CN107399122A - 一种纺织结构增强体及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纺织结构增强体及制备方法，其涉及复合材料领域。该纺织结构增强体的制备方法通过使用非织造材料作为基体层，通过使用广角布作为基体层的增强层，使得制备的纺织结构增强体具备较强的抵抗纵横向变形能力和优越的综合力学性能。因此，本发明实施例提供的纺织结构增强体的制备方法的制备工艺简单，所制备的纺织结构增强体具备抵抗纵横向变形能力强、力学性能优越、各向性能均衡的特点，其应用于汽车、建筑和民用等增强复合材料领域具备非常广阔的前景。

Description

一种纺织结构增强体及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种纺织结构增强体及制备方法。
背景技术
近年来，随着材料工程技术的突飞猛进，纺织结构增强复合材料因其比强度高、比刚度大等优点而受到越来越多的关注，应用领域不断扩大，从原先的军事应用逐渐扩展到民用、交通、工业、航空航天、体育和娱乐等多个产业用领域。
目前，纺织结构增强复合材料所使用的增强体有多种形式，如散纤维、二维平面织物、三维正交立体织物以及非织造织物等，但这些增强体各自单独用于增强复合材料时有一定局限性，具体表现出的缺点为：强度不够、容易分层、制备工艺复杂且成本高等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纺织结构增强体，其具备抵抗纵横向变形能力强、力学性能优越和各向性能均衡等特点。
本发明的另一目的在于提供一种纺织结构增强体的制备方法，该制备方法具备加工工艺简单，制备成本低的优点，并且其制备出的纺织结构增强体机械强度高，具备均衡稳定的各向同性性能。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。
本发明提出一种纺织结构增强体的制备方法，其包括：将第一纤维加工为非织造材料；将第二纤维加工成为广角布；将广角布铺于非织造材料的两个相对的表面，并对广角布和非织造材料进行固定层连接，使其形成三层纺织结构增强体复合材料。
本发明还提出一种纺织结构增强体，其是通过上述的纺织结构增强体的制备方法制备所得。
本发明实施例的纺织结构增强体及制备方法的有益效果是：本发明提供的纺织结构增强体的制备方法通过使用非织造材料作为基体层，通过使用广角布作为基体层的增强层，使得制备的纺织结构增强体具备较强的抵抗纵横向变形能力和优越的力学性能。因此，本发明实施例提供的纺织结构增强体的制备方法的制备工艺简单，所制备的纺织结构增强体具备抵抗纵横向变形能力强、力学性能优越、各向性能均衡的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的纺织结构增强体的加工流程图；
图2为本发明第一实施例提供的纺织结构增强体层截面示意图；
图3为本发明第一实施例提供的纺织结构增强体界面连接平面示意图；
图4为本发明第二实施例提供的纺织结构增强体层截面示意图；
图5本发明第三实施例提供的纺织结构增强体层截面示意图；
图6本发明第四实施例提供的纺织结构增强体层截面示意图。
图标：110-开清设备；112-气流成网机；114-交叉铺网机；115-输送罗拉；116-非织造纤维层；117-广角布层；118-挤压罗拉；119-平板加压装置；120-水刺预装置；122-水刺装置；124-挤压罗拉；126-平网式热风烘燥装置；128-红外烘燥装置；130-纺织结构增强体；230-纺织结构增强体；330-纺织结构增强体；430-纺织结构增强体；132-外层；232-外层；332-外层；432-外层；134-内层；136-碳纤维长丝股线经纱；137-碳纤维短纤；138-碳纤维长丝股线纬纱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。另外，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明实施例的纺织结构增强体及制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供的一种纺织结构增强体的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将第一纤维加工为非织造材料。
进一步地，在本发明实施例当中，第一纤维选用高性能短纤维，并且优选地，选用碳纤维和芳纶等高性能短纤维。需要说明的是，非织造材料采用非织造加工的工艺流程，将高性能短纤维加工成所需定量、各向同性的非织造材料。
需要强调的是，非织造加工的开清工艺过程必须尽可能将高性能短纤维梳理成单根纤维，选择气流成网的方式加工成各向同性的非织造材料，非织造布的定量可以设计在30-65g/m2，再通过交叉铺网机对非织造布进行铺层，从而获得定量在260-280g/m2的非织造材料。
S2、将第二纤维加工成为广角布。
进一步地，选用一定细度的高性能纤维长丝在广角布织机上加工成与非织造材料同样幅宽的长丝纤维广角布。
具体地，选取高性能长丝双股线36-48tex×2，经纬密设计为130-148根/10cm，采用喷水织机加工成所需规格的广角布。
S3、将广角布铺于非织造材料的两个相对的表面，并对广角布和非织造材料进行固定层连接，使其形成三层纺织结构增强体复合材料。
进一步地，在固定层连接的加工过程中，其是通过以下的方式进行：非织造材料处于整个输送装置中间，广角布置于非织造材料的上层与下层，将上、中、下层材料通过输送装置叠合进入加压罗拉后迅速进入平板加压装置，然后顺利进入水刺预装置，接着进入水刺装置，从水刺装置出来以后先通过一对挤压罗拉去除增强体中所含80～90％的水分，再经过2-3道烘燥装置，至完全烘干。
具体地，输送装置是由三层喂入罗拉组成，分别用于三层增强材料的输送。需要说明的是，在输送过程中，三层喂入罗拉速度要保持一致，以保证三层增强材料喂入的同步性。
进一步地，挤压罗拉是用于对三层增强材料进行预加压，去除增强材料内部含有的空隙，预压实增强材料，提高增强材料的面密度。
进一步地，平板加压装置采取喇叭口的形式喂入，主要是防止增强材料从挤压罗拉走出后因蓬松而在进口堵塞，平板加压装置由上夹持板和下夹持板组成，上、下夹板之间的隔距可以调节，以适应不同厚度，通过施加不同的压力来进一步压实材料。
进一步地，水刺预装置是由水刺头和脱水箱组成，其作用是去除里面所含的空气，这样有利于增强材料更好的吸收水的能量，加强后道水刺过程的缠结效果。
进一步地，水刺装置分成两道进行，由于增强材料的厚度较厚，且水刺的目的是为了将中间层的非织造材料上下表层的纤维能能够很好的纠缠住外层广角布的经纬纱，水刺装置由2-3排水刺头组成和脱水箱组成。挤压罗拉的作用则是用于去除增强材料所含的水分，以提高后道工序的烘燥效率。
进一步地，烘干过程进行2-3次，并且2-3道烘燥装置前道采用平网热风穿透式烘燥机，借助热气流作为热载体将热量传递给三层增强材料使水分蒸发达到烘燥的目的，后道采用红外辐射方式，进一步使增强材料内部的纤维材料烘干均匀。
本发明实施例还提供了一种纺织结构增强体，其是通过上述的纺织结构增强体的制备方法制备所得。需要说明的是，本发明实施例提供的纺织结构增强体具备较强的机械力学性能，尤其是抵抗纵横向变形能力，因此，其应用于汽车、建筑和民用等增强复合材料领域具备非常广阔的前景。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种纺织结构增强体130的制备方法，具体地，是通过以下的方式实施地：
碳纤维短纤137的规格选用：长度为7～10mm，细度为0.3745g/m；碳纤维长丝规格48tex×2，以自行改造的喷水织机加工成广角布，经纬密为136根/10cm。
请参照图1，将碳纤维送入开清设备110，将碳纤维短纤137尽可能梳理成单根纤维状，并顺利输送到气流成网机112，加工获得纤维排列杂乱化程度较高的碳纤维网，定量达到60g/m2，将碳纤维网送入到交叉铺网机114上，使得铺成的纤维网定量达到220g/m2，获得非织造纤维层116。
继续参照图1，在非织造纤维层116的上部和下部各有一层广角布层117，将三层材料分别通过输送罗拉115同时喂入一对挤压罗拉118，将三层材料预先压实，缩小非织造纤维层116与广角布层117之间的间隙，并立即喂入平板加压装置119，采用合适的压力压平三层材料，使表面趋于更加平整，进入水刺预装置120，将材料内部的空气尽可能去除掉，由于上层和下层的广角布层117均需要与中间的非织造纤维层116之间形成缠结，必须经过两道水刺装置122，且水刺装置122之间必须加装两个输送罗拉115，用于翻转三层材料，水刺装置122的作用是利用高速高压的水流作用将非织造纤维层116的上下表层碳纤维短纤137与广角布上的碳纤维长丝股线经、纬纱之间能够很好的纠缠在一起，以达到非织造层与广角布层117之间良好的缠结效果，挤压罗拉124选择一定的隔距和压力，去除材料中所含80％左右的水分，然后依次进入两个平网式热风烘燥装置126和红外烘燥装置128，将剩余15％左右的水分继续去除，由于红外烘燥装置128的烘燥均匀性较高，可以彻底烘燥获得三明治式新型纺织结构增强体130。
进一步地，请参照图2，三明治式新型纺织结构增强体130的外层132为两层碳纤维长丝广角布，内层134为碳纤维纤非织造层，但三明治式新型纺织结构增强体130表面的组织结构接结比较紧密，请参照图3，碳纤维短纤137与碳纤维长丝股线经纱136、碳纤维长丝股线纬纱138之间形成很好的纠缠粘结效果，稳定了整三明治式新型纺织结构增强体130的整体性。
需要说明的是，本实施例以碳纤维长丝与碳纤维短纤137原料为例，加工三明治型的新型纺织结构增强体130，主要用于开发轻质、高强的汽车门板时使用。
本实施例还提供了一种纺织结构增强体130，其是通过本实施提供的纺织结构增强体130的制备方法制备所得。
第二实施例
本实施例提供了一种纺织结构增强体230的制备方法，其与第一实施例提供的纺织结构增强体130的制备方法大致相同，不同之处在于，本实施例提供的纺织结构增强体230的制备方法所制备的广角布与第一实施例的广角布有所不同。
具体地，本实施例所制备的广角布的经纬密为130根/10cm。
请参照图4，本实施例还提供了一种纺织结构增强体230，其是通过本实施提供的纺织结构增强体230的制备方法制备所得，其与第一实施例不同的是纺织结构增强体230的外层232是由经纬密为130根/10cm的广角布构成。
第三实施例
本实施例提供了一种纺织结构增强体330的制备方法，其与第二实施例提供的纺织结构增强体230的制备方法大致相同，不同之处在于，本实施例提供的纺织结构增强体330的制备方法所制备的广角布与第一实施例的广角布有所不同。
具体地，本实施例所制备的广角布的经纬密为148根/10cm。
请参照图5，本实施例还提供了一种纺织结构增强体330，其是通过本实施提供的纺织结构增强体330的制备方法制备所得，其与第二实施例不同的是纺织结构增强体330的外层332是由经纬密为148根/10cm的广角布构成。
第四实施例
本实施例提供了一种纺织结构增强体430的制备方法，其与第一实施例提供的纺织结构增强体330的制备方法大致相同，不同之处在于，本实施例提供的纺织结构增强体430的制备方法所制备的广角布与第一实施例的广角布有所不同。
具体地，本实施例所制备的广角布的经纬密为142根/10cm。
请参照图6，本实施例还提供了一种纺织结构增强体430，其是通过本实施提供的纺织结构增强体430的制备方法制备所得，其与第三实施例不同的是纺织结构增强体430的外层432是由经纬密为142根/10cm的广角布构成。
综上所述，本发明提供的纺织结构增强体的制备方法通过使用非织造材料作为基体层，通过使用广角布作为基体层的增强层，使得制备的纺织结构增强体具备较强的抵抗纵横向变形能力和优越的综合力学性能。因此，本发明实施例提供的纺织结构增强体的制备方法的制备工艺简单，所制备的纺织结构增强体具备抵抗纵横向变形能力强、力学性能优越、各向性能均衡的特点。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，其包括：
将第一纤维加工为非织造材料；
将第二纤维加工成为广角布；
将所述广角布铺于所述非织造材料的两个相对的表面，并对所述广角布和所述非织造材料进行固定层连接，使其形成三层纺织结构增强体复合材料。
2.根据权利要求1所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述第一纤维为高性能短纤维；所述第二纤维为高性能纤维长丝。
3.根据权利要求2所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述高性能短纤维包括碳纤维、芳纶中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述广角布的经纬密设置为130-148根/10cm。
5.根据权利要求1所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述广角布的幅宽和所述非织造材料的幅宽相同。
6.根据权利要求1所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，在对所述广角布和所述非织造材料进行固定层连接的过程中，依次包括加压处理、水刺处理、挤压除水处理和烘干处理。
7.根据权利要求6所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述加压处理包括预加压和定型加压。
8.根据权利要求6所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，所述烘干处理过程中，进行了多次烘干。
9.根据权利要求6所述的纺织结构增强体的制备方法，其特征在于，进行多次烘干的过程中，分别采用热风烘干方式和红外辐射烘干方式进行。
10.一种纺织结构增强体，其特征在于，所述纺织结构增强体是通过上述权利要求1-9任意一项所述的纺织结构增强体的制备方法制备所得。
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