管道修复用苎麻/涤纶混杂非织造复合材料的研究

摘要

适用可再生麻纤维混杂涤纶纤维制作管道修复用非织造复合材料，可以减少涤纶化纤的使用量并充分发挥混杂增强效应。由于麻纤维原料成本较低，可降低修复材料的原料成本。由于麻纤维表面粗糙且纤维间空隙较大，能携带更多树脂粘接剂与旧管内壁相粘接;而且混杂麻纤维的非织造布与树脂结合界面性能相比纯涤纶非织造布有所改善，因此添加麻纤维内衬复合材料会减少塌陷的发生。
　　针对管道修复领域实际用途，本课题提出涤纶非织造复合内衬管的材料中混杂苎麻纤维并对其相关性能进行了一系列研究。具体内容和结论如下:
　　1.从复合材料界面方面对苎麻纤维引入管道修复复合材料的合理性做了分析，总结了复合材料界面作用的四种方式。通过纤维-树脂接触角、树脂渗透性测试等手段验证了苎麻纤维非织造物可以改善复合材料树脂基体的浸润渗透性。
　　2.对混杂理论做了介绍，由层间混杂理论衍生出混杂纤维复合材料的拉伸力学性质和材料混杂比的关系，确定了苎麻纤维含量的临界混杂比为0.135，然后实际制作了苎麻/涤纶混杂纤维非织造物复合材料并进行了相关研究。
　　3.在非织造内衬布的制备过程中实际制作了不同参数的非织造物并经测试分析了其厚度和拉伸性能，研究了各个工艺参数对非织造物性能的影响规律并分析了原因。通过三因素回归旋转设计方法，利用MATLAB软件对工艺参数影响非织造物性能进行了定量分析并求出回归方程，对其产品性能和质量进行预测，进而对混杂非织造物生产过程提供理论指导。
　　4.将制得的混杂非织造物经过覆膜和与热固性环氧树脂进行复合，测试了其力学性能，结果表明复合材料完全满足管道修复的施工要求。与理论计算相比较，临界混杂系数为0.7。苎麻-涤纶非织造物增强复合材料的拉伸性能呈现以下规律:
　　(1)混杂纤维非织造物复合材料的拉伸强度在纯涤纶、苎麻增强复合材料的拉伸强度之间。
　　(2)拉伸强度随苎麻纤维含量的增加先降低后增加，拐点即临界点为混杂比0.7时。
　　(3)拉伸强度实验值比理论拉伸强度低，是因为生产工艺和界面问题，理论值和实际条件有误差。
　　通过复合材料表面及断裂界面研究方法对复合材料进行了研究。结果表明，混杂天然苎麻纤维的非织造物比纯涤纶非织造物具有更好的树脂浸透性能，在实际施工中可以减少管道内壁塌陷的可能性。说明管道修复用苎麻/涤纶混杂纤维复合材料可以满足城市地下非压力管道的修复施工及使用要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 非开挖内衬修复技术及发展

1．2．1 传统内衬法

1．2．2 变形和再成形法

1．2．3 局部修复法

1．2．4 翻转内衬法

1．3 麻类纤维增强复合材料的研究及其应用

1．3．1 麻类纤维增强复合材料的特点

1．3．2 麻类纤维增强复合材料的研究意义

1．3．3 麻类纤维复合材料的经济效益初步分析

1．4 混杂纤维复合材料

1．4．1 混杂纤维复合材料概述

1．4．2 混杂复合材料的拉伸性能

1．5 课题研究意义和内容

1．5．1 本课题研究意义

1．5．2 本课题主要研究内容

第二章 纤维增强复合材料的界面

2．1 界面间作用

2．2 纤维增强复合材料界面分析方法

2．2．1 显微镜观察法

2．2．2 力学测量法

2．2．3 浸润性测量

2．3 苎麻纤维和涤纶与树脂基体的界面性研究

2．3．1 树脂与纤维的接触角分析

2．3．2 纤维表面细观结构的显微镜分析

2．3．3 非织造布与树脂的浸透性能分析

2．4 本章小结

第三章 混杂纤维复合材料的混杂理论

3．1 混杂纤维复合材料的组分

3．1．1 混杂纤维复合材料的树脂基体

3．1．2 增强材料

3．2 复合材料的最优混杂比

3．2．1 混杂方式

3．2．2 混杂纤维复合材料的拉伸强度

3．3 本章小结

第四章 麻涤混杂非织造物的制备与性能测试

4．1 实验条件

4．1．1 实验材料

4．1．2 实验设备

4．2 实验方案设计

4．2．1 工艺路线

4．2．2 梳理机工艺参数

4．2．3 针刺工艺选择

4．3 实验原理

4．3．1 二次通用旋转组合设计

4．3．2 二次通用旋转设计方法

4．4 麻涤混杂纤维毡的制作

4．4．1 方案参数的设计

4．4．2 实验安排

4．4．3 非织造物性能测试

4．5 结果讨论

4．5．1 定量对非织物性能的影响

4．5．2 苎麻纤维混比对非织物性能的影响

4．5．3 针刺密度对非织物性能的影响

4．5．4 工艺优化

4．6 防渗膜工艺参数设计和制备

4．7 本章小结

第五章 管道修复内衬复合材料的制备与性能测试

5．1 苎麻／涤纶纤维非织造物／不饱和聚酯树脂复合材料的制备

5．1．1 工艺设计

5．1．2 制备过程

5．2 复合材料的力学性能测试

5．3 拉伸试验结果分析

5．4 复合材料断裂形貌分析

第六章 结论

6．1 主要结论

6．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢