纬编间隔织物/聚氨酯复合材料的制备与压缩性能

2019-09-27周梦梅龙海如

纺织科技进展 2019年9期

周梦梅,龙海如,*

(1.东华大学纺织学院,上海201620;2.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室,上海201620)

间隔织物是一种三明治结构,由上、下两个分离的表面织物和中间起连接与支撑作用的间隔纱连接组成[1],针织间隔织物分为纬编间隔织物和经编间隔织物[2-5].针织间隔织物具有良好的透气透湿性和抗震缓冲性,但是织物间隔丝在受到压缩时,间隔丝容易出现剪切失稳的现象.

软质聚氨酯泡沫是由多元醇、异氰酸酯及其他助剂反应制备而成的高分子聚合物[6],具有优良的弹性和韧性,因此被广泛应用于垫材、功能面料、运动装备等领域.

近年来,许多学者对经编间隔织物增强聚氨酯复合材料进行了研究[7-9],但关于纬编间隔织物/聚氨酯复合材料的研究仍较少.本文采用了不同的3种集圈连接距离、3种间隔丝直径和3种间隔丝排列密度共制备了7种不同结构参数的纬编间隔织物,并与聚氨酯复合制备成了复合材料,研究了织物结构参数对复合材料压缩性能的影响.

1 试验部分

1.1 纬编间隔织物的设计与编织

试验选用30 tex的涤纶、44 dtex锦纶/33 dtex氨纶包覆纱编织表面层,直径为0.10、0.12、0.14 mm的涤纶单丝作间隔层,在机号E12的双针床电脑横机上编织.

1.1.1 变厚度纬编间隔织物的设计

采用隔4、6、8针距的3种集圈连接距离(分别命名为A、B、C)来编织不同厚度的纬编间隔织物.3种织物的表面层都是相同的变化纬平针结构,如图1所示(F、B分别表示前后针床);织物的间隔层结构如图2所示.

图1 变厚度纬编间隔织物表面层的编织图

图2 变厚度纬编间隔织物间隔层的编织图

1.1.2 变间隔丝排列密度纬编间隔织物的设计

改变纬编间隔织物一个完全组织中所含的间隔丝组数与前表面层涤纶路数之比,选用1/2、1/1、2/1这3种比例,得到3种间隔丝排列密度不同的纬编间隔织物.织物的表面层结构设计如图3,其中1/1、2/1两种结构的表面层相同,如图3(a);1/2结构如图3(b).织物的间隔层结构设计如图4所示,其中1/1、1/2两种结构的间隔层相同,如图4(a);2/1结构如图4(b).

图3 变间隔丝排列密度纬编间隔织物表面层的编织图

图4 结构变间隔丝排列密度纬编间隔织物间隔层的编织图

采用3种集圈连接距离、3种间隔丝直径和3种间隔丝排列密度共制备的7种纬编间隔织物的结构参数如表1所示.分析SF1、SF2、SF3的织物厚度可知,织物的集圈连接距离对织物厚度有显著影响.从表中SF2、SF6和SF7的间隔丝密度可以得出,通过改变织物的间隔丝组数与表面层涤纶路数之比可以有效地改变织物的间隔丝密度.

1.2 复合材料的制备

纬编间隔织物/聚氨酯复合材料的制备方法为一步发泡法.首先,将多元醇、催化剂和水等混合搅拌配成A料;然后,按配方称取一定量的A料和异氰酸酯B料,混合后搅拌5 s后倒入模具中,再将织物放入模具中;最后,合模15 min后开模.织物SF1~SF7与聚氨酯复合后得到复合材料C1~C7.

1.3 压缩性能测试

使用Instron 5969电子万能材料试验机对复合材料进行平板压缩试验,测试标准参照GB/T 8168-2008《软质聚氨酯泡沫塑料压缩性能测试》.

2 结果与分析

2.1 织物厚度

图5是3种不同织物厚度复合材料的压缩应力-应变曲线.从图中5可知,在压缩的弹性区,3条曲线十分靠近几乎重合.而织物厚度大的复合材料C3最先进入屈服阶段,且复合材料C3在屈服阶段的应力要明显大于C1和C2.这是因为聚氨酯在发泡过程填充了间隔织物的间隙,从而改善了间隔丝易失稳剪切的问题.故织物厚度大的复合材料有更大的抗压应力和抗压性能.

表1 织物的结构参数

2.2 间隔丝直径

图6是3种不同间隔丝直径的复合材料的压缩应力-应变曲线.从图6中可以观察到,C2、C4、C5 3条压缩曲线在弹性阶段几乎重合,但是在屈服阶段这三条曲线开始分离.间隔丝直径大的复合材料有更高的抗压强度和抗压性能.这可通过弹性杆理论来解释,即间隔丝的临界载荷与间隔丝半径的四次方成正比,所以间隔丝直径大的复合材料抗压性能更好.