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蒋金华，等：捆绑纱对预定向经编织物性能的影响Fiberga经编织物技术与设备s中图分类号：TQ171．777文献标识码：A捆绑纱对预定向经编织物性能的影响蒋金华，赵兆，陈南梁，王成，刘培杰，林瀚(1．东华大学纺织学院，上海201620；2．产业用纺织品教育部工程研究中心。上海201620)摘要：通过用玻璃纤维／涤纶捆绑纱及不同经编组织结构，研究捆绑纱对预定向经编织物性能的影响。结果表明，玻纤可用于捆绑纱组织中，其编织后强度比涤纶纱高33．3％。玻纤捆绑纱可改善树脂对织物的浸渍性，降低最终复合材料的孔隙率，提高复合材料的拉伸和剪切等力学性能。不同的捆绑纱组织结构对复合材料的力学性能影响显著，玻纤做捆绑纱时，经平组织比编链组织复合材料的经向拉伸强度高7．97％，弯曲强度高约5％。关键词：捆绑纱；预定向经编织物；编织工艺；玻璃纤维EfectsofStitchingYarnonthePerformanceofPreorientedWarp-KnittedFabricsJIANGJinhua，ZHAOZhao，CHENNanliang，WANGCheng；LIUPeijie，LINHan(1．CollegeofTextiles，DonghuaUniversity，Shanghai201620；2．IndustrialTextilesEngineeringResearchCenterofEducationMinistry，Shanghm201620)Abstract：TheeffectsofstitchingyamsonthestitchingprocessandperformanceofPreorientedwarp—knittedfabricswereinvestigatedbyusingglass／polyesterstitchingyamsanddifferentstitchstructures．Theresultshaveshown：(1)Glassfibercanbeusedasstitchingyam，with33．3％higherstrengthafterstitchingthanthatofpolyesteryam．(2)Glassfiberstitchingyamcanimprovetheimpregnationoffabricsbyresin，whichresultsinthereductionofvoidcontentandtheenhancementoftensileandshearpropertiesoffinalcompositematerials．3)Thedifferentstitchstructureshavesignificanteffectsonthemechanicalpropertiesofcomposites．Whenglassfiberstitchingyamisused．tricotstitchprovides7．97％higherwarp—wisetensilestrengthandabout5％higherflexuralstrengthofcompositesthanthoseprovidedbypillarstitch．Keywords：stitchingyam(bindingyam)；Preorientedwarp-knittedfabric；stitching；glassfiber收稿日期：2012—12—30O前言修回日期：2013一O1—02预定向经编织物包括单轴向、双轴向和多轴向基金项目：“十二五”国家科技支撑计划(2011BAE10B02)，国家级大学生创新性试验项目(1210255028)经编织物，它们越来越多地应用在复合材料增强结作者简介：蒋金华，男，1978年生，博士。研究方向：产业用纺织品，复合材料，液体复合材料模塑成型加工及工艺等。构中-2]。由于预定向经编织物是由经编地组织纱《玻璃纤维)2013年第1期1 经编织物技术与设备蒋金华，等：捆绑纱对预定向经编织物性能的影响线对取向不同的纱线铺层的捆绑，其捆绑作用会影采用的是真空辅助技术VARTM。响到增强纱线纤维束的摩擦应力，起到固定各层纱表1捆绑纱及4种多轴向经编织物的参数规格线、保持织物结构稳定的作用。经编地组织纱线的种类以及捆绑纱组织结构必然对多轴向经编增强材料的性能产生影响。要形成性能优异的预定向增强织物，捆绑纱线起到了关键作用。但是捆绑纱是在纤维与纤维间缝合编织的，由于捆绑纱有一定的注：以上织物由常州宏发纵横新材料有限公司提供；张力，使单股经向纤维束缚在一起导致经向纤维问绦纶捆绑纱由江苏恒力化纤股份有限公司提供；玻纤由有间隙产生，而此问隙在做成制品后由树脂填充，相南京玻璃纤维研究设计院提供。对而言，间隙增大会使树脂体积分数偏大，纤维的体1．2试验方法积分数降低，这将导致制品性能降低。1．2．1织物拉伸性能试验在经编双轴向或多轴向复合材料结构中，玻璃参照GB／T7689．5—2001《增强材料机织物试纤维纱线通常都不参与成圈而是作为衬纱使用，一验方法第5部分玻璃纤维拉伸断裂强力和断裂伸般组织中的成圈纱采用高强度涤纶丝，起到固定增长的测定》制样及测试。织物试样长250mm，宽强纤维纱线的作用。对于涤纶作为捆绑纱编织地组织的多轴向经编织物增强复合材料性能的试验25mm。使用仪器为H~26N+织物强力仪。测试和理论研究已有许多。，但是利用玻璃纤维来代夹距100mm，拉伸速度为50m~min。替涤纶做捆绑纱，直接编织经编织物的研究还很少1．2．2复合材料拉伸性能试验见。本文正是研究了玻纤与涤纶作为捆绑纱对预定参照GB／Tl4J46—83《纤维增强塑料性能试验向经编织物性能的影响。方法总则》和GB／T1447—05《纤维增强塑料拉伸性能试验方法》制样及测试，使用MTS810材料测试体系测试4种复合材料的经向拉伸强力。夹具间距1试验150mm，试样宽度25mm，厚度2mm。1．1试验材料1．2．3复合材料弯曲性能试验1．1．1织物组织参照GB／T1449—2005《纤维增强塑料弯曲性±45。经编碳纤维增强织物是由常州宏发纵横能试验方法》制样和测试。试验设备为WDW一20新材料有限公司提供，±45。方向的r700s碳纤维做衬垫纱，捆绑纱的针迹密度都为5m·n／针，捆绑纱和型微机控制万能试验机。弯曲加载速度：地组织分别为涤纶／编链、玻纤／编链、涤纶／经平、玻10m~min，测试跨距：32mm。纤／经平，分别简记为P／B、G／B、P／J、G／J，捆绑纱及1．2．4复合材料孔隙率测试4种多轴向经编织物的参数规格如表1所示。参照GB／T2577—2005《玻璃纤维增强塑料树1．1．2复合材料制备脂含量试验方法》测试(采用灼烧法)制备的复合材4种±45。碳纤维增强织物涤纶／编链、玻纤／编料试样质量2～5g，其最大尺寸为(25×25X5)mm。链、涤纶／经平、玻纤／经平与环氧树脂结合制成复合材料。织物铺层为4层，复合材料织物铺层方向只2结果与讨论有+45。和一45。两种且各层织物中的捆绑纱线迹也相互重合。树脂为陶氏760E环氧树脂，固化剂为2．1捆绑纱种类的影响766H，树脂和固化剂质量配比为100：32，成型工艺考虑到玻璃纤维的特性，应当选择细度合适的《玻璃纤维)2o13年第1期2 蒋金华，等：捆绑纱对预定向经编织物性能的影响e跚塑堕纤维作为捆绑纱，再通过优化铺层张力、喂入张力、织结构中衬人纬纱或经纱而得到的，经编地组织只弯纱深度等对编织工艺进行优化，改善玻纤捆绑纱起到固定轴向高性能纱线的作用，并非主要作为增的可编织性，使玻纤作为地组织捆绑纱编织多轴向强体。但地组织不同对织物的捆绑性能也不同。编经编织物成为可能。同时用玻纤和涤纶作为捆绑纱织中可以采取编链组织、经平组织或变化经平组织编织预定向经编织物，并对其纱线的强度损失进行以及这几种方式的组合，利用这些编织方法可以设研究。计编织出各种多轴向增强织物。由图1可知，编织过程中，捆绑纱线在成圈区会当在织物中只有衬经纱线时，则不能采用编链受到一定的摩擦作用和张力作用而造成纱线一定程组织，其经编经线始终沿经向方向编织，经向纤维只度的损伤，其中玻纤纱的强度损失高达30．8％，涤纶有经向方向运动，没有横向运动，起不到束缚织物的为18．2％。但是由于所采用玻纤捆绑纱的纤维直径作用，必须采用经平组织或是变化组织。只有7m，柔性较高，编织性得到改善且玻璃纤维本文的预定向织物为±45。铺层设计，采用的编本身的强力较高，所以在编织后玻纤强度为0．36N／链、经平两种组织的捆绑纱都可以固定各层纱线、避tex(涤纶为0．27N／tex)，其强度仍比涤纶纱高免层间滑移、提高织物层间性能。编链组织与经平33．3％。从测试结果可以看出，使用的玻璃纤维在组织相比，虽然在同一面积内的束缚点数相同，但分编织中的损伤并不影响它在织物中的捆绑作用，故布却不同，束缚点的分布如图2所示。与编链组织在实际的预定向经编织物生产加工中，可以采用玻相比，经平组织束缚点的分布较分散，较均匀。纤纱线作为捆绑纱。图3为不同捆绑纱作用下预定向织物经向拉伸破坏前后的实物图。在经向拉伸中，捆绑纱方向与O·5拉伸方向平行，在拉伸过程中，碳纤维逐渐抽拔，同O．4时伴随捆绑纱的竖向脱散和部分断裂，如图3a、b。也有的捆绑纱收紧，延缓了碳纤维的抽拔，如图3c、嘿d。在整个过程中对强力有贡献的只是捆绑纱，这些捆绑纱也并非同时断裂，这也是±45。铺层织物经向O·l强力如此小且离散的主要原因。两种不同材料捆0．O绑纱织物，由于涤纶纱强度损失小断裂同时性好，而试样种类_涤纶纱编织前口涤纶纱编织后玻纤的刚度大更易脱散(图3b、d)，所以玻纤捆绑纱一玻纤纱编织前玻纤纱编织后织物强力较小。而捆绑纱相同时，经平组织中的捆图1不同捆绑纱的编织强度绑纱更易脱散，所以编链组织织物的强度稍高。在编织预定向经编织物过程中也发现，织物的图4为不同捆绑纱组织结构时预定向织物的经稳定性常常会因外界因素的影响而引起变化，继而向拉伸性能，经向拉伸强力均较低且分散性大。主影响织物力学性能。因此提高织物结构的稳定性对要由于经向拉伸时，织物的增强纤维方向与拉伸方织物的性能十分重要，控制调节织物结构稳定性除向有45。夹角，捆绑纱主要受力，从而涤纶纱织物均了通过铺层角度的设计外，捆绑纱地组织结构设计表现出更高的强力，而且编链组织中织物强力高。也非常关键。图5为不同捆绑纱组织结构的预定向织物增强2．2地组织方式的影响复合材料的经向拉伸性能，当均为玻纤捆绑纱时，经在编织时，多轴向经编针织物是在经编常规组平组织比编链组织试样的经向拉伸强度高7．97％，《玻璃纤维}2m3年第1期3 蒋金华，等：捆绑纱对预定向经编织物性能的影响FibePgla经编织物技术与设备s成的，由于捆绑纱的引入使纤维中存在空隙，即捆绑纱使得纤维的分布不再均匀。由于玻纤捆绑纱比涤纶捆绑纱与环氧树脂有更好的结合性，所以树脂在材料中的浸渍性提高，减少了应力集中区，使得材料的层间结合更好，提高了基体与纤维的结合强度和碳纤维的抽拔断裂同时性。2．3对浸润性的影响渗透性是增强材料的基本特性，材料的结构形式决定渗透率的主值。研究捆绑纱对于预型件渗透p／BG／BP／JG／J捆绑纱／组织结构系数的影响非常重要。然而大多数研究者在对有捆图6不同捆绑纱／组织结构作用下绑纱(或缝合纱)存在的预型件渗透系数进行研究复合材料的孑L隙率时，都忽略了捆绑纱的影响。。”]。另外，多层织物结构作用下复合材料的弯曲性能。相同捆绑纱组织间捆绑纱或贯穿纱线的角度也对渗透性有影响。前期研究发现，多轴向织物编织和缝编加工过结构时，玻纤捆绑纱的弯曲性能均比涤纶捆绑纱的＼讲篮1±7654321O程中，在捆绑纱缝编的穿透处会在织物表面形成两材料弯曲强度高。捆绑纱均为涤纶时，经平组织的个小的流通通道。一般这种流动通道内的渗透性会试样弯曲强度大于编链(高11．54％)；捆绑纱均为显著高于纤维束本身的渗透性。为此捆绑纱缝编方玻纤时，经平组织试样弯曲强度略大于编链(约式会引起预型件织物渗透性的改变。缝编形成的流5％)。编链组织与经平组织相比，经平组织束缚点道与纤维方向一致则单向渗透率较高，主渗透率的分布较分散、均匀，约束面积更大，对碳纤维的绑K1、K2相差较大。流道与纤维方向垂直则单向渗透定更好，所以弯曲时不易分层，弯曲强度高。率较低，各向同性度稍高。流道与纤维方向呈一定观察破坏后的试样侧面，可以看到试样的分层角度时，则渗透率介于前两者之间，各向异性度系数情况。由于弯曲试样铺4层±45。碳纤维织物，其实也介于前两者之间。为8层碳纤维铺层，玻纤捆绑纱试样分层主要发生另外，捆绑纱作用后，对材料浸润性的表征除了在受拉面的外表层，如图8b、d。图8b中可以清楚地通过材料本身渗透率表征外，也可以通过最终复合看到在材料中的玻纤捆绑纱，起着固定碳纤维阻止材料内部的孔隙率来判断对浸润性的作用以及界面分层的作用。而涤纶捆绑纱试样的分层发生在整个结合效果。厚度方向的各层内，如图8a、e，分层破坏更严重。可如图6可知，玻纤做捆绑纱的复合材料比涤纶见，玻纤捆绑纱改善了弯曲时复合材料的分层现象，做捆绑纱的复合材料孔隙率要小，多层铺层制备的提高了层问结合效果。复合材料中，玻纤／编链比涤纶／编链降低14．5％；玻纤／经平比涤纶／经平降低9．7％。复合材料中捆绑纱的缝编区域会引入孑L隙，捆绑纱使纤维的分布不3结论再均匀，而由于玻璃纤维对树脂良好的浸润性，所以通过研究玻纤与涤纶作为捆绑纱对预定向经编降低了材料中由于捆绑纱造成的孔隙率。织物性能的影响，得出结论如下：2．4对层间结合性的影响(1)玻纤可用于捆绑纱组织中，其编织后强度复合材料的弯曲性能可以表征不同捆绑纱作用比涤纶纱高33．3％。时层间结合性的好坏。图7为不同捆绑纱／组织(2)不同的捆绑纱组织结构对复合材料的力学《玻璃纤维)2013年第1期5