胡 雨 張 玥 龔小舟 劉俊龍 孫 緋

1. 武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430073；2. 湖北菲利華石英玻璃股份有限公司，湖北 荊州 434000

兩種不同織機上正交角聯(lián)鎖織物的織造*

胡 雨1張 玥1龔小舟1劉俊龍2孫 緋2

1. 武漢紡織大學紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430073；2. 湖北菲利華石英玻璃股份有限公司，湖北 荊州 434000

分別采用傳統(tǒng)織機和多綜眼織機，織造6層正交角聯(lián)鎖織物，比較織物的織造參數(shù)、整體結(jié)構(gòu)，分析兩種織機生產(chǎn)三維機織物的適應性。結(jié)果表明，采用多綜眼織機織造結(jié)構(gòu)復雜、厚度大的三維機織物時，克服了采用傳統(tǒng)織機織造時其織物保型性差、生產(chǎn)工藝復雜、織造速度慢的缺點，同時發(fā)現(xiàn)綜眼間距是多綜眼織機的關(guān)鍵參數(shù)。

傳統(tǒng)織機，多綜眼織機，正交角聯(lián)鎖織物

三維機織物作為紡織復合材料的預制件，它的立體形狀可設(shè)計性好、空間結(jié)構(gòu)多樣化、整體性能穩(wěn)定，已成為高性能紡織復合材料制造技術(shù)新的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)織機(特指綜絲為單綜眼結(jié)構(gòu)的織機)可以完成多種厚度一般的三維機織物的織造，葉飛[1]采用普通織機織造了六邊形、三角形、工字形3種不同結(jié)構(gòu)的三維整體空芯機織物。利用多綜眼織機織造三維機織物的研究也逐漸增多，柳寶琴[2]織造了正交角聯(lián)鎖織物，郭軍[3]制備了縱橫雙向變厚度三維機織物。但是，系統(tǒng)對比這兩種織機的織造性能的研究目前尚屬空白。使用這兩種織機織造三維機織物，因織造工藝不同，所形成的織物結(jié)構(gòu)有較明顯的差異，而三維機織物的整體結(jié)構(gòu)性能會直接影響后續(xù)復合加工的質(zhì)量[4]，所以分析不同織機生產(chǎn)的三維機織物的性狀、探究更加優(yōu)良的織造技術(shù)，具有重要意義。

1 織造原理

1.1 三維機織物成型

三維機織物主要由正交、角聯(lián)鎖和三向(或多向)這3種結(jié)構(gòu)最簡單的組織衍生變化或組合而成。三維機織物的穩(wěn)定性來源于纖維間摩擦力和接結(jié)紗的固結(jié)作用[5]。

正交組織由3組呈正交狀態(tài)的紗線構(gòu)成。3組 紗線分別按笛卡爾坐標系排列為X向(即經(jīng)紗構(gòu)成的長度方向)、Y向(即緯紗構(gòu)成的寬度方向)和Z向(即垂紗構(gòu)成的厚度方向)。正交組織中的三向紗線均呈直線狀態(tài)分布，承載性能優(yōu)良[6]。

角聯(lián)鎖組織由接結(jié)經(jīng)(緯)紗、緯(經(jīng))紗、襯經(jīng)(即填充經(jīng)紗)或襯緯(即填充緯紗)構(gòu)成，其中接結(jié)紗兼具角聯(lián)鎖組織厚度方向的配置和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性兩種功能。角聯(lián)鎖組織的交織規(guī)律復雜、結(jié)構(gòu)形式多樣[7-9]。

三向交織組織的X向紗線(即經(jīng)紗)和Y向紗線(即緯紗)相互垂直，Z向紗線同時與X向、Y向紗線交織。三向交織組織的紗線在3個方向交織，因此織物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可加工性能優(yōu)良。如果額外加入第四方向的紗線與Z向紗線交織，則可以形成更多方向的紗線相交織的織物[10]。

1.2 傳統(tǒng)織機織造

目前，傳統(tǒng)織機的適用范圍最廣泛，設(shè)備不需要更新即可進行部分三維機織物的織造，它主要由開口、引緯、打緯、送經(jīng)、卷取這5大機構(gòu)按照工作順序相互協(xié)調(diào)完成織物織造。傳統(tǒng)織機的小樣機織造流程：

第1步，穿結(jié)經(jīng)。首先，將均勻卷繞在織軸上的經(jīng)紗繞過后梁，從綜框的綜絲眼中按順序穿過；然后，將每頁綜框的綜絲眼上的經(jīng)紗穿入鋼筘對應的筘齒內(nèi)；最后，將經(jīng)紗固定在卷取輥上。

第2步，輸入上機參數(shù)。將設(shè)計好的紋板圖信息輸入織機的控制系統(tǒng)內(nèi)。第3步，織造。根據(jù)織造工藝的設(shè)定，綜框的提升和下降使經(jīng)紗在鋼筘和卷取輥之間形成梭口(即開口)，引緯器將緯紗引入梭口(即引緯)，鋼筘將緯紗推進織口(即打緯)；綜框再次運動，促使經(jīng)緯紗交織，如此循環(huán)便形成織物；織軸轉(zhuǎn)動保證經(jīng)紗補給量(即送經(jīng))，卷取輥傳動將織造形成的織物引離織口(即卷取)[11]。

1.3 多綜眼織機織造

多綜眼織機結(jié)構(gòu)如圖1所示。與傳統(tǒng)織機比較，多綜眼織機的綜絲上有N(N≥2)個綜眼，每根綜絲上經(jīng)紗穿入后在豎直方向以等距排列，受綜絲長度和提綜高度的影響，鋼筘的高度高于傳統(tǒng)織機。多綜眼織機織造時，綜框運動一次能形成多個梭口，可同時引入多根緯紗，織造效率提高，而且鋼筘能將同時引入的多根緯紗一起推入織口，因此每根緯紗的受力一致，保證了其在織物中處于同一豎直截面內(nèi)，有利于織物結(jié)構(gòu)規(guī)整[12-14]。

圖1 多綜眼織機結(jié)構(gòu)示意

2 織造參數(shù)設(shè)計

組織循環(huán)經(jīng)紗數(shù)Rj=8、組織循環(huán)緯紗數(shù)Rw=10、經(jīng)紗層數(shù)為6的正交角聯(lián)鎖織物截面如圖2(a)所示，把圖中交織規(guī)律相同的經(jīng)紗分類，按順序?qū)⒌?種交織規(guī)律的經(jīng)紗標注為1～4、第2種交織規(guī)律的經(jīng)紗標注為5～8，A～E表示同一豎直截面內(nèi)的第1組緯紗、a～e表示同一豎直截面內(nèi)的第2組緯紗，8根經(jīng)紗、10根緯紗構(gòu)成1個組織循環(huán)。根據(jù)圖2(a)可以畫出組織圖，如圖2(b)所示。

(a) 截面圖

(b) 組織圖

2.1 傳統(tǒng)織機織造

在傳統(tǒng)織機上織造正交角聯(lián)鎖織物，需使用8頁綜框，每頁綜框上50根綜絲，總經(jīng)根數(shù)400。穿綜采用順穿法[圖3(a)]，先將圖2(a)中1～8即第1組的8根經(jīng)紗按從前向后的順序穿入每頁綜框的第1根綜絲，然后將第2組的8根經(jīng)紗穿入每頁綜框的第2根綜絲，如此反復，直到每頁綜框穿滿50根經(jīng)紗。穿筘時，每頁綜框的第1根綜絲上的經(jīng)紗共8根穿入鋼筘水平方向?qū)牡?個筘隙，每頁綜框的第2根綜絲上的經(jīng)紗共8根穿入鋼筘的第2個筘隙，如此反復，依次穿滿鋼筘的50個筘隙。因穿綜采用順穿法，所以紋板圖[圖3(b)]和組織圖[圖2(b)]相同。圖3(b)中，“1”表示綜框提升1次，空白表示綜框處于綜平位置。

(a) 穿綜圖

(b) 紋板圖

2.2 多綜眼織機織造

采用多綜眼織機織造時，一般將交織規(guī)律相同的經(jīng)紗穿入同一頁綜框，也可穿入不同頁綜框，但交織規(guī)律不同的經(jīng)紗一定不能穿入同一頁綜框。本試驗使用2頁綜框，每頁綜框上4綜眼綜絲50根，總經(jīng)根數(shù)400。在多綜眼織機上，經(jīng)紗的穿入不僅要考慮水平方向還要考慮豎直方向的順序，穿綜需遵循從織機前(第1頁綜框)到機后(最后一頁綜框)、從綜絲的最下面的綜眼到最上面的綜眼兩條原則。先由第1頁綜框的第1根綜絲的最下面的綜眼從下往上依次穿入第1～4根經(jīng)紗，然后在第2頁綜框的第1根綜絲上從下往上依次穿入第5～8根經(jīng)紗。穿綜圖[圖4(a)] 中，“↑”表示豎直方向的穿入順序為從下到上，水平方向的穿入順序為從綜框 Ⅰ 到綜框 Ⅱ 。穿綜效果如圖4(b)所示，經(jīng)紗在多綜眼綜絲上等距排列。

(a) 穿綜圖

(b) 穿綜效果示意

(c) 提綜規(guī)律示意

(d) 引緯圖

由于交織規(guī)律相同的經(jīng)紗穿入同一根綜絲，所以織造時綜框的運動規(guī)律相對簡化，可以根據(jù)正交角聯(lián)鎖織物截面圖[圖2(a)]尋找最小循環(huán)內(nèi)經(jīng)紗的浮沉規(guī)律，畫出提綜示意圖[圖4(c)]，它具備表征綜框是否提升和提綜高度雙重作用，空白表示綜框處于綜平位置，數(shù)字(如2)表示綜框相對于綜平位置的上升高度。

本試驗中，綜框Ⅰ提升2個綜絲眼間距的高度時，經(jīng)紗間形成5個梭口，根據(jù)織物結(jié)構(gòu)，可以引入5根緯紗；綜框Ⅱ運動時，同樣在5個梭口內(nèi)引入5根緯紗。因為多綜眼織機的引緯裝置由多根劍桿組成，每一次引緯的劍桿數(shù)量和位置需預先設(shè)計，所以利用引緯圖[圖4(d)]加以準確闡述，“i”～“v”表示從下到上5根在豎直方向等距排列的引緯劍桿序號，“”表示對應劍桿引入1根緯紗。

3 織造試驗

3.1 試驗設(shè)備及材料

試驗設(shè)備：SGA598型半自動打樣機(傳統(tǒng)織機)；SGA598型半自動劍桿織樣機(多綜眼織機)。

試驗材料：50 tex滌棉紗。

3.2 織造參數(shù)

織造參數(shù)見表1、表2。

表1 傳統(tǒng)織機織造參數(shù)

表2 多綜眼織機織造參數(shù)

3.3 織造流程

3.3.1 準備階段

2種織機的織造順序：準備經(jīng)紗→穿綜→穿筘→梳理經(jīng)紗→準備緯紗→輸入上機參數(shù)→織造。

首先按照織造參數(shù)設(shè)計將經(jīng)紗準確地穿入相應的綜絲和鋼筘筘隙，然后把綜絲排列均勻以便于梳理經(jīng)紗，最后將經(jīng)紗前端固定在卷取輥上。試驗采用手動引緯的方式，將緯紗卷繞在引緯器中準備引緯。按照設(shè)定的組織圖和提綜規(guī)律示意圖，將織造參數(shù)輸入織機的控制系統(tǒng)。

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3.3.2 織造階段

普通織機織造時，每次提綜，經(jīng)紗相互交錯，形成1個梭口，由引緯器引入1根緯紗，鋼筘運動將緯紗推入織口；綜框再次提升，將前一根緯紗固定，同時又形成1個梭口，再引入1根緯紗.；如此循環(huán)，每引入5根緯紗，卷取輥帶動織物向前運動1根緯紗直徑的距離。綜框運動10次，引入10根緯紗，1個組織循環(huán)完成。

多綜眼織機織造時，每次提綜，綜框上升2個綜眼間距的高度，形成5個梭口，手動連續(xù)引入5根緯紗，鋼筘運動將5根緯紗以相同角度、相同力度同時推入織口，卷取輥帶動織物向前運動1根緯紗直徑的距離；綜框再次提升，將5根緯紗固定，同時又形成5個梭口，再引入5根緯紗，1個組織循環(huán)完成。

4 結(jié)果與分析

4.1 結(jié)果

試驗成功織出2塊6層正交角聯(lián)鎖織物樣品，其尺寸為40 cm×25 cm。圖5中，(a)所示為傳統(tǒng)織機織出的樣品，(b)所示為多綜眼織機織出的樣品。使用織物厚度儀測得樣品(a)的平均厚度為5.47 mm， 樣品(b)的平均厚度為5.94 mm。

(a) 傳統(tǒng)織機織造樣品

(b) 多綜眼織機織造樣品

4.2 分析

4.2.1經(jīng)紗張力控制

采用普通織機織造厚度較大的三維機織物，需使用的綜框數(shù)越多，經(jīng)紗在綜框之間排列緊密，綜框運動時，經(jīng)紗與經(jīng)紗、經(jīng)紗與綜絲之間的摩擦作用大，造成經(jīng)紗表面損傷嚴重。這導致紗線張力不均勻，進而影響織物的成型性。所以，采用傳統(tǒng)織機織造三維機織物時對經(jīng)紗張力的控制要求較高。通過對經(jīng)紗做預處理的方式來提高其力學性能和減少毛羽，有利于試驗順利進行。

采用多綜眼織機，由于其綜眼數(shù)多，梳理經(jīng)紗時按綜眼間距將經(jīng)紗分層排列，因為每一層經(jīng)紗的排列位置和角度不同，每一層經(jīng)紗的消耗量和補給量也不同，因此每一層經(jīng)紗的張力需用重力掛鉤分別控制。另外，多綜眼織機織造所需的綜框數(shù)較少，同一水平面內(nèi)的經(jīng)紗密度降低，經(jīng)紗間相互磨損、鉤掛的可能性減小，經(jīng)紗張力控制的準確度明顯提高。

由于三維機織物的厚度較大，需要的經(jīng)紗數(shù)很多，如果使用筒子架送經(jīng)，雖然可以保證每一根經(jīng)紗張力得到精準控制，但是對生產(chǎn)空間的需求非常大，而且牽引距離過長導致對經(jīng)紗的強力要求很嚴格，所以對經(jīng)紗張力進行分層控制是比較合理的方式。

4.2.2 鋼筘尺寸

在傳統(tǒng)織機上，綜平時經(jīng)紗處于同一平面內(nèi)，穿過鋼筘時8根經(jīng)紗擁堵在1個筘隙中，提綜時經(jīng)紗之間相互黏結(jié)、摩擦[圖6(a)]，在鋼筘的筘隙寬度無法擴展時，經(jīng)紗與經(jīng)紗、經(jīng)紗與鋼筘之間的磨損概率大，使得紗線表面出現(xiàn)大量損傷和毛羽，其物理性能下降嚴重。

多綜眼織機利用多個綜眼將經(jīng)紗在鋼筘中分層排列[圖6(b)]，經(jīng)紗與經(jīng)紗、經(jīng)紗與鋼筘之間的磨損概率明顯減小。多綜眼織機由于綜眼間距大、綜絲較長，織造時在豎直方向要求經(jīng)紗不與鋼筘的上下端發(fā)生碰撞，所以綜框高度大于傳統(tǒng)織機。

(a) 傳統(tǒng)織機

(b) 多綜眼織機

4.2.3 提綜高度

傳統(tǒng)織機一般只有1個提綜高度，其在一定程度上決定著梭口尺寸。提綜高度適當，有利于開口清晰。在傳統(tǒng)織機上，只需要根據(jù)1個開口的清晰度來控制提綜高度和經(jīng)紗張力，操作簡單、易行。但是，傳統(tǒng)織機的綜框提升形式單一，這限制了其在結(jié)構(gòu)復雜的三維機織物的織造中的應用。

但是，多綜眼織機的提綜高度過高、動態(tài)張力補償過大會帶來負面影響，經(jīng)紗的拉伸幅度大，要求其斷裂強度較高。綜框運動時，經(jīng)紗長度補償過長，經(jīng)紗與綜眼之間的摩擦長度增加，對紗線的磨損嚴重。因此，綜眼須精密加工，做到孔徑適合、內(nèi)環(huán)光滑。

4.2.4 緯紗排列

傳統(tǒng)織機上，單根緯紗逐次引入，在完成同一組的5根緯紗的打緯過程中，從上至下，每根緯紗受到鋼筘推動力的次數(shù)分別為5、4、3、2、1。因為受力不均勻，每組緯紗在豎直方向的層層排列會存在偏移，導致整體結(jié)構(gòu)發(fā)生不利變化，這降低了最終織物在豎直方向的承載力。

多綜眼織機能夠在一次開口時形成S(S≥2)個梭口，同一組的S根緯紗同時引入梭口，鋼筘將S根 緯紗同時推入織口，每根緯紗的受力和方向都相同，所以能保證同一豎直截面內(nèi)的緯紗層列整齊。測試結(jié)果表明多綜眼織機織造的織物厚度大于傳統(tǒng)織機織造的織物厚度，而且采用多綜眼織機織造時，緯紗排列更規(guī)整，織物的保型性更好。

4.2.5 引緯控制

多綜眼織機一般采用多劍桿的形式自動引緯，劍桿長度根據(jù)織造幅寬決定，劍桿間距應確保每根劍桿能夠在梭口的正中央位置順利引入緯紗，而2個 相鄰梭口的間距等于綜眼間距，所以劍桿間距也由綜眼間距控制。

當織造異形截面三維織物時，劍桿的引緯動程要具備差異性，對劍桿引緯的高精度控制難度大。為了使緯紗在劍桿回程時依然具有合適張力，可在織機上加裝緯紗重錘以控制緯紗張力。

5 結(jié)語

分別利用傳統(tǒng)織機和多綜眼織機織造正交角聯(lián)鎖織物，分析織前設(shè)計、織造過程及織物的相關(guān)參數(shù)，總結(jié)織造時2種織機各機構(gòu)的優(yōu)點與不足，從而為探索效能更高的多綜眼織機提供參考。在傳統(tǒng)織機和多綜眼織機上都能順利織造正交角聯(lián)鎖織物，但在織造過程中后者的優(yōu)勢較為明顯：

(1) 傳統(tǒng)織機的普及率更廣，初始生產(chǎn)成本低；多綜眼織機在三維機織物織造過程中，對織物三維結(jié)構(gòu)保型性優(yōu)良、工藝控制便捷、生產(chǎn)效率高。

(2) 綜眼間距是多綜眼織機的關(guān)鍵織造參數(shù)，它決定著提綜高度、梭口尺寸、劍桿間距。

(3) 多綜眼織機的引緯機構(gòu)優(yōu)化會給多綜眼織機的進一步改進提供契機。

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The weaving of orthogonal angle-interlock fabric on two different looms

HuYu1,ZhangYue1,GongXiaozhou1,LiuJunlong2,SunFei2

1. School of Textile Science and Engineering, Wuhan Textile University, Wuhan 430073, China;2. Hubei Feilihua Quartz Glass Co., Ltd., Jingzhou 434000, China

The traditional loom and the multi-eyelet loom were respectively adopted to weave six-layer orthogonal angle-interlock fabric, the weaving parameters and the overall structure of the fabrics were compared, and the adaptation of two looms in producing 3D woven fabric was analyzed. The results showed that when the multi-eyelet loom was used to weave 3D woven fabric with complicated structure and large thickness, the shortcomings such as bad shape retention of fabric, complex production process and low weaving speed in the traditional loom were overcomed. Meanwhile, it was found out that the space between adjacent heddles was the key parameter of the multi-eyelet loom.

traditional loom, multi-eyelet loom, orthogonal angle-interlock fabric

*教育部留學回國人員科研啟動基金(教外司留[2013]693號)；玻璃纖維三維紡織裝備研究與開發(fā)(152056)；國家自然科學青年基金項目(51502209)

2016-09-28

胡雨，男，1991年生，在讀碩士研究生，研究方向為多梭口織造技術(shù)

龔小舟，E-mail：xiaozhou.gong@qq.com

TS515

A

1004-7093(2017)02-0027-06