CN108839358A - 一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法，该方法包括制备经编间隔织物，取织物面组织纱线以及间隔丝；采用两把间隔梳栉对称垫纱的方式进行编织，获得间隔丝交叉排列形成三角形外观形态的经编间隔织物；制备软质聚氨酯泡；制备复合材料。采用本申请提供的方法制备的复合材料上、下表面层的密度值远大于间隔层的密度值，间隔织物由间隔丝将两个织物表面层连接在一起，因此间隔织物的间隔层只存在间隔丝，这就造成间隔层的密度值小于表面层，进而造成复合材料的上、下表面层的密度值大于间隔层。所制备的经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的整体密度分布情况是均匀的，可以满足实际工程使用的要求。

Description

一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及新型材料制备技术领域，特别是涉及一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法。
背景技术
一直以来，聚氨酯材料出众的弹性和韧性被广泛认可，其被广泛应用于各种领域。但是，作为一种结构材料，仅仅具有出众的弹性和韧性是不够的，实际工程应用中对材料的强度也有较高的要求，而这正是聚氨酯材料的软肋。因此，在使用过程中，需要使用增强体来增强聚氨酯材料，使之兼备良好的弹性、韧性以及强度。
发明内容
本发明提供了一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法。
本发明提供了如下方案：
一种新型经编间隔织物复合材料的制备方法，包括：
制备经编间隔织物，取织物面组织纱线以及间隔丝；采用两把间隔梳栉对称垫纱的方式进行编织，获得间隔丝交叉排列形成三角形外观形态的经编间隔织物；
制备软质聚氨酯泡沫，取多元醇98～105份、异氰酸酯43.1～44份、催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～0.9份、开孔剂0～3份，采用预聚体法、半预聚体法、一步法中的任意一种方法进行发泡获得所述软质聚氨酯泡沫；
制备复合材料，取所用模具，将所述模具包括的上平板以及下平板上分别涂抹脱模剂；在一定环境温度以及一定相对湿度条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀，将所述经编间隔织物放置于所述模具内后将所述上平板盖合，对所述模具进行加热，待其内部的软质聚氨酯泡沫熟化成型后脱模既得所述复合材料。
优选的：所述织物面组织纱线为300D/96F涤纶复丝，所述间隔丝包括0.2 mm的涤纶单丝以及0.16mm的涤纶单丝。
优选的：所述催化剂为具有凝胶能力的单体。
优选的：取多元醇100份、异氰酸酯43.7份、催化剂0.2份、硅油0.8 份、开孔剂2份。
优选的：所述预聚体法包括将多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将催化剂、水、硅油、开孔剂加入预聚体中在高速搅拌下进行发泡。
优选的：所述半预聚体法包括将部分多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将剩余部分多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂加入，在高速搅拌下混合发泡。
优选的：所述一步法包括将多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂一次性加入，在高速搅拌下混合进行发泡。
优选的：在环境温度为22℃以及相对湿度为65％的条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀。
一种所述方法制备的新型经编间隔织物复合材料。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
通过本发明，可以实现一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法，在一种实现方式下，该方法可以包括制备经编间隔织物，取织物面组织纱线以及间隔丝；采用两把间隔梳栉对称垫纱的方式进行编织，获得间隔丝交叉排列形成三角形外观形态的经编间隔织物；制备软质聚氨酯泡沫，取多元醇98～105 份、异氰酸酯43.1～44份、催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～0.9份、开孔剂 0～3份，采用预聚体法、半预聚体法、一步法中的任意一种方法进行发泡获得所述软质聚氨酯泡沫；制备复合材料，取所用模具，将所述模具包括的上平板以及下平板上分别涂抹脱模剂；在一定环境温度以及一定相对湿度条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀，将所述经编间隔织物放置于所述模具内后将所述上平板盖合，对所述模具进行加热，待其内部的软质聚氨酯泡沫熟化成型后脱模既得所述复合材料。采用本申请提供的方法制备的复合材料上、下表面层的密度值远大于间隔层的密度值，这和间隔织物独特的结构有关，间隔织物由间隔丝将两个织物表面层连接在一起，因此间隔织物的间隔层只存在间隔丝，这就造成间隔层的密度值小于表面层，进而造成复合材料的上、下表面层的密度值大于间隔层。复合材料上表面的密度值和下表面的密度值很接近，同时复合材料间隔层的密度值基本保持不变。由以上分析可知，所制备的经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的整体密度分布情况是均匀的，可以满足实际工程使用的要求。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明实施例提供的复合材料的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的开孔剂含量0％的聚氨酯泡沫的SEM图；
图3是本发明实施例提供的开孔剂含量2％的聚氨酯泡沫的SEM图；
图4是本发明实施例提供的开孔剂含量3％的聚氨酯泡沫的SEM图。
具体实施方式
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
参见图1、图2、图3、图4，为本发明实施例提供的一种新型经编间隔织物复合材料及其制备方法，该方法包括制备经编间隔织物，取织物面组织纱线以及间隔丝；采用两把间隔梳栉对称垫纱的方式进行编织，获得间隔丝交叉排列形成三角形外观形态的经编间隔织物；所述织物面组织纱线为300D/96F涤纶复丝，所述间隔丝包括0.2mm的涤纶单丝以及0.16mm的涤纶单丝。
间隔梳栉针背横移针距数可以直接影响间隔丝倾斜程度，即间隔梳栉针背横移针距数越大，间隔丝越接近水平，反之，间隔梳栉针背横移针距数越小，间隔丝越接近垂直。间隔织物在受到外界载荷作用时，倾斜的间隔丝会由于剪切力的作用发生倾倒，失去了支撑的作用，进而削弱了织物整体的力学性能。因此，为了避免此种情况的发生，本申请采取两把间隔梳栉对称垫纱的方式，所编织的2组间隔丝是交叉排列，形成一个三角形的外观形态，以使织物结构达到稳定。由于经编间隔织物是在双针床经编机上编织，织物的上、下表面是在两个相互独立的针床上进行编织，故织物的上、下表面组织结构可以根据实际需要编织成相同组织结构，也可以编织成不相同的组织结构。
制备软质聚氨酯泡沫，取多元醇98～105份、异氰酸酯43.1～44份、催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～0.9份、开孔剂0～3份，采用预聚体法、半预聚体法、一步法中的任意一种方法进行发泡获得所述软质聚氨酯泡沫；所述催化剂为具有凝胶能力的单体。进一步的，取多元醇100份、异氰酸酯43.7份、催化剂0.2份、硅油0.8份、开孔剂2份。所述预聚体法包括将多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将催化剂、水、硅油、开孔剂加入预聚体中在高速搅拌下进行发泡。所述半预聚体法包括将部分多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将剩余部分多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂加入，在高速搅拌下混合发泡。所述一步法包括将多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂一次性加入，在高速搅拌下混合进行发泡。
软质聚氨酯泡沫是通过多元醇与异氰酸酯的聚合反应得来。软质聚氨酯泡沫是具有回弹性的一类柔性聚氨酯泡沫材料，是目前市场上用量最大的一种聚氨酯产品。软质聚氨酯泡沫大多为开孔结构，一般具有弹性回复好、质量轻、抗冲击、吸声、透气、透湿、保温等优点，目前主要用在家具的垫材、座椅的垫材以及各种柔性衬垫层压复合材料。
软质聚氨酯的发泡工艺有三种，预聚体法：将多元醇(A料)和异氰酸酯 (B料)先制备成预聚体，再将催化剂、水、硅油等加入预聚体中在高速搅拌下进行发泡；半预聚体法：将部分多元醇(A料)和异氰酸酯(B料)先制备成预聚体，再将剩余部分多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水等加入，在高速搅拌下混合发泡；一步法发泡：将多元醇(A料)和异氰酸酯(B料)、催化剂、硅油、水等原料一次性加入，在高速搅拌下混合进行发泡。
为了使A、B料能够反应发泡，需要加入有凝胶能力的单体作为催化剂。同时需要加入开孔剂形成泡孔，加入硅油以润滑泡孔侧壁，使泡孔圆润光滑。为了降低反应速率，还需再加入延时类催化剂，这样便可在室温下完成交联固化反应生成聚氨酯泡沫。
为了探讨不同软质聚氨酯体系对复合材料性能的影响，本申请对配方进行了部分改进，即对开孔剂的含量进行了变化，分别取0％、2％和3％的开孔剂含量以测试开孔剂含量的变化对复合材料性能的影响。图2-4为3种不同含量开孔剂(依次为0％、2％和3％)的聚氨酯泡沫的SEM图。从图2-4中可以看出，由于A、B料反应过程中会产生少量气体，在开孔剂含量为0％的聚氨酯泡沫中也存在少量的泡孔，但随着开孔剂含量的增加，聚氨酯泡沫中泡孔的数量明显增多。
制备复合材料，取所用模具，将所述模具包括的上平板以及下平板上分别涂抹脱模剂；在一定环境温度以及一定相对湿度条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀，将所述经编间隔织物放置于所述模具内后将所述上平板盖合，对所述模具进行加热，待其内部的软质聚氨酯泡沫熟化成型后脱模既得所述复合材料。在环境温度为22℃以及相对湿度为65％的条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀。
当前聚合物基复合材料成型的方法主要有：手糊成型法、模压成型法、缠绕成型法、真空辅助树脂传递模塑成型法(VARTM)等。不同的增强体材料结构，不同的基体材料性能，所采用的成型方法也不尽相同。
经编间隔织物与传统的增强体材料相比，其面密度比二维机织及编织结构的面密度要小,聚氨酯基体材料比较容易浸润。且间隔织物为三维立体结构，如采用VARTM方法，在基体材料固化前，间隔织物会因真空气压作用产生压缩形变，进而失去三维立体结构特性。故本文选用了手糊成型法来制备经编间隔织物复合材料试样。手糊成型法因其操作简单、产品尺寸灵活、制品可设计性好等优点备受青睐。
手糊成型法制备的经编间隔织物增强聚氨酯复合材料制品一般在熟化脱模后24h可达到完全熟化稳定，可以对其进行下一步实验测试。手糊成型法操作应在环境温度22℃,相对湿度65％条件下进行，相对湿度过低或过高都会对聚氨酯泡沫的性能有影响。制备出的复合材料见图1，其结构参数见表1。从表1可以看出，复合材料中纤维体积含量比较低，这是因为经编间隔织物独有的间隔层结构以及织物表面线圈结构之间的连接与串套方式造成其密度远不如其它纺织增强材料。此外，纤维体积含量还与复合成型工艺参数，如时间和温度等有关系。但是尽管复合材料中纤维体积含量较低，但是经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的力学却令人满意。
表1
本申请实施例还可以提供一种新型经编间隔织物复合材料。
采用本申请提供的方法制备的复合材料上、下表面层的密度值远大于间隔层的密度值，这和间隔织物独特的结构有关，间隔织物由间隔丝将两个织物表面层连接在一起，因此间隔织物的间隔层只存在间隔丝，这就造成间隔层的密度值小于表面层，进而造成复合材料的上、下表面层的密度值大于间隔层。复合材料上表面的密度值和下表面的密度值很接近，同时复合材料间隔层的密度值基本保持不变。由以上分析可知，所制备的经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的整体密度分布情况是均匀的，可以满足实际工程使用的要求。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：制备经编间隔织物，取织物面组织纱线以及间隔丝；采用两把间隔梳栉对称垫纱的方式进行编织，获得间隔丝交叉排列形成三角形外观形态的经编间隔织物；制备软质聚氨酯泡沫，取多元醇98～105份、异氰酸酯43.1～44份、催化剂0.1～0.3份、硅油0.5～0.9份、开孔剂0～3份，采用预聚体法、半预聚体法、一步法中的任意一种方法进行发泡获得所述软质聚氨酯泡沫；制备复合材料，取所用模具，将所述模具包括的上平板以及下平板上分别涂抹脱模剂；在一定环境温度以及一定相对湿度条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀，将所述经编间隔织物放置于所述模具内后将所述上平板盖合，对所述模具进行加热，待其内部的软质聚氨酯泡沫熟化成型后脱模既得所述复合材料。
2.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述织物面组织纱线为300D/96F涤纶复丝，所述间隔丝包括0.2 mm的涤纶单丝以及0.16mm的涤纶单丝。
3.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为具有凝胶能力的单体。
4.根据权利要求3所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，取多元醇100份、异氰酸酯43.7份、催化剂0.2份、硅油0.8份、开孔剂2份。
5.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述预聚体法包括将多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将催化剂、水、硅油、开孔剂加入预聚体中在高速搅拌下进行发泡。
6.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述半预聚体法包括将部分多元醇和异氰酸酯先制备成预聚体，再将剩余部分多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂加入，在高速搅拌下混合发泡。
7.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，所述一步法包括将多元醇和异氰酸酯、催化剂、硅油、水、开孔剂一次性加入，在高速搅拌下混合进行发泡。
8.根据权利要求1所述的新型经编间隔织物复合材料的制备方法，其特征在于，在环境温度为22℃以及相对湿度为65%的条件下将所述软质聚氨酯泡沫浇筑至所述下平板上并确保分布均匀。
9.一种权利要求1至8任意一项所述方法制备的新型经编间隔织物复合材料。
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