本發(fā)明屬于三維機織物的制備領(lǐng)域，特別是涉及一種輕質(zhì)高強抗壓縮復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，人們對復合材料提出的更高的要求，比如輕質(zhì)、高強、抗分層和耐壓縮等綜合特性。熱固性復合材料由于強度模量高，耐腐蝕和耐老化等性能，在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應用。然而，熱固性復合材料的密度較高，限制了在交通運輸和航空航天領(lǐng)域的應用。有人采用蜂窩結(jié)構(gòu)復合材料板或者三明治結(jié)構(gòu)發(fā)泡材料復合材料板作為輕質(zhì)抗壓縮材料。但是該類材料由于多層材料相互粘合而成，容易造成分層破壞。
以三維織物作為增強體制備的復合材料具有整體性好抗分層能力強的優(yōu)點。三維間隔織物由兩個表面層和一個中間間隔層組成，通過連續(xù)的紗線將這三部分連接在一起。間隔織物的上下面層同傳統(tǒng)的二維織物一樣，由經(jīng)緯紗交織而成，而中間芯層則是由連接上下面層的柱紗組成，柱紗沿織物經(jīng)向呈“8”字形、X形或V形排列。由于兩個面層間有Z向連接，間隔織物復合材料克服了層合材料間的面、芯剝離現(xiàn)象，具有優(yōu)異的整體性、耐久性和抗沖擊性。由于該材料可以一次復合成型，使加工成本降低，并且其擁有連續(xù)孔洞，具有整體性好、質(zhì)地輕的特點，廣泛應用于能源、交通運輸、建筑、航海等領(lǐng)域等方面。
三維間隔織物復合材料由于具有中空結(jié)構(gòu)，質(zhì)量很輕，比壓縮強度較高。然后在復合材料受到壓縮時，間隔紗變形和破壞導致復合材料結(jié)構(gòu)破壞。即使通過增加間隔紗的數(shù)量的方法，也因為受到織造工藝的限制，也無法顯著增加壓縮強度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種操作簡單，效果明顯的輕質(zhì)耐壓縮熱塑性復合材料的制備方法。該方法獲得的輕質(zhì)耐壓縮熱塑性復合材料，具有三維一體的中空網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且間隔紗之間相互粘合支撐，形成了有效的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而獲得了很好的耐壓縮能力。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種抗壓縮復合材料的制備方法，其特征在于，包括：采用三維機織織造工藝織造三維間隔織物；然后采用手糊法將樹脂涂覆在織物的表面，并滲入織物內(nèi)部，固化，固化過程中將織物壓縮，間隔紗被壓縮成屈曲結(jié)構(gòu)并相互觸碰，固化后間隔紗之間借助于間隔紗吸附的樹脂在上述的相互觸碰的位置相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，得到抗壓縮復合材料。
將三維間隔織物進行壓縮，目的是使相鄰的間隔紗線之間相互接觸，在吸收樹脂并且固化后可以形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高復合材料的耐壓縮能力。因此，根據(jù)間隔紗密度和高度的不同，三維織物的壓縮比可以是0.1至0.9之間的參數(shù)。優(yōu)選地，所述的固化過程中將織物壓縮至原厚度的1/2。
優(yōu)選地，所述的三維間隔織物的經(jīng)緯紗為高性能纖維、其它合成纖維以及天然纖維中的一種或多種混雜。
優(yōu)選地，所述的間隔紗線為高性能纖維或其它合成纖維、高性能纖維或其它合成纖維的膨體紗結(jié)構(gòu)，高性能纖維或其它合成纖維的空氣變形紗或者多毛羽的混紡紗、或普通長絲纖維形式的紗線。
優(yōu)選地，所述的高性能纖維為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維、玄武巖纖維以及石英纖維中的一種或者多種混雜。
所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、不飽和乙烯基樹脂、酚醛樹脂和聚二甲基硅氧烷樹脂等熱固性樹脂；也可以是聚氨酯樹脂，聚乙烯醇樹脂和聚丙烯酸樹脂溶液等熱塑性樹脂。
優(yōu)選地，所述的三維間隔織物可以是三維機織間隔織物，也可以是三維針織間隔織物或三維編織間隔織物等具有垂直間隔紗線的織物結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
(1)本發(fā)明以膨體紗作為間隔紗，膨體紗結(jié)構(gòu)吸附樹脂能力強，獲得的輕質(zhì)抗壓縮復合材料中間隔紗通過樹脂相互粘合，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，使材料具有輕質(zhì)和耐壓縮能力；
(2)本發(fā)明獲得的輕質(zhì)抗壓縮復合材料的增強織物為三維機織物，具有中空結(jié)構(gòu)、三維一體結(jié)構(gòu)和抗分層特性；
(3)本發(fā)明獲得的輕質(zhì)熱塑性耐壓縮復合材料在民用、軍用、航空航天和建筑等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景；
(4)本發(fā)明提供的方法新穎，成本低，過程簡單，適合于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
附圖說明
圖1三維間隔結(jié)構(gòu)織物示意圖；1-間隔紗，2-緯紗，3-經(jīng)紗
圖2輕質(zhì)抗壓縮復合材料；1-間隔紗，2-緯紗，3-經(jīng)紗，4-間隔紗粘結(jié)點。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實施例1三維玻璃纖維織物增強環(huán)氧樹脂抗壓縮復合材料
如圖2所示，本實施例的抗壓縮復合材料包括間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3，間隔紗1之間形成間隔紗粘結(jié)點4，間隔紗1之間相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。
選擇線密度為800tex玻璃纖維(巨石集團)作為經(jīng)紗、緯紗，線密度為600tex(巨石集團)的玻璃纖維膨體紗作為間隔紗，采用多組綜框織造工藝，通過控制綜框進而控制經(jīng)紗和間隔紗的運動方式；同時采用多劍竿引緯工藝，控制緯紗的運動方式，織造三維機織間隔織物，如圖1所示，所述的三維間隔結(jié)構(gòu)三維機織間隔織物由間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3組成。
上述的抗壓縮復合材料的制備方法為：
步驟一、采用三維機織織造工藝織造三維間隔織物：
第一步雙引緯裝置引緯紗，第二步單組綜框運動上下經(jīng)紗層交織，第三步雙組綜框運動間隔紗交織，第四步打緯，第五步步進電機卷取，第六步重復上述步驟完成一個完整循環(huán)的織造。最后獲得的三維間隔織物經(jīng)緯密：10根/厘米；間隔紗密度：10根/厘米；織物長度10厘米；寬度10厘米，高度1厘米。
步驟二、復合材料固化過程
選用環(huán)氧樹脂(廣州恒粵化工有限公司，牌號：E-51)與配套的固化劑按照體積比例為4∶1的關(guān)系制成環(huán)氧樹脂溶液800毫升，采用手糊法涂覆在三維織物表面，并使樹脂滲透到織物內(nèi)部。然后，將三維織物置于模具當中壓縮至原本厚度的1/2即0.5厘米，間隔紗被壓縮成屈曲結(jié)構(gòu)并相互觸碰，放置在烘箱中加熱固化，加熱溫度80攝氏度，加熱時間8小時固化，固化后間隔紗之間借助于間隔紗吸附的樹脂在上述的相互觸碰的位置相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；獲得三維玻璃纖維織物增強環(huán)氧樹脂抗壓縮復合材料，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。經(jīng)測試得，復合材料的密度為1.2公斤/立方厘米，拉伸強度281兆帕，橫向壓縮強度63兆帕。
實施例2三維玄武巖纖維織物增強不飽和乙烯基聚酯樹脂抗壓縮復合材料
如圖2所示，本實施例的抗壓縮復合材料包括間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3，間隔紗1之間形成間隔紗粘結(jié)點4，間隔紗1之間相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。
選擇線密度為800tex玄武巖纖維(石金玄武巖纖維有限公司)作為經(jīng)紗緯紗，線密度為600tex的玄武巖纖維膨體紗(石金玄武巖纖維有限公司)作為間隔紗，采用多組綜框織造工藝，通過控制綜框進而控制經(jīng)紗和間隔紗的運動方式；同時采用多劍竿引緯工藝，控制緯紗的運動方式，織造三維機織間隔織物。如圖1所示，所述的三維間隔結(jié)構(gòu)三維機織間隔織物由間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3組成。織物參數(shù)：經(jīng)緯密12根/厘米；間隔紗密度：12根/厘米；織物長度15厘米；寬度10厘米，高度0.9厘米。
上述的抗壓縮復合材料的制備方法為：
步驟一、采用三維機織織造工藝織造三維間隔織物：同實施例1。
步驟二、復合材料固化過程：
選用不飽和聚酯樹脂(廣州恒粵化工有限公司，牌號：901-VP)與配套的固化劑按照體積比例為10∶1的關(guān)系制成樹脂溶液800毫升，采用手糊法涂覆在三維織物表面，并使樹脂滲透到織物內(nèi)部。然后，將三維織物置于模具當中壓縮至原本厚度的2/3即0.6厘米，間隔紗被壓縮成屈曲結(jié)構(gòu)并相互觸碰，放置在烘箱中加熱固化，加熱溫度40攝氏度，加熱時間6小時固化，固化后間隔紗之間借助于間隔紗吸附的樹脂在上述的相互觸碰的位置相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；獲得三維玄武巖纖維織物增強不飽和乙烯基聚酯樹脂抗壓縮復合材料，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。經(jīng)測試得，復合材料的密度為1.1公斤/立方厘米，拉伸強度246兆帕，橫向壓縮強度51兆帕。
實施例3三維碳纖維纖維織物增強酚醛樹脂抗壓縮復合材料
如圖2所示，本實施例的抗壓縮復合材料包括間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3，間隔紗1之間形成間隔紗粘結(jié)點4，間隔紗1之間相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。
選擇線密度為1000tex碳纖維(東麗公司，T-300)作為經(jīng)紗緯紗，線密度為600tex的玄武巖纖維膨體紗(石金玄武巖纖維有限公司)作為間隔紗，采用多組綜框織造工藝，通過控制綜框進而控制經(jīng)紗和間隔紗的運動方式；同時采用多劍竿引緯工藝，控制緯紗的運動方式，織造三維機織間隔織物。如圖1所示，所述的三維間隔結(jié)構(gòu)三維機織間隔織物由間隔紗1、緯紗2和經(jīng)紗3組成。織物參數(shù)：經(jīng)緯密10根/厘米；間隔紗密度：10根/厘米；織物長度15厘米；寬度10厘米，高度0.6厘米。
上述的抗壓縮復合材料的制備方法為：
步驟一、采用三維機織織造工藝織造三維間隔織物：同實施例1。
步驟二、復合材料固化過程：
選用熱固性酚醛樹脂溶液800毫升(江陰萬千化學品有限公司)，采用手糊法將樹脂涂覆在三維織物表面，并使樹脂滲透到織物內(nèi)部。然后，將三維織物置于模具當中壓縮至原本厚度的2/3即0.4厘米，間隔紗被壓縮成屈曲結(jié)構(gòu)并相互觸碰，放置在烘箱中加熱固化，加熱溫度180攝氏度，加熱時間4小時固化，固化后間隔紗之間借助于間隔紗吸附的樹脂在上述的相互觸碰的位置相互粘合形成交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)；獲得三維碳纖維纖維織物增強酚醛樹脂抗壓縮復合材料，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。經(jīng)測試得，復合材料的密度為1.1公斤/立方厘米，拉伸強度406兆帕，橫向壓縮強度69兆帕。