一種增強型複合預定向織物的製作方法
2023-05-13 21:52:41
本發明涉及一種增強型複合預定向織物，屬於織物領域。
背景技術：
：隨著材料科技的不斷發展，用於製造複合預定向材料的纖維增強體的品種越來越多，在選用時要考慮到工藝性能、使用性能、價格和環保等因素。複合預定向材料增強的形式可以是增強纖維本身，也可以是增強纖維織物和布、纖維氈、二維和三維的纖維編織件或縫合件。航空航天高端應用的先進複合預定向材料必須採用高性能纖維作增強體，高性能纖維的界定主要依據是其優異的力學性能，即輕質、高強和高模，也就是單位質量的強度和模量，稱之為比強度和比模量，高性能纖維目前主流產品是碳纖維，還包括芳綸和超高分子聚乙烯纖維，它們的力學性能比傳統的結構材料，如輕質高強的鋁合金，還要高出許多倍，非常適合於製造航空航天、風電結構複合預定向材料部件。如表1所示，不同纖維的力學性能有很大的差異，玻璃纖維的優點是絕緣性好、耐熱、抗腐蝕，機械強度高，但缺點是性脆，耐磨性較差。通常的玻璃纖維複合預定向材料，密度要高出碳纖維複合預定向材料1/3以上，而拉伸強度僅是碳纖維複合預定向材料的2/3，模量則更低，不到1/3。因此研究高強、高模及低密度的增強纖維成為了纖維複合預定向材料發展的一個方向。而芳綸具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸、耐鹼、重量輕等優良性能。超高分子聚乙烯纖維耐衝擊性能好，比能量吸收大，可以製成防護衣料、頭盔等。在風電葉片、汽車等應用方面，對材料強度要求越來越高，玻璃纖維織物製品在某些部件性能難以滿足其要求。現有單一的高性能增強纖維在部分性能方面難以滿足設計要求，並且考慮成本因素，因此需要在織物結構中引入其他類型強度和模量更佳的纖維分層摻入來增強織物的性能。碳纖維及其複合預定向材料由於具有密度小、強度高、耐高低溫等特點。碳纖維自問世以來，隨著技術的成熟和成本的下降，應用領域由航空航天、國防領域和體育休閒用品，擴展到增強塑料、壓力容器、建築加固、風力發電、鑽井平臺等新興應用領域。表1不同纖維的力學性能纖維類型密度(g/m3)強度(mpa)模量(gpa)伸長率(％)碳纖維1.78～1.852300～3400240～3900.5～1.4s-1hm2.553024～322688～905.3e玻纖2.62250754.8芳綸1.443400993.3鋼絲7.8917702001.1技術實現要素：針對航空航天、汽車、風電葉片尺寸日益增加，在滿足對自重輕量化的要求、降低生產成本的條件下，將不同力學性能的高性能纖維分層，綜合各類高性能纖維的優點，本發明提出了以下技術方案：本發明公開了一種增強型複合預定向織物，其結構為：m層不同類型的纖維分層排列，其中，m為自然數1、2、3……m，每層纖維由經向纖維和緯向纖維組成。優選的，所述增強型複合預定向織物的結構層數m≤7。為最大程度發揮不同層的纖維的力學性能，所述增強型複合預定向織物的排列方式為：所述增強型複合預定向織物的各層纖維於水平軸向平行排列，並且在水平軸向上採用角度差異化排列方式，每層纖維的角度方向為-90°～90°，且每層纖維的方向與其相鄰纖維的角度方向均不同。不同纖維方向的排列，可以保證拉伸、剪切、壓縮等各類力學性能的最優化。進一步的，所述增強型複合預定向織物中每層纖維的類型為芳綸、超高分子聚乙烯纖維、玄武巖纖維、錦綸纖維、碳纖維、玻璃纖維中的一種，且每層纖維與其相鄰纖維的類型均不同。根據用途的不同，設計不同纖維組分的排列組合，以期達到設計的最大化。優選的，所述玻璃纖維的寬度為4-5mm；碳纖維的寬度為7-8mm；玄武巖纖維的寬度為5-6mm。進一步的，所述增強型複合預定向織物m層纖維中每層纖維的形式為長纖維、短切纖維、電子紗、直接紗、合股紗、網格布、表面氈、短切纖維中的一種，且每層纖維的形式與其相鄰纖維的類型均不同。進一步的，所述增強型複合預定向織物的各層纖維連接方式為滌綸線一次縫合或者粘合劑粘接。進一步的，所述增強型複合預定向織物滌綸線一次縫合的花型採用經平組織。進一步的，所述增強型複合預定向織物的經向纖維為玻璃纖維，在所述的分層結構中加入經向的碳纖維、玄武巖纖維。進一步的，所述增強型複合預定向織物採用了分層排列或分層襯入的結構。優選的，所述增強型複合預定向織物第一層0°方向為s級玻璃纖維，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；第二層0°方向為t700級碳纖維，纖維拉伸模量為240gpa；第三層90°方向為電子紗或者tex小於200的紗。優選的，所述增強型複合預定向織物第一層0°方向玻璃纖維線密度為2400tex，每平方米克重為1150g；第二層0°碳纖維線密度為800tex，每平方米克重為100g。本發明所公開的技術方案具有以下有益效果：(1)本發明所公開的增強型複合預定向織物可以最大程度對不同類型的高性能纖維進行排列組合，使各類纖維優勢互補，增強織物性能的同時降低成本。(2)在優選的三層分層混織織物結構中，第一層0°方向為玻璃纖維為s級，第二層0°方向為碳纖維，模量採用t700級，第三層90°方向採用電子紗或者低tex紗，增強體複合預定向材料的0°拉伸模量與普通的織物相比可以提高12％。(3)不同類型纖維的寬度不一致，在生產時如果在同一層排列，容易造成布面的凹凸不平。因此在達到要求的強度和模量的前提下，需要保證布面的穩定性，最好的方式就是分層排列。附圖說明圖1四層結構複合預定向織物結構示意圖圖2三層結構複合預定向織物結構示意圖其中，1為第一層，2為第二層，3為第三層，4為第四層。具體實施方式下面結合具體實施方式，對本發明作進一步說明，但本發明的保護範圍並不限於所述內容。本發明所述具體實施方式中增強型複合預定向織物均採用以下工藝流程進行生產製造，但本發明所公開增強型複合預定向織物可採用所有適用工藝進行生產，並不局限於此生產工藝。實施例1：如圖1所示的四層織物結構，1為0°方向玻璃纖維，2為0°方向碳纖維，3為±45°方向的玻璃纖維，4為表面氈。四種結構分層排列，第一層0°方向為玻璃纖維可採用s級，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；第二層0°方向為碳纖維，模量採用t700級，纖維拉伸模量為240gpa；第三層±45°方向採用玻璃纖維紗或者低tex紗；第四層採用玻璃纖維表面氈。實施例2：如圖2所示的三種結構分層排列，1為0°方向為玻璃纖維為s級，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；2為0°方向為碳纖維，模量採用t700級，纖維拉伸模量為240gpa；3為90°方向採用電子紗或者低tex紗。主要考慮避免碳纖維的磨損，在實施過程中，導紗眼採用鈦瓷材質，外形為扁平形狀；紗線導向處為滑輪結構。實施例3：五種結構分層排列，第一層0°方向為玻璃纖維為h高模級，第二層0°方向為碳纖維，模量採用t300級，第三層±45°方向採用電子紗。第四層採用90°方向電子紗；第五層採用玻璃纖維短切紗，克重為50g/㎡。在纖維織物中，玻璃纖維的力學性能可以滿足一般類的複合材料的要求，應用最廣泛，成本相較也更適中，因此，我們選用玻璃纖維作為單一織物與本發明實施例1-3中所得複合預定向織物進行纖維質量含量(％)、拉伸強度(mpa)、拉伸模量(gpa)及拉伸應變(％)的實驗，所得結果見表2。表2織物性能測試結果由上述結果可以明顯看出，本發明所得複合預定向織物不僅成本較低，而且相較於單一纖維結構的織物的0°拉伸強度和模量均明顯提高，滿足對自重輕量化的要求，適用於航空航天、汽車、風電葉片等領域。上述實施例對本發明的具體實施方式做了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。當前第1頁12