一種增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物的制作方法

本發(fā)明涉及一種增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物，屬于織物領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：隨著材料科技的不斷發(fā)展，用于制造復(fù)合預(yù)定向材料的纖維增強(qiáng)體的品種越來(lái)越多，在選用時(shí)要考慮到工藝性能、使用性能、價(jià)格和環(huán)保等因素。復(fù)合預(yù)定向材料增強(qiáng)的形式可以是增強(qiáng)纖維本身，也可以是增強(qiáng)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(yīng)用的先進(jìn)復(fù)合預(yù)定向材料必須采用高性能纖維作增強(qiáng)體，高性能纖維的界定主要依據(jù)是其優(yōu)異的力學(xué)性能，即輕質(zhì)、高強(qiáng)和高模，也就是單位質(zhì)量的強(qiáng)度和模量，稱(chēng)之為比強(qiáng)度和比模量，高性能纖維目前主流產(chǎn)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(xué)性能比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，如輕質(zhì)高強(qiáng)的鋁合金，還要高出許多倍，非常適合于制造航空航天、風(fēng)電結(jié)構(gòu)復(fù)合預(yù)定向材料部件。如表1所示，不同纖維的力學(xué)性能有很大的差異，玻璃纖維的優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱、抗腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。通常的玻璃纖維復(fù)合預(yù)定向材料，密度要高出碳纖維復(fù)合預(yù)定向材料1/3以上，而拉伸強(qiáng)度僅是碳纖維復(fù)合預(yù)定向材料的2/3，模量則更低，不到1/3。因此研究高強(qiáng)、高模及低密度的增強(qiáng)纖維成為了纖維復(fù)合預(yù)定向材料發(fā)展的一個(gè)方向。而芳綸具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸、耐堿、重量輕等優(yōu)良性能。超高分子聚乙烯纖維耐沖擊性能好，比能量吸收大，可以制成防護(hù)衣料、頭盔等。在風(fēng)電葉片、汽車(chē)等應(yīng)用方面，對(duì)材料強(qiáng)度要求越來(lái)越高，玻璃纖維織物制品在某些部件性能難以滿足其要求?，F(xiàn)有單一的高性能增強(qiáng)纖維在部分性能方面難以滿足設(shè)計(jì)要求，并且考慮成本因素，因此需要在織物結(jié)構(gòu)中引入其他類(lèi)型強(qiáng)度和模量更佳的纖維分層摻入來(lái)增強(qiáng)織物的性能。碳纖維及其復(fù)合預(yù)定向材料由于具有密度小、強(qiáng)度高、耐高低溫等特點(diǎn)。碳纖維自問(wèn)世以來(lái)，隨著技術(shù)的成熟和成本的下降，應(yīng)用領(lǐng)域由航空航天、國(guó)防領(lǐng)域和體育休閑用品，擴(kuò)展到增強(qiáng)塑料、壓力容器、建筑加固、風(fēng)力發(fā)電、鉆井平臺(tái)等新興應(yīng)用領(lǐng)域。表1不同纖維的力學(xué)性能纖維類(lèi)型密度(g/m3)強(qiáng)度(mpa)模量(gpa)伸長(zhǎng)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(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)航空航天、汽車(chē)、風(fēng)電葉片尺寸日益增加，在滿足對(duì)自重輕量化的要求、降低生產(chǎn)成本的條件下，將不同力學(xué)性能的高性能纖維分層，綜合各類(lèi)高性能纖維的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案：本發(fā)明公開(kāi)了一種增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物，其結(jié)構(gòu)為：m層不同類(lèi)型的纖維分層排列，其中，m為自然數(shù)1、2、3……m，每層纖維由經(jīng)向纖維和緯向纖維組成。優(yōu)選的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物的結(jié)構(gòu)層數(shù)m≤7。為最大程度發(fā)揮不同層的纖維的力學(xué)性能，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物的排列方式為：所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物的各層纖維于水平軸向平行排列，并且在水平軸向上采用角度差異化排列方式，每層纖維的角度方向?yàn)?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(lèi)力學(xué)性能的最優(yōu)化。進(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物中每層纖維的類(lèi)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(lèi)型均不同。根據(jù)用途的不同，設(shè)計(jì)不同纖維組分的排列組合，以期達(dá)到設(shè)計(jì)的最大化。優(yōu)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(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物m層纖維中每層纖維的形式為長(zhǎng)纖維、短切纖維、電子紗、直接紗、合股紗、網(wǎng)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(lèi)型均不同。進(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)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(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物滌綸線一次縫合的花型采用經(jīng)平組織。進(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物的經(jīng)向纖維為玻璃纖維，在所述的分層結(jié)構(gòu)中加入經(jīng)向的碳纖維、玄武巖纖維。進(jìn)一步的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物采用了分層排列或分層襯入的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物第一層0°方向?yàn)閟級(jí)玻璃纖維，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；第二層0°方向?yàn)閠700級(jí)碳纖維，纖維拉伸模量為240gpa；第三層90°方向?yàn)殡娮蛹喕蛘遲ex小于200的紗。優(yōu)選的，所述增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)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(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案具有以下有益效果：(1)本發(fā)明所公開(kāi)的增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物可以最大程度對(duì)不同類(lèi)型的高性能纖維進(jìn)行排列組合，使各類(lèi)纖維優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，增強(qiáng)織物性能的同時(shí)降低成本。(2)在優(yōu)選的三層分層混織織物結(jié)構(gòu)中，第一層0°方向?yàn)椴ＡЮw維為s級(jí)，第二層0°方向?yàn)樘祭w維，模量采用t700級(jí)，第三層90°方向采用電子紗或者低tex紗，增強(qiáng)體復(fù)合預(yù)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(lèi)型纖維的寬度不一致，在生產(chǎn)時(shí)如果在同一層排列，容易造成布面的凹凸不平。因此在達(dá)到要求的強(qiáng)度和模量的前提下，需要保證布面的穩(wěn)定性，最好的方式就是分層排列。附圖說(shuō)明圖1四層結(jié)構(gòu)復(fù)合預(yù)定向織物結(jié)構(gòu)示意圖圖2三層結(jié)構(gòu)復(fù)合預(yù)定向織物結(jié)構(gòu)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(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。本發(fā)明所述具體實(shí)施方式中增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物均采用以下工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)制造，但本發(fā)明所公開(kāi)增強(qiáng)型復(fù)合預(yù)定向織物可采用所有適用工藝進(jìn)行生產(chǎn)，并不局限于此生產(chǎn)工藝。實(shí)施例1：如圖1所示的四層織物結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)分層排列，第一層0°方向?yàn)椴ＡЮw維可采用s級(jí)，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；第二層0°方向?yàn)樘祭w維，模量采用t700級(jí)，纖維拉伸模量為240gpa；第三層±45°方向采用玻璃纖維紗或者低tex紗；第四層采用玻璃纖維表面氈。實(shí)施例2：如圖2所示的三種結(jié)構(gòu)分層排列，1為0°方向?yàn)椴ＡЮw維為s級(jí)，其粗紗纖維拉伸模量為90gpa；2為0°方向?yàn)樘祭w維，模量采用t700級(jí)，纖維拉伸模量為240gpa；3為90°方向采用電子紗或者低tex紗。主要考慮避免碳纖維的磨損，在實(shí)施過(guò)程中，導(dǎo)紗眼采用鈦瓷材質(zhì)，外形為扁平形狀；紗線導(dǎo)向處為滑輪結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3：五種結(jié)構(gòu)分層排列，第一層0°方向?yàn)椴ＡЮw維為h高模級(jí)，第二層0°方向?yàn)樘祭w維，模量采用t300級(jí)，第三層±45°方向采用電子紗。第四層采用90°方向電子紗；第五層采用玻璃纖維短切紗，克重為50g/㎡。在纖維織物中，玻璃纖維的力學(xué)性能可以滿足一般類(lèi)的復(fù)合材料的要求，應(yīng)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(fā)明實(shí)施例1-3中所得復(fù)合預(yù)定向織物進(jìn)行纖維質(zhì)量含量(％)、拉伸強(qiáng)度(mpa)、拉伸模量(gpa)及拉伸應(yīng)變(％)的實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果見(jiàn)表2。表2織物性能測(cè)試結(jié)果由上述結(jié)果可以明顯看出，本發(fā)明所得復(fù)合預(yù)定向織物不僅成本較低，而且相較于單一纖維結(jié)構(gòu)的織物的0°拉伸強(qiáng)度和模量均明顯提高，滿足對(duì)自重輕量化的要求，適用于航空航天、汽車(chē)、風(fēng)電葉片等領(lǐng)域。上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。當(dāng)前第1頁(yè)12