天然纤维纬编双轴向织物力学及透气性能研究

为了改善纬编双轴向多层衬纱织物原材料废弃后难降解的问题,采用天然棉纤维作为衬经纱、衬纬纱,涤纶低弹丝作为捆绑纱织造纬编双轴向多层衬纱织物,并对织物的机械力学性能和透气舒适性进行测试。结果表明:采用棉纤维织造的纬编双轴向多层衬纱织物拉伸断裂强力较高,纵向拉伸断裂强力明显高于横向,除纵向棉纱含量稍高于横向外,1+1罗纹捆绑纱也起了重要作用;轴向拉伸断裂强力优于斜向拉伸断裂强力,主要因为拉伸断裂机理的变化。此外,通过对织物压缩、弯曲性能测试,表明织物具有良好的压缩回弹性及弯曲性能,织物透气量可达800 mm/s,具有良好的透气舒适性。     

石墨烯黏胶纤维机织物的功能改性研究

制备同规格的普通黏胶纤维机织物、石墨烯黏胶纤维机织物及不同不锈钢丝质量分数的石墨烯黏胶纤维/不锈钢丝机织物,对比它们的导电、防电磁辐射、防紫外线、抗静电、力学(拉伸、弯曲、耐磨)及透气等性能。结果表明:普通黏胶纤维经石墨烯改进后,所制成的石墨烯黏胶纤维机织物的导电、防电磁辐射、防紫外线、抗静电、力学(拉伸、弯曲、耐磨)等性能都有所改善,其中防紫外线与耐磨性能提高显著,透气性能下降明显;石墨烯黏胶纤维/不锈钢丝机织物的导电、防电磁辐射、防紫外线和抗静电、经向拉伸断裂强力、纬向抗弯刚度、透气性能都优于石墨烯黏胶纤维机织物,纬向拉伸断裂强力、经纬向拉伸断裂伸长率、经向抗弯刚度及耐磨性能不及石墨烯黏胶纤维机织物;随着不锈钢丝质量分数在7.0%~20.0%范围内的增加,石墨烯黏胶纤维/不锈钢丝机织物的导电、防紫外线、抗静电、经向拉伸断裂强力、纬向抗弯刚度及透气性能增强,纬向拉伸断裂强力、经纬向拉伸断裂伸长率、经向抗弯刚度、耐磨性能减小,不锈钢丝质量分数变化对防电磁辐射性能影响较小。当不锈钢丝质量分数为7.0%时,石墨烯黏胶纤维/不锈钢丝机织物的综合性能最佳。     

2.5D芳纶机织复合材料的拉伸性能研究

2.5D机织复合材料凭借其特有的优点和相对成熟的技术受到各领域的关注。然而,这种材料现有的力学性能数据较少,且集中在耐高温和耐烧蚀材料上,影响了其可靠性的评估。对4种结构的2.5D芳纶机织复合材料进行经向和纬向拉伸性能研究,分析结构和拉伸性能的关系。试验结果表明:伸直状态的衬经纱对经向拉伸性能具有较大的贡献;伸直状态的衬纬纱对纬向拉伸性能具有较大的贡献;纬密增加会增大接结经纱的弯曲程度,从而降低经向拉伸性能。     

相同紧度的Kevlar纤维织物与UHMWPE纤维织物的防刺性能对比

分别采用Kevlar纤维纱线、UHMWPE纤维纱线为原料,通过平纹组织,制备Kevlar纤维织物和UHMWPE纤维织物,并对其静态防割性能和动态防刺性能进行测试。结果表明,相同紧度的Kevlar纤维织物的静态防割性能和动态防刺性能均优于UHMWPE纤维织物,两类织物的纬向静态防割性能均优于经向,两类织物对刀具穿刺破坏的响应时间相近。     

锯齿形三维机织间隔复合材料的弯曲性能

为解决层合间隔复合材料易开裂和整体性差的问题,采用绿色环保的玄武岩低捻长丝作为经、纬纱,合理设计经向截面图和组织图,并在普通织机上织造3种不同间隔高度的锯齿形三维机织间隔织物。以所织得的锯齿形三维机织间隔织物作为增强材料,环氧乙烯基树脂作为基体,利用真空辅助成型工艺,制备锯齿形三维机织间隔复合材料,同时对三维机织间隔复合材料进行三点弯曲性能测试,得到弯曲载荷-位移曲线、能量吸收图和破坏模式。结果表明:复合材料的纬向是主要承力方向;组织循环个数越多的材料表现出更好的弯曲性能;在一定间隔高度范围内,间隔高度越高的锯齿形三维机织间隔织物承受的弯曲载荷和吸收的能量也越高;锯齿形三维机织间隔复合材料的破坏模式是材料上表层受压,下表层受拉,而连接层受压;在作用力下材料只是出现明显的变形,但并未出现材料整体的破坏。     

芳纶Ⅲ无纬布在柔性防弹衣中的应用

为了研制轻量化、舒适以及人机工效性好的防弹织物，从提升柔性防弹衣的防弹性能入手，通过对2层芳纶Ⅲ无纬布靶板、4层芳纶Ⅲ无纬布靶板、芳纶Ⅲ机织物靶板、2层芳纶Ⅱ无纬布靶板和4层芳纶Ⅱ无纬布靶板5种防弹材料进行弹道冲击试验，从弹道极限V₅₀值、比吸能值、凹陷深度及弹着点形貌4个方面进行对比分析，在此基础上对4层芳纶Ⅲ无纬布靶板进行结构优化。结果表明：当面密度相近时，4层纤维铺层材料的防弹性能比2层纤维材料的好；4层芳纶Ⅲ无纬布靶板的防弹性能最好；无纬布在受到弹道冲击时应力集中显著，纤维以剪切断裂为主要损伤模式；机织物在受到弹道冲击时，主要以拉伸断裂为主要损伤模式；将芳纶Ⅲ机织物放置于靶板迎弹面一侧、4层芳纶Ⅲ无纬布放置于贴身面一侧的结构有利于提升复合型防弹材料的防弹性能；当芳纶Ⅲ机织物与4层芳纶Ⅲ无纬布的质量比为1∶3时，其防弹性能最好。     

芳纶-UHMWPE混杂复合材料力学性能研究

为探究不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织混杂复合材料的力学性能，根据混杂比设计10种不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织复合材料。采用电子式万能试验机、落锤法对其进行拉伸、冲击等测试，研究不同混杂结构拉伸性能和抗冲击性能的差异性。结果表明：层间结构的拉伸强度随UHMWPE织物层数增加而增大，在相同混杂比的情况下，UHMWPE(U)层夹芯芳纶（K）层时复合材料的拉伸性能较好；当K∶U=1∶3时，以芳纶织物为冲击面，混杂复合材料的抗冲击性能最佳；当K∶U=3∶1时，以UHMWPE织物为冲击面时，混杂复合材料的抗冲击性能最佳；所有混杂方式表现为正的混杂效应。     

拉挤成型碳纤维增强复合材料常温静力性能分析

为了进一步提高碳纤维材料的机械性能,并提高其可设计性,文章采用了四轴碳纤维经编织布与环氧树脂(EP),通过拉挤成形,获得了碳纤维布增强的EP复合材料。通过常温静力性能试验,考察其拉伸性能、压缩性能和断裂韧性,利用扫描电镜对其横截面进行观测,探讨其破坏机理。试验结果显示,该材料孔洞拉伸强度可达512 MPa,裂缝由孔洞向外扩展,以在纤维上破坏的为主,纤维抽离较少、基质受破坏程度低;该材料开口的压缩强度为270 MPa,在宏观上表现出45°的裂缝,其裂缝方向与内铺层相同,主要是剪切破坏。在微观上,呈现出复杂的层间分层、基体断裂,以及大量的纤维拔出,并伴随着纤维长度不等的断裂,使纤维和基质都被破坏;该材料的断裂韧性较好,可达70.5(MPa·m^(1/2))。     

纬编针织物双向拉伸变形特性及力学性能研究

分别采用棉、涤纶、黏胶纤维与氨纶交织编织3种纬平针织物,并采用X-Y型材料双向电子强力机分别对3种织物进行双向拉伸性能测试。通过不同拉伸方向、不同纵横向拉伸速率比测试,分析纬编针织物在双向拉伸过程中的力学性能。结果表明,在双向等速拉伸时,织物横向和纵向的拉伸断裂性能不一致,3种织物均具有良好的变形特性,在变形率增大时,织物表现出较强的抗破坏能力,适用于运动休闲服装;在双向异速拉伸时,随着纵向拉伸速率的逐渐增加,织物横向的断裂强力和断裂伸长都减小,而线圈纵行方向增加。该研究对针织服装的舒适性设计具有一定的参考价值。     

Kevlar964C纤维束拉伸性能的应变率和温度效应

利用旋转盘式杆杆型冲击拉伸装置和万能试验机研究Kevlar964C纤维束拉伸性能的温度和应变率效应,得到Kevlar964C纤维束在不同应变率和温度条件下的应力与应变曲线。结果表明：Kevlar964C纤维束的拉伸性能与应变率和温度具有相关性。在相同的温度下,随着应变率的增加,纤维束的破坏应力、失稳应变、初始弹性模量、断裂应变能密度均有不同程度增加;在相同应变率下,随着温度的增加,破坏应力略有增加,失稳应变增加,初始弹性模量下降,断裂应变能密度增加。在试验基础上,分析了拉伸性能的应变率和温度效应机制。     

2．5D芳纶机织复合材料弯曲性能测试

为了分析复合材料预制件结构和弯曲性能的关系,丰富2．5D复合材料的力学性能数据库,为2．5D复合材料的设计者提供参考;采用三点弯曲试验方法对4种结构的2．5D芳纶机织复合材料进行了经向和纬向弯曲性能测试;测试结果表明：带衬经结构复合材料经向的弯曲性能优于不带衬经结构复合材料,带衬纬结构复合材料纬向的弯曲性能高于不带衬纬结构复合材料;该测试的结论为：伸直状态的衬经纱对经向的弯曲性能具有大的贡献,伸直状态的衬纬纱对纬向的弯曲性能具有大的贡献。     

铺层角度对苎麻纤维复合材料性能的影响

基于真空辅助成型工艺,研究铺层角度对苎麻织物增强环氧树脂复合材料力学性能的影响,并将该铺层设计应用在复合材料桥梁模型上。结果表明:当铺层方式为纬向铺层(90°)时,复合材料的拉伸强度最大,为73.5 MPa;经纬交叉铺层(0°/90°)时,为72.4 MPa。当铺层方式为经纬交叉铺层时,复合材料的拉伸模量、弯曲强度、弯曲模量和剪切强度皆为最大,分别为3.8 GPa、108.2 MPa、5.0 GPa和21.7 MPa。综合拉伸、弯曲、剪切性能,经纬交叉铺层复合材料力学性能最优。苎麻纤维复合材料桥梁的最大载荷为8.79 kN,载荷质量比为12.08。     

玻璃纤维增强复合材料在水环境中的性能

为了解玻璃纤维增强材料在水环境中的性能变化,利用真空辅助树脂注入方法制作了2层和3层的玻璃纤维/不饱和聚酯树脂复合材料板材。在经过一定时间蒸馏水的浸泡后,对材料的拉伸及弯曲性能进行了测试,并对经水浸泡前后复合材料的显微照片进行了分析。测试结果表明:随着浸泡时间的增加,材料的拉伸强度呈下降趋势;板材的弯曲强度也有一定程度的下降。     

石英光纤针织物编织性能研究

基于石英光纤针织编织性能的探讨,对石英光纤的力学性能进行测试与分析,主要包括打结强度和钩接强度。结合石英光纤强度低、弯曲性能差、易脆断等性能特点,在手摇横机上将光纤作为衬纬纱编织衬纬针织物,并分析讨论不同弯曲半径、织物弯曲和拉伸对光纤损耗的影响。结果表明,光纤的损耗随弯曲半径的增加呈下降趋势,织物在拉伸和弯曲的过程中,纬向拉伸时光纤的损耗较大。石英光纤编织性能的研究为光纤传感产品的开发提供了依据。     

三维间隔织物复合材料弯曲性能研究

将树脂基体与三维间隔织物进行复合制成三维间隔织物复合材料。利用Instron 5969H型万能材料试验机对不同间隔高度的三维间隔织物复合材料进行弯曲性能测试,重点分析间隔高度与其弯曲性能的相关性。结果表明:三维间隔织物复合材料的弯曲性能与间隔高度呈负相关;三维间隔织物复合材料的纬向弯曲性能明显好于经向。     

三维管状编织复合材料的弯曲性能研究

以1 200 tex的E型玻璃纤维为原料,采用3DB-J100-8型模块化组合三维编织平台制备三维四向、三维五向管状编织物;以E51环氧树脂、H023聚醚胺组成树脂基体,与上述编织物复合制成三维管状编织复合材料;利用Instron 3385H型万能材料试验机测试并观察材料的弯曲性能,研究编织结构、编织角等结构参数对三维管状编织复合材料弯曲性能的影响规律。结果表明:三维管状编织复合材料破坏特性均表现为明显的脆性破坏;三维五向管状编织复合材料的抗弯性能明显好于三维四向管状编织复合材料;三维管状编织复合材料的弯曲性能均随编织角的增大而增加。     

三维间隔织物复合材料的制备及拉伸性能研究

介绍三维间隔织物复合材料的制备方法,并采用Instron 5969型万能材料试验机对三维间隔织物复合材料的拉伸性能进行测试,重点分析间隔高度、经纬向等结构参数对三维间隔织物复合材料拉伸性能的影响。结果表明:三维间隔织物复合材料拉伸性能随间隔高度的增加而下降;纬向拉伸性能优于经向。     

UHMWPE短纤维纱增强复合板性能研究

选用以1.21dtex、51mm的UHMWPE短纤维制成的2/295.5dtex纱,编制成单向、双向、平纹、纱罗、互绞五种增强层用于网格板,选用热塑性环氧树脂,采用涂刷方法制成厚度6 mm平板,取得试验样条,在WOTEI-20微机控制万能材料试验机上测取拉伸和弯曲性能。结果表明:复合板材的拉伸、弯曲性能均有增强,弯曲性能增强更为显著;编入纱线的X向的拉伸、弯曲增强明显较Y向好,但稳定性较差;双向有编织的板材,拉伸、弯曲增强更稳定。     

三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料弯曲性能及损伤机制

为解决陶瓷基复合材料在服役环境中由于弯曲而导致失效的问题,从理论上分析了经向和纬向弯曲过程中复合材料弯曲受力与内部纤维之间的相互作用机制。以SiC_f/SiC复合材料为例,利用微计算机断层扫描技术获得其内部纤维结构和孔隙等三维图像;并在此基础上,分别对三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料经向和纬向进行弯曲性能测试,从细观、微观尺度分析弯曲损伤机制。结果表明:三维机织角联锁SiC_f/SiC复合材料的纬向和经向性能明显不同,且纬向试样的弯曲强度大于经向试样;SiC_f/SiC复合材料的弯曲损伤模式复杂,经向试样裂纹主要沿着经纱与纬纱接触点扩展,而纬向试样裂纹主要在纬纱束之间产生,并最终导致弯曲破坏。     

Kevlar(R)964C纤维束拉伸性能的应变率和温度效应

利用旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和万能试验机研究Kevlar 964C纤维束拉伸性能的温度和应变率效应,得到Kevlar 964C纤维束在不同应变率和温度条件下的应力与应变曲线.结果表明:Keylar 964C纤维束的拉伸性能与应变率和温度具有相关性.在相同的温度下,随着应变率的增加,纤维束的破坏应力、失稳应变、初始弹性模量、断裂应变能密度均有不同程度增加;在相同应变率下,随着温度的增加,破坏应力略有增加,失稳应变增加,初始弹性模量下降,断裂应变能密度增加.在试验基础上,分析了拉伸性能的应变率和温度效应机制.