呂 麗 華，崔 婧 蕊，閆 淑 娟，趙 帆

(大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034)

0 引 言

三維紡織復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用在航空航天，近來(lái)在汽車(chē)工業(yè)中也受到廣泛的重視，還應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)器械、機(jī)械系統(tǒng)、船舶及民用領(lǐng)域。此種復(fù)合材料以其高強(qiáng)高模、抗疲勞及可設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)受到人們的關(guān)注[1]。作為三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料——三維紡織異型件的設(shè)計(jì)越來(lái)越多。前人利用二維織造技術(shù)織制三維織物，多層經(jīng)紗鋪放，通過(guò)控制經(jīng)紗開(kāi)口，以一定方式引入緯紗，在交織過(guò)程中，不僅實(shí)現(xiàn)了層與層之間的接結(jié)并產(chǎn)生了沿織物厚度方向的紗線取向，從而形成具有一定結(jié)構(gòu)的三維織物[2]。在普通織機(jī)上織造的三維織物，并非常規(guī)意義的三維織物，上機(jī)織造時(shí)，織造的是具有一定厚度的二維織物，下機(jī)展開(kāi)后，便是具有厚度的三維織物，此種三維織物的織造方法概括為：(1)三維結(jié)構(gòu)的壓扁，使之能在普通織機(jī)上織造。(2)合理投梭，使織物得到連續(xù)的織造。(3)下機(jī)還原成三維織物[3]。王元昌等[4]按多層織物的織造方法在普通小樣織機(jī)上織造了預(yù)留孔織物，并介紹了上機(jī)設(shè)計(jì)圖，穿綜、穿筘及引緯方法。陳思霞等[5]在前人研究的角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，介紹了緯向回型角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)由角聯(lián)鎖接結(jié)方式設(shè)計(jì)出來(lái)的三維異型件可在普通織機(jī)上織造。本文利用普通小樣織機(jī)，織制出了預(yù)留孔洞的三維織物。

1 預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物的設(shè)計(jì)與織造

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

在平板狀織物的基礎(chǔ)上可以設(shè)計(jì)出多種異截面織物，其中有一種為四周是平板型而中間是通透的孔洞，通過(guò)分析，認(rèn)為可以對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，使其成為半透孔狀織物[6]。其效果圖如圖1所示。

圖1 預(yù)留孔洞織物效果圖Fig.1 Design sketch of fabric with reserved hole

1.2 截面設(shè)計(jì)

由圖1知其截面形狀可以分為2個(gè)部分，一部分為平板狀織物，另一部分為B2A2區(qū)。以B1、B3區(qū)為6層平板狀織物，B2A2區(qū)為2層平板狀織物為例，截面圖如圖2所示。

圖2 預(yù)留孔洞織物的經(jīng)向截面圖Fig.2 Cross section of warp of fabric with reserved hole

1.3 上機(jī)織造

1.3.1 上機(jī)紋板圖、穿紋圖、穿筘圖設(shè)計(jì)

根據(jù)圖1和圖2中各區(qū)截面結(jié)構(gòu)，可以繪制出各區(qū)的紋板圖。由于該織物不是一種組織連續(xù)的循環(huán)，沿經(jīng)向分為多個(gè)區(qū)域，所以只用一塊紋板無(wú)法完成，需要多個(gè)紋板。同時(shí)在每塊紋板上，由于按照經(jīng)向有2種不同的交織方式，因此紋板圖分為2個(gè)區(qū)。B1、B3區(qū)紋板圖如圖3所示，B2區(qū)紋板圖如圖4所示。

如圖1效果圖所示，預(yù)留孔洞織物沿經(jīng)向分為3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)經(jīng)紗交織起伏的規(guī)律不同，所以在每一個(gè)區(qū)域內(nèi)采用順穿法。預(yù)留孔洞織物的穿綜圖如圖5所示。

圖3 預(yù)留孔洞織物B1、B3區(qū)的紋板圖Fig.3 Pegging plan of B1，B3of fabric with reserved hole

圖4 預(yù)留孔洞織物B2區(qū)的紋板圖Fig.4 Pegging plan of B2of fabric with reserved hole

圖5 預(yù)留孔洞織物的穿綜圖Fig.5 Drafting plan of fabric with reserved hole

采用兩入一筘，穿筘圖如圖6所示。

圖6 預(yù)留孔洞織物的穿筘圖Fig.6 Denting plan of fabric with reserved hole

根據(jù)紋板圖和穿綜圖，可以得到預(yù)留孔洞織物的組織圖，從而得到其上機(jī)圖。B1、B3區(qū)的上機(jī)圖如圖7所示，B2區(qū)的上機(jī)圖如圖8所示。

1.3.2 上機(jī)織造要點(diǎn)

預(yù)留孔洞織物在織造時(shí)需要注意的是經(jīng)紗張力的均勻性。在普通小樣織機(jī)上織造三維織物最困難的就是張力不勻，在織造過(guò)程中，需要時(shí)刻控制張力，以保證開(kāi)口清晰。當(dāng)選擇高性能纖維如玻璃纖維和玄武巖纖維等高強(qiáng)低伸纖維時(shí)，需要通過(guò)減少經(jīng)密、噴水等方法減少經(jīng)紗之間不必要的交織，從而使開(kāi)口清晰，張力均勻。

圖7 預(yù)留孔洞織物B1、B3區(qū)的上機(jī)圖Fig.7 Looming draft of B1，B3of fabric with reserved hole

圖8 預(yù)留孔洞織物B2區(qū)的上機(jī)圖Fig.8 Looming draft of B2of fabric with reserved hole

1.3.3 織造成果圖

織造成品如圖9所示。將浮長(zhǎng)線剪去，即可得到所設(shè)計(jì)的預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物。

圖9 預(yù)留孔洞織物的織造成果圖Fig.9 Result photos of fabric with reserved hole

2 預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用

預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物本質(zhì)上屬于平板型織物，它通過(guò)在平板型結(jié)構(gòu)上的變型，形成一種容器狀織物，同時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，還可以改造為殼體結(jié)構(gòu)。并且其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，織造中各根經(jīng)紗交織起伏規(guī)律相似，只需要使用一個(gè)經(jīng)軸，非常適合在小樣織機(jī)上織造。

預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物的應(yīng)用范圍很廣，當(dāng)層數(shù)足夠多時(shí)，可以制作沙發(fā)墊、杯套等；澆注樹(shù)脂形成復(fù)合材料后，可以通過(guò)增加四周平板狀的層數(shù)，使其成為裝液體的容器，強(qiáng)度很高而且質(zhì)量很輕，減少在搬運(yùn)過(guò)程中不必要的麻煩；也可以在預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物的基礎(chǔ)上改造成殼體狀織物，形成復(fù)合材料后做頭盔，特別是防暴頭盔來(lái)使用，將其輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)極大地發(fā)揮出來(lái)。

3 結(jié) 論

探討了預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物的織造方法，包括截面形狀設(shè)計(jì)、上機(jī)參數(shù)選擇、上機(jī)圖設(shè)計(jì)和織造要點(diǎn)等。在普通小樣織機(jī)上成功織造出了預(yù)留孔洞三維整體機(jī)織物，優(yōu)化了織造工藝，節(jié)約了生產(chǎn)成本。此種織物，可以制作沙發(fā)墊、杯套等；或作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，制作容器使用；或經(jīng)改造成殼體織物，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)材料，用于制作頭盔等。

[1]劉愛(ài)平，趙書(shū)林.紡織復(fù)合材料的應(yīng)用和發(fā)展[J].天津紡織科技，2008(3)：1－4.

[2]卜佳仙，崔建偉.三維多向結(jié)構(gòu)預(yù)形件的織造加工技術(shù)[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，1999，17(10)：9－12.

[3]顧平.普通織機(jī)織三維機(jī)織物的試驗(yàn)研究[J].紡織學(xué)報(bào)，2002，23(5)：360－362.

[4]王元昌，蕭榮，薛衛(wèi).幾種三維機(jī)織物的上機(jī)設(shè)計(jì)[J].棉紡織技術(shù)，2001，29(4)：229－232.

[5]陳思霞，眭建華.3－D機(jī)織異型件角聯(lián)鎖接結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探討[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)：工科版，2011，31(4)：60－65.

[6]CHEN Xiaogang.An experimental investigation into the structure and mechanical properties of 3Dwoven orthogonal structures[J].Journal of the Textile Institute，1997，88(1)：449－464.