專(zhuān)利名稱(chēng)：一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬麻和聚丙烯復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚 丙烯復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
環(huán)境污染和能源危機(jī)一直受到全世界的廣泛關(guān)注，各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)者也致力 于探尋保護(hù)環(huán)境、節(jié)省能源的方法和途徑。在復(fù)合材料研究方面也不例外，20世紀(jì)90年代 “生物復(fù)合材料”的概念出現(xiàn)，所謂生物復(fù)合材料，綠色復(fù)合材料或生物降解復(fù)合材料，指的 就是能與人類(lèi)環(huán)境和諧共存，可以降解或所用原料可再生的復(fù)合材料。天然植物纖維增強(qiáng) 熱塑性樹(shù)脂復(fù)合材料也被歸類(lèi)為綠色復(fù)合材料，其中麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料是比較常 用的一種天然纖維復(fù)合材料。麻纖維素含量高、強(qiáng)度大、纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，屬于高性能的天然 植物纖維；聚丙烯樹(shù)脂力學(xué)性能好，耐腐蝕，可重復(fù)加工和使用。麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材 料加工能量消耗少，材料可循環(huán)再生利用，材料密度小，質(zhì)量輕，隔音性能好，能量吸收能力 好，耐沖擊，無(wú)脆性斷裂。目前麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的增強(qiáng)體結(jié)構(gòu)包括短纖維，長(zhǎng)纖維，非織造布， 二維織物及其鋪層。申請(qǐng)?zhí)?00710144532. 2將亞麻纖維和聚烯烴混合共混擠出造粒制備 復(fù)合材料；申請(qǐng)?zhí)?3126995. 8將劍麻纖維制備成非織造的氈，然后與聚丙烯膜熱壓制備復(fù) 合材料；申請(qǐng)?zhí)?00410019063. 8將亞麻纖維制成非織造布預(yù)制件，并通過(guò)真空吸注法，與 不飽和聚酯樹(shù)脂共同制備復(fù)合材料；申請(qǐng)?zhí)?00910095342. 5將二維麻機(jī)織物按一定角度 鋪層，使用樹(shù)脂傳遞模塑成型工藝增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂；申請(qǐng)?zhí)?00710150837. 4將亞麻紗與聚 丙烯長(zhǎng)絲并絲后編織成針織物，利用常規(guī)熱壓方法制備。但是對(duì)于以上的材料而言，麻纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料存在力學(xué)無(wú)向性，而且力 學(xué)特性不高的問(wèn)題；二維麻織物及其鋪層增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料明顯存在易分層，損傷容限 低等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材 料，該復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異，密度低，能夠重復(fù)使用，且制備簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，該材料的制備包括采用三維正交麻織物作為預(yù)制件，聚丙烯作為基體；熱壓前采用鋪層方法將聚丙 烯膜鋪于三維正交機(jī)織麻織物的上下兩面，然后熱壓制備而成；所述麻織物由麻紗線(xiàn)織造。所述三維正交機(jī)織麻織物所用的麻種類(lèi)包括苧麻，亞麻，黃麻，大麻，所用麻 紗的細(xì)度為115tex-3300tex，根據(jù)所用紗線(xiàn)的不同，三維正交機(jī)織麻織物厚度范圍為 lmm-50mmo所述聚丙烯膜的厚度為0. 2mm-5mm。所述熱壓前將三維正交機(jī)織麻織物烘干，使織物回潮率在2%以下，以避免熱壓時(shí)復(fù)合材料內(nèi)產(chǎn)生較多氣泡從而影響材料相關(guān)性能。所述熱壓工藝為，溫度160°C -210°c，壓力 lMPa-5Mpa，時(shí)間 4min_15min。本發(fā)明的三維正交麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料克服了傳統(tǒng)紡織結(jié)構(gòu)麻纖維或二 維織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的缺點(diǎn)，其特點(diǎn)是以麻紗線(xiàn)替代無(wú)規(guī)的麻單纖維，并在厚度方 向上引入增強(qiáng)紗線(xiàn)，可以有效的改善材料力學(xué)性能。增強(qiáng)紗將經(jīng)紗和緯紗所形成的疊層在 厚度方向上貫穿起來(lái)形成一個(gè)三維的整體，從而提高了層間抗沖擊損傷的能力，并且正交 的經(jīng)紗和緯紗在織物中垂直排列，賦予材料方向性，織物中的紗線(xiàn)不像二維織物存在屈曲 和變形，而是平直排列，所以使復(fù)合材料具有較優(yōu)異的力學(xué)性能，而且三維正交織物織造簡(jiǎn) 單易行，生產(chǎn)效率高。所以，對(duì)三維正交麻織物增強(qiáng)聚丙烯的研究，是提高麻和聚丙烯復(fù)合 制備復(fù)合材料力學(xué)和加工性的一種極為有效的方法。本復(fù)合材料制品在使用報(bào)廢后，可粉 碎后作為普通的無(wú)規(guī)增強(qiáng)復(fù)合材料制品的原料使用，可重復(fù)使用，因此也是綠色復(fù)合材料 開(kāi)發(fā)和研究的一個(gè)很有意義的方向。有益效果(1)本發(fā)明的三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)異，經(jīng)紗和 緯紗在平面內(nèi)呈交織或排列，提供復(fù)合材料力學(xué)方向性，而貫穿于結(jié)構(gòu)厚度方向上的Z紗 賦予材料穩(wěn)定性，由于厚度方向上增強(qiáng)紗的存在，織物厚度的大小可不受限制，不僅增加了 材料的層間剪切強(qiáng)度，還減少了二維織物及其鋪層增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料明顯存在易分層， 損傷容限低等缺點(diǎn)和分層現(xiàn)象；(2)本發(fā)明的三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料體密度低，由于其結(jié)構(gòu)中 紗線(xiàn)無(wú)屈曲交織，而且由于所采用的材料是麻纖維和密度較低的聚丙烯塑料，所以該復(fù)合 材料體密度較低，相對(duì)力學(xué)能性能高；(3)本發(fā)明的三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料可重復(fù)使用，節(jié)約能源，環(huán) 境友好，聚丙烯基復(fù)合材料具有重塑性，該種復(fù)合材料廢棄后可將其碎化熔融再塑形，而且 其中的麻纖維本身就是可再生天然纖維，所以說(shuō)該復(fù)合材料為一種典型的綠色復(fù)合材料；(4)本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單，可靠性高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1三維正交織物結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。對(duì)比例預(yù)制件為二維苧麻機(jī)織物鋪層。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是560tex，經(jīng)密44根/10cm，緯 密40根/10cm，幅寬35cm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30CmX30Cm)裁剪，并將織物 放于烘箱中，105°C烘干6h，回潮率達(dá)到0. 9%。將織物的經(jīng)緯組織點(diǎn)相對(duì)應(yīng)鋪設(shè)4層，厚度 3mm，采用3mm厚與織物等大的聚丙烯膜鋪放在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度175°C，壓力3MPa，時(shí)間2mins，然后調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力5MPa，時(shí)間4mins，冷卻后即 完成復(fù)合材料板的制作加工。實(shí)施例1預(yù)制件為三維正交苧麻機(jī)織物。緯紗和Z紗均為苧麻紗。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是 560tex, Z紗細(xì)度是350tex,經(jīng)密44根/10cm，緯密40根/10cm，幅寬:35cm，經(jīng)紗3層， 緯紗4層，織物厚度3mm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30CmX30Cm)裁剪，并將織物放于 烘箱中，105°C烘干6h，回潮率達(dá)到0.9%。附圖為三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意圖。采用3mm 厚與織物等大鋪放的聚丙烯膜在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度175°C，壓力 3MPa,時(shí)間2mins，然后調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力5MPa，時(shí)間4mins，冷卻后即完成復(fù)合材料板 的制作加工。實(shí)施例2織物的經(jīng)紗，緯紗和Z紗均為苧麻紗。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是190tex，Z紗細(xì)度是 117tex，經(jīng)密:130根/10cm，緯密125根/10cm，幅寬:35cm，經(jīng)紗9層，緯紗10層，織物厚度 4mm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30cmX30cm)裁剪，并將織物放于烘箱中，105°C烘干 6h，回潮率達(dá)到0.9%。附圖為三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意圖。采用0.5mm厚與織物等大鋪放 的聚丙烯膜在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度160°C，壓力5MPa，時(shí)間2mins， 然后調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力3MPa，時(shí)間4mins，冷卻后即完成復(fù)合材料板的制作加工。實(shí)施例3織物的經(jīng)紗，緯紗和Z紗均為亞麻紗。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是280tex，Z紗細(xì)度是 175tex,經(jīng)密90根/10cm，緯密80根/10cm，幅寬:35cm，經(jīng)紗6層，緯紗7層，織物厚度 4mm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30cmX30cm)裁剪，并將織物放于烘箱中，105°C烘干 6h，回潮率達(dá)到0.9%。附圖為三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意圖。采用3mm厚與織物等大的聚丙 烯膜鋪放在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度160°C，壓力4MPa，時(shí)間3mins，然 后調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力3MPa，時(shí)間4mins，冷卻后即完成復(fù)合材料板的制作加工。實(shí)施例4預(yù)制件為三維正交苧麻機(jī)織物。緯紗和Z紗均為黃紗。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是 1130tex, Z紗細(xì)度是700tex，經(jīng)密:22根/10cm，緯密:20根/10cm，幅寬:35cm，經(jīng)紗3層， 緯紗4層，織物厚度8mm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30CmX30Cm)裁剪，并將織物放于 烘箱中，105°C烘干7h，回潮率達(dá)到0.9%。附圖為三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意圖。采用5mm 厚與織物等大的聚丙烯膜鋪放在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度175°C，壓力 5MPa,時(shí)間2mins，然后調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力7MPa，時(shí)間4mins，冷卻后即完成復(fù)合材料板 的制作加工。實(shí)施例5 織物的經(jīng)紗，緯紗和Z紗均為黃紗。經(jīng)紗和緯紗細(xì)度是3300tex，Z紗細(xì)度是 2030tex,經(jīng)密14根/10cm，緯密12根/10cm，幅寬:35cm，經(jīng)紗3層，緯紗4層，織物厚度 12mm，根據(jù)熱壓成型時(shí)所需要的尺寸(30cmX30cm)裁剪，并將織物放于烘箱中，105°C烘干 9h，回潮率達(dá)到1%。附圖為三維正交機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意圖。采用5mm厚的聚丙烯膜與織物等 大鋪放在織物的上下兩面，使用平板硫化機(jī)熱壓，溫度195°C，壓力5MPa，時(shí)間3mins，然后 調(diào)節(jié)溫度到210°C，壓力7MPa，時(shí)間9mins，冷卻后即完成復(fù)合材料板的制作加工。
對(duì)比例和實(shí)施例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下，拉伸測(cè)試按照GB/T 1447-2005。通過(guò)對(duì)比例和實(shí) 施例在可以明顯看出，三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料對(duì)比二維麻織物層和增強(qiáng) 聚丙烯復(fù)合材料在比模量和比拉伸強(qiáng)度方面有顯著的提高。
權(quán)利要求
一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，該材料的制備包括采用三維正交麻織物作為預(yù)制件，聚丙烯作為基體；熱壓前采用鋪層方法將聚丙烯膜鋪于三維正交機(jī)織麻織物的上下兩面，然后熱壓制備而成；所述麻織物由麻紗線(xiàn)織造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在 于所述三維正交機(jī)織麻織物所用的麻種類(lèi)為苧麻、亞麻、黃麻或大麻，所用麻紗的細(xì)度為 115tex_3300tex。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在 于所述聚丙烯膜的厚度為0. 2mm-5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在 于所述熱壓前將三維正交機(jī)織麻織物烘干，使織物回潮率在2%以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，其特征在 于所述熱壓工藝為，溫度160°C _210°C，壓力lMPa-5Mpa，時(shí)間4min_15min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維正交機(jī)織麻織物增強(qiáng)聚丙烯復(fù)合材料，該材料的制備包括采用三維正交麻織物作為預(yù)制件，聚丙烯作為基體；熱壓前采用鋪層方法將聚丙烯膜鋪于三維正交機(jī)織麻織物的上下兩面，然后熱壓制備而成。本發(fā)明的復(fù)合材料力學(xué)性能優(yōu)異，密度低，能夠重復(fù)使用，且制備簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B32B37/10GK101994259SQ201010505660
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者姚一舟, 房曉萌, 李凌晨, 章倩, 章悅庭, 邱夷平, 陸春紅 申請(qǐng)人:東華大學(xué)