苧麻-聚乳酸包覆紗三維多孔復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、苧麻纖維具有輕質(zhì)、高強(qiáng)高模、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，是制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料用的最多的纖維之一。熱塑性樹(shù)脂在浸漬前聚合反應(yīng)已經(jīng)完成，其成型加工完全是物理過(guò)程，無(wú)環(huán)境污染。三維正交機(jī)織物整體性較好，抗沖擊和層間剪切性能優(yōu)良，是一種理想的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
　　本論文選用苧麻短纖紗作為增強(qiáng)纖維，熱塑性聚乳酸長(zhǎng)絲作為基體。首先制備了苧麻/聚乳酸包覆紗，并織造的三維正交機(jī)織結(jié)構(gòu)材料，采用熱壓法制備了苧麻/聚乳酸包覆紗三維正交機(jī)織物增強(qiáng)多孔復(fù)合材料;最后對(duì)

2、復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。
　　本論文制備的包覆紗是利用空心錠捻線機(jī)將聚乳酸長(zhǎng)絲包覆在苧麻短纖紗表面制備而成，該方法可以使樹(shù)脂在預(yù)成型體中分布更加均勻，獲得良好的浸潤(rùn)性能。具體研究?jī)?nèi)容有以下三個(gè)部分:
　　首先，對(duì)苧麻/聚乳酸包覆紗的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步改進(jìn)包覆裝置，得到聚乳酸長(zhǎng)絲在苧麻短纖紗外分部均勻的包覆紗。
　　(1)輸出羅拉在6種不同檔位參數(shù)下的包覆紗形態(tài)表明，當(dāng)RL5為2.14Hz時(shí)，包覆紗表面

3、光滑，聚乳酸長(zhǎng)絲均勻的分布在苧麻短纖紗表面，且包覆嚴(yán)密。
　　(2)單、雙向包覆紗表面形態(tài)顯示，單向包覆形式可以有效防止外層聚乳酸長(zhǎng)絲因摩擦力小而滑動(dòng)，避免織造過(guò)程中經(jīng)紗與鋼筘的摩擦，提高該類復(fù)合材料的經(jīng)向性能。
　　(3)為了使聚乳酸長(zhǎng)絲在預(yù)成型體中分布更加均勻，并實(shí)現(xiàn)良好的浸潤(rùn)。本文對(duì)花式捻線機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，即在空心錠頂端加一個(gè)聚攏器，使聚乳酸長(zhǎng)絲以不小于60。的角度包覆住苧麻紗。
　　(4)與單根聚乳酸長(zhǎng)絲包覆苧麻而

4、成的紗線相比，直徑較大的聚乳酸長(zhǎng)絲能完全覆蓋苧麻紗、減少毛羽，且含量較高。有利于織造和預(yù)成型體的浸潤(rùn)。因此采用合股的方法將聚乳酸長(zhǎng)絲加粗。
　　其次，用包覆紗(234.6rex，苧麻與聚乳酸質(zhì)量比為5.3∶4.7)分別織造了二維平紋機(jī)織物和三維正交機(jī)織物，采用熱壓法制備復(fù)合材料試樣。力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，兩種不同預(yù)成型體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料在厚度接近的情況下，三維正交機(jī)織物增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸和彎曲強(qiáng)度及模量都優(yōu)于二維機(jī)織物鋪層復(fù)合材料，破壞

5、模式也有較大差異;在沖擊性能方面，三維試樣的延性大于二維試樣。以上結(jié)果表明，苧麻/聚乳酸包覆紗三維正交機(jī)織物是一種良好的復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
　　最后，采用不同聚乳酸含量的包覆紗織造了經(jīng)密不同的三維正交機(jī)織物，熱壓制成三種不同纖維體積含量和孔隙率的輕質(zhì)復(fù)合材料。試樣的纖維體積含量分別為54.5％、47.5％、45.6％。隨著包覆紗直徑增大，復(fù)合材料試樣的孔隙率變大，對(duì)應(yīng)的孔隙率分別為17.2％、20.9％、22.4％。表面形態(tài)觀察可