涤纶纬编针织物/聚氨酯柔性复合材料的制备及力学性能的研究

摘要

纺织柔性复合材料作为一种新兴材料已经广泛运用到各个领域，发展前景相当广阔。目前，纺织柔性复合材料的增强结构以机织物和经编双轴向和多轴向织物为主，对纬编针织物增强柔性复合材料的研究较少。相对前几种织物而言，纬编针织物具有良好的延伸柔顺性能和较高的生产效率，作为增强体，可配合柔性基体材料的大变形特点，使复合材料具有较高的伸长变形能力。 本文采用两种工业用涤纶长丝为原料，在针织横机上编织了两种密度的平针和罗纹织物，并分析了给纱张力、牵拉力、弯纱深度对纬编过程和织物质量的影响。 目前生产纺织柔性复合材料主要有涂层法和层压复合法。由于纬编针织物本身的特点，这两种方法都无法达到理想的效果。本课题采用手工涂层法结合热压机热压法来生产纬编针织物柔性复合材料，可以使纬编针织物充分浸润聚氨酯树脂。在热压涂层前，根据计算所得涤纶针织物空隙率为零时的厚度，以及预先设定的涤纶纤维占复合材料的体积比，通过计算得出复合材料在压制过程中的控制厚度，并采用相应的塞尺控制复合材料的厚度。 为得到涂层效果较好的复合材料，本文采用正交试验法优化了热压涂层工艺，得出最优化的热压工艺参数。首先通过单因子试验分析了热压时间、热压温度和热压压强对复合材料拉伸和顶破性能的影响，试验表明三种因素对拉伸和顶破性能都有不同程度的影响。随后采用正交试验方法对热压工艺进行优化，最终选出最佳组合为：热压时间40min，热压温度140℃，热压压强1.5MPa。 利用最优化的热压工艺参数制备了复合材料，并研究复合材料的力学性能。论文比较系统地测试和分析了纬编针织物柔性复合材料的经纬向拉伸性能和顶破性能以及相应的破坏形态。对于拉伸性能，测试了复合材料拉仲力学性能，得出并分析了拉伸应力—应变曲线，发现典型的柔性复合材料的拉伸应力应变曲线分为三部分，即线性变形区域、塑性变形区域以及第三部分变形区域。同时通过分析比较得出，拉伸性能和破坏形式与加载方向、纱线性能和增强织物结构参数密切相关。对于顶破性能，测试和比较了涂层前织物和涂层后复合材料的顶破性能的变化，发现复合材料的顶破强力高于相应增强针织物的顶破强力。而相反增强织物的顶破伸长却高于相应的复合材料的顶破伸长。此外，采用多元线性回归的方法对复合材料顶破性能的影响因素进行了分析，发现影响复合材料顶破强力的因素主要是2cm内纵向纱线根数和纵向拉伸断裂伸长率。 希望通过本课题的研究，能为今后纬编针织物柔性复合材料的设计和开发提出了有效的建议和参考的理论依据，并对该材料的生产加工具有技术指导价值。 最后，本文还指出了本课题中的一些不足之处。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

第一节纺织柔性复合材料的特点及应用

1.1纺织柔性复合材料的特点

1.2纺织柔性复合材料的应用

第二节针织柔性复合材料的研究进展

2.1增强材料和涂层材料的选择

2.2研究进展

第三节本课题的研究内容与方法

3.1选题的目的和意义

3.2研究内容及方法

第二章纬编针织物柔性复合材料制备工艺探索

第一节原料的选择与性能

1.1增强织物的原料与性能

1.2基体原料的选择与性能测试

第二节增强针织物的结构与编织工艺

2.1平针组织

2.2 1+1罗纹组织

2.3编织工艺探讨

2.4织物结构参数测定

第三节复合成型工艺探索

3.1柔性复合材料常用成型方法

3.2常规复合成型工艺的可行性探索

3.3热压成型法制备纬编针织柔性复合材料

第四节本章小结

第三章涂层工艺对力学性能的影响及涂层工艺的优化

第一节涂层工艺对力学性能的影响

1.1涂层前后力学性能的变化

1.2涂层工艺对复合材料力学性能的影响

第二节正交试验法优化热压工艺参数

2.1正交表头的设计和数据处理

2.2试验结果分析与讨论

2.3优化方案的确定

第三节本章小结

第四章纬编针织物柔性复合材料拉伸性能研究

第一节复合材料拉伸试验

1.1拉伸试样的制备和测试仪器

1.2数据的处理

第二节试验结果与讨论

2.1典型的复合材料拉伸应力-应变曲线

2.2拉伸断裂过程

2.3拉伸性能对比分析

2.4影响复合材料拉伸断裂强度和断裂伸长率的因素

2.5纬编针织物柔性复合材料初始模量分析

第三节本章小结

3.1试样的拉伸机理

3.2试样的破坏情况

3.3经、纬向拉伸应力-应变曲线的比较

3.4影响拉伸性能的因素

第五章纬编针织物柔性复合材料顶破性能研究

第一节测试方法

1.1测试仪器及测试原理

1.2试样制备及测试条件

第二节顶破性能测试

2.1织物的顶破试验

2.2复合材料的顶破

第三节试验结果及分析

第四节顶破因素的多元线性回归分析及显著性检验

4.1多元线性回归的数学模型

4.2参数β的最小二乘估计

4.3复合材料顶破强力多元线性回归方程的建立

4.4顶破强力的多元线性回归方程

第五节本章小结

5.1顶破的破坏形态

5.2顶破曲线的形态特征

5.3顶破强力影响因素的多元线性回归分析

第六章总结

第一节课题研究结果

第二节存在的问题

第三节本课题的展望

参考文献

在学期间发表论文情况

致谢

附录