碳纤维织物与预氧丝织物的性能对比研究

刘元军，赵家琪，赵晓明

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)



碳纤维织物与预氧丝织物的性能对比研究

刘元军，赵家琪，赵晓明

(天津工业大学纺织学院，天津 300387)

首先研究了T700碳纤维斜纹织物和预氧丝斜纹织物的拉伸性能和撕裂性能，其次研究了其毛细效应，浸湿时间，吸水速率，单项传递指数和透气性。结果表明：T700碳纤维斜纹织物的拉伸性能，撕裂性能，毛细效应，浸湿时间，吸水速率，单项传递指数均优于同织物组织的预氧丝斜纹织物，但碳纤维织物的透气性比预氧丝织物差。

斜纹织物 性能 碳纤维 预氧丝

0 前言

碳纤维模量高、耐高温、耐疲劳、导热导电性好，在航空航天、土木建筑等领域广泛应用[1-6]。其在地面交通、风力发电以及压力容器等工业领域的需求量达到了60%以上。随着其应用比例上升，需求量也增长[1-6]。预氧丝是制备碳纤维过程中重要的中间产品，预氧丝可用作建筑保温材料、管道保温材料等，且耐化学试剂性能也优于合成纤维，具有良好的市场前景[7]。本文首先研究了T700碳纤维斜纹织物和预氧丝斜纹织物的拉伸性能和撕裂性能，其次研究了其毛细效应，浸湿时间，吸水速率，单项传递指数和透气性。

1 实验

1.1 实验材料及设备

选用实验材料如表1所示。

表1 实验材料

实验仪器如表2所示。

表2 实验仪器

1.2 测试指标

1.2.1 织物拉伸强力测试标准[8-9]

采用GB/1447-2005纤维增强塑料拉伸性能测试方法，进行测试。

1.2.2 织物撕裂强力测试标准

织物的撕裂强力测试标准采用采用标准GB/T 3917.2《纺织品 织物撕破性能第2部分 舌形试样撕破强力的测定 》

1.2.3 织物的毛效性测试标准

织物的毛效性测试标准采用FZ/T01071-1999《纺织品毛细效应试验方法》

1.2.4 织物透气性测试标准

织物的透气性测试标准采用GB/T 5453-1997《纺织品织物透气性的测定》

1.2.5 织物透湿性测试标准

织物的透湿性测试标准采用GB/T 21655.1《纺织品吸湿速干性的评定 单项组合法》

1.2.6 电镜测试标准

织物的电镜测试标准采用GB/T16594-2008《微米级长度的扫描电镜测量方法》

2 结果与讨论

2.1 碳纤维织物与预氧丝织物的力学性能对比研究

2.1.1 织物的拉伸性能测试

织物的平均拉伸断裂强力测试结果如表3所示。

表3 织物的拉伸平均断裂强力

对T700碳纤维斜纹织物和预氧丝斜纹织物拉伸强度进行测试，由表3可知，碳纤维织物断裂强力的平均值为1,743.43N，而预氧丝织物的断裂强力平均值为2.10N，碳纤维织物的拉伸强力远远高于预氧丝织物的拉伸强力。

2.1.2 织物的撕裂性能测试

织物撕裂性测试结果如表4所示。

表4 织物的平均撕裂强力

由表4可知，碳纤维织物撕裂强力的平均值为10.18N，预氧丝织物撕裂强力的平均值为0.98N。所以碳纤维织物的撕裂强力高于预氧丝织物的撕裂强力。

2.2 碳纤维织物与预氧丝织物的服用性能对比研究

2.2.1 毛效测试

织物的毛效测试结果如图1所示。

图1 碳纤维织物与预氧丝织物的毛效测试对比图

图1碳纤维织物与预氧丝织物的毛效性测试对比图中可以看出，碳纤维织物的毛效性远远高于预氧丝织物，其原因在于碳纤维织物由于长丝模量大，丝束之间抱合紧密等优点使织物结构紧密，所以碳纤维织物的毛效性远远高于其前端产物预氧丝的毛效性。

2.2.2 透气性测试

本实验采用YG461B型中低压透气量仪对T700碳纤维织物和预氧丝织物透气性进行检测，由于织物结构特性，T700碳纤维织物选择φ1.2的喷嘴，预氧丝织物采用φ4的喷嘴。

a

b

从图2中可以看出，碳纤维织物由于长丝模量高，织物结构紧密，其透气性较预氧丝织物透气性差。

2.2.3 透湿性测试

本实验采用M290型液态水分管理测试仪对T700碳纤维织物和预氧丝织物透湿性进行检测。

图3 碳纤维和预氧丝织物浸湿时间对比图

图4 碳纤维和预氧丝织物吸水速率对比图

根据MMT测试性能指标分级，图3中由浸湿时间分级，两种织物的浸湿性能为5级。根据图4吸水速率分级，两种织物的吸水速率为1级。根据图5单项传递指数分级，两种织物的单项传递指数为1级。

2.3 电镜测试

碳纤维电镜测试图如图6所示，预氧丝织物电镜测试图如图7所示。

图6 碳纤维T700长丝电镜测试图

图7 预氧丝长丝电镜测试图

从图6和图7中可知，在相同放大倍数的条件下，T700碳纤维长丝排列比预氧丝长丝排列整齐紧密，且每一根碳纤维要比每一根预氧丝纤维细。

3 结论

T700碳纤维斜纹织物的拉伸性能，撕裂性能，毛细效应，浸湿时间，吸水速率，单项传递指数均优于同织物组织的预氧丝斜纹织物，但碳纤维织物的透气性比预氧丝织物差。

[1] 赵晓明,刘元军,拓晓. 碳纤维及其应用发展[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(3): 1-5.

[2] 李建利,张元,张新元. 国产GA747/Ⅱ型剑杆织机织造碳纤维工艺探讨[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2014,31(4): 13-16.

[3] 刘元军，李卫斌，李锦芳，等.组织结构和经密对碳纤维织物吸波性能研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：15-20.

[4] 李建利，张新元，张元，等.碳纤维的发展现状及开发应用[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(2)：158-164.

[5] 郭昌盛，田亚红，杨建忠.碳纤维性能及表面改性方法研究[J].成都纺织高等专科学校学报，2016(1)：168-171.

[6] 韦鑫，沈兰萍.聚丙烯腈基碳纤维的研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报，2017(1)：243-246.

[7] 刘元军,赵晓明,李卫斌. PAN基预氧丝的研究及其应用[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(3): 6-14.

[8] 刘元军,赵晓明,拓晓. 预氧丝毡复合材料的力学性能探讨[J]. 功能材料,2015,46(11): 11074-11079.

[9] 刘元军,赵晓明,拓晓等. 聚吡咯吸波材料性能探讨[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(4): 60-63.

2017-02-18

国家自然科学基金项目(51206122)

刘元军(1986-)，女，博士，研究方向：吸波材料的制备与性能研究。

赵晓明(1963-)，男，博士，天津市特聘教授，博士生导师。

TS101.92+3

A

1008-5580(2017)02-0001-04