亚麻纤维非织造布复合材料的研究与开发.pdf

亚麻纤维非织造布复合材料的研究与开发 王 瑞焦晓宁郭秉臣郭兴峰 刘俊丽 ( 天津工业大学纺织与服装学院天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要：以亚麻纤维针刺非纵造布为增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体材料，开发了亚麻纤维非织造布增强树脂基复台材料n 通过对复台材料的托伸、弯曲性能测试置断口形态扫描电镜观察，研究了瓶麻纤维非织造布复台材料的综告性能。 关键词：亚麻非织造布不饱和聚酯树脂复台材料力学性能研究 中田法分类号：1 x1 7 65文献标识码：A 我国麻纤维约占世界总产量的9 0 ，近年来利 用麻纤维增强聚合物基体复台材料的研究越来越 多”“，但多以苎麻、剑麻、黄麻、大麻纤维及其织物 为主，将亚麻制成非织布再经树脂固化得到复合材 料的研究还未见报道。弧麻是我国麻纤维中产茸较 高的晶种之一，资源丰富，价格低廉，密度比所有无 机纤维都小，而弹性模量和拉伸强度与无机纤维相 近，在复合材料中可部分取代玻璃纤维等，亚麻纤维 的纺织性能较好，制作复合材料时生产成本低，有利 于节约能源，并且具有生物降解性和可再生性，对环 境无污染，这是其它任何增强纤维材料无法比拟的。 开发和研究的亚麻纤维增强复合材料是节省钢材、 木材及替代普通工程塑料，加速复合材料民用化的 热门课题，在环境保护和资源保护方面都有非常重 要的意义，特别是在民用方面，国外麻纤维复合材料 作为结构材料和非结构材料已占有一定的地位，并 且有着广泛的应用前景。3 “。 本文以开发成本低，制作r 艺简单的亚麻纤维 非织造布复合材料为目标，在分析亚麻纤维基本性 能的基础上，探索亚麻纤维针刺非织造布的加工及 其复合材料的制作工艺，并通过测定复合材料的力 学性能、破坏断口的s E M 观察与分析，研究了亚麻 纤维非织造布复合材料的基本性能，为开发与应用 亚麻非织造布复台材料提供理论依据。 1 材料及实验 1 I 亚麻纤维的基本性能测定 为改善纤维与树脂的界面结合状态，首先采用 煮练工艺对亚麻纤维进行_ 适当的脱胶处理。弧麻 用于非织造布中梳理加工的工艺纤维必须是束纤 维，但当脱胶过度时，纤维长度短，纤维问的作用力 及抱合力小足，容易在加工中产生落纤，故脱胶必须 适当。脱胶处理后，采用手排法、显微投影仪分别测 定亚麻纤维的长度与直径；采用Y G 0 0 l 型电子式单 纤维强力仪测试亚麻纤维的基本力学性能。采用亚 麻经脱胶后的工艺纤维，经扫描电镜观察，其纤维柬 由2 1 5 根单纤维组成，测试结果见表l 。 裹1 亚麻纤维基本性能的测斌结果 1 2 亚麻非织造布的加工及性能测试 亚麻纤维与玻璃纤维及碳纤维等相比，纤维柔 软，用针刺加1 二方法叶产非织造布增强纤维毡时，纤 维损伤小，且增厚效果好。作为增强材料，其生产流 程短、无需织造，加工成本低。 非织造布是以纤维形式存在于布中的一种成布 方式，根据成网方式的不同，纤维在布中的分布可以 是有方向性的，也可以是杂乱的。经针刺后的毡制 品由于“纤维销钉”的存在，具有三维增强效果，制品 的延伸性好，易于用模压法一次成型各种异形部件， 加：f 板材成本更低。此外，可通过调整针刺工艺，改 变针刺毡的厚度、定最、膨松度，以适应树脂固化时 对增强体的要求及制品性能的要求。 本实验采用开松、加湿及闷毛一盖板式梳理机 梳理，纵向平行铺网一+ 针刺的加工流程。针刺T 艺 为：预刺( 植针密度4 0 ( ) 0 针m ，针刺频率 3 0 0 刺m i n ) ；主刺( 上下各1 遍，植针密度 5 0 0 0 针m ，针刺频率4 0 0 刺m i n ) ；高密度主刺( 植针 密度6 0 0 0 针m ，针刺频率4 ( ) 0 刺“n ) 。制品的定量 为5 0 69 m ，厚度为2 2r m 。 1 3 亚麻非织造布复合材料的制作 采用真空辅助树脂传递模压法( R 1 m ) 制作了亚 麻纤维非织造布，不饱和聚酯复合材料，不饱和聚酯 树脂、过氧化甲乙酮促进剂和环烷酸钻引发剂三者 天津市自然科学基金资助项目编号：0 2 3 6 0 4 7 I 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 的用量配比为：l ( ) o ：1 O ：15 。经实测，板材试样的 厚度为2 3m n 。，纤维体积含量为1 5 8 ，树脂体积 含量为7 4 3 ，空隙率为99 ，密度为1 J 9 c m 。 1 4 复合材料力学性能测试 采用w D w 1 型微机控制电子万能试验机，参 照G B1 4 4 7 培3 拉伸性能试验方法”。、e B1 4 4 9 8 3 弯 曲性能试验方法”对试制的样品进行r 力学性能实 验。拉伸试片规格为：2 0 0m m ×2 5m m x2 3m m ( 长 ×宽×厚) ；弯曲试片规格为：8 0 ¨n ×1 51 1 1 t 1 1 × 2 3m m ( 长x 宽×厚) ；拉伸试样夹持距为1 0 0m m ； 弯曲试样跨距为3 7H u n ；加载速度均为2m m ，m i n 。 2 结果与分析 2 1 拉伸测试结果 由表2 可知，与其它麻类织物增强复合材料相 比，其拉伸断裂强度与拉伸模量较低“1 。这是由于 本实验的非织造布密度较小，使得纤维体积含量较 低；此外，针刺非织造布中纤维取向性较差，也使得 复合材料的断裂强度与拉伸模量降低。由表2 、图1 可见，试样纵向的断裂强度及断裂伸长率明显高于 横向，这是因为在加工非织造布时采用纵向平行铺 网，纤维排列以纵向为主而形成的。曲线的初始阶 段呈现线性特性，随着载荷的逐渐加大，曲线趋于平 缓，呈现非线性变形。这是由于砸麻纤维与不饱和 聚酯均为弹甥性材料，复合后仍表现为弹塑性力学 行为。 衰2 试样拉伸性能测试结果 弯曲方向最太载荷 挠度弯曲强度 弯曲弹性模量 ( k N )( 咖1 )( M P a )t M h ) 横向O ( 髓2 6 46 58 02 6 7 61 8 纵向01 4 532 5】0 14 23 1 8 4 】l 围1 试样拉伸的负荷 一伸长曲线 2 2 弯曲测试结果 A U m 朗2 试样弯曲的载荷 挠度曲线 由表3 可知，与其它麻类织物增强复台材科的 弯曲强度及模量相接近”“。图2 是试样的典型弯 曲一变形曲线。由表3 、图2 可以明显看出，试样纵 向比试样横向的载衙及挠度都太，纵向弹性模量较 横向弹性模量大。 2 3 扫描电镜( S E M ) 观察 由图3 看出，纤维与树脂之间存在微小空隙。 这是因为弧麻纤维为工艺纤维，没有完全脱胶，加上 未对_ 【= 艺纤维采取进一步的表面处理。致使亚麻纤 维与不饱和聚酯树脂未能较好的融合。此外，真空 辅助R T M 工艺用于非织造布增强复合材料时，存完 全固化前由于真空压力逐渐减小造成厚度方向的微 小回弹而产生部分气泡与空隙。 由图4 中断口形貌看出纤维、树脂断裂及纤维 与树脂剥离的情况。托伸破坏的损伤领域较大，断 口处纤维露出较多。这是由于亚麻纤维非织造布在 复台材料中的纤维排列呈弯曲状态较多，树脂及部 分纤维拉断时，部分纤维由弯曲到伸长直至断裂，表 现出断口露出的纤维较多。同时，纤维的不同时断 裂l 乜使得非织造布增强复合材料比通常的织物增强 复合材料的拉伸强度要低。 围3 试样截面的s E M 照片圈4 试样拉伸破坏的断口形貌 3 结论与展望 1 通过对亚麻纤维进行适当的脱胶处理，选择 合理的梳理与针刺j r 艺，能够制得定量、膨松度符合 要求的针刺非织造布复合材料增强毡。 2 为进·步改善纤维与树脂的界面结合状态， 还应对艟麻纤维进行其它方法的表面处理。 3 亚麻纤维非织造布复台材料的拉伸和弯曲 性能较低，适合于一般承载或非承载的结构材料。 4 由于是开发弧麻非织造布复台材料的初步 探索，实验中还存在许多不够完善之处，如亚麻纤维 和树脂的界面粘接强度不够高；纤维体积含量较小； 非织造布的针刺密度还不够，在完仝固化前由于真 空压力逐渐减小容易产生厚度方向的回弹而造成气 泡与空隙等。 参考文献 王俊勃等苎麻纤维增强酚醛复合材料的研究纤维复台材料 2 0 0 “3 ) ：1 3 1 5 狐 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 一类不确定性纺织过程的自组织模糊控制 潘海鹏柯挺戴文战 ( 浙江T 程学院，杭州3 1 0 0 3 3 ) 摘要：针对娄小确定性纺织生产过程，提出一种自组织模糊拄制算法。该算法不执行矩阵运尊，而是通过对对象的辨识按照 由学二J 的方法直接修改模糊决策表增强丁控制的实时性。应用结果表明，算法对具有慢时瘦、大滞后、非线性的一娄不确定性纺 织过程控制效果明显。 美键词：小确定性纺织过程 自组织控制模糊控制 中圈灌分娄号：1 s1 0 37文献标识码：A 在纺织工业生产中，存在着这样一类被拧过程， 如浆纱机浆液的温度调节、染整溶液的液位控制、纺 纱机纱线的自溻匀整、纺织材料干燥控制等，这些控 制过程的共同特点是被控对象均具有大时滞、非线 性以发模型结构的不确定性。针对此类具有不确 定性因素的对象，采用常规的P l D 控制模式，控制效 果往钠一不佳。而模糊算法就比较适合于这类问题的 控制，其突出优点是对所述数学模型的不敏感性，但 常规模糊控制器推理规则的确定过分依赖人们的操 作经验，一日经验总结不合适，得到的规则就不完 善，从而引起控制效果的不佳。因此，研究具有自调 整功能的冉组织模糊控制器十分必要。本文针对一 类不确定性纺织生产过程控制，设计r 一种基于规 则可调整的自组织模糊控制器，并将其用于工业水 浴锅的温度控制，取得了良好的效果， l 自组织模糊控制器 1 1自组织模糊控制器的结构 自组织模糊控制器的结构如图l 所示，s 为求 取偏差变化，船、G c 分别为偏差及偏差变化量化因 子，c u 为输出比例因子。它是在简单模糊控制器 的基础上增加了= ! 个功能部件而构成的。其中，性 能测量：根据偏差及偏差变化，确定输出的校正量P ( n 7 ) ；控制量校正：将输出的校止量变换为对控制 量的校正量r ( n ，) ；规则修正：通过修正规则来实现 对控制量的校正。 由于这种控制器同时具有系统辨识和修正控制 规则的功能，所以允许控制器的起始控制规则可以 是不太完善或不太精确的模型，然后依靠自学习叻 能不断修改或完善控制规则，改善系统的控制特性， 并最终符合控制指标要求。 圈1自组织模糊控制器原理框图 1 2自组织模糊控制算法的设计 1 21 控制量的校正设r ( E ，E c u ) 为基本模 糊控制器的控制表，r E ，E c ，P ( n r ) ：为性能测量 校正表，根据事先确定的性能测量规则表，通过模糊 推理与合成，即可求得P ( n r ) ，根据文献 2 则有： 1 ) 对于单输入一单输出纯滞后不大的系统其校正镊 为：r ( n 7 1 ) = 七* P ( n 丁) ；( 为比例系数) 。校正后 的控制量为：y ( n T ) ：¨( n r ) + r ( n T ) 。2 ) 对于 _ I i 滞后m r 的系统，校正后的控制量为：F ( n r m 7 1 ) = “( n r m 丁) + r ( 丁) 。 1 2 2 控制规则的修正 对于单输入一单输出系 统，设系统存在滞后m r ，e ( n r m z ) 、e c ( n ，一 m r ) 、u ( n 丁一m r ) 分别表示过去n r m r 时刻的偏 差、偏差变化、控制量P ( n ，一m r ) 为校正后的控制 奉项目系浙江省自然科学基盒与浙江省教委资助项H “一o L 一J “一I 1 。一·一I 2 王鹏E 等苎麻纤维增强环境意暇复合材料的研制纤维复台材报，J 9 9 5 ( 2 ) ：1 9 、2 5 料，2 0 0 1 ( “ ：2 7 2 9 3 肖加余普天然复台材料及其制品研究与开发现状玻璃钢复 合材料，2 I ) 0 2 ( 2 ) ：3 8 4 3 4 郑融等黄麻纤维，环氧复合材料及其性能分析复台材料学 5c Bl “7 8 3 玻璃纤维增强担料拉伸性能试验方洼目家标准 局1 9 8 3 ：2 3 0 2 3 5 6c B1 4 4 9 8 3 玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法国家标准 局，l 粥3 ：9 2 4 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark