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三维纺织结构复合材料是指采用纺织技术织造的织物所增强的复合材料。纺织织物主要包括机织物、针织物、编织物和缝合织物。其中机织物具有良好的结构设计性,有限的变形性,比编织物结构紧密,结构断开困难的优点。在多层机织物中,层间用接结经或经纬交织物固接在一起,接结经或经纬交织物有固接织物的作用,可以减少分层的危险,接结经的纱线密度和角度可变或经纬交织物的截面形状原则上可任意变化,可以改善有关性能。利用机织的方法直接制出三维骨架,是今后制作复合材料的发展方法之一。
三维机织物可在普通织机或改造的普通织机上生产,也可在专用织机上生产,但成本和费用昂贵。原则上对层数较少的三维机织物,可在普通织机上织造。本实验在稍加改造的小样织机上制成了三维空芯机织物,截面形状为三角形、正方形和圆形,层间固接形式为经纬交织物。将各种三维空芯机织物上下层间的垂直距离设为同等高度,并将三角形截面网状分隔织物和正方形截面网状分隔织物(三层织物)上下层的经纱密度设为相同,圆形截面网状分隔织物(四层织物)上下层的经纱密度较小,而三种三维空芯机织物上下层的纬纱密度均相同。对织造工艺和过程进行了初步探讨,并总结和讨论了织造过程中出现的问题和解决方法。最后对制成的三维空芯机织物进行了拉伸实验,进行了实验分析,并对拉伸实验的影响因素进行了分析。结果表明:在三维空芯机织物的拉伸力学分析中,其主要影响因素为织物上下层的经纱密度(在上下层纬纱密度相同的情况下)。若在织物上下层的经纱密度相同的情况下,圆形截面网状分隔织物的拉伸力学性能最好。
在三维纺织结构复合材料中,三维机织物充当增强相,一般的基体相为树脂,陶瓷和金属,而尤以树脂充当基体最为常见。树脂又分为热固性树脂和热塑性树脂,其中热固性树脂由于研究起步早,使用总量大,所以较为常用。聚氨酯泡沫塑料是热固性树脂聚氨酯树脂中的一个重要品种,约占聚氨酯树脂总量的80﹪。其中软质聚氨酯泡沫塑料约占聚氨酯泡沫塑料的60﹪,它主要做垫材,代替泡沫乳胶,广泛用于汽车、火车、飞机坐垫,沙发、床垫、地毯衬里、衣服衬里、包装材料等。目前,软质聚氨酯泡沫塑料的用量正逐年增大。
本论文探讨了聚氨酯泡沫塑料的合成原理及聚氨醑软泡的生产,制作了用于纺织复合材料成型的模具,并将所制成的三维空芯机织物撑开固定于模具中。采用一步法工艺中的手工发泡法将聚氨酯软泡的胶液灌注于模具中并固化成型,最终制成三维空芯机织物增强聚氨酯软泡的纺织结构复合材料。最后对所制成的纺织结构复合材料以及采用相同配方和相同生产工艺生产的同一种聚氨酯软泡进行了拉伸和压缩实验,对其进行了实验分析,同时对拉伸、压缩实验的影响因素进行了分析。
结合三维空芯机织物拉伸实验以及聚氨酯软泡的拉伸和压缩实验,最后得出结论:在三维空芯机织物增强聚氨酯软泡的纺织结构复合材料中,尤以圆形截面网状分隔织物所增强的聚氨酯软泡的拉伸,压缩回弹性能最好,三角形截面网状分隔织物和正方形截面网状分隔织物所增强的聚氨酯软泡的拉伸,压缩性能次之。但三种三维空芯机织物增强聚氨酯软泡的纺织结构复合材料确实改善了由单纯聚氨酯软泡所制成的垫材压缩回弹性差,拉伸强度低的缺陷,在不影响舒适度的情况下大大提高了垫材的循环使用寿命,为今后制作高档的垫材提供了一种新的设计思路。