專利名稱：一種亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種纖維增強體復合材料的制造方法，具體為一種亞麻/聚丙烯 針織物及其以該針織物作為增強材料的樹脂基復合材料的制造方法，國際專利
主分類號擬為Int.Cl.D04H 1/00 (2006.01)。
背景技術：
紡織復合材料技術在國內外都受到了極大關注，其產品被廣泛應用于國防 科技、工農業生產和民用材料等各個領域。產業用的織物(包括針織物、機織 物或非織造物等)常用來做樹脂基復合材料的增強材料(也稱骨架、增強體或 支持體)。天然植物纖維如麻、竹、麥桿、椰殼纖維等因其具有源于自然、對環 境無害、可生物降解等特點而被歸入環境材料的范圍。作為高性能天然纖維的 亞麻是一種豐富的、生長期短的可再生資源，而且亞麻纖維自身為天然的復合 材料結構，是可降解的有機纖維，具有高強、高模、價廉及可回收、可降解、 可再生的生態環保等優良性能，是作為環保型復合材料的理想增強材料，同時 我國麻資源充足，作為產業用原材料有利于環境保護和可持續發展，具有一定 的社會意義。聚丙烯(PP)纖維是熱塑性樹脂基體，具有斷裂韌性好，抗沖擊 性強、成型工藝簡單、成本低、可回收利用的環保特性，所以利用亞麻纖維來 增強可回收利用的熱塑性基體，制備環保型復合材料，是玻璃纖維等增強的其 它復合材料所不能比擬的。
關于麻纖維復合材料及其制品的研究已有不少文獻例如，德國巴斯夫 (BASF)公司研究了采用黃麻、劍麻和亞麻纖維作增強材料，與聚丙烯等熱塑 性塑料復合，制造出天然纖維氈增強復合材料的技術。該麻類纖維增強復合材
料主要被汽車行業所用，如已被奔馳(Benz)、福特(Ford)等汽車公司采用(肖 加余等，高性能天然纖維復合材料及其制品研究與開發現狀，玻璃鋼/復合材 料.2000(2): 38—43);又如德國拜耳(Bayer)公司與其子公司漢奈克(Hennecke) 公司合作開發了一種利用亞麻纖維墊做增強體的聚氨基甲酸酯復合材料的技 術，用于生產汽車裝飾材料。再如，比利時的波考泰克斯(Procotex)公司在 技術紡織品展覽會上展出了一種亞麻復合材料，是用50%亞麻和50%聚丙烯混合 制成的氈，氈厚2cm，再把它進一步制成壓縮平板或模壓成組件復合材料，該材 料也主要也用于汽車工業。印度采用黃麻、劍麻、亞麻及竹纖維作為增強材料， 與熱固性或熱塑性聚合物復合，制成天然纖維增強聚合物復合材料制品，并也 已開始工程應用(Prakash Yadav等,黃麻增強熱固性復合材料的物理機械特征. 第十二屆國際復合材料學術會議，1999. 07，巴黎；Prakash Yadav， Ajay K. Nema， Anurag Nema & S. K. Nema. Physico-mechanical characterization of jute fiber composites with themoset resin. ICCM-12, July, 1999， Paris.)。我 國西安工程科技學院研究的"苧麻纖維增強不飽和聚脂樹脂"(H.M.Wang等.一 種新型天然纖維復合材料的研究一苧麻纖維增強不飽和聚脂樹脂基復合材料. 第十二屆國際復合材料學術會議，1999.07，巴黎；H. M. Wang， Y. Q. Sun et al. Exploring of a new naturalfiber composite—Ramie fabric/UP composite. ICCM-12, July, 1999， Paris.)，中山大學研究的"劍麻纖維增強 不飽和聚脂樹脂"(曾漢民等，劍麻纖維增強玻璃鋼靠背椅性能研究.玻璃鋼/ 復合材料，1999， (4): 19一31)和國防科技大學研究的"苧麻纖維增強聚氨脂 泡沫和熱塑性塑料"(肖加余等，重視高性能天然纖維復合材料性能研究與制品 開發，山東泰安中國復合材料學會第三次全國會員代表大會，1999)等。但 無論是國內還是國外，關于麻纖維特別是亞麻纖維針織物增強復合材料的具體 技術，至今尚未見工程應用的報道。
發明內容
針對實際需要和現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，設計一種 亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法，該方法利用針織物做復合材料增強 體，具有針織技術所具有的生產效率高、工藝流程簡單、可設計性強、成本低
廉等特點；所制成的復合材料具有針織結構纖維制品優良的拉伸性能和抗沖擊 能量吸收性能等特性，且成本低，便于實際推廣應用。
本發明解決所述制造方法技術問題的技術方案是設計一種亞麻/聚丙烯針 織結構復合材料的制造方法，該方法包括以下工藝步驟
1. 亞麻紗編織前處理以常規方法紡制亞麻紗；且將所得亞麻紗在絡筒機 上進行一次上蠟處理；
2. 編織亞麻/聚丙烯針織物預制件在緯編針織橫機上將所述亞麻紗與聚 丙烯長絲并股共織成針織物預制件；所述針織物的組織結構是1+1羅紋結構組 織或四平結構組織；所述亞麻紗線與聚丙烯長絲的并股共織股數比為l: l一3; 百分體積含量比為50—75: 50—25;
3. 復合材料制備利用常規熱壓復合成型方法對亞麻/聚丙烯針織物預制
件直接熱壓復合固化成型為復合材料。
與現有技術相比，本發明制造方法選取了亞麻作為復合材料增強體的主要 原料，采用了亞麻紗與聚丙烯長絲在緯編針織橫機上并股共織的方法制備針織 物(針織結構復合材料)預制件，然后采用熱壓復合的方法制造復合材料的制 造方法，具有工藝流程簡單、可設計性強，效率高，易于操作，成本低廉，有
效利用麻資源，沒有廢棄物產生，有利于環境保護，便于實際應用推廣等特點；
所制成的亞麻紗與聚丙烯長絲復合材料具有針織結構纖維制品優良的拉伸性能 和抗沖擊能量吸收性能等特性，是一種較理想的環保民用復合材料。
本發明制得的復合材料板材試樣抗拉伸最大值載荷為65. 251—469. 072N, 斷裂伸長率為10. 12—66. 80%;抗沖擊載荷峰值為0. 558 — 1. 271kN，載荷峰值 處吸收能量為5.126 — 12.584J。可作為綠色環保民用復合材料，根據使用過程 中對其抗拉伸、抗沖擊載荷或對其拉伸、沖擊能量吸收等不同方面的不同需求，
用于民用裝潢材料、汽車內飾配件、汽車抗沖擊減振構件等不同用途領域。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖
進一步敘述本發明。
本發明的亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法(以下簡稱方法)，該 方法包括以下工藝步驟-
l.亞麻紗編織前處理即以常規方法紡制亞麻紗；且將所得亞麻紗在絡筒 機上進行一次上蠟處理。研究表明，亞麻紗毛羽較多，直接上機與聚丙烯長絲 (PP)并股共織時易產生飛絮，清潔困難，而且飛絮落在紗線上易形成新的紗
疵。實驗發現，亞麻紗經過在絡筒機(實施例為CORGHZ型)上進行一次過蠟處
理后，可減少其表面毛羽，上機編織時可減少與針的摩擦，可使針織(編織) 更順利。所述的上蠟處理本身為現有技術。
2.編織亞麻/聚丙烯針織物預制件即在緯編針織橫機上將所述亞麻紗與聚 丙烯長絲并股共織成針織物預制件；所述針織物的組織結構是1+1羅紋結構組 織或四平結構(滿針羅紋)組織。所述亞麻/PP紗線的并股股數比為Nf: Np=l: l一3(Nf和Np分別為亞麻和PP長絲的并股股數)；百分體積含量比為Vf: Vp=50 一75: 50 — 25 (Vf和Vp分別為亞麻和PP長絲的百分體積含量)。實驗研究表明， 所述的針織物的組織結構為四平結構組織比較理想；所述亞麻/PP紗線的并股股 數比l: 3，百分體積含量比為50: 50時，所制得的復合材料有比較理想的力學 性能。
本發明方法采用亞麻紗線與聚丙烯長絲并股共織是基于以下研究 一方面，
本發明方法實施例所用亞麻紗拉伸斷裂強力為1152. 3CN，斷裂伸長率為1. 56%， 而聚丙烯長絲拉伸斷裂強力為367.0CN，斷裂伸長率為24.36%，亞麻紗的強力 遠大于聚丙烯長絲，而聚丙烯長絲的斷裂伸長率遠大于亞麻紗，兩者具有互補 優勢；另一方面，亞麻紗的表面較粗糙且延伸性較低，而聚丙烯長絲表面光滑 且彈性大，二者也具有互補優勢，因此，本發明在所述的范圍內設計亞麻紗與
聚丙烯長絲并股共織可有效改善其上機可編織性。研究表明，在所述的并股股 數比和百分體積含量范圍內，所述亞麻/PP并股紗線的編織過程不僅比在所述的 范圍之外順利得多，而且所述亞麻/PP并股紗線的編織過程也比純亞麻紗線的編 織過程順利得多，例如，在實施例的編織過程中平均每小時斷頭次數可以減少
40%,每米織物出破洞次數平均可以減少65%，產品質量和加工效率同時得到 提高。
本發明方法一道工序即可編織形成亞麻/聚丙烯針織結構復合材料預制件， 實現了紡織復合材料增強體與樹脂基體"干浸漬"的同步加工，生產效率高、 編織工藝流程簡單、可設計性強、操作容易、工業化生產容易。
3.復合材料制備利用熱壓復合成型方法對亞麻/聚丙烯針織物預制件直 接熱壓復合固化成型為復合材料。
本發明方法在制造復合材料板材時，可將一定尺寸的所述預制件按工藝設 計要求的層數(厚度)和層疊方法(方向)疊合為復合材料增強體。所述復合 材料預制件增強體實施例試樣的尺寸為20cmX20cm，疊合層數為6層；預制件 層疊方向選用各層預制件徑向、緯向0°平行層疊和各層預制件徑向、緯向 90°交叉層疊兩種層疊方向制備復合材料板材試樣。疊合層數一般為4一8層。 板材厚度一般為1. 80 — 3. 60mm。
所述的熱壓復合制備工藝為平板模預熱至6(TC —放針織結構預制件層 疊織物于平板模中、零壓一保壓、升溫至10(TC —加壓到5Mpa —保壓、升 溫至160°C ，保溫保壓10min —保壓升溫至195°C ，加壓到10Mpa，保溫保壓20min —保壓自然冷卻至室溫一脫模，取出復合材料板材。本發明方法工藝簡單， 易于操作，成本相對低廉，且沒有廢棄物產生，有利于對環境的綠色保護。
本發明首先利用"共織法(并股共織)"制造了亞麻/PP針織物復合材料預制 件，重點解決了在緯編針織橫機上將亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織時的可編織 性，設計了 1+1羅紋結構和四平結構(滿針羅紋)兩種不同組織結構的不同纖 維體積含量比的亞麻/聚丙烯針織結構復合材料預制件，并對其相關力學性能進
行了研究，得到了所述編織前處理和編織工藝，即得到了合理百分體積含量的 亞麻/聚丙烯針織結構"干浸漬"同步加工工藝。
本發明方法所述制造復合材料即以本發明所述的亞麻/PP針織物作復合材 料的增強體，利用常規熱壓復合成型方法，實現了 "干浸漬"的亞麻/聚丙烯針 織結構預制件直接熱壓復合固化為復合材料。很顯然，本發明方法可制備成不 同結構、不同厚度、不同纖維體積含量比的亞麻/聚丙烯針織結構熱塑性復合材 料板材。測試表明，本發明復合材料拉伸性能和抗沖擊能量吸收性能優異，如
實施例5復合材料板材的抗拉伸最大值載荷達到469. 072N，斷裂伸長率達到 11. 57%;抗沖擊載荷峰值處吸收能量達到11. 968J。 本發明未述及之處適用于現有技術。
下面給出本發明的具體實施例，但本發明不受實施例的限制-
實施例1:
設計亞麻/PP長絲并股共織的并股股數比為Nf: Np=l: 1;百分體積含量 比為Vf: Vp=75: 25;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/PP預制件，選取 針織組織結構為四平組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸為20cmX20cm，
疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向90°交叉層疊；板材厚
度為2. 90mm;
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為諱向；最大值載 荷為86. 515N;斷裂伸長率為66. 80%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為3.0309m/s;載荷峰值為0. 696kN;載荷峰值處位 移為18. 014國；載荷峰值處吸收能量為7. 570J。
實施例2:
設計亞麻/PP長絲并股共織的并股股數比為Nf: Np二l: 2;百分體積含量比
為Vf: Vp=60: 40;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/PP預制件，選取
針織組織結構為四平組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸為20cmX20cm， 疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向90°交叉層疊；板材厚度 為2. 84匿；
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為緯向；最大值載 荷為201.750N;斷裂伸長率為11.55%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為1.6047m/s;載荷峰值為0. 689kN;載荷峰值處位 移為27. 398mm;載荷峰值處吸收能量為7. 419J。
實施例3:
設計亞麻/PP并股共織的并股股數比為Nf: Np二l: 2;百分體積含量比為Vf: Vp:60: 40;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/PP預制件，選取 針織組織結構為四平組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸為20cmX20cm， 疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向O。平行層疊；板材厚度 為2. 90mm;
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為徑向；最大值載 荷為229. 874N;斷裂伸長率為12. 46%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為1. 5919m/s;載荷峰值為0. 942kN;載荷峰值處位 移為16. 953mm;載荷峰值處吸收能量為6. 153J。 實施例4:
設計亞麻/PP并股共織的并股股數比為Nf Np=l: 3;百分體積含量比為Vf: Vp二50: 50;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/PP預制件，選取 針織組織結構為四平組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸大小為20cmX 20cm，疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向90°交叉層疊； 板材厚度為2. 85mm;
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為緯向；最大值載 荷為446. 683N;斷裂伸長率為10. 67%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為3.0045m/s;載荷峰值為1. 221kN;載荷峰值處位 移為33. 297畫；載荷峰值處吸收能量為12. 584J。 實施例5:
設計亞麻/PP并股共織的并股股數比為Nf: Np=l: 3;百分體積含量比為Vf: Vp=50: 50;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/PP預制件，選取 針織組織結構為四平組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸為20cmX20cm， 疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向O。平行層疊；板材厚度為 2. 86mm;
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為徑向；最大值載 荷為469.072N;斷裂伸長率為11.57%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為1.9995m/s;載荷峰值為1. 271kN;載荷峰值處位 移為30. 325mm;載荷峰值處吸收能量為11. 968J。
設計亞麻/PP并股共織的并股股數比為Nf: Np=l: 2;百分體積含量比為Vf: Vp二60: 40;
利用并股紗線以常規方法在針織橫機上進行編織制得亞麻/pp預制件，選取
組織結構為1 + 1羅紋組織；
利用常規熱壓復合法制備復合材料板材，預制件試樣的尺寸為20cmX20cm， 疊合層數為6層；層疊方式為各層預制件徑向、緯向0°平行層疊；板材厚度 為2. 70國；
對所制備的復合材料板材進行拉伸性能測試，拉伸方向為徑向；最大值載 荷為70.243N;斷裂伸長率為40.22%;對所制備的復合材料板材進行抗沖擊能 量吸收性能測試，沖擊速度為1. 5970m/s;載荷峰值為0. 582kN;載荷峰值處位 移為16. 019mm;載荷峰值處吸收能量為5. 375J。
權利要求
1.一種亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法，該方法包括以下工藝步驟(1).亞麻紗編織前處理以常規方法紡制亞麻紗；且將所得亞麻紗在絡筒機上進行一次上蠟處理；(2).編織亞麻/聚丙烯針織物預制件在緯編針織橫機上將所述亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織成針織物預制件；所述針織物的組織結構是1+1羅紋結構組織或四平結構組織；所述亞麻紗線與聚丙烯長絲的并股共織股數比為1∶1-3；百分體積含量比為50-75∶50-25；(3).復合材料制備利用常規熱壓復合成型方法對亞麻/聚丙烯針織物預制件直接熱壓復合固化成型為復合材料。
2. 根據權利要求1所述的亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法， 其特征在于所述的針織物組織結構為四平結構組織；所述的亞麻紗線與聚丙 烯長絲的并股共織股數比為l: 3;百分體積含量比為50: 50。
全文摘要
本發明涉及一種亞麻/聚丙烯針織結構復合材料的制造方法，該方法包括以下工藝步驟1.亞麻紗編織前處理以常規方法紡制亞麻紗；且將所得亞麻紗在絡筒機上進行一次上蠟處理；2.編織亞麻/聚丙烯針織物預制件在緯編針織橫機上將所述亞麻紗與聚丙烯長絲并股共織成針織物預制件；所述針織物的組織結構是1+1羅紋結構組織或四平結構組織；所述亞麻紗線與聚丙烯長絲的并股共織股數比為1∶1-3；百分體積含量比為50-75∶50-25；3.復合材料制備利用常規熱壓復合成型方法對亞麻/聚丙烯針織物預制件直接熱壓復合固化成型為復合材料。所制成的亞麻紗與聚丙烯長絲復合材料具有優良的拉伸性能和抗沖擊能量吸收性能等特性。
文檔編號D04H3/08GK101177845SQ20071015083
公開日2008年5月14日 申請日期2007年12月10日 優先權日2007年12月10日
發明者麗 劉, 劉麗妍, 周艷衛, 李紅霞, 故 黃 申請人:天津工業大學