一種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物及其製備方法
2023-05-21 06:11:36 1
專利名稱：：一種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及到超高分子量聚乙烯纖維的應用領域，具體指一種具有抗蠕變性能的超高分子量聚乙烯纖維混雜織物。
背景技術：
：超高分子量聚乙烯纖維具有良好的力學性能，是比強度最高的商業化纖維；另外它還具有高模量、高能量吸收能力和抗衝擊能力以及耐磨、耐腐蝕等優點，具有良好的應用前景。但是超高分子量聚乙烯纖維的抗蠕變性能較差，在長時間受力條件下易發生不可逆形變，限制了其在結構件複合材料中的使用。這一缺陷主要來源於聚乙烯自身較低的內聚能密度以及纖維成形過程中生成的結構缺陷，致使在受力狀態下引起晶區的滑移或晶體的塑性形變、乃至分子鏈從晶體中的抽出等。此外，由於超高分子量聚乙烯纖維本身是由非極性的亞甲基線性長鏈分子構成，表面呈化學惰性，在製造複合材料時難以與基體樹脂形成化學鍵合而導致界面粘合性差；生產過程中經高倍拉伸形成的高度結晶和高度取向狀態導致纖維表面異常光滑，更加劇了其界面粘接性差的弱點。此兩項缺點已經阻礙了超高分子量聚乙烯纖維在結構件複合材料領域中的廣泛應用。因此提高超高分子量聚乙烯纖維的抗蠕變性能和表面活性成為複合材料製備過程中備受關注的問題。目前改善超高分子量聚乙烯纖維性能的主要方法是對纖維進行表面處理。人們已經開發出了諸如化學改性、輻照改性、等離子體改性等多種手段，但無一例外地需要增加複雜的後處理工序，而且對纖維內部的長鏈分子及其規整性有不同程度的損害，使纖維性能有所下降。改善超高分子量聚乙烯纖維性能的另一種方法是將超高分子量聚乙烯纖維與其它纖維進行混雜。相對於超高分子量聚乙烯纖維，一般無機纖維，如玻璃纖維、碳纖維和玄武巖纖維等具有良好的抗蠕變性能和粘結性能，但他們在比強度、抗衝擊性能等諸多方面不及超高分子量聚乙烯纖維。將超高分子量聚乙烯纖維與玻璃纖維等無機纖維或其它有機纖維進行混雜，所得到的混雜織物可充分保留各組成纖維的優點，同時還增加了材料的可設計性，達到單一超高分子量聚乙烯纖維所不能實現的效果。目前，國內外已有關於超高分子量聚乙烯纖維與其它纖維進行混雜的報導，但多以短纖維共混及連續纖維交替鋪層混雜為主，還沒有關於超高分子量聚乙烯纖維混雜織物用於改善超高分子量聚乙烯纖維抗蠕變性能和表面活性的報導。
發明內容本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，利用纖維的混雜效應，綜合各種纖維各自的優點，提供一種可應用於結構件複合材料的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物及其製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為該抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物，其特徵在於包括55-95v^的超高分子量聚乙烯纖維和5-45v^的其它纖維所3構成的混雜織物，所述的其它纖維可以選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維或芳綸纖維中的一種或任意組合。所述織物種類可為平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物或多層多軸向織物；上述多層多軸向織物又可稱為多軸向縫編織物、經編織物、直接定向結構織物或無巻曲織物等。上述抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於將55_95v%的超高分子量聚乙烯纖維與5_45v%的其它纖維進行混紡製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種或任意組合。或者，可以將55-95v^的超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維進行混紡後，再編織成織物製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。或者，也可以將55-95v^超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維先進行混紡，然後再將混紡後的線束編織成混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。還可以將55-95v^的超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維通過單紡混編成織物製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。較好的，所述混雜織物的混雜方向可以與蠕變發生的方向或者主承力方向相同。上述方案中，所述混雜織物中超高分子量纖維和其它纖維的體積百分含量可以通過調節各纖維束的粗細或數量來進行控制。與現有技術相比較，本發明所提供的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物利用纖維的混雜效應，綜合各種纖維各自的優點，製備成一種可應用於結構件複合材料的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物，改善了單一超高分子量聚乙烯纖維的抗蠕變性能及其與其它材料的粘結性能。該織物可應用於需長時間承受載荷的結構件複合材料。具體實施例方式下列各實施例中所用原材料性能如表1所示表l:各種纖維性能tableseeoriginaldocumentpage4tableseeoriginaldocumentpage5實施例1用表1中的經向玻璃纖維與緯向超高分子量聚乙烯纖維編織成斜紋織物，超高分子量聚乙烯纖維的體積百分含量為75%，玻璃纖維的含量為25%。實施例2將表1中的超高分子量聚乙烯纖維與玄武巖纖維編織成平紋織物，超高分子量聚乙烯纖維與玄武巖纖維經向排列為3232，緯向為超高分子量聚乙烯纖維，超高分子量聚乙烯纖維的體積百分含量為80%，玄武巖纖維的體積百分含量為20%。實施例3將表1中的超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維編織成平紋織物，超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維的經緯排列均為3232。通過調節纖維束的粗細控制超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維的體積百分含量分別為65%和35%.實施例4將表1中的超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維進行混紡，通過調節超高分子量聚乙烯纖維束與碳纖維束的粗細及比例，控制混雜纖維束中超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維的體積百分含量分別為90%和10%，得到的混雜纖維束進一步編織成平面織物。實施例5將表1中的超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維進行混紡，以該混合紗作為經向，以碳纖維為緯向編織成緞紋織物，控制超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維的體積百分含量分別為60%和40%。實施例6將表1中的超高分子量聚乙烯纖維與碳纖維和芳綸纖維進行混紡，通過調節超高分子量聚乙烯纖維束與碳纖維束及芳綸纖維束的粗細及比例，控制混雜纖維束中超高分子量聚乙烯纖維碳纖維和芳綸纖維的體積百分含量分別為60%、20%和20%，得到的混雜纖維束進一步編織成平面混合織物。對比例將表1中的超高分子量聚乙烯纖維編織成平紋織物。將上述實施例中各種織物與環氧樹脂製成複合材料，混雜纖維的體積百分含量為55v^，按實施例1至6和對比例依次編號為1-7。按GB11546-89測試材料主承力方向蠕變性能，實驗結果經時溫等效換算，得到各種複合材料在環境溫度為251:，70%斷裂載荷時一年蠕變應變如表2所示表2:複合材料蠕變性能tableseeoriginaldocumentpage6*:測試方向為玻璃纖維方向，蠕變較小，可忽略。從表2可以看出，超高分子量聚乙烯纖維織物增強環氧樹脂基複合材料蠕變應變較大，而超高分子量聚乙烯纖維混雜織物增強環氧樹脂基複合材料在主承力方向蠕變性能得到明顯改善，可應用於需長時間承受載荷的結構件。權利要求一種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物，其特徵在於包括55-95v％的超高分子量聚乙烯纖維和5-45v％的其它纖維所構成的混雜織物，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。2.根據權利要求1所述的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物，其特徵在於所述混雜織物的種類為平紋織物、斜紋織物、緞紋織物、單向織物或多層多軸向織物。3.—種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於將55-95v%的超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維進行混紡製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。4.一種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於將55-95v^的超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維進行混紡後，再編織成織物製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。5.—種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於將55-95v^超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維先進行混紡，然後再將混紡後的線束編織成混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。6.—種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於將55-95v^的超高分子量聚乙烯纖維與5-45v^的其它纖維通過單紡混編成織物製得混雜織物；其中，所述的其它纖維選自玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維和芳綸纖維中的一種、任意兩種或多種的組合。7.根據權利要求3、4、5或6所述的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於所述混雜織物的混雜方向與蠕變發生的方向或者主承力方向相同。8.根據權利要求7所述的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物的製備方法，其特徵在於所述混雜織物中超高分子量纖維和其它纖維的體積百分含量通過調節各纖維束的粗細或數量來進行控制。全文摘要本發明涉及一種抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物及其製備方法。該混雜織物是由超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維等其它有機或無機纖維通過混紡或單紡混編而成，本發明利用纖維的混雜效應，綜合各種纖維各自的優點，製備成一種可應用於結構件複合材料的抗蠕變超高分子量聚乙烯纖維混雜織物，改善了單一超高分子量聚乙烯纖維的抗蠕變性能及其與基體材料的粘結性能，該織物可應用於需長時間承受載荷的結構件複合材料。文檔編號D03D15/02GK101768809SQ20081016379公開日2010年7月7日申請日期2008年12月31日優先權日2008年12月31日發明者朱春燕,江豔華,範欣愉,鄧智濤,顧群,顏春申請人:中國科學院寧波材料技術與工程研究所