一种增强型复合预定向织物的制作方法

本发明涉及一种增强型复合预定向织物，属于织物领域。
背景技术：
：随着材料科技的不断发展，用于制造复合预定向材料的纤维增强体的品种越来越多，在选用时要考虑到工艺性能、使用性能、价格和环保等因素。复合预定向材料增强的形式可以是增强纤维本身，也可以是增强纤维织物和布、纤维毡、二维和三维的纤维编织件或缝合件。航空航天高端应用的先进复合预定向材料必须采用高性能纤维作增强体，高性能纤维的界定主要依据是其优异的力学性能，即轻质、高强和高模，也就是单位质量的强度和模量，称之为比强度和比模量，高性能纤维目前主流产品是碳纤维，还包括芳纶和超高分子聚乙烯纤维，它们的力学性能比传统的结构材料，如轻质高强的铝合金，还要高出许多倍，非常适合于制造航空航天、风电结构复合预定向材料部件。如表1所示，不同纤维的力学性能有很大的差异，玻璃纤维的优点是绝缘性好、耐热、抗腐蚀，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。通常的玻璃纤维复合预定向材料，密度要高出碳纤维复合预定向材料1/3以上，而拉伸强度仅是碳纤维复合预定向材料的2/3，模量则更低，不到1/3。因此研究高强、高模及低密度的增强纤维成为了纤维复合预定向材料发展的一个方向。而芳纶具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸、耐碱、重量轻等优良性能。超高分子聚乙烯纤维耐冲击性能好，比能量吸收大，可以制成防护衣料、头盔等。在风电叶片、汽车等应用方面，对材料强度要求越来越高，玻璃纤维织物制品在某些部件性能难以满足其要求。现有单一的高性能增强纤维在部分性能方面难以满足设计要求，并且考虑成本因素，因此需要在织物结构中引入其他类型强度和模量更佳的纤维分层掺入来增强织物的性能。碳纤维及其复合预定向材料由于具有密度小、强度高、耐高低温等特点。碳纤维自问世以来，随着技术的成熟和成本的下降，应用领域由航空航天、国防领域和体育休闲用品，扩展到增强塑料、压力容器、建筑加固、风力发电、钻井平台等新兴应用领域。表1不同纤维的力学性能纤维类型密度(g/m3)强度(mpa)模量(gpa)伸长率(％)碳纤维1.78～1.852300～3400240～3900.5～1.4s-1hm2.553024～322688～905.3e玻纤2.62250754.8芳纶1.443400993.3钢丝7.8917702001.1技术实现要素：针对航空航天、汽车、风电叶片尺寸日益增加，在满足对自重轻量化的要求、降低生产成本的条件下，将不同力学性能的高性能纤维分层，综合各类高性能纤维的优点，本发明提出了以下技术方案：本发明公开了一种增强型复合预定向织物，其结构为：m层不同类型的纤维分层排列，其中，m为自然数1、2、3……m，每层纤维由经向纤维和纬向纤维组成。优选的，所述增强型复合预定向织物的结构层数m≤7。为最大程度发挥不同层的纤维的力学性能，所述增强型复合预定向织物的排列方式为：所述增强型复合预定向织物的各层纤维于水平轴向平行排列，并且在水平轴向上采用角度差异化排列方式，每层纤维的角度方向为-90°～90°，且每层纤维的方向与其相邻纤维的角度方向均不同。不同纤维方向的排列，可以保证拉伸、剪切、压缩等各类力学性能的最优化。进一步的，所述增强型复合预定向织物中每层纤维的类型为芳纶、超高分子聚乙烯纤维、玄武岩纤维、锦纶纤维、碳纤维、玻璃纤维中的一种，且每层纤维与其相邻纤维的类型均不同。根据用途的不同，设计不同纤维组分的排列组合，以期达到设计的最大化。优选的，所述玻璃纤维的宽度为4-5mm；碳纤维的宽度为7-8mm；玄武岩纤维的宽度为5-6mm。进一步的，所述增强型复合预定向织物m层纤维中每层纤维的形式为长纤维、短切纤维、电子纱、直接纱、合股纱、网格布、表面毡、短切纤维中的一种，且每层纤维的形式与其相邻纤维的类型均不同。进一步的，所述增强型复合预定向织物的各层纤维连接方式为涤纶线一次缝合或者粘合剂粘接。进一步的，所述增强型复合预定向织物涤纶线一次缝合的花型采用经平组织。进一步的，所述增强型复合预定向织物的经向纤维为玻璃纤维，在所述的分层结构中加入经向的碳纤维、玄武岩纤维。进一步的，所述增强型复合预定向织物采用了分层排列或分层衬入的结构。优选的，所述增强型复合预定向织物第一层0°方向为s级玻璃纤维，其粗纱纤维拉伸模量为90gpa；第二层0°方向为t700级碳纤维，纤维拉伸模量为240gpa；第三层90°方向为电子纱或者tex小于200的纱。优选的，所述增强型复合预定向织物第一层0°方向玻璃纤维线密度为2400tex，每平方米克重为1150g；第二层0°碳纤维线密度为800tex，每平方米克重为100g。本发明所公开的技术方案具有以下有益效果：(1)本发明所公开的增强型复合预定向织物可以最大程度对不同类型的高性能纤维进行排列组合，使各类纤维优势互补，增强织物性能的同时降低成本。(2)在优选的三层分层混织织物结构中，第一层0°方向为玻璃纤维为s级，第二层0°方向为碳纤维，模量采用t700级，第三层90°方向采用电子纱或者低tex纱，增强体复合预定向材料的0°拉伸模量与普通的织物相比可以提高12％。(3)不同类型纤维的宽度不一致，在生产时如果在同一层排列，容易造成布面的凹凸不平。因此在达到要求的强度和模量的前提下，需要保证布面的稳定性，最好的方式就是分层排列。附图说明图1四层结构复合预定向织物结构示意图图2三层结构复合预定向织物结构示意图其中，1为第一层，2为第二层，3为第三层，4为第四层。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。本发明所述具体实施方式中增强型复合预定向织物均采用以下工艺流程进行生产制造，但本发明所公开增强型复合预定向织物可采用所有适用工艺进行生产，并不局限于此生产工艺。实施例1：如图1所示的四层织物结构，1为0°方向玻璃纤维，2为0°方向碳纤维，3为±45°方向的玻璃纤维，4为表面毡。四种结构分层排列，第一层0°方向为玻璃纤维可采用s级，其粗纱纤维拉伸模量为90gpa；第二层0°方向为碳纤维，模量采用t700级，纤维拉伸模量为240gpa；第三层±45°方向采用玻璃纤维纱或者低tex纱；第四层采用玻璃纤维表面毡。实施例2：如图2所示的三种结构分层排列，1为0°方向为玻璃纤维为s级，其粗纱纤维拉伸模量为90gpa；2为0°方向为碳纤维，模量采用t700级，纤维拉伸模量为240gpa；3为90°方向采用电子纱或者低tex纱。主要考虑避免碳纤维的磨损，在实施过程中，导纱眼采用钛瓷材质，外形为扁平形状；纱线导向处为滑轮结构。实施例3：五种结构分层排列，第一层0°方向为玻璃纤维为h高模级，第二层0°方向为碳纤维，模量采用t300级，第三层±45°方向采用电子纱。第四层采用90°方向电子纱；第五层采用玻璃纤维短切纱，克重为50g/㎡。在纤维织物中，玻璃纤维的力学性能可以满足一般类的复合材料的要求，应用最广泛，成本相较也更适中，因此，我们选用玻璃纤维作为单一织物与本发明实施例1-3中所得复合预定向织物进行纤维质量含量(％)、拉伸强度(mpa)、拉伸模量(gpa)及拉伸应变(％)的实验，所得结果见表2。表2织物性能测试结果由上述结果可以明显看出，本发明所得复合预定向织物不仅成本较低，而且相较于单一纤维结构的织物的0°拉伸强度和模量均明显提高，满足对自重轻量化的要求，适用于航空航天、汽车、风电叶片等领域。上述实施例对本发明的具体实施方式做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。当前第1页12