亞麻針織物增強(qiáng)聚氨酯泡沫拉伸性能研究

王燕芳

摘要：采用反應(yīng)注射成型的方法制備了以亞麻針織物為增強(qiáng)體、聚氨酯泡沫為基體的亞麻/聚氨酯復(fù)合材料，并對(duì)其進(jìn)行拉伸性能試驗(yàn)。分析針織物密度、厚度、鋪層方式對(duì)復(fù)合材料拉伸性能的影響。

關(guān)鍵詞：針織物;聚氨酯;密度;鋪層方式;拉伸性能

1 ? ?引言

復(fù)合材料是以一種材料為基體、另一種材料為增強(qiáng)體而組合成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求[1]。作為復(fù)合材料增強(qiáng)體的紡織物主要有機(jī)織物、編織物和針織物三類。而其中的針織物又分緯編針織物和經(jīng)編針織物兩種[2]。

麻纖維具有耐磨、吸濕和散濕快、斷裂強(qiáng)度高以及濕強(qiáng)更高的特點(diǎn)，其織成的織物完全具備替代玻璃纖維織成的織物用于熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料中[3]，并且麻類纖維是天然纖維，可以生物降解，不污染環(huán)境，是追求綠色環(huán)保復(fù)合材料的首選材料。聚氨酯作為一種新興的有機(jī)高分子材料，被譽(yù)為“第五大塑料”，因其卓越的性能而被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域[4]。軟質(zhì)聚氨酯塑料作為一種理想的襯墊材料，其回彈拉伸性好，但其抗負(fù)荷能力較差。本文通過(guò)采用反應(yīng)注射成型的方法來(lái)制備復(fù)合材料，即在聚氨酯泡沫塑料的制備過(guò)程中添加亞麻針織物。制備的這種復(fù)合材料不僅能夠提高聚氨酯泡沫塑料抗負(fù)荷的能力，而且仍能保持其良好的回彈性和拉伸性。

作為產(chǎn)業(yè)用紡織品，亞麻/聚氨酯復(fù)合材料不可避免會(huì)受到拉伸、彎曲、剪切等外力作用，因此其力學(xué)性能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的重要指標(biāo)。本文僅對(duì)亞麻/聚氨酯復(fù)合材料的拉伸性能進(jìn)行測(cè)試。

2 ? ?試驗(yàn)部分

2.1 ?亞麻針織物的編織

采用37.5tex的亞麻合股紗在電腦橫機(jī)上編織了3種不同密度的平紋針織物來(lái)作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。因亞麻紗疵、毛羽多，摩擦阻力大，不易編織，所以在編織前對(duì)亞麻紗進(jìn)行上蠟處理。平紋針織物的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

2.2 ?復(fù)合材料的制備

采用反應(yīng)注射成型的方法制備聚氨酯泡沫塑料和亞麻/聚氨酯復(fù)合材料。亞麻/聚氨酯復(fù)合材料的厚度以及增強(qiáng)針織物的鋪層方式見(jiàn)表2。

2.3 ?拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)采用的是GB/T 1446—2005《纖維增強(qiáng)塑料性能試驗(yàn)方法總則》。拉伸試驗(yàn)儀采用的是南通宏大實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的HD026N型電子織物強(qiáng)力儀。拉伸速度是100 mm/min，夾持距為100 mm，試樣制備如圖1所示。

圖1 ? ?拉伸試樣

2.4 ?試驗(yàn)結(jié)果與分析

亞麻/聚氨酯復(fù)合材料所能承受的最大載荷見(jiàn)表3。

由表3可以看出，聚氨酯厚度的增加能夠起到增大拉伸載荷的作用;復(fù)合材料中增強(qiáng)針織物的密度越大，復(fù)合材料所能承受的拉伸載荷也就越大;增加復(fù)合材料中針織物的鋪層數(shù)，能夠增大復(fù)合材料的拉伸載荷，并且交叉（0°/90°）鋪層的效果要好于同向（0°/0°）鋪層的效果;對(duì)于相同的增強(qiáng)體針織物，增加復(fù)合材料的厚度，能夠起到增大拉伸載荷的作用。

在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行橫向拉伸時(shí)，因針織物伸長(zhǎng)率大于聚氨酯基體，所以在拉伸的初始階段，隨著位移的增加，復(fù)合材料所受的載荷也隨之增大，直到復(fù)合材料中聚氨酯基體斷裂，繼續(xù)增加位移，復(fù)合材料中的針織物被拉成繩狀，聚氨酯基體從針織物上脫離。在對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行縱向拉伸時(shí)，因針織物的伸長(zhǎng)較小，基體與增強(qiáng)體會(huì)同時(shí)斷裂。

就復(fù)合材料縱、橫向而言，很明顯其縱向拉伸載荷均高于其橫向的拉伸載荷。

這與復(fù)合材料中的增強(qiáng)針織物有關(guān)，因?yàn)獒樋椢镌诶鞎r(shí)承受載荷的紗線根數(shù)與織物拉伸方向有關(guān)。當(dāng)縱向拉伸時(shí)，每個(gè)縱行主要有兩根紗線受力，即兩個(gè)圈柱受力，而橫向拉伸時(shí)，每個(gè)橫行只有1根紗線受力，即針編弧或沉降弧受力，這就造成了復(fù)合材料在縱向拉伸時(shí)的載荷要大于橫向拉伸載荷。

2.5 ?實(shí)物圖對(duì)比圖

圖2所示為亞麻/聚氨酯復(fù)合材料在拉伸試驗(yàn)前后的實(shí)物圖對(duì)比圖。

3 ? ?結(jié)論

對(duì)由不同密度、不同厚度、不同鋪層方式作為增強(qiáng)體的亞麻/聚氨酯復(fù)合材料進(jìn)行拉伸性測(cè)試，可得出以下結(jié)論：

（1）亞麻/聚氨酯復(fù)合材料中針織物的密度越大，復(fù)合材料所能承受的拉伸性能越好;

（2）增加亞麻/聚氨酯復(fù)合材料中針織物的鋪層數(shù)，能夠增加復(fù)合材料的拉伸性能，并且交叉（0°/90°）鋪層效果要好于同向（0°/0°）鋪層效果;

（3）對(duì)于相同的增強(qiáng)體針織物，單純地只增加聚氨酯泡沫的厚度，能夠起到增大拉伸載荷的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)濤海.亞麻熱塑性增強(qiáng)復(fù)合材料成型工藝及性能研究[D].上海：東華大學(xué)，2009.

[2]李紅霞，劉麗，黃故.亞麻/聚丙烯針織結(jié)構(gòu)預(yù)制件及其力學(xué)性能[J].紡織學(xué)報(bào)，2008，29（10）：52-55.

[3]劉麗妍，王瑞.麻纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，2004，（2）：37-40.

[4] 盧子興，王仁，黃筑平，等.泡沫塑料力學(xué)性能研究綜述[J].力學(xué)進(jìn)展，1996，26（3）：306-323.

（作者單位：福建省長(zhǎng)樂(lè)職業(yè)中專學(xué)校）