橡胶复合材料用聚酰亚胺纤维纬编织物结构与性能

作     者：郭梦惟 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙颖

授予年度：2022年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 08[工学] 082101[工学-纺织工程] 

主      题：橡胶复合材料 聚酰亚胺纤维 纬编织物 拉伸性能 层间剪切性能 低速冲击性能 铺覆成型性 

摘      要：高性能橡胶复合材料具有高比强度、高延伸率的特点,在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用潜力。固体火箭发动机绝热层选用橡胶复合材料,可以实现绝热层与燃烧室内壁紧密贴合,共同承载的效果。高性能纤维纬编织物用作橡胶材料的增强体,可以改善橡胶复合材料在使用过程中增强体与基体变形不协调导致的破坏问题。本课题从纤维性能测试与优选、织物结构设计与制备、橡胶复合材料制备、复合材料力学性能测试等方面,研究了聚酰亚胺纤维纬编织物增强丁腈橡胶复合材料的结构与性能。首先,测试了PI纤维的拉伸性能和钩接性能,结果表明与其他高性能纤维相比,PI纤维的拉伸强度和勾接强度均比Kevlar纤维和Vectran纤维高,其勾接强度保留率最高为49%,弯曲成圈损伤较小。对于织造纬编织物,不经过任何处理的PI纤维上机织造性能良好,织物线圈呈现歪斜状态。其次,基于罗纹结构,设计了四种结构参数的罗纹织物和四种捆绑结构的衬经织物。与其他衬经织物相比,移圈工艺为两行横移一针距,连续横移两次的衬经织物U4的铺覆变形性最优,其总体变形率为12.8%,选择U4织物作为橡胶复合材料的增强体。利用模压成型工艺制备平行铺层结构和正交铺层结构的纬编织物增强丁腈橡胶复合材料。最后,测试了纬编织物增强橡胶复合材料的纵向拉伸、层间剪切和低速冲击性能。结果表明,对于罗纹织物复合材料,大丝束纤维、长线圈长度和正交铺层的罗纹织物复合材料具有更高的拉伸强度和抗冲击能力。在层间剪切作用下,小丝束纤维和长线圈长度的试样强度更高,铺层结构对层间剪切强度影响较小。橡胶基体沿线圈方向产生裂纹为主要损伤形式,在厚度方向上产生较大塑性变形,不发生分层开裂。对于衬经织物复合材料,正交铺层试样的拉伸、层间剪切和抗冲击性能均优于平行铺层试样。其拉伸损伤形貌主要为橡胶基体沿衬经纱方向开裂,层间剪切以及冲击损伤形貌不明显。衬经织物复合材料与罗纹织物复合材料相比,其强度明显增大,变形性略有下降。