双轴向纬编针织热塑性复合材料的制造及其力学性能研究

摘要

近年来，产业用纺织品在整个纺织品中所占的比重不断上升，其中以高性能纤维织物作为增强体的热塑性复合材料发展较快。纬编针织物生产工艺简单，有较高的生产效率，作为增强体再与热塑性基体复合将赋予材料优良的成型性、抗冲击性和较低的生产成本。而预定向增强纬编针织物因其优异的平面拉伸力学特性以及良好的抗剪切、抗撕裂等性能，在复合材料领域里得到了广泛的应用。为进一步促进预定向针织增强结构的发展和在复合材料中的应用，研究这类织物增强复合材料的新型技术的加工制造及力学性能，有着十分重要的意义。 本文主要探讨如何利用玻璃纤维和丙纶的混并纱来加工双轴向纬编针织热塑性复合材料及其力学性能，内容包括双轴向纬编针织物预制件的编织，热塑性复合材料的热压成型加工以及试样的拉伸试验和分析。论文首先通过对双轴向纬编针织物的可编织性的实验与分析，编织出了三种不同类型的双轴向纬编针织物，探索出了用手摇横机编织时的工艺参数和需要注意的问题。 论文接着对编织的双轴向纬编针织物采用单层和双层铺层的方法，经过热压成型加工成热塑性复合材料试样。加工时，单层织物根据以后拉伸试验要求沿着五个方向裁减；双层采用两种方式铺层。同时，还对热压过程中的影响因数如热压时间、温度、压强大小、冷却方式等进行了分析讨论。 论文最后对所加工的复合材料试样进行拉伸试验与分析，讨论了沿不同方向拉伸时的拉伸强度、拉伸模量、拉伸应力-应变曲线以及损伤破坏形式，分析比较了不同混并纱的双轴向纬编针织复合材料的拉伸力学性能以及不同的铺层方式对复合材料各向拉伸性能的影响。在试验结果的基础上，采用一元线性回归的方法分析了复合材料的强度和模量与玻璃纤维体积含量之间的关系，发现复合材料的强度和模量与玻璃纤维体积含量成正比，并给出了它们之间的回归方程。研究结果表明，采用玻璃纤维和丙纶的混并纱作衬经和衬纬纱，有利于基体树脂丙纶的浸渍和分布以及基体树脂丙纶的界面结合，不仅大大改善了复合材料的加工质量，而且还提高了复合材料的力学性能。论文还试验分析了螺栓连接对双轴向纬编复合材料拉伸性能的影响，研究并比较了不同方向拉伸破坏过程的差异，并发现复合材料螺栓连接后强度有很大的下降。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节 热塑性复合材料

1.1热塑性复合材料及其优越性

1.2热塑性复合材料的应用前景

1.3热塑性复合材料预浸料的加工工艺和成型技术

1.4热塑性针织复合材料的特点

第二节 本课题研究的意义、内容和方法

2.1本课题的研究意义

2.2本课题研究的主要内容

第二章 双轴向纬编针织物的编织

第一节 原料的选用

1.1增强材料玻璃纤维

1.2基体聚丙烯

1.3捆绑纱高强涤纶

第二节 玻璃纤维无捻纱与丙纶纱的混并

2.1玻纤/丙纶复合纱的并纱过程

2.2玻璃纤维丙纶混并纱的性能

2.3采用混并纱制备热塑性复合材料存在的问题

第三节 织物上机编织方案设计

3.1织物结构的选取

3.2织物种类的确定

第四节 上机编织及工艺分析

4.1织物的起口

4.2弯纱深度

4.3给纱张力

4.4牵拉力

本章小结

第三章双轴向纬编针织复合材料的热压成型

第一节 热压成型工艺分析

1.1热压工艺流程

1.2热压成型及其影响因素

第二节双轴向纬编复合材料的热压成型加工

2.1仪器和试样的准备

2.2预浸体的热压成型及工艺

2.3成型的复合材料

第三节成型的复合材料的形态及分析

3.1第一类结构织物成型后的表面形态分析

3.2第二类结构织物成型后的表面形态分析

3.3第三类结构织物成型后的表面形态分析

本章总结

第四章 双轴向纬编针织复合材料拉伸性能研究

第一节 试样准备和试验方法

1.1试样的制备

1.2实验仪器与测试的方法

第二节单层双轴向纬编针织物复合材料拉伸性能分析

2.1拉伸应力-应变曲线及分析

2.2拉伸强度和拉伸模量及分析

第三节织物铺层得到的复合材料的拉伸性能分析

3.1拉伸应力-应变曲线及分析

3.2拉伸强度和拉伸模量及分析

第四节试样的破坏形式分析

4.1单层试样拉伸破环形式分析

4.2双层式样拉伸破环形式分析

本章小结

第五章 螺栓连接对双轴向纬编复合材料拉伸性能的影响

第一节测试方法和试样的准备

1.1试样的准备

1.2测试的方法

第二节有孔双轴向纬编复合材料的拉伸性能分析和比较

2.1拉伸应力-应变曲线及分析

2.2拉伸强度及分析

2.3拉伸破坏形式分析

本章小结

第六章总结

6.1双轴向纬编针织物的编织

6.2织物的热压工艺

6.3双轴向纬编织物结构复合材料的拉伸性能

6.4螺栓连接对双轴向纬编复合材料拉伸性能的影响

6.5论文存在的不足与今后有待进一步研究的内容

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论著

致谢