玄武岩玻纤/丙纶复合线、机织物和复合材料制备及其力学性能研究
随着科技的不断发展，纤维增强复合材料作为新型材料工业已呈现一种持续快速的发展趋势，特别是热塑性混纤复合材料和三维纺织结构复合材料，成为树脂基复合材料研究的热点。热塑性纤维混杂增强复合材料的研究重点主要集中在两个方面，一方面，基体纤维浸渍增强纤维的能力和特性对复合材料成型和性能的影响；另一方面，纤维混杂形式及纺织预制件结构等因素对复合材料成型和性能的影响。 就此，本文以玄武岩纤维、玻璃纤维为增强纤维，以丙纶为基体纤维，采用包缠复合、网络复合等方式制得丙纶复合线，研究纤维混杂比例、混杂方式对复合线力学性能的影响；以制备的包缠复合线为原料织造平纹织物、三维立体织物等预制件，采用直接热压成型工艺制备丙纶基玄武岩/玻纤增强复合材料，并对复合材料的成型进行优化设计与分析，确定相对最优的热压成型工艺；对制得的复合材料进行力学性能测试，分析不同纤维混杂比例、预制件结构等因素对复合材料力学性能的影响。主要得到以下结论： (1)采用包缠和网络两种方式所制不同体积比的丙纶复合线，其拉伸性能主要由增强纤维的体积含量所决定，随着复合线中增强纤维体积比的增加，丙纶含量的减少，复合线的断裂强力、断裂强度逐渐增加，断裂伸长率逐渐减小，且玄武岩/丙纶复合线的拉伸性能受玄武岩纤维体积含量的影响更显著； (2)采用包缠方式制备的丙纶包缠复合线，相同增强纤维体积含量的条件下，玄武岩/丙纶包缠复合线的抗拉强度比玻纤/丙纶包缠复合线相对较高，拉伸性能相对较好；采用喷气网络方式所制丙纶网络复合线的实际成纱细度比理论细度有所减少，且增强纤维的体积比越大，复合线细度损失越大，增强纤维所占体积比越小； (3)采用正交实验法设计热压成型工艺，通过观察所得复合材料的成型表面及截面形态，根据熔融丙纶的浸润质量和包覆增强纤维的紧密程度，确定成型工艺参数：温度220℃、压力5MPa、时间45~60min。在此工艺条件下所得复合材料基本成型，相对较好，但制品表面存在孔洞，且制品边缘有丙纶溢出，成型效果仍欠佳； (4)对复合材料成型工艺进行优化设计，在合理且统一的热压工艺参数条件下，采用多层预制件进行复合，同时添加与其厚度相适应的不锈钢垫片时，可以得到成型质量相对最优的纤维增强复合材料，同时满足了复合材料在厚度上的要求； (5)保持经纱组分不变，改变平纹预制件的纬纱组分比例，随着复合材料中玻璃纤维体积含量的增加，复合材料的纬向抗拉强度呈现先增大后减小的趋势，纬向断裂伸长率逐渐减小，纬向弹性模量逐渐增大。当玻璃纤维体积含量在51％~59%之间时，复合材料的纬向抗拉强度和弹性模量均较大，此时复合材料的力学性能相对最好； (6)保持经纬纱组分不变，三维预制件复合材料中，4层角联锁结构的纬向抗拉强度略小于4层正交结构，但略大于4层准正交结构。多层预制件复合制得的复合材料，其纬向力学性能均优于相同层数的三维织物制成的复合材料。不同预制件结构复合材料的经向拉伸性能对比趋势与纬向基本相似，但经向力学性能均较纬向力学性能相对较差。
玄武岩纤维;玻璃纤维;丙纶复合线;复合材料;制备工艺;力学性能
浙江理工大学
硕士
纺织工程
祝成炎
2014
中文
TS106
84
2015-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）