低弹纬编增强材料拉伸性能影响因素的研究

作     者：吴波伟 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张毅

授予年度：2016年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 082101[工学-纺织工程] 

主      题：纬编针织结构 增强材料 拉伸性能 曲面成型 

摘      要：近年来,纬编增强材料在复合材料界倍受关注,由于其具有良好的延伸性和较高的生产效率,作为纺织复合材料的增强体赋予了复合材料良好的成型性、抗冲击性和较低的生产成本。同时,其编织工艺灵活多变,可以生产表面受力均匀性和整体成型性较好的曲面成型增强材料。目前,纺织增强材料己广泛地被应用于航空、航海、汽车、医疗等众多产业领域。因此,纺织增强材料的研究越来越引起人们的关注,而纬编增强材料也随之被关注,特别是其曲面成型性研究引起了人们的浓厚兴趣。通过查阅大量的文献和对前人研究的了解与分析,发现随着纺织复合材料的快速发展,对纬编增强材料作为纺织复合材料增强体的研究也越来越多。但与其它纺织增强材料相比,纬编增强材料的研究相对还是较少,且深度也不够,基本集中在纬编轴向结构增强复合材料的研究,以及基于线圈几何模型的普通纬编增强复合材料力学性能的理论分析。而本文的研究旨在为纬编增强材料的结构选取、拉伸性能的增强及曲面成型编织提供理论与实验借鉴。本课题主要基于作为纺织复合材料增强体的纬编针织结构的可编织性、结构选取、拉伸性能及其曲面成型编织的研究。通过对不同的编织原料分析可知,短纤纱比长丝易于在电脑横机上编织,而长丝的力学性能较短纤纱好;对不同的增强结构分析,并根据作复合材料增强体的要求,选出适宜的增强结构分别是双罗纹空气层、双罗纹空气层、间隔组织和双反面组织;在试编过程中,确定编织工艺参数。利用Origin和Design-expert软件对增强材料拉伸测试数据进行分析,从增强结构角度看,最适宜作为纺织复合材料的增强体的结构依次为：间隔组织、双罗纹空气层组织、双反面组织、罗纹空气层组织;从编织原料角度看,编织原料的纱线形式和其力学性能是影响增强材料拉伸性能的决定性因素,其中纯涤短纤纱较纯棉短纤纱好,长丝较短纤纱好;而拼纱根数及编织度目对增强材料拉伸性能的影响均为非线性关系,四种低弹纬编增强材料的横纵向应力为响应值作响应面分析,得出各结构的最佳编织参数分别为：罗纹空气层编织度目85,根数5根;双罗纹空气层编织度目80,根数5根;间隔组织编织度目80,根数5根;双反面组织编织度目88,根数4根。为扩大纬编增强材料的应用领域,消除平面纬编增强材料用作曲面成型时产生应力不匀的问题,故对其进行了曲面成型编织工艺研究。通过改进三维曲面展开为二维平面的方法和对计算公式的修正,使编织的纬编曲面成型增强材料的成型效果更好,但存在无法放针过多和编织空气层增强材料时收放针连接处出现孔眼的问题。通过应用后放形式放针,使放针时新加的工作织针能钩上纱线,且放针数不受限制,则曲面成型可随意设计,不受编织工艺的影响;通过缩小空气层间的垫纱距离,使空气层曲面成型收放针连接处消除孔眼,至增强材料的受力更加均匀。上述对纬编增强材料拉伸性能影响因素和其曲面成型编织工艺的研究,对促进纬编增强材料在纺织复合材料中的应用具有一定的实际意义。