一、前言
作為增強(qiáng)骨架材料，有時(shí)需要加工成各種復(fù)雜的形狀。在將增強(qiáng)織物鋪成某種形狀時(shí)，織物可能產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。這種現(xiàn)象將導(dǎo)致增強(qiáng)織物中纖維的損傷破壞，降低復(fù)合材料的性能。因此，增強(qiáng)織物的鋪覆性能對(duì)復(fù)合材料的最終性能有相當(dāng)大的影響，對(duì)增強(qiáng)織物鋪覆性能的研究就顯得非常重要了。
在一些形狀較為復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的加工過(guò)程中，要求增強(qiáng)織物鋪成具有一定的輪廓的表面。采用傳統(tǒng)的增強(qiáng)材料有時(shí)達(dá)不到要求，需要在織物的某些部位進(jìn)行裁剪。這一方面影響了產(chǎn)品的性能，另一方面也浪費(fèi)了時(shí)間，增加了成本。因此，在普通織物懸垂、剪切和彎曲性能研究的基礎(chǔ)上，對(duì)增強(qiáng)織物的鋪覆性能開(kāi)展深入地研究，以便掌握增強(qiáng)織物產(chǎn)生褶皺的機(jī)理及影響因素。
織物的鋪覆性是指：織物在進(jìn)行球形鋪覆變形時(shí)不產(chǎn)生褶皺的性能。圖1說(shuō)明了織物在鋪覆過(guò)程中的情況。圖中a表示在鋪覆過(guò)程中織物沒(méi)有發(fā)生起皺現(xiàn)象，在球面上任意一點(diǎn)P（X，y，Z）上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)U，V，w均為零；圖中b表示在鋪覆過(guò)程中發(fā)生了起皺現(xiàn)象，在球面上點(diǎn)P（X，y，Z，）上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)U，V，w中W不等于零。也就是說(shuō)織物在鋪覆過(guò)程中由于織物結(jié)構(gòu)的限制或紗線間的摩擦力等因素，限制了織物中紗線或纖維的自由移動(dòng)，產(chǎn)生了褶皺。
圖1 織物鋪覆過(guò)程中的起皺
從以上分析過(guò)程中可以認(rèn)識(shí)到，織物的起皺過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，影響的因素很多。紗線中纖維的滑移、紗線間的滑移及織物結(jié)構(gòu)的剪切和彎曲變形都會(huì)影響織物的鋪覆性能，它是織物剪切和彎曲等性能的綜合體現(xiàn)。
二、紡織物彎曲、剪切等方面的測(cè)試方法
1、Dreby在1950年設(shè)計(jì)了測(cè)試織物剪切角的裝置，見(jiàn)圖2�？椢锉粖A持在夾持器K1、K2間，當(dāng)織物受到Y(jié)方向的力FAY作用，織物表面產(chǎn)生褶皺時(shí)，接觸桿會(huì)將此現(xiàn)象感應(yīng)出來(lái)，記錄此時(shí)的剪切角度，用于衡量織物的剪切性能。此法只適合于輕薄織物。
圖2 Dreby剪切測(cè)試法
2、Treloar在1965年設(shè)計(jì)了一個(gè)類似的測(cè)試裝置，見(jiàn)圖3。將試樣（200mmx200mm）夾持在K1、K2夾持器間。當(dāng)受到作用力FAX作用時(shí)，角度α就發(fā)生了變化。Treloar首先提出了試樣尺寸對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。（陳南梁）
圖3 Treloar剪切測(cè)試法
3、目前應(yīng)用較廣的剪切測(cè)試法是Kawbata 測(cè)試法，見(jiàn)圖4。試樣被放人一對(duì)夾持器K1、K2中，試樣尺寸為
200mm x 40mm。夾持器K1放在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的輪上并施加一個(gè)恒力矩MV。夾持器K2沿水平方向有±80的橫移，試樣受到剪切。橫移所需的力FSY用于衡量織物的變形能力。
圖4 Kawabata 測(cè)試法
4.Culpin在1979年設(shè)計(jì)了雙軸向夾持器，見(jiàn)圖5.四邊形的試樣被固定在夾具內(nèi)，然后進(jìn)行菱形變形。當(dāng)相臨的兩根紗線相互變形靠近到一定值時(shí)紗線間形成一定的角度，織物將會(huì)起皺。這個(gè)裝置只適合于普通紗線，變形較小。
圖5 Culpin雙軸向夾持器
三、經(jīng)編雙軸向立體骨架增強(qiáng)材料的鋪覆性能測(cè)試
3．1測(cè)試方法
上面介紹的一些裝置只適合于傳統(tǒng)的輕薄形織物，對(duì)采用強(qiáng)度高、模量高、硬挺的玻璃纖維、碳纖維等高性能原料制成的增強(qiáng)織物的剪切、彎曲等性能的測(cè)試都不太適合。為了對(duì)厚實(shí)的增強(qiáng)織物進(jìn)行鋪覆性能測(cè)試，在Culpin雙軸向夾持器基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)適合于厚實(shí)織物、變形量較大的雙軸向夾持器，見(jiàn)圖6。試樣被雙向夾持，試樣尺寸為150mm xl 50mm。夾持器可以沿兩個(gè)對(duì)角方向作菱形變形。拉伸試驗(yàn)儀外觀如圖7。當(dāng)織物起皺時(shí)，把皺探測(cè)桿感應(yīng)，并將記錄下此時(shí)的變形δh，通過(guò)公式α＝arccos（（d＋δh）/2a），d＝（2 x a）1/2可以求出剪切變形角α（見(jiàn)圖8）。
圖6 試驗(yàn)夾持器 圖7 拉伸儀外觀
3．2試樣及測(cè)試結(jié)果
試樣規(guī)格及變形角測(cè)試值見(jiàn)表1，襯經(jīng)襯緯紗采用玻璃纖維無(wú)捻粗紗。典型的剪切拉伸曲線見(jiàn)圖8。
表1試樣規(guī)格
3．3測(cè)試結(jié)果分析
1、從試驗(yàn)裝置的原理可以分析到，剪切變形角越小，剪切變形越大，織物的鋪覆性能越好。
2、從表8—2一的試驗(yàn)結(jié)果分析，緯紗密度對(duì)鋪覆性能的影響不大。試樣l至試樣4，變形角從36O增加到39.7O。同樣，試樣5和試樣6，變形角從29.70增加至30.50。
3、經(jīng)紗密度的變化對(duì)鋪覆性能的影響很大。試樣1和試樣5比較，變形角從360減小至29.70。同樣，試樣4和試樣6比較，變形角從39.70減小到 30.50。
4、比較試樣6和7可以發(fā)現(xiàn)，原料細(xì)度越小，其變形角越小。
5、從剪切拉伸曲線來(lái)看，織物在剪切拉伸剛開(kāi)始階段，織物很容易變形。織物在很小的作用力下，就會(huì)產(chǎn)生很大的變形。經(jīng)過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)后，織物變形很困難。在很大的變形力作用下，織物的變形很小。其中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處，織物發(fā)生了起皺現(xiàn)象。
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