7是3種不同間隔絲密度復合材料的壓縮應力-應變曲線.復合材料C2、C6和C7的壓縮曲線在彈性階段就已經表現出了一定的差別,且在壓縮的三個階段,間隔絲密度大的復合材料始終有更大的抗壓應力.因此,間隔絲排列密度大的復合材料有更好的壓縮性能.

圖5 不同織物厚度復合材料的壓縮應力-應變曲線

圖6 不同間隔絲直徑復合材料的壓縮應力-應變曲線

圖7 不同間隔絲密度復合材料的壓縮應力-應變曲線

3 結論

(1)改變間隔織物的集圈連接距離可以有效改變織物的厚度,試驗設計的變厚度緯編間隔織物的厚度變化范圍是4.99~9.23 mm.改變間隔織物的一個完全組織內的間隔絲組數與表層滌綸路數之比可以有效地改變織物的間隔絲密度,所設計的變間隔絲排列密度緯編間隔織物的間隔絲含量在18.2~80.8根/cm2.

(2)聚氨酯在發泡過程填充了間隔織物中的空隙,能有效改善間隔絲易失穩剪切的問題.織物集圈連接距離長、間隔絲直徑大和間隔絲排列密度大的復合材料有更大的抗壓應力和更好的抗壓性能.