（纺织工程专业论文）玻璃纤维空气变形纱涂层织物拉伸性能的研究.pdf

abs t ract t h i s p a p e r s t u d i e d t h e m a t e r i a l s o f c o a t e d f a b r i c o f a i r t e x t u r i n g g l a s s f i b e r ,t e x t u r i n g t e c h n o l o g y , c o a t i n g p r o c e s s , a n d p r o p e r t y a n a l y s i s . t h e p r o b l e m s o c c u r r e d i n t e x t u r i n g , w e a v i n g a n d c o a t i n g w e r e a n a l y z e d a n d i n v e s t i g a t e d . s e v e r a l f a c t o r o c c u r r e d in a i r t e x t u r i n g ， w e a v i n g a n d c o a t i n g w e r e a n a l y z e d , t h e r e a s o n w e r e p u t f o r w a r d f o r t h e p r o d u c t s .t h e m a t e r i a l o f b u i l d i n g u p a n d c o a t in g a n d t h e i r c o m p l e x i o n a r e a n a l y z e d ， t h e r e a s o n w e r e p u t f o r w a r d f o r t h e c o m p o s i t e m a t e r i a l s a b i l i t i e s , t h e p a p e r h a s t h e p r e p a r a t i o n f o r f u r t h e r r e s e a r c h o f t h e s u b j e c t s . t h e p e r f o r m a n c e o f d r a w，e x t e n d c r o o k 恤 m i g h t i n e s s o f p e e l e d o f c o a te d f a b r ic o f a ir t e x t u r i n g g la s s f ib e r a r e t e s t e d . t h e p o s i t i v e d e a l 复合材料中各组元不但保持各自的固有特性，而且可最 大限度发挥各种材料组元的特性，并赋予单一材料组元所不具备的优良 特 殊性能。r ic h a r d s o n 指出， 复合材料是不同的材料结合在一起形成一种结 构较为复杂的材料， 这种材料的组成成分应保持同一性， 形成的材料在性能 上必须有重要的改进或不同于原组成成分的性质。复合材料按用途分为结 构复合材料和功能复合材料; 按基体材料分为聚合物基体复合材料， 金属基 体复合材料和陶瓷基体复合材料等;按增强材料分为粒子增强复合材料， 薄片增强复合材料， 纤维增强复合材料。复合材料可以在很大程度上改善 和提高单一常规材料的力学性能， 物理性能和化学性能， 并可解决在工程结 构上采用常规材料无法解决的关键性问题。 现代复合材料学科包括增强材料， 基体材料， 界面粘结， 结构设计， 成型 工艺， 性能及其测定等方面， 并逐步形成了 一门与化学， 物理， 力学及各种应 用学科有关的跨学科性的， 有着广泛的内 在联系并互相渗透和互相推动的 材料科学。 复合材料由各种组成材料取长补短经复合而成的具有各种材料综合性 能的新材料， 其性能一般由 组成的增强材料和基体材料的性能及它们之间 的界面所决定， 作为产品还与成型工艺和结构设计有关。因此复合材料有 以下共同点: ( 1 )可综合发挥各种组成材料的优点， 使一种材料具有各种性 能， 具有天然材料所没有的性能。( 2 ) . 可按对性能的需要进行材料的设计 和制造。( 3 ) . 可制成所需的任意形状的产品， 可避免多次加工工序。复合 材料性能: ( 1 ) . 比强度高， 比刚度大。( 2 ) . 成型工艺性好。( 3 ) 材料性能可 设计 。( 4 ) . 抗疲劳性能好。( 5 )减振性能好。( 6 ) . 破损安全性好。( 7 ) . 热稳定性好。 复合材料是由 有机高分子， 无机非金属或金属等几类不同 材料通过复 合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原组成材料的主要特点， 并通过 复合效应获得原组分所不具备的性能，又可以通过材料设计使各组分的性 能互相补充并彼此关联， 从而获得新的优越性能。复合材料是性能可设计 的材料。结构复合材料起到承担应力和分散应力的作用， 赋予复合材料优 良的力学性能。 纺织复合材料是由纺织集合体 ( 长纤维织物)所增强的复合材料， 特 别是由纺织物制成预制件，预成型件，再由基体相填充物组成的复合材 料。 机织复合材料是纺织复合材料中用途最广的一种由 机织方法制成预制 第 1 页 引言 不 , 污 1 靡嗒 ki rl n y 合 材 料 。 最 简 单 的 织 物 结 构 为 平 纹 ， 经 纬 纱 按 照一上一下的顺序依次交织。 以空气变形涤纶， 玻璃长丝纱线，织物作增强材料， p v c树脂糊涂层 处理的复合材料具有轻质，高强度，耐腐蚀，抗高温， 高刚度和性能可设 计等特点，与常规金属材料相比，可减轻构件质量2 0 - 6 0 %。具有优良 的 物理，化学和实用特性，广泛应用于航空航天，交通运输，汽车工业，化 学工业，机械工业，体育用品，医疗卫生，海洋开发，电子，建筑等领 域。 玻璃纤维是无机纤维，具有吸湿性小，尺寸稳定性好，耐热性好，不 燃烧，耐老化性好，电 气绝缘性好，耐化学药品性好， 弹性模量高，拉伸 强度大，伸长率小等优点。 本课题利用试验验证的方法对玻璃纤维空气变形纱及其织物拉伸性能， 弯曲性能和柔韧性能进行了研究。 第 n页 第一章 概述 第一章概述 第一节玻璃纤维空气变形纱涂层织物发展情况 一玻璃纤维概况: 1 .玻瑞纤维: 玻璃纤维是一种极好的产业用纺织纤维材料， 它具有优良的物理， 化学 和实用特性， 由于玻璃纤维化学组成和外观形态多种多样， 产品具有广泛用 途: 塑料增强用的玻璃纤维纺织制品， 管道包扎布， 建筑装演用布， 建筑用顶毡 和垫层， 以 及一些现代交通工具部件的高 精尖产品等。 玻璃纤维是无机纤维， 具有吸 湿性小， 尺寸稳定性小， 耐热性好， 不燃烧， 耐 老化性好， 电气绝缘性好，耐化学药品性好， 弹性模量高， 拉伸强度大，伸长率 小等优点， 广泛用作树脂基复合材料( 增强塑料) 的 增强材料。 产品有短纤， 长丝，多向多层织物等。用玻璃纤维增强的塑料的拉伸强度a曲强度， 刚 度， 冲击强度有很大提高。 玻璃纤维是复合材料中目 前使用量最大的一种增强材料。随着玻璃纤 维增强塑料 ( 玻璃钢)工业的发展，玻璃纤维工业也得到了迅速的发展。 自7 0 年代开始国外玻璃纤维的主要特点:普遍采用池窑拉丝新技术;大 力发展多排多孔拉丝工艺:纤维直径向粗纤维方向发展，纤维直径为 1 4 -2 4 u m ， 甚至达2 7 u m ; 大量生产无碱玻璃; 无捻粗纱的短切纤维所占比 例增加;重视纤维一 树脂界面研究。 我国玻璃纤维工业诞生于1 9 5 0 年，1 9 5 8 年后得到迅速发展。现有大 小玻璃纤维厂家2 0 0 多个，年产量6 万吨。玻璃纤维的不断发展促进了我 国玻璃纤维增强塑料的迅速发展。 2 . 中国 玻瑞纤维工业及玻瑞纤维增强材料的 发展: 据不完全统计，1 9 9 7年我国玻璃纤维总产量约为 1 7万吨。建材工业 规划提出， 到2 0 0 5 年玻璃纤维总产量将达到3 2 万吨， 2 0 1 0 年6 0 万吨。 主要用于:玻璃纤维增强热塑性塑料 ( f r t p ):用于输水、输油及输送 腐蚀性液体玻璃钢管道;用玻璃钢渔船取代木质船 ( 如果每年替代 2 % , 即新建 2万条玻璃钢渔船， 年约需玻璃钢 6万吨以 上); 玻璃钢高位水 箱、双层列车车厢、座椅、电话亭、冷却塔、浴缸及整体卫生间等。 我国的玻璃钢工业始于 1 9 5 8 年， 经过4 0 多年的不断努力， 得到了很大 发展， 引进了国外的先进技术和装备， 开发了不少新产品。1 9 9 3年全国玻 璃纤维产量 1 6 . 2万吨， 其中无碱玻璃纤维比重达到 3 5 % 0” 七五” 期间玻纤 总产量为3 8 . 5 万吨， 玻璃钢总产量为3 3 万吨， 其用量占总量的4 3 % 。上海 耀华玻璃集团与意大利及法国圣哥本合作建立无碱 1 . 5万吨， 中碱 1 万吨 的玻璃纤维生产线; 四川与p p g 洽谈 1 万吨的无碱玻璃纤维生产线; 浙江桐 第 1页 第一章 概述 : 森顽1 ,禾 建 立 年 产8 0 0 。 吨 中 碱 玻 璃 纤 维 生 产 线 ; 江 苏 连 云 港 与 重 庆 合作， 综合国外技术， 建立年产 1 8 0 。 吨无碱玻璃纤维生产线; 山东泰安综合 国内外技术， 建立年产 1 万吨无碱玻璃纤维生产线。台湾省有 4个玻璃纤 维生产企业， 年生产能力7 万吨。 引进的波歇炉， 池窑拉丝， 组合炉等设备及浸润剂， 粘结剂等技术为玻 璃钢提供了良 好的品种和质量， 对于发展我国玻纤生产， 增加增强材料品种， 提高产品性能及向专用性方面发展起到了重要的促进作用。 使用范围遍及国民经济的各个领域， 如建筑， 石油化工， 交通运输， 环保， 机械制造， 电气， 体育娱乐用品等。 玻璃纤维产品有无捻粗纱，短切的和磨碎的纤维及玻纤纱等; 连续纤 维织物包括单向粗纱和双向粗纱织物， 多向粗纱织物， 多层织物。这些增强 形式要根据最终产品性能要求以及增强塑料加工方法进行合理选择。 3 . 国际玻瑞纤维市场现状及发展前景:玻璃纤维作为一种新型材料，从 整体来说一直保持着较高的增长速度。目 前全世界玻璃纤维年产量己超过 2 1 0 万口 屯 ，1 9 9 4 年的总产值己 达 3 7 亿美元 ( 合 3 0 7 亿人民币)。从 1 9 7 7 年到1 9 9 4 年1 7 年间世界玻璃纤维产量增加几乎2 倍;玻璃纤维产量并不 是均衡增长的，1 9 7 9年到 1 9 8 0年，1 9 8 1年有一个马鞍形的起伏，1 9 8 9 年到 1 9 9 3年又有一个起伏。1 9 8 9年世界玻璃纤维产量达到创纪录的 1 8 2 万吨，之后，随着西方国家的经济衰退，1 9 9 1年产量又下降，1 9 9 2年开 始略有回升，1 9 9 4 年则大幅度上升。 4 . 连续玻瑞纤维工业的发展:连续玻璃纤维工业是一种新兴的材料工业 据美国s p i 统计， 1 9 8 8 年全世界树脂基复合材料的总产量为3 0 2 . 6 1 万吨， 同年使用了1 2 7 . 6 万吨的增强型玻璃纤维。近年来高级复合材料有了长足 的发展， 但其所使用的三种主要增强纤维， 即碳( 石墨) 纤维， 开夫拉纤维及 高强玻璃纤维( s , s 2 ,r和 t纤维) 三者的总和尚不足玻璃纤维增强材料的 1 % 。在今后相当长的时期内， 树脂基复合材料仍将主要使用连续玻璃纤维 作为增强材料。连续玻璃纤维尽管有五万多种以上的具体用途， 但就应用 领域来分大致为以 下三方面: ( 1 ) . 电 绝缘用玻纤织物; ( 2 ) . 各种形态的树脂 用增强纤维产品; ( 3 ) ， 沥青增强， 即屋面防水材料。美国是世界上生产玻璃 纤维及复合材料数量最多的国家， 1 9 9 2年它的玻璃纤维产量占全世界玻纤 总产量 3 2 % , 纺织用玻纤及屋面防水材料所用玻璃纤维分别占 1 2 . 5 % 及 3 4 % e 5 .玻瑞纤维产品:树脂基复合材料所用的传统的玻纤增强材料的品种有: 各种无捻粗纱( 如拉挤， 缠绕，, s m c , 喷射等无捻粗纱)， 方格布， 短切原丝， 短切 原丝毡， 磨碎纤维等。借助于浸润剂技术的发展， 这些传统品种的玻璃纤维 产品的性能及规格更加多样化: 如玻璃纤维缝编织物， 无粘结剂短切原丝毡， 缝合的及粘结剂粘合的长纤维毡， 高碱( a ) 玻璃纤维毡， 空气变形无捻粗纱， 连续原丝针刺毡等。 第 2页 第一章 概述 一丽 歹 而丽私而丽系骊画雁不不礴雨面与落画亚 流 耐 蔺 切性， 分散性， 张力均匀性， 成带性及树脂的 浸润性或穿透性， 界面粘接性等多 项关键指标， 生产出与玻璃钢要求所对应的或专用的性能优良的各类无捻 粗纱， 以满足玻璃钢不同成型工艺， 不同制品的生产要求。 空 气 变形无 捻 粗纱 ( s p u n r o v i n g ) 是 在 特殊的 装置中 通过高压高 速气 流使 普通玻璃纤维无捻粗纱毛圈变成空气变形无捻粗纱。 它包含许多圈纱， 因 而许多纤维的方向垂直于无捻粗纱的主方向。用这种无捻粗纱可以改进单 向复合材料( 如拉挤玻璃钢) 的 横向强度。另外， 这种纤维还可以 织成布， 用 这种无捻粗纱织成的布可以增加复合材料的 层间剪切强度。目 前法国圣戈 班， 美国o c f 和p p g均有此类产品。 玻璃纤维织物的品种很多， 常见的有: 玻璃纤维布， 玻璃纤维带， 玻璃纤 维毡及无纺布等。玻璃纤维布根据织纹不同， 又分为平纹布， 斜纹布， 缎纹 布， 无捻粗纱布， 单向带等。平纹布经向和纬向的强度接近一致， 适于各方 向强度要求一致和型面较简单的制品。从强度上来说， 缎纹布 斜纹布 平 纹布。单向 布是指经纱用强纱， 纬纱用弱纱织成的玻璃布， 其特点是经纱方 向强度较高， 主要用于定向 强度要求高的部件。 根据玻璃的组分， 拉丝工艺，编织工艺等不同玻璃纤维及制品可以 有 广泛适应不同需要的类型。 二.涂层材料与涂层织物 1 9 8 9 年世界聚氯乙烯的总生产能力为1 9 4 0 万吨， 1 9 8 6 年为1 6 0 万 吨， p v c工业随 着世界经济的发展而发展， 其生产工艺 ， 树脂质量， 树脂品 种， 加工技术等都在不断提高， 其制品广泛应用于建筑， 包装， 电气仪表， 交通运 输， 矿产， 农业等方面。 1 9 3 1 年德国的法本( i . g . f a r b e n ) 工厂开始p v c 糊树脂的 研究工作， 并于1 9 3 7 年实现了工业化生产，为乳液连续聚合法。英国 在1 9 4 2 年出售 p v c 增塑糊，同时i c 工 公司公布专利。在5 0 年代初b . f . 古德里奇的微悬 浮技术输入日本吉昂 ( z e o n )公司。在7 0 -8 0 年代中间美国充分利用国 外开发p v c 树脂糊生产技术以发展本国的p v c 糊树脂工业。世界各国由于 加工与应用情况不同，p v c 糊树脂的生产量占p v c 树脂总量也各不相同， 其中德国占2 5 -3 0 % ，美国，英国约占1 0 % 0 我国p v c 糊树脂工业起步较晚，5 0 年代中期开始研究p v c 糊树脂， 1 9 6 2 年实现工业化。经过4 0 多年的发展，我国p v c 糊树脂工业已 初具规 模。生产工艺除乳液聚合法，乳液种子聚合法，乳液连续聚合法，乳液种 子连续聚合法，微悬浮聚合法 ( m s p - - 1 )外，还有乳液溶胀聚合方法，种 子微悬浮聚合法 m s p -2 及m s p - - 3 )，乳一微混合方法 ( 无均化法) 等。 p v c树脂涂料:p v c树脂 ( 聚氯乙烯树脂)是由氯乙烯单体经聚合反 应而生成的热塑性高分子物，其反应方程式为: 第 3页 第一章 概述 n c h y = c h c l - 一 一 一 卜一 - c h g - - c h c l - n - - 根据聚合方式可分为悬浮法树脂和乳液法树脂，涂层织物均可选用， p v c用作涂层织物的涂料，经合理配料后具有阻燃，防虫蛀，绝缘，耐 老化，耐侯性好， 相对密度大，成本低等优点，在涂层织物中占 有相当大 的比例。 涂层整理是一种将糊料，塑料溶胶，有机溶液或溶化物涂在织物上的 加工工艺。涂料对纤维集合体的基布浸透时，除了涂料的粘度，表面张力 外，基布的多孔构造，与涂料的接触角等对浸透性都有影响。 在考虑涂层 涂料的浸透时，由刮刀和罗拉的剪切力产生的浸透和由毛细管作用产生的 浸透同时作用。有刮刀式涂层法，罗拉涂层法，棒状涂层法，挤出涂层 法，粉末涂层法，喷雾涂层法，静电涂层法，真空涂层法等。 第二节 课题研究的目 的和意义 随着科学技术的不断进步和人民生活水平的不断提高，对材料的性 能提出了越来越苛刻的要求，各种高性能复合材料便应运而生。利用高性 能空气变形玻璃长丝， 再经涂层处理制成的工程用复合材料，具有强度 高，抗疲劳，耐腐蚀，抗高温等特点，在航空航天，机械工业，化学工 业，建筑领域，船舶工业，交通运输，汽车工业，体育用品，医疗卫生等 有着广泛的应用前景。玻璃纤维的 伸长和热膨胀系数小，除氢氟酸和热浓 强碱外，能耐许多介质的腐蚀。玻璃纤维不燃烧，耐高温性能好，c玻纤 的软化点为6 8 8 0 c ,s 玻纤和e玻纤的软化点分别为9 7 0 0 c和8 4 6 0 c ，适用 于在较高温度下使用。玻纤的价格便宜，品种多，适于编织各种玻璃布， 作为增强材料广泛用于航空航天，建筑领域及日常用品。玻璃纤维的成 分，直径大小，织物的编织结构及表面处理等均直接影响着复合材料的机 械， 物理， 化学和电性能。玻璃纤维增强复合材料的杰出 性能是它的拉伸 强度， 密度指数和成本。 但是复合材料的理论问 题，如增强体与基体的界 面结合问题，断裂行为问题，仍有待完善。有关各向异性材料，构件的力 学模型，计算，设计等问题则是工程界有待完善的另一个重大领域。由纤 维作增强材料树脂为基体所制成的复合材料强度较差， 从而影响纤维本身 所具有的优异性能的发挥。对这方面的研究引起了人们的广泛重视， 是一 个值得深入研究的课题，国外己 有研究，国内还很少， 本课题拟就玻璃纤 维长丝及其与涤纶长丝并合空气变形纱与涂层织物加工工艺研究及其对复 合材料拉伸， 弯曲和柔韧性能的影响进行研究讨论。 第三节课题研究的主要内 容及阶段计划 一 课题研究的主要内容 : 本课题通过对空气变形纱涂层织物的原料( 玻璃纤维长丝及其涤纶长 丝并合) ， 空气变形技术， 基布织造， 涂层工艺进行了探索，对纱线与成品的 性能进行分析研究， 探索空气变形纱涂层织物工艺， 加强技术开发和应用的 第 4页 第一章 概述 研究。分析各工序各因素对材料性能的影响， 分析增强材料和涂层材料及 界面对材料性能的影响， 为进一步深入研究奠定基础。 二. 课题研究的阶段计划: 1 . 1 9 9 9 . 9 -1 9 9 9 . 1 1 . 课题的选择与确定 2 . 1 9 9 9 . 1 1 -2 0 0 0 . 3 . 资料的收集与 整理，试验准备阶段 3 . 2 0 0 0 . 3 - - - 2 0 0 0 . 6试验测试， 数据采集阶段 i ) . 空气变形纱涂层织物的原材料性能的研究: ( 1 ) . 涤纶长丝原料性能的研究。 ( 2 ) . 玻璃纤维长丝性能的研究。 ( 3 )涂层材料的性能。 2 ). 空气变形技术及对复合材料性能影响的研究: ( 1 ) . 涤纶长丝， 玻璃纤维长丝及其并合丝经空气变形处理( 不同变形工 艺参数) 的研究 ( 2 ) . 变形前后拉伸性能分析及结果 3 ). 空气变形纱织物基布织造工艺及工艺参数的选择 4 ) . 涂层技术研究 5 ) . 空气变形纱织物经 p v c涂层处理所制成复合材料性能测试分析及 应用的研究 4 . 2 0 0 0 . 9 -2 0 0 0 . 1 0测试分析，数据分析处理阶段 5 . 2 0 0 0 . 1 0 -2 0 0 0 . 1 2 . 论文写作， 修改，整理阶段 6 . 2 0 0 0 . 1 2 -2 0 0 1 . 1总结答辩阶段 第 5页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 作为复合材料增强体的原料应根据增强的需要选择不同的纤维。作为 复合材料的骨架材料必须具备下述条件:力学性能优; 性能数据可靠性良 好;制造工艺简单;复合效果好;经济性合理。 对每一种材料都按其组成，处理方法，形状，尺寸和在一定的试验条 件下的性能指标进行选材，作为基布材料的纤维，其自 身性能很大程度上 决定着产品的性能。为了保证基布有较高的强度，尺寸稳定性及与基质材 料有良 好的粘着性， 保证材料具有良 好的拉伸性能， 又能价格合理， 纤维原 料的选择是一个关键问题。 第一节玻璃纤维的选择 玻璃纤维是在复合材料中应用最广泛的一种纤维，数十年来，由于玻 璃纤维性能及结构的特点，它在国民经济各个部门都得到了广泛的应用。 玻璃纤维增强复合材料与单一聚合物相比，有着一系列性能，经济效 益及制造方面的优点。玻璃纤维增强复合材料可以是多种形式，有短纤维 和连续纤维等， 包括玻纤毡， 玻纤无捻粗纱， 短切的 和磨碎的纤维及玻纤纱 等: 连续纤维织物包括单向 粗纱和双向 粗纱织物， 多向 粗纱织物， 多层织物。 这些增强形式要根据最终产品性能要求以及增强塑料加工方法进行合理选 择。 玻璃纤维是把熔化后的玻璃拉成品质均匀的直径为 0 . 5 -3 0 u m的细 丝。玻璃纤维具有成本低，原料易得，拉伸强度高，断裂伸长低，弹性模 量高，防火，防霉，耐热，耐腐蚀性，尺寸稳定性好，吸湿性小的优点， 是一种常用的性能优良的增强材料。 可根据最终产品性能要求及加工方法 选择短纤维或长丝多向，多层织物作增强材料。玻璃纤维增强塑料就是一 种开发较早， 应用较广的现代复合材料，其拉伸，弯曲，冲击强度及刚度 都较高。 玻璃纤维是材料的主要承力组分， 不仅能提高基体的强度与弹性模 量， 而且能减少收缩， 提高热变形温度和低温冲击强度等。 玻璃纤维是非结晶型无机纤维，主要成分是二氧化硅，三氧化硼以及 钠，钾，钙的氧化物等。关于无机玻璃的结构，长期以来形成的观点或假 说中较有权威性的是网络假说与熔体结构观点。 玻璃纤维是由含有各种金属氧化物的硅酸盐类，经熔融后，以极快的 速度抽丝而成。按用途可分为:高强度纤维，低介电纤维，耐化学药品纤 维，耐腐蚀纤维，耐碱纤维。玻纤维的制造方法主要有玻璃球法 ( 增锅拉 丝法)和直接熔融法 ( 池窑拉丝法) 。 玻璃纤维品种很多:根据纤维的化学成分有无碱纤维，低碱纤维和有 碱纤维之分;根据纤维的外观形状有连续长纤维，短纤维，空芯纤维和卷 第 6页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 面和再奚 颤 下 雨 而 瘫百 菊 面 蔚 面 淌石 贾 蔺 面 薪 巍 疆 画 瘫 维 和 耐高 温 纤 维。 根 据 加 捻与 否 又 分 为 有 捻 v与 无 捻 纱。 a为 普 通 有 碱纤 维; c为 耐 酸玻 璃纤 维; d为 低介电 常数 玻 璃纤维 ( 透雷达 波性能 好) ; e 为 无 碱玻 璃纤维， 电 绝缘 性好; s为高 强 度玻璃纤维。 按玻 璃的 外观形状 有: 长丝， 短纤维， 空心玻璃， 卷曲 纤维， 玻璃棒。 玻璃纤维质地柔软， 可以 纺织成玻璃布， 玻璃带与织物， 其制品主要 有玻璃纱， 无捻粗纱， 玻璃带， 玻璃毡， 短切纤维和玻璃布 ( 平纹， 斜纹， 缎纹等)以 及一些特殊形式的制品， 如编织套， 夹层织物及三向 织物等。 由于生产玻璃纤维纱的纤维直径，支数及股数不同，使无捻纱和有捻纱的 规格有许多种。通过加捻可提高纤维的抱合力，改善单纤维的受力状况， 捻度过大不易被树脂浸透。各种玻璃纤维都各具特点，选择增强材料时， 必须根据产品的使用条件，性能要求，几何形状，成型条件及经济效果等 综合考虑。 本试验所采用玻璃纤维长丝有三种: 号数( t e x )捻度 ( 捻/ 1 0 c m ) 玻璃丝 a 5 5 9 . 14 0 . 6 玻璃丝 b 1 3 75 8 玻璃丝 c 4 8 . 7无捻 表2 - 1 - 1 试验用玻璃纤维长丝规格 上述三种玻璃丝均为无碱玻璃纤维组成，其主要性能如下: 1 . 外观和密 度: 圆 形截面， 光滑圆柱体; 密 度为2 . 4 -2 . 7 g / c m 3 。 由于其表 面光滑，故纤维间的抱合力较小，也不利于与树脂的粘合，同时由于为圆 形截面， 故一束纤维间 填充就比 较密实。 玻璃纤维的 单丝直径一 般为3 - 1 0 u m , 玻璃纤维增强塑料用的纤维多为1 3 u m ， 近来1 5 u m , 2 4 u m 的单丝也在纤维缠 绕、挤拉成型等方面应用。 2 . 力学性能: ( 1 )拉伸强度:玻璃纤维力学性能的最大特点是拉伸强度高，直径3 - 9 u m 的玻璃纤维其拉伸强度可高达 1 5 0 0 - 4 0 0 0 m p a ( 5 . 6 - 1 4 . 8 c n / d t e x ) 。化学组 成 对 玻 璃纤 维 的 拉 伸强 度的 影 响: 一 般 地说， k z o 和p b o 成 分 多的 玻 璃纤 维强度较低。放置时间对纤维强度也有影响:玻璃纤维的老化，主要取决 于它对大气中水分的化学稳定性，稳定性高的玻璃纤维其损失也小，甚至 基本不变。负荷时间对强度的影响为玻璃纤维的强度随着施加负荷时间的 增长而降低，玻璃纤维疲劳的原因在于吸附作用的影响。 ( 2 )弹性模量和延伸率 : 玻璃纤维的弹性模量约为7 x 1 0 4 m p a ( 2 7 5 . 6 c n / d t e x ) , 与 金属铝的弹性模量相当 只有普通钢弹性模量的三分之 一。玻璃纤维的弹性模量与纤维直径大小无关，与表面磨损程度也无关， 主要取决于玻璃结构本身。 玻璃纤维是一种弹性材料， 应力一 应变曲线基本 第 7页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 王是 一条 直线， 无明 显的塑 性变 形阶 段。由 于 玻璃纤维的 分子结构中 硅氧 键结合力较强， 受力后不易引起错动， 故其延伸率很低， 一般只有3 % 左右， 但与纤维的直径大小有关， 如果当直径为9 - 1 o u m 时， 其延伸率为a- 3 . 5 % 左右，比一般的天然纤维、合成纤维及金属材料的延伸率低得多，因而玻 璃纤维表现出一定的脆性。 ( 3 ) 耐磨性和耐扭折性: 玻璃纤维的耐磨和耐扭折性很差，摩擦和扭折很 容易使纤维受伤断裂， 这是玻璃纤维的一个很大的缺点。表面吸附水分能 加速纤维受摩擦和扭折时的微裂纹扩展，使耐磨性和耐扭折性降低。玻璃 纤维的上述缺点给加工带来了困难，为了提高耐磨和耐扭折性能，可以采 用适当的表面处理方法。 例如经0 . 2 % 阳离子活性剂水溶液处理后， 玻璃纤 维耐磨性比未处理的高2 0 0 多倍。 3 .热性能: ( 1 ) 导热性: 玻璃纤维是一种耐高温的隔热材料， 玻璃纤维的导热性非常 小， 在室 温下， 其热导率为0 . 0 2 7 w / ( m . k ) 。 随着温度的 提高， 玻璃纤维的 热导率也会有些变化， 例如玻璃棉在 2 0 0 - 3 0 0 0 c时， 其热导率也不超过 0 . 0 6 - 0 . 0 8 w / ( m . k ) 。因此玻璃纤维是一种耐高温的隔热材料。 ( 2 ) 耐热性 : 玻璃纤维的耐热性较高， 其线性膨胀系数为 4 . 8 x1 0/ k - 比热容为0 . 7 9 5 k j / ( k g . k ) ， 软化温度为5 5 0 - 8 5 0 0 c 。玻璃纤维的软化温度 因玻璃成分而定，一般无碱玻璃的软化点约为8 4 5 0 c 。无碱纤维的使用温 度可高达6 0 0 - 7 0 0 0 c ， 当在该成分中加入 1 0 % - 1 5 % 的氧化错、氧化钦或氧化 铝后，可使该玻璃纤维的使用温度提高至了 。 0 - 8 0 0 0 c 。在3 0 s 内短期作用 下，无碱玻璃纤维耐热性达 1 0 0 0 0 c 。玻璃纤维是一种无机纤维，它本身 不会引起燃烧。 4 .介电性能: 玻璃纤维同玻璃一样，在外电场作用下，由于纤维内的离子产 生迁移而导电。玻璃纤维的介电性能与其化学组成、环境的湿度和温度有 关， 碱金属离子最易迁移而导电，因此玻璃纤维成分中这种碱金属含量越 高， 其介电 性能 越差。 玻璃纤维及其织物的 导电 性属表面导电， 在潮湿的 环境中玻璃纤维表面会吸附一层很薄的水膜，从而降低了其表面电阻率。 其介电 性能与其化学组成， 环境的湿度和温度有关。 5 . 光学性能:玻璃是优良的透光材料，但制成玻璃纤维及其织物后，其透 光性能远不如玻璃。在一般情况下，玻璃布的反射系数与织纹特点、密度 及厚度有关， 平均约为4 0 % - 7 0 % 。 玻璃布的 透射因 数与织物的厚度及密度 有关。因为玻璃纤维具有优良的光学性能，故可制作透明玻璃钢用于屋面 采光材料，并可用作制造光导纤维管，它是现代通讯中的重要材料。 6 北学稳定性:其化学稳定性取决于其化学组成，介质性质，温度和压力 等条件。一般说来二氧化硅含量多则化学稳定性高，而碱金属氧化物多则 化学稳定性降低;有碱玻璃纤维的耐水性很差;石英，高硅氧玻璃纤维对 第 8页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 永 及 高 压 蒸 汽 的 化 学 稳 定 性 较 好; 硼 硅 酸 盐 有 碱 玻 璃 纤 维 对 无 机 酸 不 稳 定 ; 钠， 钙硅酸盐玻璃纤维对水及碱不稳定。 温度对玻璃纤维化学稳定 性有明 显的影响。 7 . 玻璃纤维的吸湿性:由于玻璃纤维的比表面积大，其吸附能力比块状玻 璃为高，且与其化学成分有关，无碱玻璃纤维的吸湿性比有碱玻璃纤维为 低。玻璃布由于在纤维空隙中也会吸附水分，所以吸水量比纤维多，一般 有碱玻璃纤维布吸收水分可达3 % - - 4 %。此外，随着空气相对湿度的增加， 纤维吸附水也增加， 故其与树脂的粘结力要降低约2 0 % - - 2 5 %， 但与纤维的 成分无关。 第二节涤纶纤维长丝的选择 一 涤纶纤维 性能: 国际标准组织( i s o ) 对聚酷纤维说明: 构成纤维的聚合物组成为二元 醇和对苯二甲酸形成的酩， 其中链形大分子至少占链中的8 5 % ( 以质量计) ， 它的通常组成为聚对苯二甲酸乙二醇酷 ( p e t ) . 涤纶纤维分子链存在苯环 结构， 具有一定的刚性， 模量较高， 无平点现象， 强度， 断裂伸长， 耐疲劳性能 居中。此外涤纶大分子的基本链节中还有一定数量的亚甲基，所以有一定 的柔性。涤纶分子是线型的，官能团分布是规整的，这种大分子结构取决 于原始单体- 一 对苯二甲酸乙二醋的高度的分子对称性。涤纶纤维具有轻 质，耐磨性好，强度高，缩水率低，抗潮湿，抗腐蚀，抗虫蛀，断裂强度 大， 弹性模量高，延伸率低，耐冲击性好等优良 性能和生产成本低，生产 环境较好等获得了迅速发展。涤纶由 有序结晶部分和侧序较低的非晶部分 组成。 一般涤纶的结晶度较高， 取向度也较高。 涤纶分子中没有极性基团， 所以涤纶不能使水分子附着，吸湿性很低，0 . 4 % 左右。 涤纶纤维采用熔体纺丝， 截面呈圆形，表面很平整，采用异形喷丝孔 还可生产各种形状的异形纤维， 改善涤纶纤维的外观效应与织物风格。 二.涤纶长丝作为基布原料的 选择: 涤纶长丝有初生丝如预取向丝 p o y ， 拉伸丝如全拉伸丝 f d y ， 变形丝如 拉伸变形丝d t y ， 空气变形丝a t y 等。 高强低伸的 涤纶长丝作为基布原料具有以 下优点: ( 1 ) . 初始模量大， 成布 抗张强度高， 能经得住较大的外力作 用。 ( 2 ) . 制成的织物外观平整， 没有明显 接头和织疵。 ( 3 ) .长丝不需要前纺工艺， 改变整经工艺可省去络筒工序， 降低 成本。 ( 4 ) .涤纶长丝作为基布原料在欧美等发达国 家广泛应用。 涤纶变形丝的优良 特性:1 . 由于涤纶长丝经空气变形后，平行丝束形 成毛圈，使形态呈现网型结构，从而使织物表面蜡状感消除， 所制成的织 物具有蓬松， 丰糯， 挺爽，弹性好， 抗起球，光泽柔和，吸湿力强，透气 性能好;2 . 长丝变形后可使丝束中纤维r有良 好的抱合作用，可减少长丝 第 9页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 酥 丽画几j rt o 翻 lj j 起毛 起 球 和 静电 ， 吸 尘 等 现 象 ; 3 . 长 丝 变 形 后 改 善了长 丝的表面形态和结构， 减少了长丝对张力的敏感性， 提高了耐磨性， 有利于织造和后整理的正常进行;4 . 由于变形丝的组织结构发生变化，涤 纶长丝易收缩，对织物的紧度起到了较好作用;5变形丝织物有利于涂料 的渗透，可提高剥离强度。 根据产品用途， 性能要求等选择涤纶长丝， 常有普通型和高模收缩型 u i m l s ) 等。 项目 单位普通型h m l s 型 线密度 dt e x1 1 0 0 1 4 4 01 1 0 0 1 4 4 0 强度 c n/ d t e x7 . 8 7 . 87 . 1 7 . 1 断裂伸长率 %1 4 1 5 . 39 . 8 1 0 4 4 .5 n定负荷伸长率 %6 . 14 . 8 6 6 n定负荷伸长 率 %4 . 24 . 0 初始模量 c n/ d t e x8 . 5 1 0 千热收缩 率 ( 1 7 7 0 c , 1 5 m i n ) % 4 . 5 4 . 5 生产厂根据不同的工业用途， 生产出具有不同性能的工业用长丝，不 同型号工业用丝的性能和用途: 表2 - 2 - 2工业用长丝的性能和用途 类别公 司 和 型号 性能用途 高强 低 伸 标 准 型 e n k a : 2 2 0 0 t a l l i e d : 1 w 7 0 强度( c n / d t e x ) : 8 . 0 伸度( % ) : 1 4 千热收缩率( 1 7 7 0 c ) ( % ) : 8 初始模量( c n / d t e x ) : 9 6 韧度( c n / d t e x ) : 0 . 6 乘车用轮胎帘子 线， 输送带， 帘子 布， 三角带， 安全 带，水龙带 中强 低 收缩型 e n k a : i 7 6 s a l l i e d : i w 7 4 强度( c n / d t e x ) : 7 . 3 初始模量( c n / d t e x ) : 6 9 断 裂伸长( % ) : 2 2 干热收缩率( 1 7 7 0 c ) ( % ) : 2 韧度( c n / d t e x ) : 0 . 8 缝纫线 涂层织物 输送带纬线 过滤织物 第 1 0页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 a l l i e d : 1 x 9 0 1 x 3 0 1 x 4 0 强度( c n / d t e x ) : . 口 断裂伸长( %): 1 5 千热收缩率( 1 7 7 韧度( c n / d t e x ) : 子午线轮胎帘子 线 输送带帘子布 0 c ) ( % ) :6 0 . 4 三. 涤纶长丝纤维参数的选择: 涤纶长丝纤维参数主要是纤维纤度与单丝强力。在满足织物要求性能 ( 经纬向强度，平方米克重，厚度等)的前提下降低成本。从空气变形织 物织造考虑，主要要求一定的强力。 为使空气变形纱织物能在功能上向更多的方面延伸，考虑长丝在变形 过程中强力损失，本课题选用 1 1 1 1 d t e x ( 1 0 0 0旦)涤纶工业长丝 a( 断 裂强度为5 c n / d t e x ，空气变形后长丝纤度增加 ( 1 1 1 4 - - - 1 2 6 0 d t e x ) 断 裂强度为3 . 7 - - - 4 . 5 c n / d t e x 吸 5 5 5 . 6 d t e x ( 5 0 0 旦)涤纶i业长丝 8 ，无 捻。在空气变形，织物织造时主要用作增强材料和用作对比试验。 单丝纤度( d p f ) : 0 . i d相当于直径 l . g u m 。纤维纤度大，则纤维直径 也大， 在单位面积内纤维间排列紧密，空隙率低;反之，纤度越小，单纤 根数越多， 则悬垂性， 透通性好。 根据工业丝的不同用途， 需要的总纤度和 单丝纤度各不相同， 用于过滤布， 涂层织物， 鱼网等的工业丝， 根据织物密度 等级， 一般需要总纤度 2 2 0 -1 1 0 0 d t e x的涤纶工业丝， 其单丝纤度为 3 - 5 d t e x 为宜。 截面: 涤纶长丝一般为圆型截面， 纤维排列紧密， 空隙率小，强力高， 易于织造。经变形后，截面外形不规则，纤维之间排列无法紧密，空隙相 应增大，其蓬松性，透气性和屈曲刚性均优于圆形截面纤维。 捻度:丝线的捻度影响织物的外观和透通性;经丝为了便于织造，一 般加捻6 -8 捻/ c m ，加捻后，织物变硬，手感发糙，必须通过碱减量等后 加工来改善手感。 捻度的选择必须适当 ， 不能超过临界捻度， 否则强力反 而降低。实践表明， 涤纶长丝加捻到1 2 捻/ c m 时，强度趋于下降，选用的 捻度要把强力的损失减少到最低程度。加捻还能使织物富有弹性， 透通性 及抗皱性等均有改善。 捻度的高低一般根据应用的不同及丝的线密度， 丝的卷曲性， 膨松性， 伸缩性， 强力等因素而选择， 其中最常用的根据海勃林( h e b e r l e i n ) 2 7 5 0 0 0 9 t + 6 0 +8 0 0 式中:k 一 捻度 ( 捻/ m ) t - 一 复丝的线密度 ( t e x ) 第 1 1页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 第三节 涂层材料的选择 采用涂层，浸渍，粘合等工艺方法制成的复合织物 ( 复合材料)是常 见纺织品的再加工或深加工产品， 开发较早， 工艺较成熟， 产品性能优良。 织物涂层整理技术是纺织品后整理的一种新技术，经涂层整理后的复合织 物具有独特的功能和综合性能， 具有原来织物不具有的 特性及功能， 在各产 业部门的应用较广，有着广阔的发展前景。 根据不同的用途选用不同的涂层剂。如要使复合织物具有阻燃，透湿， 防水，防风，杀菌，遮光，吸音，防污，反射， 保暖等特殊功能，就需选 用不同的涂层剂，添加剂，辅助剂，不同的基布及不同的涂层方法。主要 的涂层剂有:聚氯乙烯 ( p v c ) ,聚丙烯酸酷 ( p a a ) .聚氨酷 ( p u ) ，聚四氟 乙 烯 ( p t f e ) o p v c 成本低， 工艺简单， 但耐低温性差，透气性及耐老化性 差;p a a成本较低，耐光性好，但高温下易发粘，弹性，透气性较差;p u 弹性， 机械力学性能较好， 耐磨，耐溶剂，耐低温，防水透湿性好， 但耐 紫外光线差， 成本高; p t f e 的弹性， 防水性均好， 特殊整理后透通性也好， 但成本高，工艺复杂。 随着涂层技术和层压技术的不断发展，我国已 研制了采用流延法熔融 涂层加工成的纺粘非织造布，防水复合材料。 基布经聚氯乙烯涂塑制成材料广泛用作篷盖布，农作物暖棚材料，屋 顶防雨隔热材料，军用充气帐篷， 广告灯箱包覆材料等。 一树脂及助剂的选择: ( 一). 树脂的选择: 树脂基复合材料所用高性能树脂基体主要有热固性和热塑性树脂两大 类。热塑性树脂具有断裂韧性高，抗冲击，损伤容限大，吸湿低，贮存期 长，耐高温， 可修复和再成型好等优点。在树脂中一般加入增强剂，固化 剂，表面润滑剂，增塑剂，防止受光热影响的稳定剂等，以保证最终产品 性能。 1 .热塑性 聚氯乙烯分子链结构规整并含有较小的极性侧基， 有显著的结晶性， 链 与链间缔合力极强， 玻璃化温度极高， 溶解性差。若加入一定数量的醋酸乙 烯单体与之共聚， 可起到内增塑的作用。 把树脂与具有适度溶解力的增塑剂， 基料， 填料混合后在三辊磨上多次研磨， 制成浆状的塑性溶胶， 涂覆于基布 表面， 经烘烤使分散树脂熔融成膜。 聚氯乙烯是一种具有耐水， 耐酸， 耐碱， 耐氧化剂及其它化学药品等优 良 性能的一种热塑性聚合物。聚氯乙烯在增塑剂中的分散液称为塑溶胶， 通过增塑剂在烘烤温度下渗入逐渐融化的聚氯乙烯颗粒， 使它们聚结在一 起而实现的。 第 1 2页 第二章 空气变形纱涂层织物原料的选择 2 .热固性 环氧树脂是由环氧氯丙烷和二酚基丙烷在氢氧化钠条件下进行缩聚反 应制得， 可得不同分子量的环氧树脂，环氧树脂是一种线型的聚合物， 环氧 基是一种反应性的官能团。 环氧树脂还可与其他涂料如酚醛树脂， 聚氨基甲 酸a el 树脂并用而组成热固型的环氧涂料系统， 在环氧氨基系统中如加入少 量酸性催化剂， 则可使固化温度降低为1 5 0 0 c , 涂膜的柔韧性好， 光泽高， 耐 酸碱， 耐腐蚀性好。 酚醛树脂: 价格低， 较好的耐久性和耐化学品性。 酚醛树脂体系: 苯酚 与小于等克分子比的甲 醛在酸的条件下反 应， 得到分子量在4 0 0 - - 2 0 0 0 范 围的线型酚醛树脂。 马来酞亚胺树脂体系:马来酞亚胺通过马来酞亚胺基的双键起作用， 可有各种反应。 聚酞亚胺树脂体系:其主要优点是能在较高温度下使用。 丙烯酸酩类树脂:丙烯酸酷类树脂是涂料中很重要的一类聚合物基 料。它们是甲基丙烯酸醋和丙烯酸醋类单体经游离基共聚合反应而得到的 共聚物。除了优良的光学性能和耐侯性， 机械性能外， 还有很好的抗化学腐 蚀性和耐溶剂性。 ( 二). 助剂的选择: 1 .增塑剂:增塑剂是用于增加涂膜柔韧性的一种涂料助剂 ，增塑剂通常 是低分子量的非挥发性有机化合物。 增塑剂应当毒性低微，与各组分有良 好的馄容性， 性质稳定， 不易分解， 耐酸碱， 耐化学腐蚀， 耐油， 价格低廉。在 增加涂膜柔韧性的同时应当 尽可能地少降低涂膜的硬度。增塑剂的类型和 用量取决于涂料中基料树脂的不同及涂料的使用要求。一般说来，增塑剂 的加入会增加涂膜的延伸性而降低它的抗张强度。增塑剂的加入后可充塞 于相邻大分子链段之间以增大其间距， 减弱其间作用力， 从而降低脆裂或断 折的趋势， 从而使聚氯乙 烯变得易于加工， 制品的弹性和柔韧性增加。 有的 增塑剂利用其极性基团与高聚物的极性基团相互作用， 来相应地减低高聚 物分子链段间的作用力。由于高分子链段间作用力的降低， 增加了 柔顺性 使涂膜的耐冲击强度， 弯曲 性能