（纺织工程专业论文）压延类柔性复合材料力学性能的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

压延类柔性复合材料力学性能的研究 摘要 柔性复合材料作为一种新兴材料已经被广泛运用到城市建筑、广 告装饰、交通运输、家居生活等各个领域，发展前景相当广阔。 目前生产柔性复合材料主要有涂层法、压延法和贴合法。由于压 延法成本低、效率高，且压延产品综合性能优良，因此在实际生产使 用中占有很大比例。压延类柔性复合材料的增强结构以机织物和经编 双轴向织物为主，一般采用涤纶织物与p v c 树脂进行复合。 在实际使用过程中，复合材料不可避免地会受到各种外力作用， 因此材料的力学性能是进行产品设计时需要考虑的重要指标。本课题 主要针对压延类柔性复合材料的撕裂、剥离和拉伸性能进行分析探 讨。 本课题在研究过程中，采集了大量的样品，有经编双轴向针织物 增强复合材料和机织物增强复合材料，有不同纱线细度和织物密度的 复合材料，也有不同涂层厚度的复合材料。我们对这些材料均进行了 撕裂、剥离和拉伸性能测试，观察实验过程并进行理论分析，然后根 据实验数据对不同试样之间以及相同试样的各个性能之间进行分析 比较。 首先，我们研究了经编双轴向针织物和机织物及其增强复合材料 的撕裂性能。分析基布及复合材料的撕裂过程，比较两者的差异及复 合材料经纬向撕裂性能的差异。我们发现纱线细度、织物密度、涂层 厚度等都是通过影响基布在撕裂过程中的纱线集聚效应来影响复合 材料的撕裂性能，并与材料的撕裂强力线性相关。本课题还研究了各 个撕裂测试标准之间的异同及其对压延类柔性复合材料实验结果的 影响。 对于压延类柔性复合材料的剥离性能，我们从研究其粘合机理下 手，发现经编双轴向针织物增强复合材料和机织物增强复合材料具有 完全不同的粘合机理，使得两者的剥离性能迥异，在剥离强力的大小 和界面粘结均匀性方面各有所长。此外，由于复合材料的粘结性能直 接影响到产品的撕裂、剥离性能，我们分析了复合材料撕裂、剥离性 能之间的关系。同时还探讨了如何改善复合材料剥离性能的表示方法 并尝试用高频焊接法来测试某些复合材料的剥离强力。 最后，本课题还研究了压延类柔性复合材料的拉伸断裂性能及初 始模量的大小。主要比较了两类不同基布增强复合材料的拉伸性能以 及经纬向拉伸性能的差异。 本文在已有的研究基础上，有针对性的深入探讨压延类柔性复合 材料的力学性能，并尝试解决实验中所碰到的问题。其中测试方法的 研究给以后的研究工作起了铺垫作用，本文总结出影响复合材料各力 学性能的主要因素也对实际生产及产品设计起到指导作用。 关键词：压延类柔性复合材料，经编双轴向针织物增强复合材料，机 织物增强复合材料，撕裂性能，剥离性能，拉伸性能 s t u d yo np h y s i c a lp r o p e i u i e so f c a l e n d e r e df l e x i b l ec o o s i t e s a b s t r a c r a san e w l ya r i s e nm a t e r i a l ，f l e x i b l ec o m p o s i t e sh a v eb e e nw i d e l y u s e di nm a n yf i e l d s ，l i k ec o n s t r u c t i o n s ，a d v e r t i s i n ga n dt r a n s p o r t a t i o n o b v i o u s l y , i th a sap r o m i s e df u t u r ei nc o m m e r c i a lp r o d u c t i o n s n o ww ep r o d u c ef l e x i b l ec o m p o s i t e sb yc o a t i n g ，c a l e n d e r i n go r l a m i n a t i n gt h e r m o p l a s t i c r e s i no n t o r e i n f o r c i n g m a t e r i a l s t h e c a l e n d e r i n gm e t h o di s m o s tw i d e l yu s e df o ri t sl o wc o s ta n dg r e a t e f f i c i e n c y t h er e i n f o r c i n g m a t e r i a l su s e df o r c a l e n d a r i n g f l e x i b l e c o m p o s i t e sa r eu s u a l l yw a r pk n i t t e db i a x i a lf a b r i c so rw o v e nf a b r i c s w e u s ep o l y e s t e rf a b r i c sc a l e n d e r e dw i t hp v cf i l mt of o r mt h ef l e x i b l e c o m p o s i t e s c o m p o s i t e sw i l li n e v i t a b l ys u f f e ro u t s i d ef o r c e sw h i l ea p p l i e dt o a c t u a lu s e a n di t sp h y s i c a lp r o p e r t i e sa r em o s ti m p o r t a n ti s s u e sn e e d st o b ec o n s i d e r e dw h i l ed e s i g n i n gt h ep r o d u c t s s oo u rs t u d yi sf o c u s e do n t h et e a r i n g ，d e l a m i n a t i n ga n dt e n s i l ep e r f o r m a n c e so ft h ec a l e n d e r e d f l e x i b l ec o m p o s i t e s w ec o l l e c t e daq u a n t i t yo fv a r i o u ss a m p l e s ，i n c l u d i n gw a r pk n i t t e d b i a x i a lf a b r i cr e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a n dw o v e nf a b r i cr e i n f o r c e d c o m p o s i t e s ，f l e x i b l ec o m p o s i t e s 丽t i ld i f f e r e n ty a mc o u n t s ，f a b r i c d e n s i t i e sa n dc o a t i n gt h i c k n e s s w et e s t e dt h e i rt e a r i n g ，d e l a m i n a t i n ga n d t e n s i l ep e r f o r m a n c e s t oo b s e r v et h et e s t i n gp r o c e s sa n da n a l y z et h e a c q u i r e dd a t a f i r s t l y w er e s e a r c h e do nt h et e a r i n gp e r f o r m a n c e so fw a r pk n i u e d b i a x i a lf a b r i cr e i n f o r c e d c o m p o s i t e s a n dw o v e nf a b r i cr e i n f o r c e d c o m p o s i t e s w ea n a l y s e dt h et e a r i n gp r o c e s sa n dc o m p a r e dt h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e s et w oc o m p o s i t e s m o r e o v e r w ef i n dt h e d i f f e r e n c eb e t w e e nw a r pa n dw e f tt e a r i n gp r o p e r t i e s w ef i n d t h a tt h e y a mc o u n t ，f a b r i cd e n s i t ya n dc o a t i n gt h i c k n e s sa f f e c tt h ec o m p o s i t e s t e a r i n gp r o p e r t yb ya f f e c t i n gt h ed e g r e eo fy a mc o n c e n t r a t i n gi nt e a r i n g p r o c e s s t h e s ef a c t o r sa r el i n e a r l yr e l a t e dt ot h ec o m p o s i t e s t e a rr e s i s t a n t f o r c e b e s i d e s ，w es t u d i e dt h ed i f f e r e n c e so fv a r i o u st e a r i n gt e s t i n g s t a n d a r d sa n da n a l y s e dh o w t i l e ya f f e c tt h et e s t i n gr e s u l t s s e c o n d l y ，w es t u d i e dt h ed e l a m i n a t i n gp e r f o r m a n c e ss t a r t e df r o mt h e i n t e r f a c i a la d h e s i o nm e c h a n i s m f o rt h ew a r pk n i t t e db i a x i a lf a b r i c r e i n f o r c e dc o m p o s i t e sa n dw o v e nf a b r i cr e i n f o r c e dc o m p o s i t e s ，w ef o u n d o u tt h a tf o rt h e i rd i f f e r e n tf a b r i cs t r u c t u r e s ，m e yh a v ed i s t i n c ti n t e r f a c i a l a d h e s i o nm e c h a n i s m sa n dd e l a n f i n a t i n gr e s i s t a n tf o r c e s t h e nw e a n a l y z e d t h e r e l a t i o n s h i p s b e t w e e nt h e t e a r i n g a n d d e l a m i n a t i n g p r o p e r t i e so ft h ef l e x i b l ec o m p o s i t e s a n di nt h i sp a p e r , w ed i s c u s s e dt h e m e t h o da b o u th o wt oe x p r e s st h ed e l a m i n a t i n gp r o p e r t ym o r ec o r r e c t l y w ea l s ot r yt o t e s ts o m ec o m p o s i t e s d e l a m i n m i n gr e s i s t a n tf o r c e sb y j o i n t i n gt w os p e c i m e n st o g e t h e r w i t hh i g hf r e q u e n c ye l e c t r i c i t y l a s t l y , w es m d i e dt h et e n s i l ep r o p e r t yo ft h ec a l e n d e r e df l e x i b l e c o m p o s i t e sa n dt h e i ri n i t i a lm o d u l u s w ec o m p a r e dt h et e n s i l ep r o p e r t i e s o fd i f f e r e n ts a m p l e sa n df i n do u tt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nw a r pa n dw e f t t e n s i l ep r o p e r t y w es t u d i e dt h ep h y s i c a lp r o p e r t i e so fc a l e n d e r e df l e x i b l ec o m p o s i t e s o nt h eb a s i so fc u l t e n tr e s e a r c ha c h i e v e m e m sa n dt r i e dt or e s o l v et h e p r o b l e mw em e td u r i n go u re x p e r i m e n t t h er e s e a r c hw e m a d eo nt e s t i n g m e t h o di sf o u n d a t i o no ff u r t h e rs t u d i e s b e s i d e s ，w ef i n do u tt h ef a c t o r s a f f e c t i n gt h ec o m p o s i t e s p h y s i c a lp r o p e r t i e s ，w h i c hh a sc o n d u c t i n gv a l u e i np r a c t i c a ld e s i g n i n ga n dp r o d u c t i o n w r i t t e nb yh eq i o n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f c h e nn a n l i a n g k e yw o r d s ：c a l e n d e r e df l e x i b l ec o m p o s i t e s ，w a r pk n i t t e db i a x i a l f a b r i cr e i n f o r c e dc o m p o s i t e s ，w o v e nf a b r i cr e i n f o r c e dc o m p o s i t e s ，e a r i n g p r o p e r t y , d e l a m i n a t i n gp r o p e r t y , t e n s i l ep r o p e r t y 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是 本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己明确注明和 引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及 成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：何韬、 醐：够年枷夕日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借 阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 指导教师签名：髓杨璺 日期：m 年渺月l 辱日 第一章绪论 第一节压延类柔性复合材料简介 复合材料通常是将高强度、高模量、脆性的增强材料和低强度、低模量、韧 性的基质材料经过一定的成型加工方法制成。从许多方面看，纤维增强的聚合物 复合材料是其中最为重要的一类。根据纺织纤维结构的不同，有机织物、针织物、 三维编织物以及非织造布之分【l 】；根据刚性大小的不同，还可以将纤维复合材料 分为两类：刚性复合材料和柔性复合材料；1 2 根据复合工艺的不同，又可以分为 涂层类、压延类和贴合类柔性复合材料。 与刚性复合材料相比，柔性复合材料有较大的的变形范围，在低应力作用时 材料呈低刚度性能，而在高应力作用时却有相当的强度和刚度。因此在应用中需 要通过一些支撑结构对它施加预应力，才能使它获得一定刚度以承受外力负载并 形成所要求的空间形状。这些支撑可以是钢骨架，支柱及钢索，或者是加压气体 【3 】。新型柔性复合材料通常以涤纶或玻纤取代早期的棉、麻等天然纤维做为基布 原料，通过一定的织造方式( 机织、针织等) 加工成基材，以聚氯乙烯( 增塑的 p v c ) 、聚氨酯( p u ) 、聚四氟乙烯( p t f e ) 、天然橡胶等材料为基质通过涂层、压 延、贴合等加工方式制得。其力学特性主要由内部基材织物决定，物理特性主要 由外部涂层决定【4 】。总体上具有很好的机械、力学和热学特性，经过特殊涂层、 贴膜后具备高强、轻质、不燃、自洁、透光耐久等优异性能，可满足多种需求， 广泛应用于建筑、广告灯箱、充气材料、农用材料等。其应用己相当普遍，相信 会有很好的发展前景。 第二节柔性复合材料国内外发展应用情况 新型柔性复合材料由于采用了合成纤维，强度、弹性、均匀性、耐化学性、 耐侯性、阻燃性、耐磨性、防霉等性能都优于天然纤维，综合性能优越，使用范 围日益广泛，目前在国内外主要有以下一些用途： 1 灯箱广告布 由于柔性复合材料具有良好的透光性及着色性特别适合做灯箱广告，打破了 硬质材料的局限，比传统广告材料具有更好的效果，8 0 年代以来在国外得到了 迅速的发展，也是我国目前用量最大的柔性复合材料市场，市场用量在1 0 0 0 万 平方米以上，并以每年2 0 的速度增长。 5 1 通常采用高强涤纶丝经过机织或经编 织造制得增强骨架织物，采用涂层、贴合或压延工艺生产得到最终成品。 2 遮篷、盖篷用材料 根据国际组织的定义，遮阳蓬分为两类：一类是a w n i n g ( 简称a 蓬) ，是指 完全由建筑物支撑的伸出篷体，由轻质刚性或伸缩式骨架覆盖以柔性复合材料制 成。另一类叫c a n o p y ( 简称c 蓬) ，是指同时由建筑物和地面支撑的伸出篷体， 由轻质骨架覆盖以柔性复合材料而成。 6 1 在欧洲和北美，遮阳材料作为建筑的附 加设施随处可见，形式多种多样，随着技术发展，颜色日益丰富、款式新颖别致， 在居家、咖啡馆、露天餐厅等场所都有广泛的使用。 3 篷面建筑材料 自五十年代以来，柔性复合材料作为第五种建筑材料逐渐在全世界流行开来， 尤其是在美国、西欧和日本等国发展相当迅速。由于其优良力学、光学特性以及 优美活泼的造型，并且安装快捷、节能减耗，可以将建筑的艺术性、实用性和经 济性很好地统一起来，重量轻，织物“外壳”仅为泥灰、砖瓦、水泥、钢材等一 般外壳材料总量的1 3 0 ，因此可以节省支撑结构和加强材料，降低造价1 3 2 3 p ，应用相当广泛，如体育馆、侯机大厅、展览馆、音乐厅以及工业、军 需仓库基地等一些大型设施，也可用于一些景观性小建筑。另一个优点是纺织结 构材料能建造大跨度建筑，与常规的结构材料比较，织物外壳层的建筑时间可显 著缩短。此外，用织物材料作外壳的建筑物能较好的抵御地震等严重破坏力。从 经济和生态角度综合衡量，轻质高强的柔性篷盖类材料已成为继木材、石料、金 属和玻璃之后的第五大建筑材料。迄今为止，全世界的膜材建筑有十几万座，其 中i 0 0 0 多座是大型的公共建筑，尤其以体育建筑为多。n 3 1 随着技术的不断改进， 篷面建筑已经由简易型向半永久型，永久型过渡，目前采用玻纤为基布材料，以 聚四氟乙烯为涂层材料的膜材寿命至少在2 0 年以上，最高可达到4 0 年左右。哆棚 4 运输用柔性复合材料 除了用作传统的车用篷布，目前在欧洲很多国家采用柔性复合材料作为软体 2 集装箱，汽车外饰织物，海运船用织物等等。例如欧洲的集装箱8 0 0 , 6 用涂层篷盖 布材料制作，8 0 年代美国，日本等发达国家软体车厢式大型货车已得到应用， 年增长率达2 0 9 6 。i s 这些材料都必须具有低伸长，高强度，良好的耐磨性，抗老 化性和耐化学性等以满足相应场合使用要求。1 7 1 目前在国内外柔性复合材料的使用范围日益增加，具有很好的发展前景，特 别是欧、美、日本的柔性复合材料制造业已达到很高的水准，但在国内，这方面 的生产研究起步较晚，近十几年来才有所发展，质量和性能远远落后于国外产品。 目前使用范围也比较局限，较多的是低级形式的遮阳篷，大部分材料是质量较差 的p v c 涂层、层合聚酯织物，式样单一，使用寿命较短。柔性灯箱布近年来使用 较为广泛，发展也较快，但一些宽幅产品( 幅宽在2 5 米以上) 使用的还是进口 产品。【5 1 而篷面建筑材料起步则更晚，其研究、开发、应用还只是近几年才开始， 对于其理论、方法、实践等都处在摸索阶段，目前基本上还没有自己的永久性膜 结构产品。总体上看来国内的产品存在一些问题：1 ) 质量较低，有些基材原料达 不到力学性能要求，有些p v c 涂层耐久性差，其中增塑剂易迁移导致涂层过早失 效；2 ) 产品花色品种少；3 ) 产品不抗污染，表面没有整理，易发粘，不耐污；4 ) 缺乏大型膜材结构的生产技术。d o - n 因此针对目前良好的市场前景，我们急需提 高现有产品的质量，使其能与国外产品相抗衡，占领中高端市场。另外需开发高 端膜材产品，避免过渡依赖进口产品。 第三节压延类柔性复合材料的生严 压延法是将加热塑化的热塑性树脂，在相向转动的辊筒中滚压挤成薄膜，然 后和织物叠合轧压而成1 2 1 。机织物增强压延柔性复合材料的压延工艺流程如下： 涤纶纱竺竺! 兰基布、 兰兰斗涂层织物一表面处理一分卷包装 聚氯乙稀树脂及助剂2 1 1 1 里涂料 图卜l压延类柔性复合材料的工艺流程图 1 3 1 原料 织物增强压延类柔性复合材料原料主要有两大类：起增强作用的织物( 又称 为基布) 和作为基体材料的树脂( 又称为涂层材料) 。两相材料间性能差异很大， 且往往具有很强的互补性。 ( 一) 基体 1 常见原料 根据产品实际应用领域不同，原料选择和组合也不同。应用最早且档次最高 的织物增强柔性复合材料是由玻璃纤维涂覆聚四氟乙烯( p t f e ，商品名t e f l o n 特 氟隆) 作搭配做成一种不燃性材料，其特点是尺寸稳定性和耐久性好，并且具有 很高的抗拉强度和弹性。但缺点是价格昂贵。还有一种较为常见的组合是以聚酯 p e t 纤维编织成基布，聚氯乙烯p v c 作为涂层。聚氯乙烯是一种通用树脂，具 有强度高、耐化学腐蚀性好、价格便宜等优点。0 3 1 这个组合聚酯纤维强度不及 玻纤，聚氯乙烯自洁性不及特氟隆，使其膜材在强力、使用年限和抗沾污性、透 光率等方面处于劣势，但目前采用表面处理技术，在其涂层表面再加一层面膜， 主要成分为氟碳或丙烯酸化合物，能够保护织物抵御紫外线，而且自洁性能也大 大改善。此外，涤纶加改性聚氯乙烯的组合在综合机械性能优良的基础上，还具 有良好的难燃性、耐磨性、抗化学腐蚀性、制品透明性、电绝缘性、抗渗性、隔 热性、消声消震性等n 4 】。因此，p e t 与p v c 的组合以其极高的性价比，应用范 畴也广泛地拓展进了除膜材以外的其它领域，是目前织物增强柔性复合材料用量 最大、应用最广、最具代表性的一个组合。 2 涂料配方【1 5 之0 j 聚氯乙稀树脂在实际生产时还要加入增塑剂、填充剂、稳定剂、阻燃剂、粘 合剂等。增塑剂作用是增大涂料软化温度与分解温度之间的距离，进而改善其流 动性，使聚合物柔软且有弹性，主要有d o p 、d b p 等邻苯二甲酸酯类。稳定剂主 要分为三大类：热稳定剂，光稳定剂和抗氧剂。热稳定剂的主要作用是阻止和抑 制p v c 树脂在成型加工过程中受热分解和延长制品的使用寿命。常用热稳定剂有 铅盐类，稀土类，有机锡类和金属皂类。光稳定剂是一类能够抑制或减弱p v c 树脂及其它助剂光降解作用的物质，常用的是光屏蔽剂( 如钛白粉) 和紫外线吸 收剂( 如u v 5 3 1 ) 等。抗氧剂主要是能够延缓抑制p v c 及其它助剂氧化降解的一 4 类物质，常用的有酚类( 如双酚a ) 和亚磷酸脂类( 如亚磷酸三苯酯) 等。在使 用中多采用三种稳定剂的组合以获得协同作用。填充剂又称填料主要作用是降低 成本、提高制品刚度、调正成型加工性能、提高制品尺寸稳定性的作用。一般选 用来源广、价格低、易着色的轻质碳酸钙。阻燃剂最常用的是三氧化二锑。粘合 剂主要作用是增加两相材料间的界面强力，最常用的是聚氨酯类。涂料的具体配 方也要根据产品类别用途制定。总之，织物柔性增强材料的原料及组合的选用具 有很强的实践性。这就要求我们在选择原料和组合以及配方时，一定要搞清楚最 终产品的实际使用环境和性能要求。 ( 二) 增强织物( 基布) 1 原料 篷盖类柔性复合材料对增强材料有较大的强度要求，因此作为增强材料的原 料也要有一定的强度、尺寸稳定性、耐候性、耐水性、阻燃性、可织性、和成本 等方面的要求。常用的原料有涤纶，涤纶由于其强度高、耐用、拉伸性能好及价 格便宜，广泛用于织造基布。此外，亦有少部分棉和涤棉织物、尼龙、锦纶和玻 纤产品。尼龙亦应用较大，有时比涤纶更坚牢，但价格较高，且伸长较大。聚四 氟乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维等虽有优异的性能，但大量应用价格过于 昂贵，因此除特殊用途外，一般较少应用。 在国外，大多数工业用织物都采用长丝而较少采用短纤纱。这是因为长丝本 身强度和伸长性能好 t j 。如果采用短纤纱则捻度选择要适当，使之能承受较高的 拉伸负荷并防止纤维间滑移造成的纱线过早断裂。捻度较小时，长丝在织造中会 变扁，使覆盖率增高，适用于疏水性材料。使用小直径的单丝可以大大提高单丝 与单丝的交叉密度，同时剪切力、杨氏模量以及重量都有显著提高1 。 2 组织结构 目前作为柔性复合材料的基布主要有机织物、经编双轴向和多轴向织物。研 究证明 2 2 彩】，针织结构增强材料的机械性能是不稳定的，取决于针织物的许多性 能参数，如织物层数、密度、组织结构、织物的拉伸变形情况以及失效时织物中 断裂纤维的体积等。在相同的增强纤维含量下，普通针织结构增强材料与机织物 相比，能量吸收特性和抗冲击性能较好，疲劳性能相当，但其拉伸、压缩强力较 低。这是由于普通针织线圈结构在成型时所产生的增强纤维模塑变形拉伸和扭曲 将带来增强纤维结构的不均匀性，而且使得增强纤维在轴向上的强力性能无法得 到充分利用，从而影响材料的整体强力性能。但是，针织结构材料的刚性和强力 性能可以通过在负载方向和部分有目的地、灵活地衬入平直排列的增强纱线来改 善结构的均匀性和稳定性，并提高增强纤维的强力利用率。 1 3 2 复合工艺 复合工艺也就是织物压延过程是整个压延类柔性复合材料生产的核心环节。 复合工艺的作用在于： 克服经纬纱滑移的现象，使产品的结构稳定，有利于实际应用。 涂层剂或贴合膜使纱线中纤维的抱合力加强，织物强度有很大提高。同时 纱线表面得到一定程度保护，使产品在存储、应用时的损伤减少。 增加产品的耐磨损、耐腐蚀等性能 2 4 1 。 冷却辊 图l - 2 压延设备 压延法是将加热塑性树脂混合完毕后打入螺杆挤压机热塑化，在相向转动的 至少两个以上的加热滚筒间挤压成薄膜，然后再和织物叠合轧压成层压产品 2 5 - 2 6 1 。聚氯乙稀树脂在达到其粘流温度后逐渐从高弹态向粘流态转变。树脂基体 的流动及浸润过程都是通过树脂转变为粘流态后发生不可逆变形来完成的刚。 对于一部分复合材料，特别是机织物增强复合材料，为了获得良好的粘合性 能，我们引进类似于涂层工艺的底涂工艺过程。具体做法是，将含有粘合剂的 e p v c ( 糊状聚氯乙稀) 配制成一定粘度的溶液，置于浆槽中。这样当基布通过 其间时，以磁力将布吸在罗拉辊上，通过罗拉转动，使基布在通过浆槽时涂覆上 e p v c 。底涂的作用和刮涂工艺相似，但用的是钢辊且只有一次烘干，故生产成 本降低的同时，效率显著提高。此外压延时落下的p v c 涂料还可以回收利用， 节省原材料。 6 不同的复合工艺主要影响p v c 膜和基布的粘结性能，其中涂层产品的粘合强 力最好，而贴合产品的最差，压延产品位于两者之间。由于涂层工艺成产成本较 大，生产效率也不如压延类产品，因此我们可以通过加入粘合剂来增强压延类产 品的粘结性能，获得很好的剥离强度。同时压延类产品还具有很好的抗撕裂性能。 1 3 3 表面处理 织物增强柔性复合材料在使用时，大多数都暴露于大气中。因此在其使用寿 内，还应该能购忍受雨、雪、强风、日晒、灰尘以及化学物质腐蚀等自然因素的 影响，即具有一定的抗紫外性、自洁性、耐气候性、抗老化性。有时在通过涂料 中增加相应助剂的方法仍不能得到圆满解决时，就只有采用表面处理的方法，在 涂层表面镀上一层具有特殊性能的薄膜。会使材料的耐气候性、化学惰性、不易 沾污性、抗化学品和抗风尘泥灰污染性等综合性能显著提高，并且能够在很广的 温度范围内保持材料原有的良好韧性和柔软性。 1 3 4 分卷包装 涂层织物在出厂前除裁边外，还需要根据客户需要，用分条机或分卷机分割 成不同的幅宽和长度，常规长度5 0 m 。装运涂层织物的芯材一般是质地较硬较厚 的纸芯。在有大卷装需要或需长距离运输时，可采用空心刚棍，但会增加运费。 外包装材料一般用牛皮纸，并用胶带封口。 第四节课题意义和内容 1 4 1 课题背景和意义 新型柔性复合材料可用于传统的遮阳篷、帐篷、商品及运输盖布、车厢，广 告灯箱，大型体育健身、文化娱乐、商业、交通设施等建筑物，总体上呈现良好 的发展态势堋。在我国的市场需求也相当大，1 9 8 8 年篷盖产品耗用纤维8 万吨， “九五”期间达1 2 万吨，预计2 0 1 0 年将达到1 8 万吨。【1 0 】目前基布使用的最多 是涤纶织物，其中以机织物居多，但由于双轴向经编织物强力利用率高，收缩率 小，与涂层结合好、撕裂强度高，生产速度比机织物高得多，而且技术、设备日 益先进，上升势头日趋明显。因此我们需要做好前期的开发研究工作，使产品具 有最佳的物理机械性能并能适应不同的应用要求，使产品系列化、规范化。 在实际使用过程中，压延类柔性复合材料不可避免地会受到拉伸、弯曲、剪 7 切等外力，其力学性能是设计和应用时需要考虑的重要指标。之前对柔性符合材 料的研究主要集中在经编双轴向针织物增强复合材料，本文在此基础上全面分析 了机织物增强复合材料和经编双轴向针织物增强复合材料的撕裂、剥离、拉伸机 理和性能。 1 4 2 课题内容 本文主要研究了压延类柔性复合材料的撕裂、剥离和拉伸性能。具体内容包 含以下几个方面： 1 压延类柔性复合材料的撕裂性能研究 分析基布及复合材料的撕裂过程；比较两者的差异及复合材料经纬向撕裂性 能的差异；并主要从原材料、增强织物骨架、压延工艺参数等方面总结出其影响 规律。 2 撕裂测试方法的分析和比较 研究各个撕裂测试标准之间的异同及其对压延类柔性复合材料实验结果的影 响。 3 压延类柔性复合材料剥离性能研究 分析复合材料的粘结机理及剥离过程；探讨剥离强力的表示方法；总结影响 压延类柔性复合材料剥离性能的因素；讨论了复合材料撕裂强度和剥离强度的关 系；并尝试用高频焊接法测试复合材料的剥离强力。 4 压延类柔性复合材料剥离性能研究 分析复合材料的拉伸过程；比较机织物增强复合材料和经编双轴向针织物增 强复合材料的经纬向拉伸性能的差异；并主要从原材料、增强织物骨架、压延工 艺参数等方面总结出其影响规律。最后分析研究了压延类柔性复合材料的初始模 量。 8 第二章压延类柔性复合材料撕裂性能的研究 撕裂性能是评价柔性复合材料的坚韧性和耐穿耐用性指标。本文针对不同基 布的复合材料进行撕裂性能的研究，分析对比其撕裂机理和撕裂性能，总结了影 响材料撕裂性能的诸多因素。 第一节测试方法与试样的制备 2 1 1 试样的品种及基本参数 本次试验所采用的试样的纱线原料均为1 0 0 涤纶，复合层原料均为p v c ( 聚 氯乙烯树脂) 。经编双轴向针织基布的捆绑纱为经平组织，纱支为6 8 d ：采用衬 经衬纬，其中衬经纱和衬纬纱的纱支一样，织物密度及其它参数见表3 - l 。机织 基布采用平纹组织，经纬纱纱支一样，织物密度及其它参数见表3 - 3 。 2 1 2 测试标准 1 、定义 撕裂长度：试样撕裂前，沿切口线方向未剪开部分的直线长度。 经向撕破强力：撕破试验中，经纱被拉断时的强力。 纬向撕破强力：撕破试验中，纬纱被拉断时的强力。 2 、测试标准 撕裂性能是评定柔性复合材料性能好坏的一个至关重要的指标，但是目前我 国对复合材料撕裂性能的测试还没有统一的标准，因而也很难确定评定该项指标 值的优劣。在本次试验过程中，为了与国际上的同类产品进行比较，本文最终采 用德国工业标准d i n5 3 3 6 3 2 0 0 3 进行复合材料的撕裂实验。而基布的撕裂标准 采用国家标准g b t3 9 1 7 3 1 9 9 7 。 2 1 3 试样的制备 1 d i n5 3 3 6 3 2 0 0 3 试样尺寸：如图2 - 1 试样个数：经纬向各5 个 测试仪器：南通宏大具有自动绘图功能的h d 0 2 6 n 电子织物强力仪 夹头间距：5 0 m m 9 拉伸速度：l o o n 蚰腼雠1 0 取值：对所有试样分别进行经向和纬向撕裂测试，每个试样的测试结果取其 最大峰值，每种试样的经纬向至少要得到5 个以上有效数据，分析采用的数据为 其平均值。 2 g b t3 9 1 7 _ 3 1 9 9 7 试样尺寸：长1 8 0 r a m ，宽5 0 m m ，如图2 - 2 试样个数：经纬向各5 个 测试仪器：南通宏大具有自动绘图功能的h d 0 2 6 n 电子织物强力仪 夹头间距：5 0 m m 拉伸速度：1 0 0 m m m i n 取值：根据标准克采用所有峰值的平均值或者是最高撕破强力。但为了与复 合材料的撕裂强力进行比较，每个测试结果我们取其最大峰值，每种试样的经纬 向至少要得到5 个以上有效数据，分析采用的数据为其平均值。 义 卜 7 、弋 夹佟一 上 图2 1 复合材料撕裂试样尺寸示意图图2 - 2 基布撕裂试样尺寸示意图 注：本实验由于测试仪器的限制，在标准规定的试样尺寸上有所调整。由于 夹头宽度为1 0 0 m m ，因此将试样宽度改为5 0 m m ，使得斜向夹持线上的试样能被夹 头牢固的夹持住：由于钡4 试仪器的最小夹距为5 0 m m ，因此将夹持线的窄边距离 由2 5 n n 调整到5 0 m m ，且相应的调整试样长度为1 8 0 a 加。另外，由于基布密度较 1 0 小时，在撕裂过程中很容易出现脱散，因此我们采取用透明胶封住试样窄边的办 法，在一定程度上改善脱散现象。 第二节实验结果及统计处理 2 2 1 实验及测试结果 1 、测试原理 梯形撕裂法是将试样剪成一定的等腰梯形，在梯形短边正中部位，先开剪一 条一定长度的切口，然后将试样沿夹持线( 平行于等腰梯形的两条腰线) 夹于强 力试验机的上下两个夹头内。随着强力试验机下夹头的逐步下降，试样短边处的 各根纱线首先开始相继受力，并沿切口线向梯形的长边方向渐次传递受力而断。 2 、测试条件 试验用标准大气温度为( 2 0 + 2 ) ，相对湿度为( 6 5 2 ) 。 3 、测试结果 在上述条件下，测得基布和复合材料的撕裂性能数值和曲线图。 表2 1 经编双轴向针织基布撕裂强力 试样编号纱线细度织物经密织物纬密基布面密度经向撕裂力纬向撕裂力 d根 n c h根i n c h g m z nn k 15 0 0995 52 3 42 0 4 l ( 21 0 0 0999 7 4 5 7 3 8 4 k 3l o o o1 21 21 2 87 4 05 8 0 k 41 0 0 01 61 61 7 l 9 0 0 7 1 2 l ( 55 0 01 81 21 1 07 1 43 7 5 k 6l 0 0 01 81 21 5 0 1 2 0 9 6 0 0 表2 - 2 经编双轴向针织物增强压延类柔性复合材料撕裂强力 对应涂层 复合材料 试样编号厚度 经向撕裂力纬向撕裂力 基布编号面密度 面密度 m m g m 2g m 2 nn c k lk l0 3 73 8 5 4 4 02 0 91 6 6 c k 2k 30 6 45 9 27 2 06 3 64 5 2 c l ( 3k 4o 7 5 7 5 99 3 07 0 05 1 8 c k 4k 50 4 l3 7 84 8 85 8 33 6 7 c k 5k 60 7 17 2 0 8 7 08 6 84 6 6 c k 6k 20 4 23 7 34 7 04 7 23 6 1 c k 7k 2o 5 7 5 5 36 5 04 1 03 3 5 c k 8k 20 6 45 6 36 6 03 7 3 3 0 4 c k 9k 2o 6 l 5 9 36 9 03 7 03 0 1 表2 - 3 机织基布撕裂强力 试样编号纱线细度织物经密织物纬密基布面密度经向撕裂力 纬向撕裂力 d 根，i n e h根i n c h g m 2 nn w 11 0 0 01 71 7 1 6 26 8 75 9 4 w 21 0 0 01 81 81 7 57 8 06 4 5 w 35 0 02 02 09 63 8 03 6 9 w 48 4 02 02 0 1 4 16 6 05 7 6 w 51 0 0 02 02 01 9 78 2 46 7 2 w 6l o o o 2 32 32 1 71 0 6 48 2 3 表2 4 机织物增强压延类柔性复合材料撕裂强力 对应涂层 复合材料 试样编号厚度经向撕裂力 纬向撕裂力 基布编号 面密度面密度 m m g m 2g m 2 n n c w iw 10 4 74 0 85 7 04 5 23 1 8 c 、2w 20 5 84 8 56 6 04 9 53 4 2 c w 3w 30 4 l4 1 45 1 02 0 4 1 7 1 c w 4w 4o 4 13 5 95 0 04 4 52 9 5 c w 5 w 60 ，7 44 4 3 6 6 06 2 04 4 5 c w 6w 5o 5 l4 1 36 1 05 7 54 1 2 c w 7w 5 o 5 75 0 37 0 05 1 93 7 9 c w 8w 50 6 56 0 38 0 04 8 3 3 5 9 注：试样编号中“k ”表示经编双轴向针织基布( k n i t t e df a b r i c ) ，“w ”表示机织基布( w o v e n f a b r i c ) ，“c k ”表示经编双轴向针织物增强压延类柔性复合材料( c o m p o s i t e sr e i n f o r c e dw i t h k n i t t i n gf a b r i c s ) ，“c w ”表示机织物增强压延类柔性复合材料( c o m p o s i t e sr e i n f o r c e dw i t h 1 2 w e a v i n gf a b r i c s ) 2 2 2 经编双轴向针织物增强压延类柔性复合材料撕裂强力回归分析 根据表2 1 与表2 - 2 ，我们用e x c e l 做出纱线细度、织物密度以及涂层厚 度与相应受力方向上撕裂强力的散点关系图。 芒 r 嚼 碟 募 尽 蝗j f 厕 i ! 主曼i 图2 3 ( a )纱线细度与针织基布及其复合材料经向撕裂强力的关系 圜 图2 3 ( b )纱线细度与针织基布及其复合材料纬向撕裂强力的关系 1 0 0 0 芒8 0 0 r 鼎6 0 0 碟 藿4 0 0 骊2 0 0 0 f 习 l ! 主曼l 9 * 91 2 1 21 6 1 6 织物密度，( 根i n c h 1 ) 图2 - 3 ( c ) 织物密度与针织基布及其复合材料经向撕裂强力的关系 1 3 9 * 91 2 121 a * 1 6 织物密度( 根i n c h 1 ) 图2 - 3 ( d )织物密度与针织基布及其复合材料纬向撕裂强力的关系 3 7 35 5 35 6 35 9 3 涂层面密度g - 2 图2 3 ( e )涂层厚度与针织物增强复合材料经纬向撕裂强力的关系 图2 3 双轴向经编针织物及其增强压延类柔性复合材料撕裂强力散点关系图 通过以上的散点图，我们可以发现经纬向撕裂时，复合材料的经纬向撕裂强 力与相应基布的纱线细度、衬经衬纬纱密度以及涂层厚度基本呈线性关系，我们 对c k