机织物增强压延柔性复合材料的撕裂和剥离性能.docx

1671 - 0444 (2007) 01 - 0130 - 05机织物增强压延柔性复合材料的撕裂和3剥离性能琼1 ,陈南梁1 ,席时平2 ,胡淳3何( 1 . 东华大学 纺织学院 ,上海 201620 ;2 . 上海纺织控股集团公司 ,上海 200051 ;3 . 上海申达科宝新材料有限公司 ,上海 200122)摘要 : 对机织物增强压延柔性复合材料进行撕裂 、剥离性能测试分析 ,得出基布的纱线线密度 、织物密度以及涂层厚度与撕裂强力 、剥离强力之间的关系 ,并对经纬向撕裂强力和剥离强力的关系进行初步研究 .关键词 : 机织物增强材料 ;压延类柔性复合材料 ;撕裂性能 ;剥离性能中图分类号 : TS 106 . 8 + 5文献标志码 : AT e a r i n g a n d P e e l i n g P e r f o r m a n c e s o fC a l e n d e r e d F l e x i b l e C o m p o s i t e s R e i n f o r c e dw i t h W e a v i n g F a b r i c sH E Qi on g 1 , C H E N N an2l i an g 1 , X I S hi2p i n g 2 , H U Ch u n3( 1 . College of Textiles , Donghua University , Shangha i 201620 , China ;2 . Shangha i Text ile Group Corporation , Shangha i 200051 , China ;3 . Shangha i Shenda2Kobond Ne w Material Co. , Ltd , Shangha i 200122 , China)Abstract : The t ea ri ng a nd p eeli ng t e st s a re ma de o n t he cale nde red f le xi ble co mpo sit e srei nfo rce d wit hwea vi ng f a bric s. Co ncl u sio n i s ma de t hat t he ya r n co unt s , f a bric de n sit y a nd PV C fil m t hic k ne ss aff ect t het ea ri ng a nd p eeli ng p e rfo r ma nce s. The relatio n ship bet wee n t ea ri ng a nd p eeli ng p e rfo r ma nce s i s al so a nal yze d.Key words : weavi ng f a bric rei nfo rce d mat erial ; cale ndere d f le xi ble co mpo sit e ; t ea ri ng p e rfo r ma nce ; p eeli ngp e rfo r ma nce压延1研究目的及意义涂层织物 表面处理 分卷包装压延法是将加热塑化的热塑性树脂,在相向转图 1 机织物增强压延柔性复合材料的压延工艺流程图Fig. 1 Process chart of the calendered f lexible composites reinf orced with weaving fa brics动的辊筒中滚压挤成薄膜,然后和织物叠合轧压成叠层产品.机织物增强压延柔性复合材料的压延工艺流程如图1所示.3收稿日期 : 2005 - 06 - 17作者简介 : 何琼 ( 1981 - ) ,女 ,湖南邵阳人 ,硕士 ,研究方向为经编类复合材料. E2mail : v_ hq2004 ya hoo . co m. cn化工 原料搅拌混合涂料涤纶纱机织基布131第1 期何 琼, 等: 机织物增强压延柔性复合材料的撕裂和剥离性能涤纶增强织物常用 P VC 涂层或 P VC 压延 处理. 与涂层工艺相比, 压延工艺在生产成本降低的 同时, 效率显著提高. 此外压延时落下的 P VC 涂料 还可以回收利用, 节省原材料. 因此, 压延产品较涂 层产品便宜, 拉伸强度和涂层产品差不多, 相同条 件下撕裂强度有所增加而剥离强度下降. 1 但可以 在压延过程中引进底涂工艺, 在压延之前给基布涂 上一层糊状聚氯乙烯作为黏合剂. 糊状聚氯乙烯与 P VC 和涤纶都有良好的黏结作 用, P VC 和 涤纶 基 布在黏合剂的作用下结合从而使得压延产品具有 良好的剥离性能.机织物增强压延柔性复合 材料 主 要用 于汽 车 篷布、喷绘灯 箱 布、充 气 筏、环保 技术 产 品等 等. 2此外, 织物密度大的还可用作膜结构材料. 在实际使用过程中, 材料不可避免地会受到拉伸、弯曲、撕 裂等外力, 其力学性能是设计和应用时需要考虑的重要指标.在机织物增强压延柔性复合材料的设计中, 撕 裂强度和剥离强度是一对相互影响、相互制约的因素, 实际生产中需要合理地选择原料和工艺 参 数.本文分析某些参数如织物密度、纱线线密度以及涂 层厚度等对材料的撕裂和剥离性能的影响.力仪.试样宽度 : 50 mm .试样长度 : 200 mm.试样准备 : 首先在垂直于试样长度的方向用刻 刀小心地划一道线 , 深度要求位 于 PV C 涂 层和 基 布之间 . 然后沿试样长度方向将 PV C 涂层 剥开 至少 40 mm .夹头隔距 : 50 mm .拉伸速度 : 100 mm /mi n .对所有试样分别进行经向和纬向剥离测试 ,每 个试样的测试结果取其所有峰值的平均值 ,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 .3实验结果与分析讨论3 . 1实验结果本研究的实验结果如表 1 所示 .表 1 试样规格及撕裂强力 、剥离强力测试结果Ta ble 1Specif ications of specimen and the testing resultsof tearing and peel ing perf ormances纱线线密度 /tex织物 复合材料涂层面密度 /(g m - 2)复合材料厚度 /mm经向撕裂 力 /N纬向撕裂 力 /N试样编号剥离力 /N密度 /面密度 /(根 cm - 1) (g m - 2)2 实验2 . 1试样试样由上海申达科宝新材料有限公司提供 . 由 经纬向 线 密 度 和 密 度 相 同 的 涤 纶 平 纹 机 织 布 与PV C 通过压延工艺复合而成.2 . 2实验仪器及方法2 . 2 . 1撕裂性能测试实验标准 : D IN 53363 - 2003 ,梯形撕裂法 .实验 仪 器 : 南 通 宏 大 HD026N 电 子 织 物 强 力仪.试样宽度 : 50 mm .试样长度 : 120 mm.夹头隔距 : 50 mm .拉伸速度 : 100 mm /mi n .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 . 2 . 1剥离性能测试实验标准 : D IN 53357 - 1982 .实验 仪 器 : 南 通 宏 大 HD026N 电 子 织 物 强12345678111. 1111. 155. 693. 3111. 1111. 1111. 1111. 1678898885706605105008856107008004084854143596684135036030. 470. 580. 410. 410. 740. 510. 570. 6545249520444597263661359231834217129567542741940834. 535. 329. 333. 647. 036. 836. 937. 33 . 2性能分析3 . 2 . 1 撕裂性能分析在梯形撕裂 中 , 受力 三 角不 明 显 3 , 撕 裂 过 程 见图 2 . 撕裂过程中 ,当具有切口的梯形复合材料受 到外力拉伸时 , 基质通过界面传递给增 强基 布 , 基 布梯形上底边的纱线首先受拉伸直 ,切口边沿的第 一根纱线变形最大 , 负担较大的外力 , 但随 离开 第 一根纱线的程度而减小. 当第一根纱线到达断裂伸 长率时就先断裂 ,出现第一个负荷峰值 . 于是 ,下一 根纱 线 变 为 切 口 处 的 第 一 根 纱 线 , 承 受 较 大 的 变 形 ,负担较大的外力 , 撕拉至断裂时又出现 另一 个 负荷峰值 ,如此循环 ,直至试样完全破坏. 这一点从 撕裂曲线图 3 也可以看出.132东华大学学报 ( 自然科学版)第 33 卷织纹凹陷 , 与 PV C 的 黏 合 较 松 散 , 因 而 黏 合 试 样在剥离过程中每条剥离线所能承受的拉力必然有 较大差异 . 这 就 决 定 试 样 在 剥 离 过 程 中 受 力 曲 线 显示出许多 峰 谷 的 现 象 . 高 低 峰 值 的 存 在 说 明 其 界面黏结的不均衡性 ,而且两者差值越高 ,对产品 最终性能越不利 . 但由于基布结构均匀 ,因此波动频率也基本不变 .图 2 梯形撕裂方式示意图Fig. 2 Tra pezium tearing method图 4 剥离方式示意图Fig. 4 Delaminating method图 3机织物增强压延柔性复合材料典型撕裂曲线Fig. 3 Typical tearing curve3 . 2 . 2 剥离性能分析对试样剥离 , 通常 采用 如 图 4 所示 的方 式 , 通 过实验仪器的绘图功能 , 得到产品的剥离曲线 , 如图 5 所示 . 从剥离曲线上可以看到有明显的高低两个峰值 ,上下过渡区间呈直线 ,波动频率基本不变.测试时试样从一端受力 ,即与拉力相垂直的一条线 受力 , 随着拉力的不断加大 , 自动记录仪可持续绘出一 条 上 升 的 曲 线 , 而 当 拉 力 逐 渐 增 加 到 一 定 大时 ,处于该受力线上的 PV C 膜与基布 之间 的结 合 被破坏 ,两者即发生分离 . 此时拉力迅速减小 ,记录仪便绘出一条下降曲线 ,而上升与下降曲线的交点便形成一个“峰”. 当试样分离至黏合较为牢固的下 一条受力线时 , 又需加大拉力才能使其剥离 . 记录 仪又会绘出一条上升曲线. 在下降曲线与上升曲线 的交点便形成一个“谷”,从而形成一个由许多波峰 和波谷组成的受力曲线 .但如果试 样 黏 合 状 态 非 常 均 匀 , 每 条 剥 离 线 产生的峰值 大 小 则 相 等 , 那 么 受 力 曲 线 将 是 一 条水平直线而 不 会 产 生 峰 值 . 只 有 当 各 条 剥 离 线 上 断裂强度大 小 不 等 才 会 产 生 峰 . 这 是 由 于 涤 纶 基 布由经纬纱交织构成 , 如图 6 所示 . 经纬纱交织点 处织纹突 出 , 与 PV C 黏 合 较 紧 密 ; 而 非 交 织 点 处图 5 机织物增强压延柔性复合材料典型剥离曲线Fig. 5 Typical dela minating curve图 6 机织物示意图Fig. 6 Construction of weaving fabric133第1 期何 琼, 等: 机织物增强压延柔性复合材料的撕裂和剥离性能力及剥离强力的相关系数 ,见表 3 .表 3 涂层面密度与经纬向撕裂强力及 剥离强力的相关性分析3 . 3织物密度 、纱线线密度对材料撕裂 、剥离性能的影响为找出织物密度 、纱线线密度与材料撕裂性能 的关系 ,对 1 8 号试样进行二元一次回归分析拟合 ,回归方程列于表 2 .表 2 经纬向撕裂强力 、剥离强力与纱线线密度 、 织物密度的回归方程Table 2 Regressive equations of tearing and delaminating strengthTable 3Correlation analysis bet ween coating areadensity and tearing , delaminating f orces经向撕裂力纬向撕裂力剥离力相关系数0. 999 30. 996 30. 9543 在显著性水平 0. 05 下(单尾 T 检验) 显著.可 见 在 0 . 0 5 的 显 著 性 水 平 下 , 涂 层 厚 度 与 产品 撕 裂 性 能 的 相 关 性 显 著 , 而 与 剥 离 的 相 关 性 不 显 著 . 从 实 验 数 据 上 同 样 也 反 映 出 这 样 的 规 律 . 8 号 试 样 比 6 号 试 样 的 涂 层 面 密 度 大 4 6 . 0 0 % , 而 其 剥 离 强 度 只 比 6 号 试 样 大 1 . 3 6 % . 可 见 对 于 机 织 物 增 强 压 延 柔 性 复 合 材 料 而 言 , 其 涂 层 厚 度 对 产 品 的 剥 离 性 能 影 响 较 小 , 剥 离 强 力 随 着 涂 层 厚 度 的 增 大 略 微 增 大 .随 着 产 品 涂 层 厚 度 的 增 加 , 其 撕 裂 强 力 反 而 减 小 . 这 是 由 于 随 着 涂 层 厚 度 的 增 加 , 复 合 层 与 基 布 之 间 的 黏 结 力 增 大 , 限 制 纤 维 和 纱 线 的 移 动 变 形 , 因 此 在 撕 裂 过 程 中 , 纤 维 之 间 和 纱 线 之 间 的 摩 擦 力 减 小 , 导 致 产 品 撕 裂 强 力 的 减 小 .通 过 以 上 实 验 数 据 还 发 现 , 随 着 涂 层 厚 度 的 增 加 , 产 品 经 纬 向 撕 裂 强 力 之 间 的 差 值 减 小 , 见 表 4 .方程FS i g.经向撕裂 Y 1 = - 1 522 . 599 + 8 . 784 X1 + 152 . 039 X215 . 6490. 007纬向撕裂剥离Y 2 = - 976 . 308 + 5 . 549 X1 + 102. 261 X2Z = - 8 . 848 + 0. 184 X1 + 3 . 409 X211 . 1440. 0147 . 6970. 030方 程 中 Y 1 和 Y 2 分 别 表 示 机 织 物 增 强 压 延 柔性 复 合 材 料 的 经 、纬 向 撕 裂 强 力 ( N ) , Z 表 示 剥 离 强力 ( N ) , X 1 表 示 受 力 方 向 上 的 经 纱 或 纬 纱 线 密 度( t e x ) , X表 示 基 布 中 经 纱 或 纬 纱 的 密 度 ( 根 2c m - 1) . 以 上 3 个 回 归 方 程 的 F 值 均 大 于F 0. 05 ( 2 ,5 ) = 5 . 7 9 , 且 显 著 性 概 率 ( 即 S i g . 值 ) 均 小 于 5 % ,因 此 在 5 % 显 著 性 水 平 下 , 以 上 3 个 多 元 线 性 回 归方 程 有 显 著 意 义 .从 以 上 回 归 方 程 可 以 看 出 , 随 着 纱 线 线 密 度 、织 物 密 度 的 增 加 , 机 织 物 增 强 压 延 柔 性 复 合 材 料 的撕 裂 强 力 明 显 上 升 . 这 是 因 为 在 梯 形 撕 裂 中 , 不 管表 4 经纬向撕裂强力差值与涂层重量之间的关系是 纵 向 撕 裂 还 是 纬 向 撕 裂 , 其 实 质 都 是 受 拉 伸 系 统Ta ble 4Relation of the coating area density andthe diff erences bet ween warp and wef t tearing strength的 纱 线 拉 伸 断 裂 的 一 个 过 程 . 而 纱 线 的 线 密 度 决 定它 的 强 度 , 织 物 密 度 决 定 同 一 时 间 受 力 纱 线 的 根数 , 因 此 , 撕 裂 强 力 与 衬 经 或 衬 纬 纱 线 密 度 和 密 度涂层面密度 /(g m - 2)经纬向撕裂强力差值 /N试样编号之 间 基 本 呈 线 性 关 系 .同 样 , 随 着 纱 线 线 密 度 、织 物 密 度 的 增 加 , 产 品678413503603209194184的 剥 离 强 力 也 随 之 增 加 . 这 是 由 于 机 织 类 增 强 复 合材 料 的 基 布 与 P V C 膜 之 间 主 要 是 在 黏 合 剂 的 作 用下 产 生 黏 结 , 基 质 与 增 强 材 料 之 间 的 接 触 面 积 直 接随 着 涂 层 厚 度 的 增 加 , 即 基 质 在 复 合 材 料 中 的体 积 比 增 加 , 而 增 强 体 即 基 布 的 比 例 相 应 减 小 , 这 说 明 在 撕 裂 过 程 中 当 增 强 材 料 所 占 比 例 较 小 时 基 质 也 起 到 一 定 的 作 用 . 这 也 是 复 合 材 料 良 好 性 能 的 体 现 , 要 将 基 质 材 料 和 增 强 材 料 两 者 很 好 地 结 合 , 充 分 利 用 两 者 的 优 点 .影 响 到 产 品 的 黏 结 性 能 . 纱 线 线 密 度 和 织 物 密 度 的增 加 都 使 得 接 触 面 积 增 大 , 从 而 起 到 增 强 产 品 剥 离强 度 的 作 用 .3 . 4涂层厚度对材料撕裂剥离性能的影响PV C 压延膜的面密度可以在很大程度上反映 其厚度 ,面密度越大 ,厚度越大 . 用产品的面密度减去基布的面密度就得到涂层面密度 .对 68 号相同组织结构不同涂层厚度的试样 进行相关度分析 ,得到涂层面密度与经纬向撕裂强3 . 5机织物增强压延柔性复合材料撕裂性能和剥离性能的关系对 18 号试样的剥离强力与经纬向撕裂强力进行相关度分析 ,见表 5 .134东华大学学报 ( 自然科学版)第 33 卷表 5 剥离强力与经纬向撕裂强力的相关性分析Ta ble 5 Correlation analysis bet ween delaminating f orce and tearing f orce裂强力、剥离强力与相应受力方向上的经纬纱线密度、织物密度基本呈线性关系.(2) 涂层厚度主要影响产品的经纬向撕裂性能,对剥离性能影响较小.(