玄武岩长丝/芳纶三层机织间隔纱织物复合板材制备及其性能研究

摘要

三层机织间隔纱织物是三维立体织物的一种，以此作为纤维增强树脂基复合材料具有质轻、高比强度、耐疲劳、腐蚀等优点，其潜在应用领域之一是高铁车体。本文根据选择具有高强高模且环保等性能优异的玄武岩纤维长丝作为原材料，设计并织造了不同纬纱细度、不同结接纱高度的玄武岩纤维长丝/丙纶三层机织间隔纱织物，为解决试织过程中出现的经纱起毛、容易断裂等织造困难的难题，利用平行纺技术并设计合理的参数，纺制出7种不同捻度的玄武岩长丝/丙纶包缠纱，经测试后发现捻度为300捻/m时综合性能较好，此时的包缠纱表面光滑且包覆均匀，可用于面层组织织造。设计出三层机织间隔纱织物组织图，利用“钢条定距法”，将玄武岩长丝/丙纶包缠纱作为地经、芳纶纱作为接结纱，平纹作为面层组织和接结组织的基础组织，通过“重锤法”调节经纱张力，探讨三层机织间隔纱织物结构的影响因素，并利用TexGen软件模拟本课题三层间隔纱织物的结构，形成了整套的三层机织间隔纱织物的织造技术，为研发多层机织间隔纱织物做了大量的基础性工作。 在三层间隔纱织造完成的基础上，选用聚氨酯硬泡作为填充材料，对织物进行填充，最后用手糊法制备其复合材料。并对制备完成的复合板材进行弯曲和压缩性能测试，并对板材的破坏模式进行分析，研究了复合板材中织物纬纱细度和间隔纱的高度对复合板材性能的影响，并用ABAQUS软件对复合材料的弯曲和压缩性能进行有限元模拟。 研究结果表明:随着纬纱细度增加，对应的复合板材所能承受的弯曲强度也相对较大;间隔纱的高度越高，复合板材的弯曲强度越大，受力时应力主要集中在中间部位。纬纱细度增加，复合板材的压缩强度略有降低但差别不明显;随着间隔纱高度的增加，复合板材的压缩强度越小。通过对实验测试结果与有限元模拟计算对比，验证有限元模型的合理性，为今后优化玄武岩纤维长丝/芳纶三层间隔纱织物增强复合材料的性能奠定基础。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2玄武岩纤维概述

1．3芳纶纤维的概述

1．4间隔纱织物及其复合材料

1．4．1间隔纱织物的研究现状

1．4．2三层机织间隔纱织物

1．4．3间隔纱织物复合材料的研究现状

1．5高铁车体基本性能要求

1．6课题主要研究内容

第二章玄武岩长丝／丙纶包缠纱的设计与制备

2．1原料和设备

2．1．1原料

2．1．2设备

2．2包缠纱纺制原理及工艺流程

2．2．1包缠纱纺制原理

2．2．2包缠纱工艺流程

2．3性能测试及分析

2．3．1仪器

2．3．2测试方法

2．3．3结果分析

2．4本章小结

第三章玄武岩纤维长丝／芳纶三层机织间隔纱织物组织设计

3．1设计思路

3．2结构设计

3．2．1织物组织的选择

3．2．2接结纱组织的选择

3．3．1上机图设计

3．3．2织造方案确定

3．4上机织造

3．5样品展示

3．6本章小结

第四章三层间隔纱织物复合板材的制备

4．1复合工艺的确定

4．2实验材料及设备

4．2．1发泡剂

4．2．2环氧树脂

4．2．3模具

4．3复合材料的制备

4．4实验中遇到的问题

4．5本章小结

第五章三层间隔纱织物复合板材的性能研究

5．1弯曲性能测试

5．1．1测试方法及过程

5．1．2实验数据及结果分析

5．1．3弯曲有限元模拟分析

5．2压缩性能测试

5．2．1测试方法及过程

5．2．2压缩实验结果与分析

5．2．3压缩有限元模拟分析

5．3本章小结

第六章结论与前景展望

6．1结论

6．2前景展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢