第３７卷第１期２０１年２月。
东华大学学报（自然科学版）
文章编号。机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能。
徐艳华 。，袁新林 ，胡红。
１．东华大学纺织学院，上海２０１南通纺织职业技术学院，江苏南通２２６
．香港理工大学纺织制衣学院，中国香港）
摘要：经纬纱和针织纱分别使用玻璃纤维和高强涤纶编织新型机织针织复合织物作为增强体，采用真空辅助树脂传递模塑（ｖａ工艺制作聚乙烯树脂复合材料．对该新型复合材料的横向、纵向和斜向拉伸性能进行测试，并对拉伸应力一应变特征曲线及其拉伸断裂形态进行分析．研究表明：该类复合材料具有较好的拉伸性能，横向和纵向的拉伸性能均优于斜向，其拉伸断裂都为脆性断裂．研究结果为该新型织物增强复合材料的应用提供了必要的基础．
关键词：机织针织复合结构；增强复合材料；拉伸性能；应力；应变；断裂形态中图分类号。
文献标志码：ａ
ｕ ｙ卜ｈ“ｎ一。
机织结构和针织结构是两大传统的纺织结构，各有优缺点．在机织结构中，由于经纱与纬纱以近。
好的结构稳定性、较小的延伸性和较低的弹性，由于经纬纱相互交织，因此不易分层，但适型性较差；
似直线的形态存在，在受到外力作用时，表现出较。
在针织结构中，由于纱线主要以线圈的形态存在，收藕日期。
作者简介：徐艳华（１９一），女，ｌｈ东郓城人，副教授，博士研究生，研究方向为针织新结构及其复合材料性能。
第】期徐艳华，等：机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能。
在受到外力作用时，线圈可以变形，纱线可以滑移，表现出较大的延伸性和较高的弹性，适型性好，但结构稳定性较差．如果将两种结构结合起来，将会克服单一结构的缺陷，同时融合两种结构的特点，形成一类机织针织复合结构（简称ｃｗｋ结构），以。
满足某些领域对织物性能的特殊要求，如复合材料增强等．目前，关于这类机织针织复合结构的研究。
报道较少．文献［１］研究了在针织圆纬机上编织的。
机织针织复合结构．文献［２—研究了在针织横机上编织的机织针织复合结构，同时对用金属丝与ｐｅｔ纤维共混纱编织的该种针织机织复合结构增强材料的电磁屏蔽性能进行了研究．文献［－４研究。
了在经过改造的横机上编织的机织针织复合结构．本文通过实验的方法，对文献ｅ４－所述的机织针织复合结构增强复合材料在不同方向的拉伸性能进行分析与比较，以期为该新型机织针织复合结构增强复合材料的应用提供依据．
实验。．１ 预制件的结构及其制备。
图１（ａ所示为本文所述机织针织复合结构 ．该结构中有经纱、纬纱和针织纱，针织纱形成针织结构中的１十１罗纹组织，经纱和纬纱以相互交织的。
形式衬人针织结构中，形成机织结构中的变化平纹。
组织．在一个特征单元体中，有４个正面线圈和４个反面线圈，２根经纱与８根纬纱交织，８根纬纱由经。
纱均匀分隔成２组，每组４根纬纱又被针织线圈分隔成３个部分．纬纱选用无捻长丝时，中间的２根纬纱将会合成一体，外观为一根．如图１（ｂ所示，纬纱选用了无捻玻璃纤维粗纱，每组纬纱中只能看到３
根纬纱．横向。
一。ａ）｝示意。
图１机织针织复合结构预制件。
玻璃纤维成本低、性能优，是复合材料中应用。
最广泛的一种纤维，所以选用了无捻玻璃纤维粗纱。
作为经纱和纬纱，线密度分别为２４０和。
００ｔ这样选择目的是使编织成的预制件，在轴向的单位长度内，衬入线密度相近的玻璃纤维，以。
使其复合材料的轴向拉仲性能的差异小．同时，为便予编织，针织纱选用了高强涤纶，线懈度为。
所用编织设备是经过改造的针织横机 ，其机号为７针／２５编织成的预制件如图１（ｂ所示，测量所得纬纱衬入密度：为９３．根／
０ ｃ经纱衬人密度为２５．根复合材料试样的加工。
复合材料采用真空辅助树脂传递模塑（ｖａ加工而成．所用树脂为金陵帝斯曼公司。
生产的型乙烯基树脂，其浇注体性能典型值：拉伸断裂应力为８５ｍ弹性模量为断裂应变为５．０按树脂特点选用了过氧化甲乙酮作为固化剂，并为控制反应速度一一起增用了异辛酸锚作为促进剂．经过凝胶实验得出了最佳的配置比例，树脂固化工艺配比，按照质量比为 ｚ（树脂）：ｚ吲化剂）：
，促进剂）一凝胶时问大约为４０ｍ复合材料拉伸实验。
拉仲性能按照纤维增强塑料性能试验方法总。
则和玻璃纤维增强料拉伸性能。
试验方法进行．试样规格如图２
所示，复合材料板用石英切割机切割成试样，并对。
其进行研磨修理以保证其尺寸．为了防止夹头与试。
样问的滑移，在试样两端用ａｂ强力胶粘贴上铝片，铝片的长、宽、厚依次为实验在上。
海龙华测试仪器****的微机控制电子万能试。
向和４５。斜向试样各。
图２试样规格。
块．实验结果与分析。
．１拉伸曲线特征分析。
根据万能试验机记录的复合材料试样的负荷。
与伸长的数据，计算并绘制出相应的应力一应变曲线（如图３）及拉伸能量一应变曲线（如图４），其中０。，分别表示横向、纵向和４５。斜向，断裂应力。
依次为吸收的能量依次为横向和纵向的拉伸。
强度均高于基体浇注体的拉伸强度，轴向纤维起到。
了明显的增强作用．
从图３可以看出，ｃｗ织物增强复合材料横。
向、纵向和４５。斜向拉仲所发生的形变基本都随负载的增加而增大，均呈现出很好的二次线性．曲线。
东华大学学报（自然科学版）笫３７卷。
芝，图３ ｃ织物增强复合材料拉伸曲线。
一。图４ｃｗ织物增强复合材料拉伸能挝一应变曲线。
中问有较为明显的转折点，在达到最大负载时，都表现为脆性断裂．这和完全由针织纬编线圈结构加。
工出来的复合材料的拉仲曲线呈现类似抛物线的形态是明显不同的 ．由图３可知横向的拉仲曲线有一个转折点，纵向和ｄ５。斜向拉伸曲线都有两个。
转折点，各个不同应变区问线性段对应的弹性模量。
依次下降，如表１所示．
表１不同应变区间的弹性模置。
初始段ｃｗｋ织物增强复合材料表现为较高的弹性模量，这是由于在拉伸的初始阶段，应变和载。
荷都小，在拉伸方向有屈曲的增强纤维开始伸直，增强纤维与树脂基体之间结合良好，树脂基体起到。
了很好的传递载荷和保护纤维不受损伤的作用，共。
同承担较小的载荷，表现为较高的弹性模量．随着应变的增大，轴向屈曲的增强纤维伸直量增大，纤维。
和基体界面开始发生部分破坏，故弹性模量有所下降，下降幅度横向最小，４５斜向最大．在复合材料的。
横向，由于大部分纬纱的屈曲程度相同，随应变进一步加大，纬纱ｆｌ￣直程度相同，基本是共同承担拉伸载荷，直至最大载荷时，纤维会发生突然断裂．
在复合材料的纵向，由于经纱的屈曲程度不同，随应变进一步增大，它们的伸直程度也不同，先伸直的那部分纤维先发生断裂，故又出现弹性模量有所下降．而后伸直的那部分纤维再共同承担拉仲。
载荷．直至最大载荷时，纤维会发生突然断裂．如图５（ａ和（ｂ）分别为复合材料沿纵向和横向的截面所显现的经纱和纬纱的屈曲，由于经纱的屈曲程度比纬纱大，所以纵向的断裂应变要比横向大．这是由于该预制件在织造下机后，其中的针织结构在纵行。
方向的回缩比横列方向大，从而引起经纱的屈曲变。
大．至于纬纱的屈曲程度比较一致，经纱的屈曲程度差异较大，则是由于在预制件的织造过程中，纬纱的张力较大且比较一致，经纱的张力稍小且一致。
性低．ａ）经纱的屈曲。
ｂ）纬纱的屈曲。
图５ｃｗ织物增强复合材料板经纬纱的屈曲。
５。斜向拉伸时，由于经纱和纬纱都与拉伸方向。
存在４５。夹角，上、下夹头只能握持经纱和纬纱的一端，上、下夹头之间无贯通的经纱和纬纱，拉伸初始。
阶段的拉伸强力主要来自纤维与基体界面的结合。
力，弹性模量低于型乙烯基树脂浇注。
体的弹性模量，主要是复合材料有较大的孔隙率．随着应变的增大，纤维与基体界面开始发生部分破坏，屈曲的经纱、纬纱和针织纱都有一定程度的伸直和滑移，故二次模量有较大下降．随着应变的进。
一。步增大，部分纤维发生断裂，同样出现三次模量的下降，经纱与纬纱的相互交织与针织纱的**作。
用，使得被牵伸区仍具一定的拉伸强度，此时，主要。
表现为弯曲程度较大的针织纱的伸直和伸长，拉伸曲线表现为较大的应变．这样，试样在斜向的拉伸能量要比其他两个方向稍大一些．
．２经纬纱强力利用对比。
根据ｃｗｋ织物预制件中的经纱和纬纱线密度。
和衬入密度，可以计算出试样宽度内衬人的经纱和纬纱总线密度，再与测得纵向和横向的拉伸断裂强。
第１期徐艳华，等：机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能。
力对比，可以确定经纱和纬纱的强力利用情况，如。
表２所示．表２经纬纱强力利用对比。
由表２可知，纬纱强度要高于经纱，这也进一。
步说明纬纱屈曲程度小、屈曲程度比较一致．横向或纵向的拉伸强力可以通过改变ｃｗｋ织物预制件中纬纱或经纱的衬人密度来进行调整．
．３拉伸断裂形态分析。
图６为本文研制的ｃｗｋ织物增强复合材料横。
向、纵向和４５。斜向拉仲试样典型的断裂而形态**．从图６可以看出，横向和纵向拉仲断裂时．断裂口都在垂直于试样边缘的横贯试样。而４５。
斜向拉仲断裂口则是沿纬纱方向斜贯试样，反映了各个方向的不同破坏形式．
圈（ｉｌ横向。
冒墨。图６ ｃ织物增强复合材料板拉仲断裂形态**。
从图６还可以看出，试样的破坏形式主要表现。
为纤维断裂．横向拉伸的断裂横贯整个试样宽度，裂纹沿纵行方向，表现为纬纱和针织线圈拉断；纵。
向拉仲的断裂横贯整个试样宽度，裂纹沿横列方向，表现为经纱和针织线圈拉断．这主要由于在拉。
伸时，载荷主要由在该方向分布的增强纱……纬纱或经纱来承担，当最薄弱增强纱所承受的载荷超过。
其断裂强力时，这部分纱线开始断裂，此时的载荷分配到同一水平段的其他增强纱线上，引起附近增强纱线的相继断裂．通过仔细观察纬向和经向拉仲。
断裂形态，发现这两个方向的拉伸断裂主要发生在。
纬纱和经纱相互交叉的区域，这里恰好是富树脂区，而寓树脂区通常是复合材料的薄弱区域．
斜向拉仲的断裂斜贯整个试样宽度，裂纹基本沿横列方向，并在相邻的纬纱和经纱相互交叉区域断裂，具体表现为断裂口边缘抽拔出的纬纱和经纱、中问拉断的经纱和滑脱的纬纱、拉断的针织线圈．从陶。
（ｃ）可以看出，由于在拉仲夹头之问的纬纱和经纱都。
是不连通的，当４５。斜向拉伸时，首先是伴随着拉伸的不断进行的纱线的拉直、伸长，纤维和基体界面发生部分破坏，然后是薄弱区域边缘的纬纱和经纱抽拔及针织纱的继续伸长．最后是薄弱区域中ｉｌｊ的经纱的拉。
断和针织纱的拉断．同时因受力的纱线较少，表现为。
较低的断裂应力，较大的断裂应变．
结论。本文介绍一种新型机织针织复合结构增强复合材料，并**其拉仲性能，通过试验和分析，得到。
如下的结论：
１）本文所述ｃｗｋ织物增强复合材料的轴ｉ甸拉伸性能表现表现出比较好的线性，其拉仲强度主要由该方向的经纱或纬纱强力及其衬入密度决定．
２）与普通纬编针织物增强复合材料相比，ｗｋ织物增强复合材料具有比较高的初始弹性模量和断裂强度，提升了纬编针织物复合材料的性能．
３）ｃ织物增强复合材料经纬向拉伸曲线。
都存在拐点，这是由于经纬纱交织导致纱线弯曲的结果，经纱的弯曲程度高于纬纱．
４）ｃ织物增强复合材料的轴向拉ｆｆｌ力学。
性能的差异，可以通过其预制件的纬纱和经纱衬人密度的合理设计来减小．
５）ｃ织物增强复合材料，在横向拉仲时，通常是沿着纵行方向发生断裂；在纵向拉仲时，通。
常是沿着横列方向发生断裂；在４５。斜向托仲时，断口沿纬纱方向．４ｊ斜向的拉仲强度和模量最低，但拉仲能量最高．
参考文献。
机织针织复合结构增强复合材料的弯曲性能
第 卷第 期。东华大学学报 自然科学版 年 月。文章编号。机织针织复合结构增强复合材料的弯曲性能。袁新林，徐艳华。常熟理工学院艺术与服装工程学院，江苏常熟 摘要 选用玻璃纤维作为经纬纱，高强涤纶作为针织纱，编织机织针织复合 织物，并以其为增强体采用真空辅助树脂传递模塑工艺制作增强复合材料 对该增强复...
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