（紡織材料與紡織品設(shè)計(jì)專業(yè)論文）長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑復(fù)合材料的性能研究.pdf

摘要 熱塑性復(fù)合材料 f i b e rr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i c sc o m p o s i t e s 英文簡(jiǎn)稱為 f r t p 是以各種熱塑樹脂為基體 以玻璃纖維 碳纖維 玄武巖纖維等各種增 強(qiáng)纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料的總稱 尤其是長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有很 多的優(yōu)點(diǎn) 比如較高的耐沖擊強(qiáng)度 較好的拉伸性能 較好的彎曲性能 生產(chǎn)周 期短 可循環(huán)利用等 本文選擇用環(huán)錠紡的紡紗方法來(lái)紡制包芯紗 芯紗采用高強(qiáng) 高模 耐高溫 的玄武巖纖維長(zhǎng)絲 包纏紗采用已經(jīng)制得的丙綸粗紗 最后制得丙綸纖維 玄武 巖纖維包芯紗 通過對(duì)包芯紗的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)性能進(jìn)行分析 經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定 了合適的芯紗張力狀念后 制得的包芯紗強(qiáng)力較高 毛羽很少 本課題主要研究了三維機(jī)織物的結(jié)構(gòu) 采用角聯(lián)分層接結(jié)結(jié)構(gòu) 此三維機(jī)織 物的織造過程 主要包括確定穿綜順序 選擇筘號(hào) 穿綜 如何織造的工藝流程 還討論了織造過程中出現(xiàn)的問題及解決的辦法 復(fù)合工藝參數(shù)主要包括溫度 壓力和時(shí)間 實(shí)驗(yàn)表明 溫度大于1 8 5 時(shí) 樹脂容易外溢 而且表層樹脂顏色變暗 壓力的大小影響纖維束之間的緊密結(jié)合 樹脂在纖維束中的滲透 樹脂在材料中的溢出 要根據(jù)織物的結(jié)構(gòu) 樹脂的溫度 等因素確定 最大壓力以能夠達(dá)到試樣完全滲透時(shí)的厚度為限 由于樹脂受力的 衰減和纖維束孔隙率的減小 樹脂在纖維束中的滲透是一個(gè)有限過程 延長(zhǎng)浸漬 時(shí)間不能保證樹脂在纖維束中的完全滲透 本課題還主要對(duì)三維機(jī)織熱塑性復(fù)合材料基本力學(xué)性能中的抗沖擊性能 拉 伸性能和孔隙率進(jìn)行了測(cè)試和研究 研究結(jié)果表明 三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料預(yù)型 件的結(jié)構(gòu) 預(yù)型件的預(yù)拉伸工藝 復(fù)合成型工藝及復(fù)合材料孔隙率 都對(duì)復(fù)合材 料的力學(xué)性能有著一定的影響 在此基礎(chǔ)上建立了三維機(jī)織熱塑復(fù)合材料的工藝 結(jié)構(gòu) 性能之間的關(guān)系 為確定這種復(fù)合材料的合理生產(chǎn)工藝及提高復(fù)合質(zhì)量提 供了理論依據(jù) 關(guān)鍵詞 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 玄武巖纖維 丙綸纖維 包芯紗 三 維機(jī)織物 復(fù)合成型工藝 沖擊強(qiáng)度 拉伸性能 孔隙率 a b s t r a c t f i b e rr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i cc o m p o s i t e a b b r e v i a t e dt of i 玎p i st h eg e n e r a l a p p e l l a t i o no fc o m p o s i t e sb a s e do nt h e r m o p l a s t i cr e s i na n dr e i n f o r c e db ya l lk i n d so f r e i n f o r c i n gf i b e r s s u c ha sg l a s sf i b e r c a r b o nf i b e r b a s a l tf i b e r a n ds oo n e s p e c i a l l y l o n gf i b e rr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i c sc o m p o s i t e sh a v el o t so fa d v a n t a g e s s u c ha s h i g h e ri m p a c ts t r e n g t h b e t t e rt e n s i l ep r o p e r t y b e t t e rb e n d i n gp r o p e r t y s h o r t e r p r o c e s s i n gp e r i o d a n dr e c y c l e e t c t h es p i n n i n gm e t h o dt h a tw eu s e di sr i n gs p i n n i n gi nt h e s i s h e a r ty a r ni sm a d e o fb a s a l tc o n t i n u o u sf i b e r s a n db a s a l tc o n t i n u o u sf i b e rh a sh i g hs t r e n g t h h i 曲 m o d u l u sa n dm g ht e m p e r a t u r er e s i s t a n c ep r o p e r t y w r a p p e dy a mi sm a d eo fp p r o v i n gs t r i p e t h r o u g ha n a l y z i n gs t r u c t m a lp a r a m e t e ra n dm e c h a n i c a lp r o p e r t yo f c o r e s p u ny a m w h e nt h et e n s i o no fh e a r ty a r ni sa p p r o p r i a t e t h ec o r e s p u ny a m sn o t o n l yh a v eh i g h e rs t r e n g t h t h i sa r t i c l em a i n l ys t u d i e st h es t r u c t u r eo f3 dw o v e nf a b r i c a n dt h eu n i t s t r u c t u r a lm o d e lo f3 dw o v e nf a b r i ci se s t a b l i s h e dt o o a n g l e i n t e r l o c k i n g d e l a m i n a t i o ns t r u c t u r ei su s e d t h ew e a v i n gp r o c e s s e so f3 dw o v e nf a b r i cm a m m y i n v o l v et h ef o l l o w i n gp r o c e s s e s c o n f i r m i n gt h el i f t i n gp l a n c h o o s i n g d r a f t i n g a n d w e a v i n g w ea l s ot a l ka b o u tt h ep r o b l e m so ft h ew e a v i n gp r o c e s s a n df i n do u tt h et r e a t m e n tt o d e a lw i t ht h e m t e m p e r a t u r e p r e s s u r ea n dt i m ea r e t h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r si nt h e c o m p o s i t ep r o c e s s e x p e r i m e n td e m o n s t r a t e sw h e nt e m p e r a t u r ei so v e r18 5c e n t i g r a d e r e s i no v e r f l o w se a s i l y a n dt h es u r f a c er e s i n sc o l o rb e c o m e sf a i n t t h ep r o c e s s i n g p r e s s u r ew h i c hi n f l u e n c e st h ec o m b i n a t i o ns t a t e t h ef l o w i n gb e h a v i o ro ft h em a t r i x a m o n gt h ef i b e rb u n d l e s t h eo v e r f l o w i n gc h a r a c t e rs h o u l db ed e t e r m i n e db yt h e w o v e ns t r u c t u r e t h et e m p e r a t u r eo fr e s i n e t c t h em a x i m u mp r e s s u r ei si nt h el i m i t o fr e a c h i n gt h ep r e f o r m sc o m p l e t e l yi m p r e g n a t i n gt h i c k n e s s b e c a u s eo ft h ed e c r e a s e o ft h er e s i nf l o wa n dt h er e d u c t i o no ff i b e rb u n d l ev o i d s t h ep e n e t r a t i n gp r o c e s so f t h ef i b e rb u n d l ei sal i m i t e dp r o c e s s i n c r e a s i n gi m p r e g n a t i n gt i m ec a n tg u a r a n t e et o g e tc o m p l e t ep e n e t r a t i o n i nt h i sp a p e r t h ei m p a c ts t r e n g t h t h et e n s i l ep r o p e r t ya n dv o i dc o n t e n ta m o n g t h eb a s i cm e c h a n i c sp e r f o r m a n c eo f3 dw o v e nf a b r i ca r et e s t e d t h es t u d ys h o w st h a t f o l l o w i n gf a c t o r sh a sg r e a te f f e c to nt h ep r o p e r t yo ft h em a t e r i a l s f o re x a m p l e t h e p r e f o r ms t r u c t u r eo f3 dw o v e nf a b r i ct h e r m o p l a s t i cc o m p o s i t e s t h ep r e t e n s i o n t e c h n i q u eo fp r e f o r m m o u l d i n gt e c h n i q u e a n dv o i dc o n t e n to fc o m p o s i t e s o nt h e b a s i so fa b o v er e l a t i o n t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e np r o c e s s i n g s t r u c t u r e a n dp r o p e r t y o ft h r e e d i m e n s i o n a lt h e r m o p l a s t i cc o m p o s i t e sa r ef o r m e dt oo f f e rt h et h e o r e t i c a l g r o u n d st od e t e r m i n et h er e a s o n a b l ep r o c e s s i n gt e c h n i q u ea n di m p r o v et h ec o m p o u n d q u a l i t yo fc o m p o s i t e s k e y w o r d s l o n gf i b e r r e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i c sc o m p o s i t e s b a s a l tf i b e r p o l y p r o p y l e n ef i b 盯 c o r e s p u ny a r n t h r e e d i m e n s i o n a lw o v e nf a b r i c c o m p o s i t e m o l d i n gp r o c e s s i m p a c ts t r e n g t h t e n s i l ep r o p e r t y a n dv o i dc o n t e n t 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作和取得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外 論文中 不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不包含為獲得盟 王些太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料 與我一同 工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說(shuō)明 并表示了謝意 學(xué)位論文作者簽名 聶刪莎 簽字日期 砌宕年 2 月2 多日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解丞洼王些太堂有關(guān)保留 使用學(xué)位論 文的規(guī)定 特授權(quán)丞洼王些太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容 編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 并采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存 匯編以供查閱和借閱 同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù) 印件和磁盤 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明 學(xué)位論文作者簽名 1 每胴茛導(dǎo)師簽名 芬銘封 簽字日期 如宕年 月2 日 簽字日期 伽呂年 月形日 學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 一 在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制丙綸 玄武巖纖維包芯紗是可行的 二 玄武巖纖維性能優(yōu)良 在許多技術(shù)指標(biāo)方面都優(yōu)于玻璃纖維 因此可用玄武巖長(zhǎng)纖維做增強(qiáng)纖維 制做熱塑性復(fù)合材料 三 以玄武巖纖維增強(qiáng)纖維 丙綸纖維為包纏纖維制作的包芯紗 為媒介 加工熱塑復(fù)合材料預(yù)浸料的方法在一定程度上可解決浸漬纖 維帶困難的問題 第一章綜述 第一章綜述 1 1 熱塑性復(fù)合材料的概況 眾所周知 材料 能源 信息是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大組成部分 隨著生產(chǎn)的 發(fā)展和人們生活水平的提高 材料已從金屬 無(wú)機(jī)非會(huì)屬 高分子材料三大類發(fā) 展到第四類 復(fù)合材料 由于全球結(jié)構(gòu)用材料的消耗量r 益增大 人類傳統(tǒng)慣 用的天然原材料資源逐漸短缺 所以復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生 發(fā)展迅速 近年來(lái) 新 的熱塑性復(fù)合材料不斷出現(xiàn) 并被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域 熱塑性復(fù)合材料 f i b e rr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i c sc o m p o s i t e s 英文簡(jiǎn)稱為 f r t p 是以各種熱塑樹脂為基體 以各種增強(qiáng)纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料的總 稱 熱塑性復(fù)合材料主要類型有 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 l o n gf i b e r r e i n f o r e e dt h e r m o p l a s t i c sc o m p o s i t e s 英文簡(jiǎn)稱為l f r t p 連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑 性復(fù)合材料 短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料和纖維氈增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 l 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 l o n gf i b e rr e i n f o r c e dt h e r m o p l a s t i c c o m p o s i t e s 英文縮寫為l f r t p 口 是近年來(lái)發(fā)展迅速的一類熱塑性高分子復(fù)合 材料 它是采用熱塑性樹脂與長(zhǎng)纖維在特定的設(shè)備與工藝條件下充分浸漬制得 常用的基體材料有聚乙烯 p e 聚丙烯 p p 聚苯乙烯 p s 苯乙烯一丙烯腈 s a n 聚酰胺 p a 聚對(duì)苯二甲酸乙二酯 p e t 聚對(duì)苯二甲酸丁二酯 p b t 等 l 常用的增強(qiáng)纖維有玄武巖纖維 碳纖維 玻璃纖維 芳綸纖維 超高分子 量聚乙烯纖維 麻纖維等 由于l f r t p 具有很多優(yōu)良性能 現(xiàn)已成為高分子復(fù) 合材料研發(fā)的熱點(diǎn) 也被越來(lái)越多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料彌補(bǔ)了熱固性復(fù)合材料與短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù) 合材料的眾多不足之處 與熱固性增強(qiáng)復(fù)合材料相比 l f r t p 有以下幾方面突 出的優(yōu)點(diǎn) 1 基體樹脂種類多 可選擇性大 4 預(yù)浸料保存期限幾乎不受限 s f j 2 比熱固性復(fù)合材料密度小 較小的單位質(zhì)量可具有較好的機(jī)械性能 4 韌性優(yōu)于熱固性材料 具有良好的耐疲勞性和抗沖擊性 5 耐水性優(yōu)于熱固 性復(fù)合材料 6 抗化學(xué)和環(huán)境腐蝕的能力強(qiáng) 固化過程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 6 產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度大 可制成很多復(fù)雜形狀 成型適應(yīng)性廣 3 成型周期 短 生產(chǎn)效率高 8 廢舊制品容易回收 可重復(fù)加工和循環(huán)利用 降低了制 天津 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文 造成本 且有利于環(huán)保性 與短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比 l f r t p 的主要優(yōu)點(diǎn)有 1 材料的拉伸強(qiáng)度 抗疲勞性能等物理機(jī)械性能均有所提高 2 類似骨架 的長(zhǎng)纖維結(jié)構(gòu) 增強(qiáng)了制品的抗沖擊強(qiáng)度 3 具有較好的耐熱性能 在高溫高 濕環(huán)境下仍能保持良好的力學(xué)性能 熱塑性樹脂 特別是高性能的熱塑性樹脂 的存在的問題是熔融粘度大 給熱塑性樹脂浸漬纖維帶來(lái)了一定的困難 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 l f r t p 的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊 1 機(jī)械制造領(lǐng)域 傳統(tǒng)上由金屬材料制造的機(jī)械設(shè)備 比如風(fēng)機(jī) 閥門 制冷機(jī)械 起重機(jī)械 工 程機(jī)械 塑料加工機(jī)械及食品機(jī)械的很多零部件 要求既要有一定的剛度和強(qiáng)度 又要具有耐磨 耐腐蝕 減震和降噪等功能 現(xiàn)在可以采用l f r t p 來(lái)制造 可 獲得更高的性價(jià)比 2 電子電氣領(lǐng)域 由于l f r t p 材料具有剛性高 耐熱絕 緣性好等優(yōu)異性能 可制造儀器儀表 電機(jī)及各種電器中的附件 如底盤和支架 風(fēng)扇葉片 儀表罩殼 接線盒 開關(guān)殼 電視機(jī)調(diào)諧器和后蓋等部件 既可以減 輕自重和提高其可靠性 又延長(zhǎng)其使用壽命 3 化工和環(huán)保領(lǐng)域 化工環(huán)保領(lǐng) 域多涉及腐蝕性物質(zhì) l f r t p 因比強(qiáng)度高 無(wú)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象 熱導(dǎo)率低 保 溫性能及電絕緣性能良好 制品內(nèi)壁光滑 流體阻力小 質(zhì)量輕 吊裝運(yùn)輸維修 方便等特點(diǎn) 被制成槽 罐 容器 結(jié)構(gòu)件 過濾器件 殼體 防腐管道 電鍍 槽部件 防腐地板及印染板框等 廣泛應(yīng)用于石油 化肥 制鹽 制藥 造紙 海水淡化 生物工程 環(huán)境工程及金屬電鍍等領(lǐng)域 4 建筑工業(yè)領(lǐng)域 l f r t p 能滿足建筑材料抗腐蝕 高強(qiáng)度 大批量生產(chǎn)的要求 可用作門窗構(gòu)件 地板 天花板等 混凝土增強(qiáng)用復(fù)合材料棒材在美國(guó)已經(jīng)商品化 這種棒材不腐蝕不導(dǎo) 電 質(zhì)量是鋼材的四分之一 熱膨脹系數(shù)比鋼材更接近混凝土 可以在海堤 高 速公路護(hù)欄 房屋地基和橋梁等場(chǎng)合使用 5 汽車工業(yè)領(lǐng)域 汽車輕量化與節(jié) 能環(huán)保成為2 1 世紀(jì)汽車技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 以塑代鋼成為實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑 l f r t p 的質(zhì)量只有鋼材的四分之一左右 具有比強(qiáng)度和比剛度高 不生銹 結(jié) 構(gòu)整體性強(qiáng) 成本低 設(shè)計(jì)自由度大等優(yōu)點(diǎn) 因此在汽車工業(yè)中的應(yīng)用同趨增加 常用于制作保險(xiǎn)杠 儀表板 電池托盤 前端組件 分電器盒 椅背支撐板 備 胎倉(cāng) 底盤蓋板 噪音隔板 行李倉(cāng)底板 車門車身板 發(fā)動(dòng)機(jī)底座 暖風(fēng)機(jī)葉 輪防護(hù)板 行李架等 歐美及日本的許多汽車廠家已大量使用l f r t p 6 航 空航天和通訊領(lǐng)域 美國(guó)波音公司在飛機(jī)中大量采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 i c i 公司利用5 0 長(zhǎng)玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6 6 制造飛機(jī)上的閥門 代替了原來(lái)使用的酚 醛石棉復(fù)合材料 滿足了飛機(jī)閥門在寬的溫度范圍內(nèi)與燃料長(zhǎng)期接觸也能保持其 性能和形狀的要求 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的質(zhì)量輕 這可減輕宇宙飛船的 重量 有利于提高推進(jìn)系統(tǒng)的精確度 另外長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料優(yōu)良的耐 熱性和減震性能 可提高宇宙飛船上儀器設(shè)備的穩(wěn)定性 4 2 第 章綜述 國(guó)外對(duì)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的研發(fā)進(jìn)程 1 9 5 1 年美國(guó)的b r a d t 首次 采用短玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯制造復(fù)合材料 5 2 0 世紀(jì)6 0 年代仞美國(guó)開始了熔融 法制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料片材的工藝研究 2 0 世紀(jì)7 0 年代中期 以 a z d e l 為商品名稱的中長(zhǎng)玻璃纖維氈增強(qiáng)聚丙烯的熱塑性片材實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生 產(chǎn) 揭開了長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料開發(fā)應(yīng)用的序幕 在解決了長(zhǎng)纖維的浸漬 問題以后 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料取得了突破性進(jìn)展 在航天 航空 汽車 化工 電子電器等領(lǐng)域均得到應(yīng)用 近1 0 年來(lái) 每年均以約2 5 的速度增長(zhǎng) 發(fā)展速度比熱固性復(fù)合材料快很爹引 走在長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)前列 的是美國(guó) 德國(guó) 法國(guó) 日本等發(fā)達(dá)國(guó)家 美國(guó)的杜邦公司 t i c o n a 公司和l n p 公司 法國(guó)的s a i n t g o b i a n 公司和v e t r o t e x 公司 同本的帝人公司等都推出了長(zhǎng) 纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 我國(guó)對(duì)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的研發(fā)進(jìn)程 我國(guó)于2 0 世紀(jì)6 0 年代初期 開始熱塑性復(fù)合材料的研究 2 0 世紀(jì)8 0 年代后期 開始進(jìn)行長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性 復(fù)合材料的研制工作 近年來(lái) 很多的科研人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和研究 天津 工業(yè)大學(xué) 東華大學(xué) 浙江大學(xué)等多所高校 以及航天科技集團(tuán) 上海杰事杰公 司等單位都開展著相關(guān)內(nèi)容的研發(fā)工作 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料 l f r t p 的研發(fā) 越來(lái)越受到重視 尤其圍繞著長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的浸潤(rùn)技術(shù) 加工成型 工藝 性能研究和應(yīng)用研究十分活躍 1 2 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備工藝 制備長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的關(guān)鍵在于纖維能否在較高的纖維含量的 樹脂中獲得良好的浸漬 或者說(shuō)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的關(guān)鍵所在是其成型 工藝 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的制備工藝包括浸漬工藝和成型工藝兩類 1 2 1 預(yù)浸工藝 1 熔融浸漬法 6 1 熔融浸漬法是利用熱塑性樹脂的熔融再熔融特性 使增強(qiáng)纖維通過熔融樹 脂槽浸漬樹脂 但大多數(shù)耐高溫樹脂在高溫下粘度也很高 而且為防止聚合物降 解 浸漬溫度需要特別控制 其簡(jiǎn)易流程 如圖1 1 所示 天津i 業(yè)人學(xué)碩 學(xué)位論文 纖維柬 擠壓機(jī) 圖1 1 熔融浸漬法流程圖 g r a p h l 1m e lti n f u s i o nf l o wd i a g r a m 2 樹脂膜層疊法 6 樹脂膜層疊法實(shí)際上是將纖維浸漬與復(fù)合材料成型同時(shí)完成 先將熱塑性樹 脂熱熔制成襯有脫模紙的薄膜 鋪層時(shí)撕去脫模紙與增強(qiáng)纖維間隔鋪置 將增強(qiáng) 材料以束纖維或織物的形式與熱塑樹脂膜在壓力的作用下固化 這是一種應(yīng)用廣 泛且相對(duì)簡(jiǎn)單的生產(chǎn)方法 但此法要加工低孔隙含量的復(fù)合材料很困難 其簡(jiǎn)易 流程 如圖1 2 所示 纖維織物 圖1 2 樹脂膜層疊法示意圖 g r a p h l 一2r e s i nf i l ms u p e r p o s i t i o nd i a g r a m 3 混纖紗浸漬法 這種方法是將熱塑性樹脂紡成纖維或薄膜帶 然后根據(jù)含膠量的多少 將一 定比例的增強(qiáng)纖維束和樹脂纖維束緊密地合并成混合紗 再通過一個(gè)高溫密封浸 漬區(qū) 將樹脂纖維熔成連續(xù)的基體 該法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量能控制得比較準(zhǔn)確 纖維能夠得到充分浸潤(rùn) 因此 可以利用直接經(jīng)纏繞成型得到制件 可以方便地 加工結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件 4 溶液浸漬法 4 第一章綜述 溶液浸漬法是環(huán)氧等熱固性樹脂系統(tǒng)沿用的傳統(tǒng)方法 它是選取合適的溶 劑 也可以是幾種溶劑配成的混合溶劑 將樹脂完全溶解 配成膠液 然后使纖 維通過膠液得到浸漬 再烘干溶劑 便得到預(yù)浸帶 這種方法的缺點(diǎn)是不適合用 于耐溶劑良好的樹脂 同時(shí)可能會(huì)有少量溶劑殘留在預(yù)浸帶上 使產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生 孔隙 還存在環(huán)境污染等問題 5 懸浮一熔融浸漬法1 7 j 懸浮一熔融浸漬技術(shù)主要借助低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑使粉末分散 讓分散的纖維 束通過液體 使樹脂粉末均勻的滲入纖維間 然后加熱除去懸浮劑 同時(shí)使樹脂 熔融浸漬纖維得到預(yù)浸帶 6 粉末浸漬法 該方法是在高性能熱塑性塑料的低沸點(diǎn)溶劑較少的情況下發(fā)展起來(lái)的 粉未 浸漬法就是將干粉顆粒引入到纖維中 使得纖維束被包覆上一層樹脂外殼以到達(dá) 基體和增強(qiáng)體復(fù)合的方法 7 陰離子原位聚合法 8 利用低粘度的活化單體浸漬連續(xù)纖維或連續(xù)纖維的織物 然后就地進(jìn)行原位 聚合制成熱塑性復(fù)合材料 該方法解決了高粘度樹脂熔體浸漬困難的問題 可以 使樹脂均勻地浸漬到增強(qiáng)纖維或其織物中 從而得到性能良好的熱塑性復(fù)合材 料 1 2 2 成型工藝 由于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料是從復(fù)合材料和塑料兩個(gè)不同領(lǐng)域開發(fā)出 的一種新型復(fù)合材料 因此其成型工藝具有塑料和復(fù)合材料工藝的特征 又因?yàn)?它可以進(jìn)行熱成型 使其又具有金屬材料成型的特點(diǎn) 1 熱成型工藝 川 熱成型工藝也稱為預(yù)熱坯料成型 與熱固性復(fù)合材料的對(duì)模模壓成型類似 是一種快速 大量成型熱塑性復(fù)合材料制品的工藝方法 用熱成型工藝制造復(fù)合 材料制品與制造純塑料制品不同 預(yù)浸料在模具內(nèi)不能伸長(zhǎng) 也不能變薄 模具 閉合之前 預(yù)浸料要從夾持框架上松開 放至下半模具上 閉合模具時(shí) 預(yù)浸料 鋪層邊緣將向模具中滑移 并貼敷到模具型面上 預(yù)浸料層厚保持不變 2 拉擠成型 e x t r u s i o nm o u l d i n g 1 u 拉擠成型是在擠出機(jī)中通過加熱 加壓 使塑料以熔融流動(dòng)狀態(tài)連續(xù)通過口 模成型的方法 是一種連續(xù)的適合大規(guī)模生產(chǎn)的加工過程 也是制造恒定截面型 材的工藝方法 最初用于制造單向纖維增強(qiáng)實(shí)心截面的簡(jiǎn)單制品 逐漸發(fā)展成為 目前可以制造實(shí)心 空心以及各種復(fù)雜截面的制品 并且型材的性能可以設(shè)計(jì) 天津 f 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文 能夠滿足各種工程的結(jié)構(gòu)要求 其主要工藝流程主要包括纖維束預(yù)熱區(qū) 成型模 加熱區(qū) 水冷卻區(qū) 纖維束拖動(dòng)裝置 采用的工藝是在一組拉擠模具中邊浸漬邊 拉擠 但此法一般難于制造斷面形狀急劇變化的結(jié)構(gòu) 3 羅拉成型法 工藝過程包括紅外線預(yù)熱區(qū) 由羅拉組成的成型和固化裝置 一般需要幾對(duì) 羅拉 第一個(gè)是加熱的 最后一個(gè)是冷卻的 4 纏繞成型 纏繞成型用熱塑性聚合物浸漬連續(xù)纖維 能夠得到一類新的高性能復(fù)合材 料 長(zhǎng)絲纏繞法主要的工藝過程為 預(yù)熱絲束 引導(dǎo)絲束 觸點(diǎn)加熱 心軸加熱 以及后續(xù)固化 5 橡膠沖模成型 橡膠沖模成型是在克服金屬?zèng)_模成型法的一些主要缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上開發(fā)研制 的 這種方法中 帶有彈性的橡膠取代了金屬?zèng)_模中的剛性金屬?zèng)_模 能在材料 表面產(chǎn)生均勻的壓力分布 6 液壓成型法 液壓成型法首先被廣泛地應(yīng)用于金屬薄片的加工 現(xiàn)已被成熟地使用于熱塑 復(fù)合材料的成型 由于材料被賦予的壓力是流動(dòng)液體產(chǎn)生的壓力 因此材料受力 均勻 可以制得勻質(zhì)的熱塑復(fù)合材料 7 注射成型 i n j e c t i o nm o u l d i n g 1 1 0 可以通過注塑成型工藝制備各種制品 注塑成型可制各更復(fù)雜 更小的零部 件 幾乎無(wú)廢料的產(chǎn)生 1 3 混纖紗熱塑復(fù)合材料的研發(fā)概況 1 3 1 國(guó)外對(duì)混纖紗熱塑復(fù)合材料的研發(fā)進(jìn)展 關(guān)于混纖紗熱塑復(fù)合材料的研究 歐美國(guó)家從2 0 世紀(jì)9 0 年代初就開始了 隨 著復(fù)合材料的快速發(fā)展 對(duì)混纖紗熱塑復(fù)合材料的研究開發(fā)越來(lái)越廣泛 1 9 9 9 年 l a u k e 等人研究了在熱塑纖維和增強(qiáng)纖維組成的混纖紗中 兩種纖 維的混合狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料層板樹脂滲透情況及力學(xué)性能的影響 實(shí)驗(yàn)表明 兩種 纖維的混合程度對(duì)樹脂的滲透有明顯的影響 因而也對(duì)材料的力學(xué)性能產(chǎn)生較大 的影響 l l 2 0 0 0 年 s a k a g u c h i 等人對(duì)g f p a 6 緯編紗制成的復(fù)合材料的滲透性能進(jìn)行 了實(shí)驗(yàn)研究 其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 在增強(qiáng)纖維束直徑為0 1 6 m m 0 2 m m 0 2 8 m m 時(shí) 材料的最終空隙率在3 左右 增強(qiáng)纖維在復(fù)合材料中有較好的分散 增強(qiáng)纖維 6 第一章綜述 束直徑為0 4 m m 時(shí) 最終的空隙率增加到5 增強(qiáng)纖維在基體材料中沒有被分 散 1 2 2 0 0 1 年 l o n g 等人對(duì)加壓速率 溫度 加壓時(shí)間與復(fù)合質(zhì)量的關(guān)系進(jìn)行了 一系列探討 根據(jù)對(duì)v e t r o t e x 公司提供的t w i n t e xc f p p 紗織成的機(jī)織物的實(shí) 驗(yàn)結(jié)果表明 加壓速度的增加會(huì)使所需的固結(jié)壓力和復(fù)合材料的最終空隙率增 加 合適的加壓速度應(yīng)小于2 0 m m m i n 壓頭下降的速度 冷卻過程中 繼續(xù)保持 壓力可使空隙率有明顯減小 在壓力為3 m p a 的時(shí)候 空隙率可達(dá)到小于1 的水 平 溫度超過1 8 0 c 后 提高溫度對(duì)降低復(fù)合材料空隙率沒有明顯影響 1 3 l o u i sl a b e r g e l e b e l 等首先用顯微鏡法觀察了由法國(guó)生產(chǎn)的碳纖 尼龍混纖 紗的結(jié)構(gòu) 用編織的方法將該混纖紗編織成織物 然后將預(yù)制件層壓制成復(fù)合材 料 研究了不同編織角對(duì)復(fù)合材料拉伸和彎曲性能的影響 并用經(jīng)典的層和板理 論預(yù)測(cè)了復(fù)合材料的彈性模量 h b y u n j o o n h y u n g 等做了碳纖維 p e e k 混編紗三維織物復(fù)合材料和簡(jiǎn)單織物 層合復(fù)合材料的沖擊試驗(yàn)和開口拉伸試驗(yàn) 通過電鏡觀察 混編紗復(fù)合材料中 p e e k 能很均勻地浸透碳纖維 在碳纖維體積含量均為5 3 時(shí) 三維織物復(fù)合材 料與簡(jiǎn)單織物層合復(fù)合材料相比具有很好的抗沖擊性能 沖擊后強(qiáng)度降低 3 0 4 0 而簡(jiǎn)單織物復(fù)合材料降低5 6 掃描電鏡觀察表明三維機(jī)織物復(fù)合材料 裂紋擴(kuò)展較小 而簡(jiǎn)單織物層合復(fù)合材料具有明顯的分層現(xiàn)象 l 列 g o l z a r m 等研究了影響混纖紗熱塑復(fù)合材料樹脂浸透性的重要參數(shù) 纖維 體積分?jǐn)?shù)和增強(qiáng)纖維 熱塑纖維的直徑比 分別比較了這兩個(gè)參數(shù)對(duì)p e e k c f 和p p g f 兩種空氣變形絲混纖紗單向復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 提出了一種優(yōu)化 生產(chǎn)丙綸 玻璃混纖紗的方法 1 6 1 1 3 2 國(guó)內(nèi)對(duì)混纖紗熱塑復(fù)合材料的研發(fā)進(jìn)展 國(guó)內(nèi)關(guān)于混纖紗熱塑復(fù)合材料的研究起步比歐美國(guó)家晚 自2 0 世紀(jì)末 我 國(guó)的科學(xué)工作者混纖紗加工方法 復(fù)合工藝與復(fù)合材料性能等方面的研究中做了 大量的工作 翁永華等對(duì)連續(xù)玻璃纖維滌綸混紡紗復(fù)合材料的成型工藝條件與復(fù)合材料 的空隙率及力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)研究 李龍等人對(duì)噴氣混纖紗復(fù)合材料進(jìn) 行了短梁剪切試驗(yàn) l l 吳曉青等對(duì)玻璃纖維與聚丙烯纖維混合編織的熱塑復(fù)合材料進(jìn)行了試驗(yàn)研 究 認(rèn)為在相同的玻璃纖維含量下 與r t m 成型法比較 三維整體成型的熱塑性 復(fù)合材料拉伸性能較好 董衛(wèi)國(guó)和黃故教授等對(duì)g f p p 混纖編織紗的制作 工藝參數(shù) 織造性能以及 7 天津 i 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文 由混纖紗制作的復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究 主要有以下幾個(gè)方面 對(duì)用于熱 塑復(fù)合材料的g f p p 包芯編帶紗的加工工藝 幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和研究 研 究了由玻璃纖維和丙綸纖維組成的包芯編帶紗 摩擦紡紗 空心錠子包纏紗以及 玻璃纖維紗的織造性能 研究了由包芯編帶紗制成的單向熱塑復(fù)合材料的復(fù)合 固化過程 建立了試樣厚度與復(fù)合材料空隙率的關(guān)系模型 通過在線測(cè)量試樣厚 度的變化 得出了樹脂滲透速度 復(fù)合材料的空隙率與工藝條件 溫度 壓力 時(shí)間 及紗線幾何結(jié)構(gòu)的關(guān)系 研究了由玻璃纖維和丙綸纖維組成的編帶包芯 紗制成的三維機(jī)織復(fù)合材料的空隙率 拉伸 彎曲性能 研究表明 編帶包芯紗 既能滿足熱望樹脂的均勻滲透 又具有良好的三維制造性能 復(fù)合材料的空隙率 一般在5 左右 具有良好的柔韌性 通過預(yù)拉伸工藝 可以顯著提高復(fù)合材料 的拉伸岡0 度i i7 2 田偉等人在花式捻線機(jī)上將玻璃長(zhǎng)絲和丙綸長(zhǎng)絲混合包覆制的玻璃纖維體 積含量為2 2 9 9 的混纖紗線 進(jìn)而研制成三維正交 準(zhǔn)正交 交聯(lián)鎖機(jī)織物 然 后采用熱壓成型工藝制得復(fù)合材料 研究了復(fù)合材料的拉伸性能 比較了對(duì)各三 維正交 準(zhǔn)正交 交聯(lián)鎖機(jī)織物復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度和彈性模量 2 1 2 2 梅啟林等采用丙綸和玻璃長(zhǎng)絲合股混纖紗法制備連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯 復(fù)合材料 對(duì)混纖紗的制備工藝及纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的成型工藝進(jìn)行了研 究 通過試驗(yàn) 對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料力學(xué)性能及孔隙率等進(jìn)行了測(cè)試 并確定出了合理的工藝參數(shù) 2 3 j 臺(tái)灣逢甲大學(xué)的w e n s h y o n gk u o 對(duì)粉末浸漬紗的三維正交機(jī)織物復(fù)合材料 的壓縮性能進(jìn)行了研究 研究了成型溫度對(duì)壓縮性能的影響 并研究了復(fù)合材料 的壓縮破壞主要形式 1 4 本課題的研究意義和主要內(nèi)容 1 4 1 本課題的研究意義 在本課題中 增強(qiáng)纖維是玄武巖纖維 包纏纖維是丙綸纖維 丙綸纖維因其 密度小 耐化學(xué)腐蝕性好 力學(xué)性能高等特點(diǎn) 而廣泛應(yīng)用于各種面料 工業(yè)用 織物和非織造織物等 但同時(shí)也因成型收縮率大 低溫脆性 熱變形溫度低等缺 陷而受到限制 玄武纖維有極高的使用溫度 高的斷裂度 高模量 優(yōu)異的力學(xué) 物理 化學(xué)功能 極低的熱傳導(dǎo)系數(shù) 高的吸音系數(shù) 極低的吸濕性 高的比體 積電阻 抗紫外線 吸波功能 防輻射 防電磁 燃燒無(wú)熔滴 燃燒煙密度低 環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn) 因此用玄武巖纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料 很多性能都優(yōu)于用玻璃 纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料 第一章綜述 由于熱塑性樹脂 特別是高性能的熱塑樹脂的熔融粘度很大 在低沸點(diǎn)溶劑 中的溶解能力差或根本不溶 給熱塑樹脂浸漬纖維帶來(lái)困難 難以制備出復(fù)雜的 熱塑性復(fù)合材料預(yù)制件 以玄武巖纖維增強(qiáng)纖維 丙綸纖維為包纏纖維制作的包 芯紗為媒介 加工熱塑復(fù)合材料預(yù)浸料的方法在一定程度上可解決浸漬纖維帶困 難的問題 長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料彌補(bǔ)了熱固性復(fù)合材料與短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù) 合材料的眾多不足之處 例如長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有良好的耐疲勞性 抗沖擊性 耐水性 耐熱性 抗腐蝕性 產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度大 可制成很多復(fù)雜形 狀 成型適應(yīng)性廣 成型周期短 生產(chǎn)效率高 廢舊制品容易回收 可重復(fù)加工 和循環(huán)利用 降低了制造成本 且有利于環(huán)保性 因此長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材 料在機(jī)械制造 電子電氣 化工和環(huán)保 建筑工業(yè) 汽車工業(yè) 航空航天和通訊 等領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊 本課題對(duì)在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)紡制丙綸 玄武巖纖維包芯紗的工藝進(jìn)行了研究 對(duì) 三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物及其復(fù)合材料的制做工藝進(jìn)行了探討 對(duì)復(fù)合材料的沖擊 性能 拉伸性能和空隙率進(jìn)行了測(cè)試 為制造低成本 高性能的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑 復(fù)合材料提供了可行的工藝路線和可供參考的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1 4 2 本課題的主要內(nèi)容 一 在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制丙綸 玄武巖纖維包芯紗 二 用紡制的包芯紗 織造的工藝 三 將三維分層角聯(lián)鎖機(jī)織物制作成熱塑性復(fù)合材料 四 對(duì)復(fù)合材料沖擊性能 拉伸性能和空隙率進(jìn)行測(cè)試和分析 1 5 本課題研究的創(chuàng)新點(diǎn) 一 在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上紡制丙綸 玄武巖纖維包芯紗是可行的 二 玄武巖纖維性能優(yōu)良 在許多技術(shù)指標(biāo)方面都優(yōu)于玻璃纖維 因此可用 玄武巖長(zhǎng)纖維做增強(qiáng)纖維 制做熱塑性復(fù)合材料 三 以玄武巖纖維增強(qiáng)纖維 丙綸纖維為包纏纖維制作的包芯紗為媒介 加 工熱塑復(fù)合材料預(yù)浸料的方法在一定程度上可解決浸漬纖維帶困難的問題 9 第一章包芯紗的紡制 2 1 混纖紗的概述 第二章包芯紗的紡制 纖維混合越均勻 復(fù)合固化時(shí)所需的壓力就越小 混纖紗的理想狀態(tài)是每一 根增強(qiáng)纖維都與基體纖維相鄰 但是由于增強(qiáng)纖維與基體纖維的物理性能差異較 大 實(shí)際上這是難以實(shí)現(xiàn)的 目前混纖紗主要有混合紗 包纏紗 包芯紗和牽切 紗 各種混纖紗的結(jié)構(gòu)由圖2 一i 囊撇讒 a m 臺(tái)紗b 包纏紗 c 包芯紗d 牽切紗 圖2 一i 并種混纖紗的結(jié)構(gòu) g r a p h2 is t r o c t u r eo ff i b e rm i x e dy a r n 混合紗的加工方法有多種 1 將兩相纖維鋪開 交錯(cuò)層疊 然后在水中共混 2 在抽絲的過程中直 接將兩相纖維并臺(tái) 混合 3 用靜電荷來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相纖維的混合 4 通過空氣變 形來(lái)使兩相纖維混合 其中 4 通過空氣變形來(lái)使兩相纖維混合 是一種較好 的方法 經(jīng)空氣變形加工成的紗線中 兩相纖維緊密纏結(jié) 拖合成一體 井有弧 圈狀變形 有利于基體樹脂對(duì)增強(qiáng)纖維的浸潰 這種方法適應(yīng)性強(qiáng) 且經(jīng)空氣變 形得到的紗線柔軟 懸垂性好 適合于進(jìn)行紡織加工 制成形狀復(fù)雜的復(fù)合材料 預(yù)型件 空氣變形紗中的扭矩可以使紗線有較強(qiáng)的抱合力 有利于后序加工 用 空氣變形加工混合紗比用水共混要快一倍 在拉絲的過程中將兩相纖維混合 可 以使熱塑性樹脂纖維緊密而均勻地分布于混合紗中 使增強(qiáng)纖維能夠得到快速的 浸潰和滲透 從而使制得的熱塑性復(fù)合材料制品的力學(xué)性能穩(wěn)定 空隙率為零 包芯紗是將短的熱塑性基體纖維通過各種方法紡在連續(xù)的增強(qiáng)纖維芯紗外 形成的一種混纖紗 它的性能與包纏紗的性能很相近 但由于外層的基體纖維是 短纖維的型式 因此它比包纏紗要柔軟得多 這使后序加工更容易進(jìn)行 為了使 天津 1 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)位論文 皮層和芯層之間有足夠的抱合力 通常需要包芯紗要有較高的捻度 捻度過高會(huì) 使生產(chǎn)速度和紗線強(qiáng)力降低 采用較多的加工包芯紗混纖紗的方法是摩擦紡的方 法 它利用摩擦紡紗的原理將連續(xù)增強(qiáng)纖維和熱塑性樹脂短纖維結(jié)合在一起形成 摩擦紡包芯紗 包纏紗是將基體纖維包纏于增強(qiáng)纖維芯的外面形成一種混纖紗 與混合紗相 比 包纏紗具有以下優(yōu)點(diǎn) 1 增強(qiáng)纖維完全包覆在紗線的芯部 從而避免了在紗 線加工及后序加工 如機(jī)織 針織 編織 中的可能的損傷 2 連續(xù)的增強(qiáng)纖維 保持無(wú)捻的形式 有利于其機(jī)械性能的充分利用 然而 包纏紗中兩相纖維分布 的均勻性較混合紗差 從而導(dǎo)致樹脂基體對(duì)增強(qiáng)纖維的浸漬效果較差 如果將混 合法和包纏法結(jié)合起來(lái) 則制得的混纖將既能達(dá)到好的增強(qiáng)纖維與基體纖維的分 布效果 又能對(duì)增強(qiáng)纖維形成好的保護(hù)效果 因此 將以上兩種方法結(jié)合起來(lái)將 為熱塑性樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展開辟更廣闊的前景 但目前在這方面進(jìn)行的研究 和應(yīng)用卻非常少 牽切紗 又稱短切紗 是將連續(xù)的增強(qiáng)纖維和基體纖維牽切成所需的長(zhǎng)度 加 捻紡成的一種混纖紗 盡管加捻使纖維不能完全伸直平行排列 從而降低了紗線 長(zhǎng)度方向上的剛度和強(qiáng)度 但加捻可以改善紗線的柔韌性和拉仲性 由于短切紗 中的纖維長(zhǎng)度比臨界的纖維長(zhǎng)度大得多 纖維不能完全仲直平行排列而改善了復(fù) 合材料的層間性能 2 2 選擇紡制包芯紗的纖維 包纏纖維作為復(fù)合材料的基體 要滿足復(fù)合材料對(duì)基體的各種要求 要有一 定的柔軟性和耐磨性 特別是熔融溫度要低于增強(qiáng)纖維 芯紗 的熱變性溫度 如 軟化溫度 熱損傷溫度等 在本研究中 包纏纖維是丙綸纖維 增強(qiáng)纖維是玄 武巖纖維 2 2 1 玄武巖纖維 b a s a ltfib e r 被科學(xué)家們譽(yù)為2 l 世紀(jì)一種新材料的玄武巖連續(xù)纖維及其復(fù)合材料 性能優(yōu) 異 替代性強(qiáng) 應(yīng)用領(lǐng)域廣 早在上個(gè)世紀(jì)6 0 年代初 原蘇聯(lián)科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了玄 武巖連續(xù)纖維的優(yōu)異特性 從7 0 年代開始 美國(guó)和德國(guó)的科學(xué)家就對(duì)玄武巖連續(xù) 纖維進(jìn)行了大量的研究 2 引 我國(guó)玄武巖礦藏儲(chǔ)量豐富 雖然有幾十條普通玄武巖 巖棉的生產(chǎn)線 但由于拉絲技術(shù)不過關(guān) 玄武巖連續(xù)纖維大規(guī)模生產(chǎn)及廣泛應(yīng)用 尚屬空白 這項(xiàng)作為我國(guó)國(guó)家8 6 3 計(jì)劃的研究項(xiàng)目 現(xiàn)在正由南京玄武巖纖維研 究設(shè)計(jì)院礦物棉研究所 遼寧省營(yíng)口市建筑材料研究所等科研及生產(chǎn)單位聯(lián)合研 1 2 第二章包芯紗的紡制 究開剔2 5 1 玄武巖連續(xù)纖維以天然玄武巖礦石為原料 將礦石破碎后加入熔窯中 在 1 4 5 0 c 1 5 0 0 c 熔融后 通過噴絲板拉伸成連續(xù)纖維 并以玄武巖纖維為增強(qiáng)體 制成的新型復(fù)合材料 玄武巖礦石主要由s i 0 2 a 1 2 0 3 f e 2 0 3 c a o m g o k 2 0 t i 0 2 等多種氧化物組成 玄武巖纖維具有優(yōu)越的物理 化學(xué)性劇2 6 1 1 永久的阻燃性 極限氧指 數(shù) l o i 7 0 2 特高軟化溫度 1 2 0 0 3 極高的使用溫度 8 8 0 4 極低的使用溫度 2 6 0 5 高的斷裂強(qiáng)度 4 5 0 0 m p a 6 低的斷裂伸長(zhǎng)率 3 1 7 高的彈性模量 l x l 0 4 k g m m 2 8 材料密度 2 7 9 e r a 3 9 低的熱傳 導(dǎo)系數(shù) 0 0 3 5 w m k 1 0 高的吸音系數(shù) o 9 5 1 1 低的吸濕性 o 1 1 2 高的比體積電阻 l x l 0 1 2 q m 1 3 防輻射鉛當(dāng)量 0 0 0 7 3 m m p b 1 4 綠色環(huán)保 由于玄武纖維有極高的使用溫度 高的斷裂度 高模量 優(yōu)異的力學(xué) 物理 化學(xué)功能 極低的熱傳導(dǎo)系數(shù) 高的吸音系數(shù) 極低的吸濕性 高的比體積電阻 抗紫外線 吸波功能 防輻射 防電磁 燃燒無(wú)熔滴 燃燒煙密度低 環(huán)保無(wú)污 染等優(yōu)點(diǎn) 因此玄武纖維可廣泛用于航天 航空 高速列車 汽車 船舶 國(guó)防 軍工 安防 建筑工程 防火工程 海洋工程 土木工程 電力工程 石油工程 加固工程等行業(yè) 2 7 j 由于玄武巖纖維在許多技術(shù)指標(biāo)方面優(yōu)于玻璃纖維 如玄武巖纖維具有高的 熱穩(wěn)定性 可以工作至u 6 0 0 以上 而玻璃纖維在相同條件下的使用溫度不超過 4 0 0 c 2 n 玄武巖纖維的耐酸性為5 6 0 7 8 2 而玻璃纖維為5 2 0 5 4 o 因 此用玄武巖連續(xù)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料 很多性能都優(yōu)于用玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材 料 2 2 2 丙綸纖維 p o i y p r o p y i e n ef i b e r 英文簡(jiǎn)稱p p 丙綸纖維 又稱聚丙烯纖維 它是由丙烯作原料經(jīng)聚合 熔體紡絲制得的纖 維 丙綸的主要物理和化學(xué)性質(zhì)如下 1 形態(tài) 丙綸的縱面平直光滑 截面呈圓形 2 密度 丙綸最大的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)地輕 其密度僅為0 9 1 9 c m 3 是常見化學(xué) 纖維中密度最輕的 所以同樣重量的丙綸可比其他纖維得到的較大的覆蓋面積 3 強(qiáng)伸性 丙綸的強(qiáng)度高 伸長(zhǎng)大 初始模量較高 彈性優(yōu)良 所以丙 綸耐磨性好 此外 丙綸的濕強(qiáng)基本等于干強(qiáng) 所以它是制作漁網(wǎng) 纜繩的理想 材料 4 吸濕性和染色性 丙綸的吸濕性很小 幾乎不吸濕 一般大氣條件下 1 3 天津l 業(yè)人學(xué)碩十學(xué)何論文 的回潮率接近于零 但它有芯吸作用 能通過織物中的毛細(xì)管傳遞水蒸氣 但本 身不起任何吸收作用 丙綸的染色性較差 色譜不全 但可以采用原液著色的方 法來(lái)彌補(bǔ)不足 5 耐酸耐堿性 丙綸有較好的耐化學(xué)腐蝕性 除了濃硝酸 濃的苛性鈉 外 丙綸對(duì)酸和堿抵抗性能良好 所以適于用作過濾材料和包裝材料 6 耐光性和電絕緣性 丙綸耐光性較差 熱穩(wěn)定性也較差 易老化 不 耐熨燙 但可以通過在紡絲時(shí)加入防老華劑 來(lái)提高其抗老化性能 此外 丙綸 的電絕緣性良好 但加工時(shí)易產(chǎn)生靜電 7 強(qiáng)度高 丙綸彈力絲強(qiáng)度僅次于錦綸 但價(jià)格卻只有錦綸的三分之一 制成織物尺寸穩(wěn)定 耐磨彈性也不錯(cuò) 化學(xué)穩(wěn)定性好 8 丙綸的玻璃化