殷希 黃瑤瑤

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)，各行各業(yè)對于材料的要求越來越高，傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足社會的實際需求，所以為了適應(yīng)發(fā)展的需要，人們將兩種或兩種以上的材料通過復(fù)合的方法使材料間功能互補(bǔ)，從而大大提升材料的綜合使用性能，而多軸向經(jīng)編涂層織物就是其中一種理想的建筑材料。由于多軸向經(jīng)編涂層織物具有較高的承載力、耐疲勞性，因此適用于大跨度空間建筑材料，如大型體育場、博覽會館、機(jī)場、車站、購物中心以及救災(zāi)臨時建筑等。在使用過程中，涂層織物會受到很多方向力的作用，其中就包括頂破作用。本文對多軸向經(jīng)編聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、熱塑性聚酯彈性體（TPEE）涂層織物的頂破性形態(tài)和失效機(jī)理進(jìn)行了研究。在CRT材料試驗機(jī)上分別對3種涂層織物進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)頂破實驗測試，通過觀察頂破過程中涂層織物材料的變形，找出3種涂層織物形變時的異同點。并對實驗所得的載荷-位移曲線進(jìn)行了分析討論，說明了材料在頂破載荷作用下的失效機(jī)理以及不同涂層對織物頂破性能的影響。結(jié)果顯示，涂層織物的頂破強(qiáng)力主要取決于增強(qiáng)織物，但破壞機(jī)理與涂層材料有很大關(guān)系。

關(guān)鍵詞：多軸向經(jīng)編;涂層織物;頂破性能

進(jìn)入21世紀(jì)，各行各業(yè)對于材料的要求越來越高，傳統(tǒng)的單一材料已不能滿足社會的實際需求，所以為了適應(yīng)發(fā)展的需要，人們將兩種或兩種以上的材料通過復(fù)合的方法使材料間功能互補(bǔ)，從而大大提升材料的綜合使用性能，而多軸向經(jīng)編涂層織物就是其中一種理想的建筑材料。由于多軸向經(jīng)編涂層織物具有較高的承載力、耐疲勞性，因此適用于大跨度空間建筑材料，如大型體育場、博覽會館、機(jī)場、車站、購物中心以及救災(zāi)臨時建筑等。在使用過程中，涂層織物會受到很多方向力的作用，其中就包括頂破作用。

目前對涂層織物頂破性能已經(jīng)有大量的研究，主要集中于不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同頂破形式對涂層織物的頂破性能的影響，以及頂破強(qiáng)力方面的分析。如徐文建通過對比不同密度的基布、不同涂層厚度、不同涂層樹脂的經(jīng)編雙軸向復(fù)合材料的頂破性能，得出織物密度、涂層厚度以及涂層樹脂與頂破強(qiáng)力之間的關(guān)系;徐英研究了經(jīng)編雙軸向涂層織物在頂頭頂破和尖頭頂破下織物的力學(xué)特性和破壞形式;陳培偉研究了平面四軸向機(jī)織物的頂破性能，得出了平面四軸向機(jī)織物與疊層四向機(jī)織物和常規(guī)織物之間的頂破性能的優(yōu)劣;朱靜等對織物的刺破與頂破測試方法進(jìn)行了對比，得出刺破比頂破容易，但低速對刺破強(qiáng)力和頂破強(qiáng)力的影響不顯著;儲才元對非織造布的頂破強(qiáng)力進(jìn)行了估算;張?zhí)礻柕妊芯苛藱C(jī)織物頂破過程有限元的分析。但是對多軸經(jīng)編織物增強(qiáng)的涂層織物研究較少，本文主要探討分別以PE、PU和TPEE為涂層材料，在相同增強(qiáng)體下經(jīng)編多軸向涂層織物的頂破性能和破壞形式。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗采用的3種涂層織物的基體分別為聚乙烯（PE）、聚胺脂（PU）和熱塑性聚酯彈性體（TPEE），其增強(qiáng)材料均為滌綸（PET）且增強(qiáng)纖維是由鋪層得到的，因此纖維之間沒有交織。四層平行無卷曲的紗線按照0°、90°、±45°規(guī)定角度交錯排列，再使用捆綁紗使其固定。其中0°、90°、±45°方向增強(qiáng)紗線的規(guī)格為1000D/192f，捆綁紗線的規(guī)格為55/72 dtex DTY，未涂層時織物增強(qiáng)體的克重為217g/m2，厚度為0.138 mm，幅寬為1.27m。涂層后3種涂層材料的規(guī)格參數(shù)。

1.2 實驗方法

實驗按照ASTM D3787-07（2011）標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采用頂頭頂破的方法來測試材料的頂破性能。實驗所用的設(shè)備為CRT試驗機(jī)。將試樣牢固地夾持在夾具上，固定后開啟試驗機(jī)，以300mm/min的速度進(jìn)行頂破實驗測試。頂破測試為每組單獨3個獨立試樣，試樣采用直徑為125mm圓形試件。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 頂破的破壞形式

3 種涂層織物頂破前后的破壞形態(tài)，3種涂層織物的增強(qiáng)織物規(guī)格相同并且排列緊密，頂破后3種增強(qiáng)織物的紗線均徹底斷裂，涂層受到不同程度的破壞。3種材料中PE涂層織物的破壞最為明顯，TPEE涂層材料的穿透破壞不明顯，PU涂層材料的破壞程度介于兩者之間。這是因為頂破后涂層材料中，TPEE材料較硬，彈性變形較少，故其穿透現(xiàn)象不明顯。而PE和PU兩種材料中由于PU涂層較薄，涂層破壞較快，破壞后恢復(fù)性較差，故其破壞比PE涂層織物明顯。

2.2 頂破特征曲線分析

多軸向經(jīng)編涂層織物頂破破壞的損傷機(jī)制可以概括為3個階段。

起始階段：頂頭剛開始接觸多軸向經(jīng)編織物試樣，材料所承受的力較小，因為此時多軸向經(jīng)編織物表面的應(yīng)力只存在于與頂頭直接接觸的一個小區(qū)域;同一時刻，織物內(nèi)部增強(qiáng)體上廣泛分布了應(yīng)力載荷，主要是涂層將頂頭對多軸向經(jīng)編織物的集中載荷均勻分布到其他的受力區(qū)域，使得更多的紗線共同承載。

中間階段：隨著頂頭進(jìn)一步前進(jìn)，多軸向經(jīng)編織物表面應(yīng)力傳播到較大的區(qū)域內(nèi)，試樣逐漸形成一個以頂頭的頭端為中心的凸起，曲線迅速上升。

最終階段：隨著頂頭過程的推進(jìn)，多軸向經(jīng)編織物表面的涂層材料首先失效，這主要是由于表面涂層材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)部增強(qiáng)材料。最后頂頭頭端紗線達(dá)到最大拉伸應(yīng)力后，增強(qiáng)織物遭到破壞，頂頭穿透涂層織物，涂層材料被破壞失效。

2.3頂破強(qiáng)力分析與比較

實驗中，PE、PU、TPEE涂層織物的頂破強(qiáng)力值及達(dá)到頂破強(qiáng)力最大值時的位移。當(dāng)3種材料達(dá)到最大頂破破壞強(qiáng)力時，PE涂層織物的位移最大，PU涂層織物次之，TPEE涂層織物的位移最小。由此說明，PE涂層織物的彈性較PU和TPEE的彈性好一些。，3種材料的最大破壞強(qiáng)力比較接近，說明這3種涂層材料被頂破時所能承受的強(qiáng)力比較接近。

3 結(jié)論

本文對多軸向經(jīng)編聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）、熱塑性聚酯彈性體（TPEE）涂層織物的頂破性形態(tài)和失效機(jī)理進(jìn)行了研究。在CRT材料試驗機(jī)上分別對3種涂層織物進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)頂破實驗測試，通過觀察頂破過程中涂層織物材料的變形，找出3種涂層織物形變時的異同點。并對實驗所得的載荷-位移曲線進(jìn)行了分析討論，說明了材料在頂破載荷作用下的失效機(jī)理以及不同涂層對織物頂破性能的影響。結(jié)果顯示，涂層織物的頂破強(qiáng)力主要取決于增強(qiáng)織物，但破壞機(jī)理與涂層材料有很大關(guān)系。

（1）涂層材料的破壞形態(tài)與涂層有較大的關(guān)系。多軸向經(jīng)編涂層織物破壞形態(tài)明顯程度依次是聚氨酯（PU）、聚乙烯（PE）、熱塑性聚酯彈性體（TPEE）。

（2）由于多軸向經(jīng)編織物的表面涂層材料的本身強(qiáng)力較小，在頂破過程中，涂層材料先破裂，增強(qiáng)織物再頂破，涂層材料的強(qiáng)力對頂破的性能影響很小。多軸向經(jīng)編涂層織物的最大頂破強(qiáng)力與涂層材料關(guān)系較小，但與多軸向經(jīng)編增強(qiáng)織物緊密相關(guān)。

（3）多軸向經(jīng)編涂層織物頂破位移由大到小依次是聚乙烯（PE）、聚氨酯（PU）和熱塑性聚酯彈性體（TPEE）涂層材料，且3種涂層織物的頂破強(qiáng)力比較接近。

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