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高性能纤维/天然非织造材料复合制品是芳纶1414与天然柞蚕茧壳通过特殊的“二系统经纱”织造手段结合在一起的织物。该复合制品预期用途为防弹材料。
由于关于芳纶1414的研究已经比较成熟,而关于柞蚕茧壳的研究却很少,故本课题研究重点为以下三个方面:关于柞蚕茧壳基本规格与微观结构、机械物理、化学性能的研究;探索芳纶1414与柞蚕茧壳结合的适当方式;对复合制品进行性能表征,如厚度,透气性,结合牢固程度、低速动态穿孔、高速弹道冲击等。
对柞蚕茧的基本规格、微观结构、机械性能分析表明:1)柞蚕茧的外观为椭球形,北方柞蚕茧的外观尺寸和重量规格都略大于南方柞蚕茧的;2)柞蚕茧由外到内结构逐渐紧密,蚕丝之间的纠缠交织方式多样;3)两个地区的柞蚕丝的蛋白质二级结构基本相似,但对红外光的吸收强度存在一定差异。4)北方柞蚕茧壳与南方柞蚕茧壳机械性能相当,断裂强力都为280N左右,但南方柞蚕茧壳均匀性较差。
柞蚕茧酸碱性的研究结果表明:1)柞蚕茧壳条状式样在0.5mol/L的HCL溶液与NaOH溶液中都出现了卷曲,在碱溶液中还能清晰地看见许多蚕丝无规律地漂浮于溶液中。2)两种溶液处理后柞蚕茧壳的质量损失均不明显、损失率差异不大,HCL溶液中为4.2%,在NaOH溶液中仅为3.3%;然而柞蚕茧壳强力损失率却比较大,在酸中损失量达到了26%,碱溶液中由于柞蚕茧壳已经解体为蚕丝无法对其进行测试;虽然柞蚕茧壳强力损失差异明显,但酸碱处理对单根柞蚕丝拉伸性能的影响差异却不大。3)通过红外光谱结果分析发现:酸碱处理后,697cm-1附近的酰胺Ⅴ,β-折叠结构;624cm-1附近的酰胺Ⅴ,α-螺旋结构,二特征峰削弱或不存在了。说明HCL与NaOH不仅是物理性地溶解了蚕丝之间的丝胶链接,在一定程度上也与它发生了反应,从而造成了结构的解体和强力的大量下降,在NaOH溶液中这种破坏更加明显和激烈。
通过多种织造手段的探索,从间隔管状组织到毛巾组织,再到以斜纹为基础组织的二系统经纱织造,最终确定“二系统经纱织造”法,使芳纶与柞蚕茧的结合从而形成具有鱼鳞一样外观结构的复合制品。
通过抽拔实验的研究表明:芳纶与柞蚕茧壳的结合牢固,在强外力作用下,只要并列根数达到一定,二者不会发生相对滑移。低速动态穿孔实验与高速射击实验对比实验表明:复合制品能抵挡低速冲击,对高速射击有一定的抵抗能力,但抵抗能力有限。
由于关于芳纶1414的研究已经比较成熟,而关于柞蚕茧壳的研究却很少,故本课题研究重点为以下三个方面:关于柞蚕茧壳基本规格与微观结构、机械物理、化学性能的研究;探索芳纶1414与柞蚕茧壳结合的适当方式;对复合制品进行性能表征,如厚度,透气性,结合牢固程度、低速动态穿孔、高速弹道冲击等。
对柞蚕茧的基本规格、微观结构、机械性能分析表明:1)柞蚕茧的外观为椭球形,北方柞蚕茧的外观尺寸和重量规格都略大于南方柞蚕茧的;2)柞蚕茧由外到内结构逐渐紧密,蚕丝之间的纠缠交织方式多样;3)两个地区的柞蚕丝的蛋白质二级结构基本相似,但对红外光的吸收强度存在一定差异。4)北方柞蚕茧壳与南方柞蚕茧壳机械性能相当,断裂强力都为280N左右,但南方柞蚕茧壳均匀性较差。
柞蚕茧酸碱性的研究结果表明:1)柞蚕茧壳条状式样在0.5mol/L的HCL溶液与NaOH溶液中都出现了卷曲,在碱溶液中还能清晰地看见许多蚕丝无规律地漂浮于溶液中。2)两种溶液处理后柞蚕茧壳的质量损失均不明显、损失率差异不大,HCL溶液中为4.2%,在NaOH溶液中仅为3.3%;然而柞蚕茧壳强力损失率却比较大,在酸中损失量达到了26%,碱溶液中由于柞蚕茧壳已经解体为蚕丝无法对其进行测试;虽然柞蚕茧壳强力损失差异明显,但酸碱处理对单根柞蚕丝拉伸性能的影响差异却不大。3)通过红外光谱结果分析发现:酸碱处理后,697cm-1附近的酰胺Ⅴ,β-折叠结构;624cm-1附近的酰胺Ⅴ,α-螺旋结构,二特征峰削弱或不存在了。说明HCL与NaOH不仅是物理性地溶解了蚕丝之间的丝胶链接,在一定程度上也与它发生了反应,从而造成了结构的解体和强力的大量下降,在NaOH溶液中这种破坏更加明显和激烈。
通过多种织造手段的探索,从间隔管状组织到毛巾组织,再到以斜纹为基础组织的二系统经纱织造,最终确定“二系统经纱织造”法,使芳纶与柞蚕茧的结合从而形成具有鱼鳞一样外观结构的复合制品。
通过抽拔实验的研究表明:芳纶与柞蚕茧壳的结合牢固,在强外力作用下,只要并列根数达到一定,二者不会发生相对滑移。低速动态穿孔实验与高速射击实验对比实验表明:复合制品能抵挡低速冲击,对高速射击有一定的抵抗能力,但抵抗能力有限。