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      國產(chǎn)高性能玄武巖纖維/滌綸長絲復(fù)合織物試織*

      2014-09-04 09:19:10,2
      產(chǎn)業(yè)用紡織品 2014年6期
      關(guān)鍵詞:丙綸緯紗滌綸

      ,2

      (1. 天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部,天津,300387;2. 天津工業(yè)大學(xué)先進紡織復(fù)合材料教育部重點實驗室,天津,300387)

      玄武巖屬于火山噴出巖,是地球上存在和分布最廣的礦物之一。玄武巖纖維是以火山噴出巖作為原料,在一定溫度(1 450 ℃左右)下充分熔融后[1],通過一定手段在較高速度下迅速拉絲而制成的連續(xù)無機纖維[2]。純天然的連續(xù)玄武巖纖維的顏色一般為褐色,有些似金色,所以又稱“金色纖維”。玄武巖纖維是一種新型無機環(huán)保綠色高性能纖維材料,是新材料產(chǎn)業(yè)中的一個組成部分[3-4]。

      玄武巖纖維一般可分為普通玄武巖棉、超細玄武巖纖維和連續(xù)無機玄武巖纖維[5]。連續(xù)玄武巖纖維的拉伸強度為4 100~4 500 MPa[6],而碳纖維為2 500~3 500 MPa[7],因此連續(xù)玄武巖纖維的拉伸強度在一定程度上優(yōu)于碳纖維。連續(xù)玄武巖纖維不僅具有較好的抗拉伸性能,而且還具備穩(wěn)定、抗酸堿腐蝕、耐高溫等多種優(yōu)良性能[8]。根據(jù)目前國內(nèi)玄武巖纖維的生產(chǎn)工藝,整個工藝流程產(chǎn)生的廢棄物較少,對環(huán)境造成的污染可降低到最小[9-10]。玄武巖纖維制品廢棄后可直接進入大自然生態(tài)環(huán)境中,幾乎不會對生態(tài)環(huán)境造成任何危害,因此是一種新型的高科技綠色、無公害、環(huán)保型材料。本文所采用的是國產(chǎn)高性能連續(xù)玄武巖纖維。

      玄武巖纖維在復(fù)合材料方面的應(yīng)用范圍正在迅速擴大,而且在全世界范圍內(nèi)復(fù)合材料的生產(chǎn)及應(yīng)用量每年大約增長10%[11]。玄武巖纖維復(fù)合材料抗拉伸性能優(yōu)良,這類產(chǎn)品不會隨著時間的推移產(chǎn)生蠕變或應(yīng)力松弛現(xiàn)象,更不會影響產(chǎn)品的強度或剛度[12-13]。滌綸是世界上產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的一種合成纖維,滌綸具有較高強度(滌綸短纖維的強度為2.5~5.8 cN/dtex,高強力滌綸的強度為5.8~8.2 cN/dtex),彈性與羊毛相似,并具有較好的耐磨、耐光、耐酸堿腐蝕等優(yōu)良性能[14]。本文采用國產(chǎn)高性能玄武巖纖維作為經(jīng)紗,滌綸長絲作為緯紗,利用DWL5016型半自動織樣機織造經(jīng)二重組織及上下接結(jié)組織織物,同時將丙綸作為緯紗進行了相應(yīng)的研究。

      1 織物試織

      本試驗所織造的織物為玄武巖經(jīng)二重組織和上下接結(jié)組織。其中,經(jīng)二重組織織物的構(gòu)成是兩個系統(tǒng)的經(jīng)紗與一個系統(tǒng)的緯紗交織進行的。雙層組織的表里兩層緊密地連接在一起的織物稱為接結(jié)雙層織物,而在織里層時,表經(jīng)下降和里緯交織構(gòu)成接結(jié),所形成的組織即為上下接結(jié)組織。

      1.1 織物試織的要求

      織物組織的選擇:織物組織是影響織物品種的重要因素之一??椢锝M織的選擇要根據(jù)織物的用途及外觀風(fēng)格來決定,同時要考慮到對傳統(tǒng)織物的延續(xù)與變化。

      織物的密度設(shè)計:織物經(jīng)緯密度的大小與經(jīng)緯密度之間的相對關(guān)系是影響織物結(jié)構(gòu)的主要因素之一。

      1.2 材料參數(shù)

      本試驗采用DWL5016型半自動織樣機織造織物,試驗原材料的性能指標(biāo)如表1所示。

      表1 試驗原材料的性能指標(biāo)

      所設(shè)計的織物規(guī)格參數(shù)如表2所示。

      表2織物的規(guī)格參數(shù)

      組織結(jié)構(gòu)經(jīng)密/[根·(10 cm)-1]幅寬/cm筘號每筘入數(shù)總經(jīng)根數(shù)經(jīng)二重 20025504500上下接結(jié)13025652325

      1.3 織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計

      1.3.1 經(jīng)二重組織織物設(shè)計

      經(jīng)二重組織織物的組織圖如圖1所示,上機圖見圖2,截面圖見圖3。

      1.3.2 上下接結(jié)組織織物設(shè)計

      上下接結(jié)組織織物的組織圖如圖4所示,上機圖見圖5,截面圖見圖6。

      1.4 織物展示

      圖7所示為兩種組織織物的成品圖。

      2 試驗部分

      2.1 織物拉伸斷裂測試

      圖1 經(jīng)二重組織的組織圖

      圖2 經(jīng)二重組織的上機圖

      (a)橫向

      (b)縱向圖3 經(jīng)二重組織的截面圖

      由表3可知:玄武巖纖維織物的經(jīng)向斷裂伸長率小于緯向斷裂伸長率;玄武巖纖維織物的經(jīng)向彈性模量大于緯向彈性模量。需要說明的是,由于本試驗室儀器的量程過小,測得的數(shù)據(jù)還需進一步考究。

      2.2 織物耐磨性測試

      織物的耐磨性是指織物抵抗與另一物體摩擦而磨損的性能[15]。采用常州第二紡織機械廠生產(chǎn)的織物平磨儀來測試織物的耐磨性,圓盤以70 r/min作等速回轉(zhuǎn)運動。測試結(jié)果見表4。

      (c)接結(jié)組織圖4 上下接結(jié)組織的組織圖

      圖5 上下接結(jié)組織的上機圖

      表3 織物的拉伸斷裂試驗結(jié)果

      (a)橫向

      (b)縱向圖6 上下接結(jié)組織的截面圖

      (a)經(jīng)二重組織織物

      由表4可知:上下接結(jié)組織織物的質(zhì)量損失大于經(jīng)二重組織織物,即經(jīng)二重組織織物的耐磨性更好些。玄武巖/滌綸織物單位面積質(zhì)量損失大于玄武巖/丙綸織物,即玄武巖/丙綸織物的耐磨性相對更好些。

      (b)上下接結(jié)組織織物圖7 織物實物圖

      表4 織物的質(zhì)量變化

      2.3 織物密度測試

      本試驗采用照布鏡、鑷子來分析規(guī)定尺寸織物的經(jīng)緯紗密度,再根據(jù)窗口寬度來得到織物的經(jīng)緯密度,見表5。

      表5 織物的經(jīng)、緯紗密度

      由織物的經(jīng)緯密度以及經(jīng)緯紗線的直徑可以計算得到織物的緊度。

      總緊度:E=Ej+Ew-0.01EjEw

      式中:k——紗線直徑系數(shù);

      dj、dw——經(jīng)、緯紗直徑(mm);

      Pj、Pw——經(jīng)、緯向密度(根/mm);

      Tj、Tw——經(jīng)、緯紗的特數(shù)(tex)。

      計算結(jié)果如表6所示。

      表6 織物的緊度

      由表6可知,經(jīng)二重組織織物的經(jīng)密較大,但上下接結(jié)組織織物的緯密較大;由于滌綸與丙綸的線密度相同,所以在用滌綸或丙綸作緯紗的相同組織織物中,緯密相近。同時,經(jīng)二重組織織物的總緊度大于上下接結(jié)組織織物的總緊度,且經(jīng)二重組織織物的經(jīng)向緊度大于上下接結(jié)組織織物的經(jīng)向緊度,但其緯向緊度小于上下接結(jié)組織織物。

      2.4 織物厚度測試

      織物的厚度會影響織物的體積質(zhì)量、蓬松性、剛?cè)嵝浴⒈E?、耐磨性等,而織物厚度取決于紗線的線密度、結(jié)構(gòu)相、密度、織物組織及紗線結(jié)構(gòu)等。

      本試驗按照GB/T 1380—1997,采用常州第二紡織機械廠YG141型厚度儀測試織物厚度。參數(shù)設(shè)置為壓力2 kPa,加壓時間30 s。每個樣品均測5次,取平均值,測試結(jié)果如表7所示。

      表7 織物的厚度

      由表7可知,上下接結(jié)組織織物厚度的變異系數(shù)明顯高于經(jīng)二重組織織物,說明上下接結(jié)組織織物的厚度不如經(jīng)二重組織織物的厚度穩(wěn)定。而上下接結(jié)組織織物中,丙綸作緯紗時的織物厚度不如滌綸作緯紗時的織物厚度穩(wěn)定。

      3 結(jié)語

      通過試織經(jīng)二重組織與上下接結(jié)組織兩種具有一定厚度的織物,并對織物性能進行測試,為進一步研究工程用復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域奠定了基礎(chǔ)。高性能纖維/滌(丙)綸長絲復(fù)合織物的試織,可獲知高性能纖維在一定環(huán)境中也會發(fā)生分束、單絲斷裂和耐磨強力不夠等現(xiàn)象。雙層織物在一定程度上提高了拉伸強度、緊密度,改善了其層間撕裂強度,為后續(xù)的復(fù)合材料研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

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