第4期产业用纺织品一31一在过去的几年里．以热固性基质系统为基础的高级合成物的使用日益增加，这主要是因为对热固性预浸胶体制作的经验的增加，低温树脂技术和适宜的连接技术的发展。尽管这是一种有利的趋向．但热固性合成物仍有许多不足之处。这些短处包括热压周期长、脆性(会导致降低冲击强度)、吸湿性、深度冷却条件下的浸胶体的贮藏和不适于熔接等。此外，部件制造者还须考虑产生的化学反应及由此引起的一些特性。部件制造者可选择的有效的办法是使用有热塑性基质的合成物系统。根据这种合成材料的机械特性及制造能力，这种方法确有其优点。热塑性合成物有高损伤容许极限和良好的耐冲击性．预浸胶体材料有无限的储存寿命，也不需要费时间的处理周期。此外，模制零件可以容易地被锻造和成形。因为零件制造的低成本和再回收的可能性，所以，一个附加的优点是这些材料有较高的潜力。热塑性合成物还不能被市场广为接受的主要原因是预浸胶体的高价格、很高的制作温度、高熔化粘度和对它们长期特性的不了解。仍须研究开发从预浸胶体到零件成形(压铸、卷绕、锻造)的制造工艺以达到期望的生产水平。就预浸胶体而论，现在已得到了许多单向性的热塑性预浸胶体。它们是通过熔化、粉化、溶解或分散使达到浸渍而获得的，就织物预浸胶体而言，目前流行的有效的技术是让低粘度的热塑性溶液浸渍成为无定形热塑性材料。对于结构零件有影响的局部结晶热塑性材料，仍无法生产出质量可验收的织物预浸胶体。所有热塑性预浸胶体系统的一个缺陷是在连续生产过程中差的悬垂性而使得材料有高硬度。这样．在成形工序之前就同时需要一个额外的热处理来提高预浸胶体的质量，但是这种方法的最大的形变能力是有限制的，尤其在径向方向。使用混合纤维就能减少工序中出现的问题．这里，热塑性基质是由连续的长纤维或者短纤维组成，当这种基质与增强纤维结合在一起就得到了混合纤维。使用这些纱线就能生产柔软的有良好悬垂性的机织织物或者其它纺织织品，如纬编织物、经面编织物或者床单等，在压力和热的作用下，这些纺织品均能变形而得到复杂的部件。通过长丝卷绕，混合纤维本身也能被制成部件。不过，重要的是，纱线和纱线与卷绕器之间的接触点均应加热到一个足够高的温度。此外．将纱线加热到热塑性材料熔点以上的温度后旋加压力使其固化，并进行浇注。混合纤维可以由不同的技术方法制成。它们都旨在获得匀布基质和不损伤增强纤维条件下的增强长丝(图1)。简单地混合增强纤维和热塑性纤维就极易获得均匀配置的长纤维，如图1(a)。借助于水将散布着的增强纤维和热塑性纤维混和并在浇注过程中彼此抱合，就可完成均匀配置。这样得到的纱线仍是期望中的，而增强纤维无需经受一32～产业用纺织品第11卷较大的应力。第二个步骤就是利用定向空气喷射使纤维膨化和混合。所用的压力必须完全适合增强纤维以求获得良好的混合效果，并同时降低因受横向载荷而使长纤维的损伤至最低限度。连续增强纤维混合纱包覆纱(a)(b)拉忡一破裂纱线拉伸一破裂纱线(d)包芯纱(c)图1各种混合纤维关于工序的速度，喷气混合应增高到100％的高比例。第二种方法是包覆技术，即以增强纤维为芯，在其外面包覆上热塑性纤维而制得混合纤维，如图1(b)。在这个制作工序里，混合过程中对增强纤维的处理要温和的多。另外，在后道工序中，比如在编织时，也能保护它们不受伤害。不过这种方法有一个缺点，就是在连续的工序里，增强纤维和热塑性长丝的配置有可能导致聚合物和增强长丝浸渍不充分或分布不规则。在芯部分加入热塑性纤维并同时减少热塑性包覆材料的总量可使情况稍有改善。第三种方法是，以加入热塑性纤维的增强纤维为芯，将热塑性短纤维旋绕于芯上，如图1(c)。这些包芯纱与包覆纱具有相同的特性。但包芯纱的一大优点是有较大的柔软性，非常适合织造。最初用拉伸一断裂连续长丝的方法生产短纤维．最后获得短纤纱，如图1(d)。这个方法可用于增强纤维和热塑性纤维的生产。连续的纺纱工序得到了由两种纱线成份均匀混合的混合纤维。Akzo研究的混合纤维包括混合法纱线和包覆法纱线。使用的增强纤维是TwaronHmdtex，TenazHTA3K和680dtex或76dtex的EA型玻璃纤维直接粗纱；使用的热塑性材料有840dtex三叶型聚酰胺纱和76dtex聚酰亚胺纱。表1列示了主要的纱线特性。被测试的混合法纱线是用TwaronHm／PA6、玻璃／PA6、玻璃／PEI和TenazHTA／PEI制成的；而包覆法纱线仅用一种TenaxHTA／PEI材料制成。纱线的混合比例是从60％的TwaronHM／PA6增强纱到55％的TenazHTA／PEI至50％的玻璃／PEI纱。对于混合法或者包覆法生产的纱线的质量结果如何，人们作了这样的研究，根据PIN的标准对在优化条件(纺纱速度、混合速度、喷射几何参数和压力)下生产的混合纱线作一个拉伸测试。所需嵌入EP基质中的纱线已初步说明了纱线损伤对层压制品中混合纤维强度的影响。结果如表2所示，使用TwaronHM，混合纤维的剩余强度为86％，与芳香族纤维本身的初始强度相符。TenaxHTA的值仍然较高，混合纱线达到90％；包覆纱线达到94％。只有含玻璃纤维的混合纤线在混合时对纱线强度有强烈的影响。对于玻璃／PA6，纱线强度降至55％；对于玻璃／PEI混合物，纱线剩余强度为70％。第4期产业用纺织品一33一表1增强和热塑性纤维┏━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┓┃┃增强纤维┃热塑性纤维┃┃┣━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━╋━━━━━┳━━━━━┫┃项目┃┃┃E型玻璃纤维┃┃┃┃┃TenaxHTA3K┃TwaronHM┃┃PA6┃PEl┃┃┃┃┃直接粗条┃┃┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃┃┃┃680┃┃┃┃支敬(dtex)┃2000┃1610┃┃840┃167┃┃┃┃┃76┃┃┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃密度(g／cm2)┃1．77┃1．45┃2．59┃1．14┃1．27┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃抗张强度(MPa)┃3990┃3225┃2640┃┃┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃模量(GPa)┃238┃12l┃71┃┃┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃断裂伸长率(％)┃1．52┃2．32┃3．74┃┃┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃玻璃化转变温度(℃)┃┃┃┃40┃2lS┃┣━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫┃熔融温度(℃)┃┃┃┃216┃┃┗━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━┻━━━━━┛表2混合纤维特性┏━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┳━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━┓┃┃纤维／基质比例┃强度‘┃伸长率‘┃剩余强度一┃┃混和纤维┃┃┃┃┃┃┃(体积％)┃(MPa)┃(％)┃(％)┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃TWaFOnHM／PA6┃60／40┃2780┃2．14┃86．3┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃玻璃／PA6┃52／48┃1449┃1．81┃54．9┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃玻璃IPEI┃50／50┃1843┃2．32┃69．8┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃TeflaxHTA／PEI┃┃┃┃┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃一混合法┃55／45┃3583┃1．43┃89．8┃┣━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━╋━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━┫┃一包覆法┃┃3767┃1．51┃94．4┃┗━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━┻━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━┛*根据DIN测定浸渍纱线**与增强纤维碎片相同除去纱线本身强度，在高级合成物里，热塑性纤维和增强纤维在纱线中混合仍然起着重要作用。尤其是在如下的情形里，即热塑性基质中增强纤维的分布，浸渍质量和长丝之间引起的负载转移。要决定由不同种类的混合纤维制成的层压制品的特性，首先要预备UD层压制品。为了这个目的，沿一平直样板卷绕混合纱线，层次的数量和厚度取决于所需的层压制品的厚度。然后经过压模获得期望的层压制品。在这些实验中．所获得的层压制品的特性是由大量优化试验所确定的最恰当的模制周期(如图2所示)来决定的。这些研究表明：要获得最适度的层压制品的特性，不仅与模制温度有关(PA6为250℃，PEI温度(℃)模翻冈期压力(bar)卜H加热—斗模翻—．_一玲却一月期时问(roll)图2UD混合纤维层压制品的模具压铸周期