緯編間隔織物/聚氨酯復(fù)合材料的制備與壓縮性能

周夢(mèng)梅,龍海如,*

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海201620;2.東華大學(xué)紡 織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海201620)

間隔織物是一種三明治結(jié)構(gòu),由上、下兩個(gè)分離的表面織物和中間起連接與支撐作用的間隔紗連接組成[1],針織間隔織物分為緯編間隔織物和經(jīng)編間隔織物[2-5].針織間隔織物具有良好的透氣透濕性和抗震緩沖性,但是織物間隔絲在受到壓縮時(shí),間隔絲容易出現(xiàn)剪切失穩(wěn)的現(xiàn)象.

軟質(zhì)聚氨酯泡沫是由多元醇、異氰酸酯及其他助劑反應(yīng)制備而成的高分子聚合物[6],具有優(yōu)良的彈性和韌性,因此被廣泛應(yīng)用于墊材、功能面料、運(yùn)動(dòng)裝備等領(lǐng)域.

近年來,許多學(xué)者對(duì)經(jīng)編間隔織物增強(qiáng)聚氨酯復(fù)合材料進(jìn)行了研究[7-9],但關(guān)于緯編間隔織物/聚氨酯復(fù)合材料的研究仍較少.本文采用了不同的3種集圈連接距離、3種間隔絲直徑和3種間隔絲排列密度共制備了7種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的緯編間隔織物,并與聚氨酯復(fù)合制備成了復(fù)合材料,研究了織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)復(fù)合材料壓縮性能的影響.

1 試驗(yàn)部分

1.1 緯編間隔織物的設(shè)計(jì)與編織

試驗(yàn)選用30 tex的滌綸、44 dtex錦綸/33 dtex氨綸包覆紗編織表面層,直徑為0.10、0.12、0.14 mm的滌綸單絲作間隔層,在機(jī)號(hào)E12的雙針床電腦橫機(jī)上編織.

1.1.1 變厚度緯編間隔織物的設(shè)計(jì)

采用隔4、6、8針距的3種集圈連接距離(分別命名為A、B、C)來編織不同厚度的緯編間隔織物.3種織物的表面層都是相同的變化緯平針結(jié)構(gòu),如圖1所示(F、B分別表示前后針床);織物的間隔層結(jié)構(gòu)如圖2所示.

圖1 變厚度緯編間隔織物表面層的編織圖

圖2 變厚度緯編間隔織物間隔層的編織圖

1.1.2 變間隔絲排列密度緯編間隔織物的設(shè)計(jì)

改變緯編間隔織物一個(gè)完全組織中所含的間隔絲組數(shù)與前表面層滌綸路數(shù)之比,選用1/2、1/1、2/1這3種比例,得到3種間隔絲排列密度不同的緯編間隔織物.織物的表面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3,其中1/1、2/1兩種結(jié)構(gòu)的表面層相同,如圖3(a);1/2結(jié)構(gòu)如圖3(b).織物的間隔層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示,其中1/1、1/2兩種結(jié)構(gòu)的間隔層相同,如圖4(a);2/1結(jié)構(gòu)如圖4(b).

圖3 變間隔絲排列密度緯編間隔織物表面層的編織圖

圖4 結(jié)構(gòu)變間隔絲排列密度緯編間隔織物間隔層的編織圖

采用3種集圈連接距離、3種間隔絲直徑和3種間隔絲排列密度共制備的7種緯編間隔織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示.分析SF1、SF2、SF3的織物厚度可知,織物的集圈連接距離對(duì)織物厚度有顯著影響.從表中SF2、SF6和SF7的間隔絲密度可以得出,通過改變織物的間隔絲組數(shù)與表面層滌綸路數(shù)之比可以有效地改變織物的間隔絲密度.

1.2 復(fù)合材料的制備

緯編間隔織物/聚氨酯復(fù)合材料的制備方法為一步發(fā)泡法.首先,將多元醇、催化劑和水等混合攪拌配成A料;然后,按配方稱取一定量的A料和異氰酸酯B料,混合后攪拌5 s后倒入模具中,再將織物放入模具中;最后,合模15 min后開模.織物SF1~SF7與聚氨酯復(fù)合后得到復(fù)合材料C1~C7.

1.3 壓縮性能測(cè)試

使用Instron 5969電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行平板壓縮試驗(yàn),測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 8168-2008《軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料壓縮性能測(cè)試》.

2 結(jié)果與分析

2.1 織物厚度

圖5是3種不同織物厚度復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線.從圖中5可知,在壓縮的彈性區(qū),3條曲線十分靠近幾乎重合.而織物厚度大的復(fù)合材料C3最先進(jìn)入屈服階段,且復(fù)合材料C3在屈服階段的應(yīng)力要明顯大于C1和C2.這是因?yàn)榫郯滨ピ诎l(fā)泡過程填充了間隔織物的間隙,從而改善了間隔絲易失穩(wěn)剪切的問題.故織物厚度大的復(fù)合材料有更大的抗壓應(yīng)力和抗壓性能.

表1 織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2 間隔絲直徑

圖6是3種不同間隔絲直徑的復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線.從圖6中可以觀察到,C2、C4、C5 3條壓縮曲線在彈性階段幾乎重合,但是在屈服階段這三條曲線開始分離.間隔絲直徑大的復(fù)合材料有更高的抗壓強(qiáng)度和抗壓性能.這可通過彈性桿理論來解釋,即間隔絲的臨界載荷與間隔絲半徑的四次方成正比,所以間隔絲直徑大的復(fù)合材料抗壓性能更好.

2.3 間隔絲密度

圖7是3種不同間隔絲密度復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線.復(fù)合材料C2、C6和C7的壓縮曲線在彈性階段就已經(jīng)表現(xiàn)出了一定的差別,且在壓縮的三個(gè)階段,間隔絲密度大的復(fù)合材料始終有更大的抗壓應(yīng)力.因此,間隔絲排列密度大的復(fù)合材料有更好的壓縮性能.

圖5 不同織物厚度復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖6 不同間隔絲直徑復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖7 不同間隔絲密度復(fù)合材料的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線

3 結(jié)論

(1)改變間隔織物的集圈連接距離可以有效改變織物的厚度,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的變厚度緯編間隔織物的厚度變化范圍是4.99~9.23 mm.改變間隔織物的一個(gè)完全組織內(nèi)的間隔絲組數(shù)與表層滌綸路數(shù)之比可以有效地改變織物的間隔絲密度,所設(shè)計(jì)的變間隔絲排列密度緯編間隔織物的間隔絲含量在18.2~80.8根/cm2.

(2)聚氨酯在發(fā)泡過程填充了間隔織物中的空隙,能有效改善間隔絲易失穩(wěn)剪切的問題.織物集圈連接距離長(zhǎng)、間隔絲直徑大和間隔絲排列密度大的復(fù)合材料有更大的抗壓應(yīng)力和更好的抗壓性能.