CN106544776A - 一种三维织物 - Google Patents

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崔磊
王雪梅
冉祥海
华凯峰
张健
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Abstract

本发明提供了一种三维织物，由第一纤维、第二纤维和第三纤维编织而成，且所述第一纤维为玄武岩纤维；所述第二纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或聚酰亚胺纤维；所述第三纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或聚酰亚胺纤维；本发明通过采用玄武岩纤维作为三维织物编织的原料，使得制备得到的纤维具有很好的力学性能，尤其具有很好的刚性。

Description

一种三维织物
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种三维织物。
背景技术
三维织物复合材料是近20年来发展出的一种新型复合材料，它是以高性能纤维经特殊的编制工艺编制的三维织物为增强体，利用三维织物三维的结构特性显著改善了传统复合材料的力学性能缺陷，从根本上克服了传统层合板复合材料层间剪切强度低而且易分层的缺点，该复合材料应用前景非常广阔，可广泛应用于航空航天、建筑、化工、医学、电子、农业等军工和民用领域。
目前，关于三维织物的研究还是比较多的，如碳纤三维织物、玻纤三维织物，这些三维织物应用于复合材料虽然解决了剪切强度低且易分层的问题，但是得到的复合材料的刚性却不是很好。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供三维织物，本发明提供的三维织物应用于复合材料得到的复合材料的刚性好。
本发明提供了一种三维织物，由第一纤维、第二纤维和第三纤维编织而成，
所述第一纤维为玄武岩纤维；
所述第二纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维；
所述第三纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维。
优选的，所述碳纤维为T-300碳纤维、T-400碳纤维、T-700碳纤维或T-800碳纤维。
优选的，所述玻璃纤维为S-玻璃纤维或C-玻璃纤维。
优选的，所述芳纶纤维为50D芳纶纤维、100D芳纶纤维、130D芳纶纤维、200D芳纶纤维、300D芳纶纤维或400D芳纶纤维。
优选的，所述玄武岩纤维为单丝直径为11μm～25μm连续玄武岩纤维。
优选的，所述径向纱线的密度为20～400根/cm2。
优选的，所述纬纱的密度为20～400根/cm2。
优选的，所述垂纱的密度为20～400根/cm2。
优选的，所述编织为三维正交编织、角联锁编织或全结编织。
优选的，所述三维织物的宽度为5～200cm。
与现有技术相比，本发明提供了一种三维织物，由第一纤维、第二纤维和第三纤维编织而成，且所述第一纤维为玄武岩纤维；所述第二纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或聚酰亚胺纤维；所述第三纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或聚酰亚胺纤维；本发明通过采用玄武岩纤维作为三维织物编织的原料，使得制备得到的纤维具有很好的力学性能，尤其具有很好的刚性，另外，本发明由于采用第一纤维与其它纤维进行编织，使得制备得到的纤维各向异性好，可满足单方向对受力有要求的应用。实验结果表明，本发明提供的三维织物应用于复合材料，其抗冲击能力参照GB/T1451测试的冲击强度可高达690kJ/m2。
附图说明
图1为本发明所述的三维织物三维正交混编的径向截面图。
具体实施方式
本发明提供了一种三维织物，由第一纤维、第二纤维和第三纤维编织而成，
所述第一纤维为玄武岩纤维；
所述第二纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维；
所述第三纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维。
按照本发明，所述碳纤维优选为T-300碳纤维、T-400碳纤维、T-700碳纤维或T-800碳纤维，更优选为T-300碳纤维或T-400碳纤维。所述玻璃纤维优选为S-玻璃纤维或C-玻璃纤维。所述芳纶纤维优选为50D芳纶纤维、100D芳纶纤维、130D芳纶纤维、200D芳纶纤维、300D芳纶纤维或400D芳纶纤维。所述玄武岩纤维优选为单丝直径为11μm～25μm连续玄武岩纤维，更优选为单丝直径为12μm～22μm连续玄武岩纤维，最优选为单丝直径为15μm～19μm连续玄武岩纤维，更优选为单丝直径为16μm～18μm连续玄武岩纤维。
本发明中，所述径向纱线的密度优选为20～400根/cm2，更优选为50～300根/cm2，最优选为100～250根/cm2，最优选为150～200根/cm2；所述纬纱的密度优选为20～400根/cm2，更优选为50～300根/cm2，最优选为100～250根/cm2，最优选为150～200根/cm2；所述垂纱的密度优选为20～400根/cm2，更优选为50～300根/cm2，最优选为100～250根/cm2，最优选为150～200根/cm2。
另外，本发明对所述第一纤维、第二纤维和第三纤维作为哪种方向的纱线并没有特殊要求，即第一纤维可以作为经纱、纬纱或垂纱，第二纤维也可以作为经纱、纬纱或垂纱，第三纤维也可以作为经纱、纬纱或垂纱；本领域技术人员可以根据实际需要选择特定纤维作为特定方向的纱线。
所述三维织物的宽度优选为5～200cm，更优选为50～150cm，最优选为80～10cm。
本发明中，本发明所述编织优选为三维正交编织、角联锁编织或全结编织，更优选为三维正交编织；具体的，所述三维正交编织的三维织物的结构图见图1，图1为本发明所述的三维正交混编的径向截面图，图中，1～8为经纱，圆点为纬纱，9为垂纱。其中，1、2层经纱和纬纱交织结构形成一层织物层，3、4层为一层织物层，以此类推，5、6层为一层织物层、7和8为一层，9层垂纱将4层纤维织物连接，形成三维正交纤维组织结构。
本发明提供了一种三维织物，通过采用玄武岩纤维作为三维织物编织的原料，意外的发现，得到的三维织物应用于复合材料的制备时，得到的复合材料的力学性能性能优异，尤其是刚性显著的增强；且将玄武岩纤维作为原料，大大节约了三维织物的成本，且制备方法简单，易于实现产业化；另外，本发明所述的三维织物当采用不同的纤维编织而成时，不仅力学性能好，而且各项异性较好，可满足单方向对受力有要求的应用。
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
经纱为单丝直径为12μm的连续玄武岩纤维；纬纱为碳纤维T-300；垂纱为S-玻纤。径向纱线密度为100根/cm2，纬纱密度为150根/cm2，垂纱密度为160根/cm2，采用三维正交组织机构编织，经纱为4层，得到宽度为50cm三维织物。
将环氧树脂作为复合材料的基材，分别称取环氧树脂30g、偶联剂0.5g和固化剂0.5g，搅拌备用；糊树脂置于中间层，树脂层上下层为本发明所述的三维织物，最外层为聚酯膜覆盖。置于挤出机中，在80MPa下制成模塑板材；将制成模塑板材置于硫化成型机上，固化温度为220℃，固化时间为30min，压力为7MPa，固化成型玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。
对得到的复合材料进行抗冲击能力测试，实验结果表明，冲击强度可高达605kJ/m2。
实施例2
经纱是碳纤维T-400；纬纱为S-玻纤；垂纱为单丝直径为20μm的连续玄武岩纤维(CBF)。径向纱线密度为150根/cm2，纬纱密度为160根/cm2，垂纱密度为150根/cm2，采用三维正交组织机构编织，经纱为6层，得到宽度为100cm三维织物。
将环氧树脂作为复合材料的基材，分别称取环氧树脂30g、偶联剂0.5g和固化剂0.5g，搅拌备用；糊树脂置于中间层，树脂层上下层为本发明所述的三维织物，最外层为聚酯膜覆盖。置于挤出机中，在50MPa下制成模塑板材；将制成模塑板材置于硫化成型机上，固化温度为200℃，固化时间为25min，压力为5MPa，固化成型玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。
对得到的复合材料进行抗冲击能力测试，实验结果表明，冲击强度可高达690kJ/m2。
实施例3
经纱、纬纱和垂纱都为单丝直径为15μm的连续玄武岩纤维。径向纱线密度为50根/cm2。径向纱线密度为50根/cm2，纬纱密度为180根/cm2，垂纱密度为150根/cm2，采用三维正交组织机构编织，经纱为6层，得到宽度为80cm三维织物。
将环氧树脂作为复合材料的基材，分别称取环氧树脂30g、偶联剂0.5g和固化剂0.5g，搅拌备用；糊树脂置于中间层，树脂层上下层为本发明所述的三维织物，最外层为聚酯膜覆盖。置于挤出机中，在40MPa下制成模塑板材；将制成模塑板材置于硫化成型机上，固化温度为160℃，固化时间为40min，压力为8MPa，固化成型玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。
对得到的复合材料进行抗冲击能力测试，实验结果表明，冲击强度可高达520kJ/m2。
对比例1
经纱、纬纱和垂纱都为S-玻纤。径向纱线密度为50根/cm2。径向纱线密度为50根/cm2，纬纱密度为180根/cm2，垂纱密度为150根/cm2，采用三维正交组织机构编织，经纱为6层，得到宽度为80cm三维织物。
将环氧树脂作为复合材料的基材，分别称取环氧树脂30g、偶联剂0.5g和固化剂0.5g，搅拌备用；糊树脂置于中间层，树脂层上下层为对比例1得到的三维织物，最外层为聚酯膜覆盖。置于挤出机中，在40MPa下制成模塑板材；将制成模塑板材置于硫化成型机上，固化温度为160℃，固化时间为40min，压力为8MPa，固化成型玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料。
对得到的复合材料进行抗冲击能力测试，实验结果表明，冲击强度可高达380kJ/m2。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三维织物，由第一纤维、第二纤维和第三纤维编织而成，
所述第一纤维为玄武岩纤维；
所述第二纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维；
所述第三纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维或玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述碳纤维为T-300碳纤维、T-400碳纤维、T-700碳纤维或T-800碳纤维。
3.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述玻璃纤维为S-玻璃纤维或C-玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述芳纶纤维为50D芳纶纤维、100D芳纶纤维、130D芳纶纤维、200D芳纶纤维、300D芳纶纤维或400D芳纶纤维。
5.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述玄武岩纤维为单丝直径为11μm～25μm连续玄武岩纤维。
6.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述径向纱线的密度为20～400根/cm2。
7.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述纬纱的密度为20～400根/cm2。
8.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述垂纱的密度为20～400根/cm2。
9.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述编织为三维正交编织、角联锁编织或全结编织。
10.根据权利要求1所述的三维织物，其特征在于，所述三维织物的宽度为5～200cm。
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