CN108342804A - 一种纺织复合材料预制件及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明一种纺织复合材料预制件及其应用，本发明提供的纺织复合材料预制件由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；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、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；本发明中通过在纤维的表面包覆超高分子量聚乙烯，并选择一定量的玄武岩纤维作为被包覆的纤维，使得制备得到的预制件应用于超高分子聚乙烯时，不仅能显著改善超高分子聚乙烯的缺陷，如表面硬度低、热变形温度低、刚性差以及蠕变性能较差的问题，而且能提高复合材料的层间剪切力。

Description

一种纺织复合材料预制件及其应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种纺织复合材料预制件及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是分子量在150万以上的无支链的线性聚乙烯，是一种具有众多的优异特性的工程塑料。其耐磨性和耐冲击性能两项指标是现有塑料中最突出的，此外，UHMWPE自润滑性能好、摩擦系数低、耐化学品腐蚀、耐老化，并且具有优良的电绝缘性。
但是，超高分子聚乙烯的表面硬度低、刚度差、热变形温度低以及蠕变性能较差，实际生产中，常常通过填加填料如采用玻璃微珠、玻璃纤维、云母、滑石粉、二氧化硅、三氧化二铝、二硫化钼、炭黑等对超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)进行填充改性，可使表面硬度、刚度、蠕变性以及热变形温度得以较好地改善；但是通过这些方法的到的超高分子聚乙烯复合材料的层间剪切力较差。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种纺织复合材料预制件及其制备方法，本发明提供的预制件作为超高分子聚乙烯复合材料的增强体，在改善超高分子聚乙烯的本身缺陷的同时，提高了复合材料的层间剪切力。
本发明提供了一种纺织复合材料预制件，由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；
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，所述第一纤维的细度为600tex～2400tex。
优选的，所述第二纤维的细度为600tex～2400tex。
优选的，所述第三纤维的细度为600tex～2400tex。
优选的，所述超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
优选的，所述超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
优选的，所述超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
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，所述编织中，经纱的交织层数为2～9层。
本发明还提供了一种本发明所述的纺织复合材料预制件作为增强体在制备超高分子量聚乙烯复合材料中的应用。
与现有技术相比，本发明一种纺织复合材料预制件，由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；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、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；本发明中通过在纤维的表面包覆超高分子量聚乙烯，并选择一定量的玄武岩纤维作为被包覆的纤维，使得制备得到的预制件应用于超高分子聚乙烯时，不仅能显著改善超高分子聚乙烯的缺陷，如表面硬度低、热变形温度低、刚性差以及蠕变性能较差的问题，而且能提高复合材料的层间剪切力。
附图说明
图1为本发明所述的三维角联锁机织物组织图；
图2为三维角联锁机织物上机图。
具体实施方式
本发明提供了一种纺织复合材料预制件，由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；
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，所述超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维中，所述第一纤维为玄武岩纤维，所述玄武岩纤维的细度优选为600tex～2400tex，更优选为700tex～1500tex，最优选为800tex～1200tex，最优选为850tex～900tex；所述包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm，优选为0.001～0.09mm，更优选为0.01～0.07mm。
按照本发明，所述超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维中，所述第二纤维的细度优选为600tex～2400tex，更优选为700tex～1500tex，最优选为800tex～1200tex，最优选为850tex～900tex；所述包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm，优选为0.001～0.09mm，更优选为0.01～0.07mm；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。
按照本发明，所述超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维中，所述第三纤维的细度优选为600tex～2400tex，更优选为700tex～1500tex，最优选为800tex～1200tex，最优选为850tex～900tex；所述包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm，优选为0.001～0.09mm，更优选为0.01～0.07mm；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。
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或角联锁编织；另外，本发明对编织中的经纱、纬纱和垂纱的纱线密度没有特殊要求，本领域技术人员可以按照实际的需要进行设定；其中，所述经纱的密度优选为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，本发明对经纱、纬纱交织的层数也没有特殊要求，本领域技术可以根据实际需要选择，本发明优选经纱交织的层数为2～9层，更优选为3～7层，最优选为4～6层。
另外，本发明对超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的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。
具体的，所述三维角联锁编织的预制件的结构图见图1和图2，图1为本发明所述的三维角联锁机织物组织图，图中，曲线为经纱，圆点为纬纱。图2为三维角联锁机织物上机图，从图中可以看出，经纱为8根，纬纱为56根是完成一个投梭循环。具体的，本发明以超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物为原料，根据经纱和纬纱的交织层数确定各层经纱和纬纱的交织规律，设计超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物组织，根据各层经纱和纬纱的交织规律并画出超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的机织物的结构示意图；再根据超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的机织物的结构示意图画出超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的机织物组织图，最后通过超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的机织物组织图得到超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的机织物的上机图，采用超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维为经纱，超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维为纬纱，根据超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维机织物的上机图，在织机上织造得到预制件。
本发明还提供了一种本发明所述的纺织复合材料预制件作为增强体在制备超高分子量聚乙烯复合材料中的应用。本发明提供的超高分子量聚乙烯不仅具有好的表面硬度、刚度、蠕变性以及热变形温度；而且超高分子聚乙烯复合材料的层间剪切力较好。
本发明一种纺织复合材料预制件，由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；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、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；本发明中通过在纤维的表面包覆超高分子量聚乙烯，并选择一定量的玄武岩纤维作为被包覆的纤维，使得制备得到的预制件应用于超高分子聚乙烯时，不仅能显著改善超高分子聚乙烯的缺陷，如表面硬度低、热变形温度低、刚性差以及蠕变性能较差的问题，而且能提高复合材料的层间剪切力。此外，使用本发明所述的预制件制备的复合材料的电磁屏蔽性能、防火性能也有了显著的提高，而且，本发明所述的预制件还可以直接用于飞机机翼、轮船底部等易磨损部位，降低易磨损部位的磨损。
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
0.08mm厚的超高分子量聚乙烯包覆的细度为1000tex的玄武岩纤维作为经纱、0.09mm厚的超高分子量聚乙烯包覆900tex玻璃纤维作为纬纱和垂纱，经纱的交织层数为8层；纬纱的交织层数10；根据经纱和纬纱的层数确定各层经纬与纱线的交织规律，设计超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维和超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物组织，根据各层经纱和纬纱的交织规律画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图；根据超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图，通过超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图；根据得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图，在普通剑杆织机上织造得到纺织复合材料预制件，通过XLB25-L平板硫化机对得到的预制件进行模压成型，所述XLB25-L平板硫化机的模压时间为42min；模压温度为200℃；模压压力为10MPa，得到处理后的纺织复合材料预制件。
将得到的预制件制备成超高分子量聚乙烯复合材料，并对得到的聚乙烯复合材料进行层间剪切力测试，结果证明，其具有很好的层间剪切力。
实施例2
0.06mm厚的超高分子量聚乙烯包覆的细度为930tex的玄武岩纤维作为经纱、0.08mm厚的超高分子量聚乙烯包覆780tex玻璃纤维作为纬纱和垂纱，经纱的交织层数为4层；纬纱的交织不限；根据经纱和纬纱的层数确定各层经纬与纱线的交织规律，设计超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维和超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物组织，根据各层经纱和纬纱的交织规律画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图；根据超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图，通过超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图；根据得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图，在普通剑杆织机上织造得到纺织复合材料预制件，通过XLB25-L平板硫化机对得到的预制件进行模压成型，所述XLB25-L平板硫化机的模压时间为32min；模压温度为190℃；模压压力为15MPa，得到处理后的纺织复合材料预制件。
将得到的预制件制备成超高分子量聚乙烯复合材料，并对得到的聚乙烯复合材料进行层间剪切力测试，结果证明，其具有很好的层间剪切力。
实施例3
0.03mm厚的超高分子量聚乙烯包覆的细度为950tex的玄武岩纤维作为经纱、0.04mm厚的超高分子量聚乙烯包覆850tex玻璃纤维作为纬纱和垂纱，经纱的交织层数为8层；纬纱的交织层数不限；根据经纱和纬纱的层数确定各层经纬与纱线的交织规律，设计超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维和超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物组织，根据各层经纱和纬纱的交织规律画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图；根据超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的结构示意图画出超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图，通过超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的组织图得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图；根据得到超高分子量聚乙烯包覆的玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯包覆的玻璃纤维的三维角联锁机织物的上机图，在普通剑杆织机上织造得到纺织复合材料预制件，通过XLB25-L平板硫化机对得到的预制件进行模压成型，所述XLB25-L平板硫化机的模压时间为40min；模压温度为190℃；模压压力为5MPa，得到处理后的纺织复合材料预制件。
将得到的预制件制备成超高分子量聚乙烯复合材料，并对得到的聚乙烯复合材料进行层间剪切力测试，结果证明，其具有很好的层间剪切力。
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)

1.一种纺织复合材料预制件，由超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维、超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维和超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维编织而成；
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所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述第一纤维的细度为600tex～2400tex。
3.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述第二纤维的细度为600tex～2400tex。
4.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述第三纤维的细度为600tex～2400tex。
5.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯包覆的第一纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
6.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯包覆的第二纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
7.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯包覆的第三纤维中，包覆的超高分子量聚乙烯的厚度为小于等于0.1mm。
8.根据权利要求1所述的纺织复合材料预制件，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。
9.根据权利要求8所述的纺织复合材料预制件，其特征在于，所述编织中，经纱的交织层数为2～9层。
10.一种权利要求1～9任意一项所述的纺织复合材料预制件作为增强体在制备超高分子量聚乙烯复合材料中的应用。
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