纬编针织增强复合材料的制备与研究

陶丽军，林凤玲，殷肖海，刘晓洪

（武汉纺织大学 纺织与材料学院，湖北 武汉 430073）

纬编针织增强复合材料的制备与研究

陶丽军，林凤玲，殷肖海，刘晓洪*

（武汉纺织大学 纺织与材料学院，湖北 武汉 430073）

本文选用苎麻/PP包缠纱作为针织纱线在横机上编织，然后在热压机上压制成苎麻/PP复合板材。研究了同种组织结构、不同机号，不同PP含量等对苎麻/PP增强复合材料拉伸性能的影响。结果表明，当压模层数为10，压模温度为190℃时在12G针织横机上、采用1:2包覆方式做成的复合材料其拉伸性能最好。

苎麻纤维；丙纶；苎麻/PP包缠纱；复合材料；拉伸性能

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[1-3]具有良好的延伸柔顺性能和较高的生产效率，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。聚丙烯[4-7]原料来源丰富，价格低廉，与其他塑料比较，有较好的综合性能。苎麻纤维复合材料[8-11]因所具有优良的冲击性能，抗拉强度，较高的比模量和很小的比重，可循环利用等优点，适合用作复合材料的增强材料。由于这类材料具有良好的间层、层内强度和抗损伤容限性能，具有较高的能量吸收能力，同时由于它更易于成型，制造成本低，重量轻，在飞机、汽车、建筑、防护装置、运动器材等结构中具有强劲的竞争力，并得到了广泛的应用[12-15]。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器设备

苎麻，湖北阳新远东麻业有限公司，密度：21英支。丙纶，射阳县丝缘化纤有限公司产，牌号：450D。PP膜材，武汉金牛PP管业有限公司提供，膜厚0.02cm。平板硫化机，XLB-D350X350型,浙江湖州东方机械有限公司产品。电子织物强力机，YG（B）026D-250，型温州大荣纺织机械厂。单纱强力仪，YG(B)021DX，温州市大荣纺织仪器有限公司。微电脑花式捻线机，HN43-02-12，苏州华飞纺织科技有限公司。针织横机，12G.5G，福建红旗股份有限公司。电子顶破仪，YG065H，莱州市电子仪器有限公司。材料拉伸试验机，5566型，美国INSTRON公司。

1.2 实验流程

本实验流程如下图（见图1）：

图1 实验流程

1.3 针织结构预制体的制备及复合材料的制作

1.3.1 包缠纱的制作

本次包缠纱是在HN43-02-12花式捻线机上纺出的，纺纱工艺参数如下表（见表1）：

表1 纺纱工艺参数

1.3.2 预制件的制造

采用针织的方法，将包缠纱分别在12G，5G不同机号针织横机上制出同种组织预制件。其所设计的织物组织结构为1+1罗纹如图2、图3。

图2 1+1罗纹线圈

图3 1+1罗纹编织图

1.3.3 复合材料的制作

本实验采用经表面处理的织物在平板硫化机上进行层压成型。

1.4 实验方法

1.4.1 包缠纱拉伸强力测试

包覆纱线拉伸断裂性能按照国家标准GB/T3916-1997来测试。在万能材料实验机上测定。

1.4.2 预制件拉伸性能测试

小样的拉伸性能测试参照GB/T3923.1—1997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》。使用大荣纺仪YG(B)26D 型电子织物强力仪,测试织物的拉伸断裂强力拉伸速度100 mm/min,试样夹距100 mm,每个试样测3 次。

1.4.3 预制件顶破性能测试

顶破强力的测试参照GB/T 8878—2003《棉针织内衣》和GB7742—1987《纺织品胀破强度和胀破扩张度的测定-弹性膜片法》。裁取直径为6 cm 的圆形试样进行测试。同样的，每块小样均测试5 次，

1.4.4 复合材料拉伸性能测试

对天然纤维复合材料根据GB1447-83 进行拉伸实验。在INSTRON 万能材料试验机上测试，拉伸试验加载速度为10mm/ min ,试样为哑铃型,夹持距离为120mm ,对每一种材料分别做5～6 个拉伸试样，试样规格为150mm×10mm。

2 结果与讨论

2.1 包缠纱的性能

通过实验所得数据如下表

表2 包缠纱的力学性能

由以上测试结果可以看出，包覆纱的拉伸强力很大，所以在织造时就不容易断裂，织物就会出现较少疵点，漏洞等瑕疵，布面比较整洁，布的各方面性能都会比较均匀。

2.2 预制件的性能

2.2.1 预制件的密度

表3 预制件的面密度

由三种织物的密度分析可知：在同种机号上的织物，其横密相近，而不同机号的同种纱线的织物，其横密、纵密均有很大的差异。总的来说，影响织物密度的主要因素是机号，机号越大，织物的密度越小。

2.2.2 预制件的顶破强力

表4 预制件的顶破强力

通过对上面的数据处理我们得到下图（见图4）：

图4 预制件的顶破强力

通过对比织物密度和相应的顶破强力：在同种机号上的织物，织物的纵密越大，其顶破强力越大；而不同机号的同种纱线的织物，织物密度越大，其顶破强力越大。总的来说,影响织物的顶破强力大小的主要因素的是织物的密度，密度越大，织物的顶破强力则越大。

2.2.3 预制件的力学性能

表5 预制件的拉伸强力

通过对上面的数据处理我们得到下图（见图5）：

图5 预制件的断裂强力

通过图5可以得出：对于同种机号同种纱线的预制件，织物的横向，纵向之间的断裂强力有相当大的差异，一般是织物的纵向断裂强力大于横向的断裂强力；而对于不同机号的同种纱线的预制件，机号越大，织物的断裂强力越大；对于同种机号的不同比例纱线的预制件，采用1:2纱线的预制件比1:1的要大的多。总的来说：影响织物断裂强力的主要因素是预制件所采用的纱线比以及机号的大小，即采用大机号、大比例的纱线的预制件的断裂强力越大。

2.3 复合材料的拉伸性能

图6 复合材料的拉伸强度

比较三图可知，在等温等压同机号的情况下，纱线比较大的的复合材料的断裂强力相对较大；而等温等压同纱线比的情况下，大机号的复合材料的断裂强力相对较大。总的说来：复合材料的断裂强力的大小与纱线比和机号（即密度）均有较大的关系，其纱线比越大，织物的密度越大，符合材料的断裂强力越大。

3 结论

（1）由于苎麻的毛羽较多，强力较低，所以采用包覆的方法，可以将苎麻的毛羽基本包覆起来，并且包缠的长丝是丙纶，丙纶的强力较大，所以所制成的包覆纱互相取长补短，性能比较好。

（2）本文选择了一种纬编组织结构进行研究，通过选用不同机号和不同比例的纱线来对比，通过比较得出在12G针织横机上，采用1:2包覆纱所织出的织物在顶破强力和断裂强力方面均要比其他两种织物的性能优越。

（3）织物通过层压工艺在190℃恒温下保温20分钟得到苎麻/PP针织复合材料，通过对比，得出12G、1:2包覆纱所纺出的复合材料其拉伸性能最好。

（4）本文选择了同种纬编组织结构进行研究，其不足之处是首先选取组织结构偏少，可以再增加更多的组织结构，通过对比更多的组织的复合材料的性能，从而得到更为适合的复合材料。

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Preparation and Study on weft knitted fabric reinforced composites

TAO Li-jun, LIN Feng-ling, YIN Xiao-hai, LIU Xiao-hong

(College of Textile and Materials, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073，China)

We select ramie/pp wrap yarns to weaving on flat knitting machine in this experiment, then suppresses the fabrics into composite plates on the hot-press machine. During the researches on the influences of different gauges, different content of pp of the same fabric structure, we can find the best condition of the tensile property of the composite fabrics. They are: the membrane number of piles is eight, the temperature is 190℃, the gauge is 12G and the content ratio of the ramie and pp is 1:2.

Ramie fiber; polypropylene; ramie/PP wrap yarn ;composite ;tensile property

TS184.4

A

1009－5160(2010)04－0004－04

*通讯作者：刘晓洪（1968-），男，教授，研究方向：纺织复合材料.基金项目：武汉纺织大学校基金项目（20063115）.