三維機(jī)織預(yù)型件的織造技術(shù)

(鹽城紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織工程系，鹽城，224000)

利用簡(jiǎn)單織物與樹(shù)脂復(fù)合制作的二維聚合物基層合板(即二維紡織復(fù)合材料)應(yīng)用于船舶已超過(guò)60年，用于航空有40多年，用于汽車、建筑物、橋梁等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也有近30年［1］。然而，二維紡織層合板生產(chǎn)周期長(zhǎng)，加工復(fù)雜，抗沖擊損傷力和層間強(qiáng)度低，層間容易剝離或開(kāi)裂，整體性差。為了克服二維層合板力學(xué)性能較差以及制造中的問(wèn)題，人們研制開(kāi)發(fā)了三維整體紡織復(fù)合材料。

三維整體紡織構(gòu)件成型技術(shù)有機(jī)織法、針織法、編織法和非織造法。機(jī)織物設(shè)計(jì)方便、結(jié)構(gòu)緊密、不易變形，穿過(guò)織物厚度的接結(jié)紗可以加固織物，減少分層的危險(xiǎn)。三維機(jī)織復(fù)合材料可以制成復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)件，減少零件加工、連接和材料消耗，制造簡(jiǎn)單、成本低。三維機(jī)織預(yù)型件抗沖擊能力強(qiáng)，層間剪切強(qiáng)度高，抗彎曲疲勞性能好，其綜合力學(xué)性能優(yōu)于二維層合復(fù)合材料［2］。

近年來(lái)，紡織復(fù)合材料在汽車、飛機(jī)、航天器等領(lǐng)域的應(yīng)用從次承力構(gòu)件逐漸發(fā)展到主承力構(gòu)件［3］。利用機(jī)織方法直接織造出三維機(jī)織預(yù)型件是今后制作復(fù)合材料的發(fā)展方向之一。

本文主要討論三維機(jī)織技術(shù)，并簡(jiǎn)要介紹三維機(jī)織物的性能和應(yīng)用。

1 三維機(jī)織物

三維機(jī)織物是指由三個(gè)相互垂直方向的紗線構(gòu)成的紡織制品。三維機(jī)織物的織造方法有三種:二維織造法、三維織造法、三維無(wú)交織織造法(Noobing)。三維機(jī)織物按其結(jié)構(gòu)可分為下列四種:實(shí)心結(jié)構(gòu)三維機(jī)織物(有多層結(jié)構(gòu)、三維正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)三種);三維空心結(jié)構(gòu)機(jī)織物(有表面平整和不平整兩種);三維殼體結(jié)構(gòu)機(jī)織物，通過(guò)織物組合、差動(dòng)卷取或模塑而成;節(jié)肢三維機(jī)織物(Nodal)［4］。

2 三維機(jī)織物織造工藝

2.1 二維織造法

傳統(tǒng)的二維織機(jī)可以生產(chǎn)兩種結(jié)構(gòu)特征的三維機(jī)織物:多層織物和管狀織物。

多層織物采用三組紗線即多層經(jīng)紗、多層緯紗和一組接結(jié)紗(經(jīng)紗或緯紗)織制而成，接結(jié)紗穿過(guò)多層織物的各層或幾層進(jìn)行交織，形成實(shí)心結(jié)構(gòu)或夾心結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)多層織造加工技術(shù)的特點(diǎn)是經(jīng)紗作上下開(kāi)口運(yùn)動(dòng)，由此形成的三維織物的特點(diǎn)是經(jīng)緯紗以某種規(guī)律相互交織［5］，如圖1中的正交和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。

圖1 不同結(jié)構(gòu)的三維機(jī)織物

劉健等［6］研制出三維多劍桿織機(jī)，采用特有的多眼綜絲配合多劍桿引緯織造三維織物。經(jīng)紗通過(guò)多眼綜絲的綜框升降形成多層梭口，緯紗由多劍桿引過(guò)多層梭口與經(jīng)紗交織形成三維機(jī)織物。邊紗經(jīng)邊經(jīng)劍與鉤邊針配合形成針織邊。三維多劍桿織機(jī)如圖2所示。

圖2 三維多劍桿織機(jī)的織造原理

由于采用多劍桿引緯，多劍桿織機(jī)每次引入的是雙緯。為了形成完整的布邊，該織機(jī)上采用了針織邊技術(shù)。采用邊經(jīng)劍將邊經(jīng)紗插入梭口外側(cè)雙緯紗形成的紗圈內(nèi)，織口處的鉤邊針前伸鉤住邊經(jīng)紗圈，鉤邊針退回時(shí)舌針將前一個(gè)邊經(jīng)紗圈脫出，從而形成紗圈套紗圈的針織布邊，如圖3所示。

圖3 多劍桿織機(jī)的織邊機(jī)構(gòu)

三維多劍桿織機(jī)的經(jīng)紗只能沿幅寬方向開(kāi)口，每梭口只能一次引入雙緯。目前，三維多劍桿織機(jī)只能織制三維正交、三維層間角聯(lián)鎖等幾種結(jié)構(gòu)類型。由于三維多劍桿織機(jī)的主要機(jī)構(gòu)與傳統(tǒng)的織機(jī)相同，因而只能織造一些截面為“I”、“L”、“Π”和“T”形等較規(guī)則結(jié)構(gòu)的高厚板材織物［7］。

總之，傳統(tǒng)二維織機(jī)織造仍是經(jīng)紗上下運(yùn)動(dòng)形成梭口，這樣的三維機(jī)織物仍是經(jīng)緯紗以某種規(guī)律相交織，三個(gè)方向的紗線不能完全交織，織物各向同性差［8］;同一層經(jīng)緯紗交織緊密，不同層之間通過(guò)接結(jié)紗固結(jié)，易造成分層。

2.2 三維織造法

2.2.1 Noobing織造法

Noobing是一種三維無(wú)交織織物的生產(chǎn)方法，是專為預(yù)型件制作而發(fā)展起來(lái)的。該方法首先由美國(guó)航天部門研發(fā)，后來(lái)被N.Khokar稱為“Noobing加工技術(shù)”。Noobed織物由三組互相垂直的紗線，即多層經(jīng)紗、多層緯紗和固接經(jīng)紗，通過(guò)固接經(jīng)紗將多層排列的經(jīng)緯紗連接成相互不交織的整體結(jié)構(gòu)三維織物。Noobing是無(wú)交織、垂直取向與接結(jié)的英文縮寫，因其織造過(guò)程中紗線間沒(méi)有交織，不具備常規(guī)意義上的“織造原理”。Noobing加工技術(shù)又有單軸向和多軸向兩種類型，下面主要介紹單軸向Noobing加工技術(shù)。

如圖4和圖5所示，兩組接結(jié)紗導(dǎo)紗器X1～X6與Y1～Y6交替著分別從橫行與縱列兩個(gè)方向穿過(guò)預(yù)先排列好的軸向紗Z之間，直接形成織物［9］。

圖4 Noobing織造設(shè)備的工作原理

圖5 Noobing織造設(shè)備中板P的結(jié)構(gòu)

圖5為單軸向Noobing織造裝置。軸向紗Z穿過(guò)板P上縱橫排列的管L，接結(jié)紗X和Y的導(dǎo)紗器分別在板L的水平和垂直方向的軌道H和V內(nèi)運(yùn)行。軌道V、H與縱管、橫管L分別相間排列，這樣三組紗線X、Y、Z就通過(guò)板P上的嵌壁式區(qū)域R正交成Noobed織物，如圖6所示。

圖6 單軸向Noobed織物

接結(jié)紗X和Y的導(dǎo)紗器的結(jié)構(gòu)與縱橫向軌道H和V的結(jié)構(gòu)正好嚙合，因此織造過(guò)程中可以平穩(wěn)地在軸向紗Z之間交替地引入接結(jié)紗，如圖7所示。

圖7 Noobing織造過(guò)程中接結(jié)紗的運(yùn)動(dòng)

單軸向Noobing織造設(shè)備中最具創(chuàng)造性的是N.Khokar發(fā)明的一種叫做打緯導(dǎo)紗器的裝置。如圖4所示，Noobing織造過(guò)程中軸向紗排列緊密、間距小，采用普通引緯方式在軸向紗之間引入接結(jié)紗非常困難;而且連續(xù)引紗所需紗線較長(zhǎng)，普通引緯方式難以完成。另外，普通織機(jī)的鋼筘只能打緊橫向的接結(jié)紗，縱向接結(jié)紗因與筘齒同向而不能打緊。因此，普通引緯和打緯裝置適應(yīng)不了Noobing織造的需要。

打緯導(dǎo)紗器的結(jié)構(gòu)如圖8所示。該打緯導(dǎo)紗器由三部分組成:兩端漸尖的導(dǎo)向頭，用于在軌運(yùn)行和分紗;卡式盒用于儲(chǔ)紗和引紗;前后向?yàn)樾泵娴拇蚓朂X，用于打緊緯紗［10］。

圖8 打緯導(dǎo)紗器結(jié)構(gòu)

圖9為打緯導(dǎo)紗器工作原理圖。導(dǎo)紗器在進(jìn)行引紗的同時(shí)完成了打緯，并且每一組的所有導(dǎo)紗器可同時(shí)運(yùn)動(dòng)，極大地提高了織造效率。

由此可見(jiàn)，Noobed織物在織造過(guò)程中沒(méi)有了傳統(tǒng)二維織機(jī)的開(kāi)口運(yùn)動(dòng)，織物中三個(gè)方向的紗線相互正交而不交織，織物只在厚度方向上由接結(jié)紗束縛，通過(guò)兩個(gè)相互垂直方向的接結(jié)紗與最外端的紗交聯(lián)保證了織物的結(jié)構(gòu)完整性，接結(jié)紗與內(nèi)部軸向紗之間沒(méi)有交聯(lián)。也就是說(shuō)，Noobed織物不具有全交織織物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.2.2 雙向梭口織造法

為了克服二維織造技術(shù)開(kāi)口方式的局限性，F(xiàn)ukuta等開(kāi)發(fā)了一種可以使三組紗線充分交織的三維織造技術(shù)。該技術(shù)不但可以形成通常的織物幅寬方向的梭口，而且可以在織物厚度方向形成梭口，兩種梭口(雙向梭口)相繼而非同時(shí)形成，從而使得橫向紗X、縱向紗Y與地經(jīng)紗Z相互垂直地交織成完全交織的三維織物，見(jiàn)圖10。

圖9 打緯導(dǎo)紗器工作原理

圖10 三維織物結(jié)構(gòu)示意圖

為使網(wǎng)格狀的地經(jīng)紗Z形成縱向和橫向的梭口，開(kāi)口時(shí)地經(jīng)紗Z間必須彼此分開(kāi)。圖11為一個(gè)雙向梭口的示意圖。圖中縱向和橫向的多梭口是交替而非同時(shí)形成的，因?yàn)榇怪狈较蚝退椒较虻木暭啽仨氃诟髯苑较虻乃罂趦?nèi)引緯。

圖11 雙向梭口

圖12為雙向梭口的形成過(guò)程。首先地經(jīng)紗Z水平方向分開(kāi)形成垂直方向的梭口，垂直梭口中引入縱向緯紗Y后與地經(jīng)紗Z形成交織;然后，經(jīng)紗Z垂直方向分開(kāi)形成水平方向的梭口，水平梭口中引入橫向緯紗X后與地經(jīng)紗Z形成交織。如此交替進(jìn)行，不斷地織成三維織物。

兩個(gè)傳統(tǒng)的單向梭口垂直配置并不能形成縱向和橫向雙向開(kāi)口運(yùn)動(dòng)。目前有兩種可以形成雙向梭口的方法，分別是線線法和線角法。

2.2.2.1 線線法形成雙向梭口

線線法形成雙向梭口如圖13所示，兩頁(yè)綜框垂直配置，綜片上有特別設(shè)計(jì)的綜眼，綜框上有若干行(列)短而窄的平行綜眼(稱為正常綜眼)，與之相間的是長(zhǎng)而寬的長(zhǎng)槽狀開(kāi)放空間(稱為非正常綜眼)。一頁(yè)綜框水平直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，另一頁(yè)垂直直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，綜框運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)穿過(guò)兩頁(yè)綜框重疊的綜眼的經(jīng)紗形成開(kāi)口。所有經(jīng)紗縱向配置成A到I列，橫向配置成1至9排。奇數(shù)排的經(jīng)紗穿過(guò)垂直綜框中相間排列的非正常綜眼(A、C、E、G、I列)，它們叫做消極經(jīng)紗，不隨綜框上下運(yùn)動(dòng);奇數(shù)排的經(jīng)紗穿過(guò)垂直綜框中相間排列的正常綜眼(B、D、F、H列)，由垂直方向的綜框牽引作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。偶數(shù)排的經(jīng)紗穿過(guò)相間排列的正常綜眼(A、C、E、G、I列)，隨綜框水平運(yùn)動(dòng);而垂直綜框中相間排列(B、D、F、H列)偶數(shù)排的經(jīng)紗，先后穿過(guò)垂直綜框的水平綜眼(圖14中水平缺口)和水平綜框的垂直綜眼(圖14中垂直缺口)，隨相應(yīng)綜框運(yùn)動(dòng)。所有穿過(guò)正常綜眼的經(jīng)紗稱作積極經(jīng)紗。

圖12 雙向梭口形成過(guò)程

圖13 線線法雙向梭口

這種特殊形式的綜眼及其相互位置配置如圖14所示。水平方向的多層經(jīng)紗和梭口的形成如上所述。通過(guò)水平和垂直綜框各自的運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的積極經(jīng)紗就移至織物厚度方向和織物幅寬方向相應(yīng)的位置，而在垂直綜框開(kāi)放空間內(nèi)未穿入正常綜眼的消極經(jīng)紗保持靜止不動(dòng)，這樣就可以按照要求分別形成縱向(織物厚度方向)和橫向(織物幅寬方向)的梭口。這些由積極經(jīng)紗和消極經(jīng)紗配合而成的水平和垂直方向的雙向梭口是同時(shí)形成的。

圖14 線線法雙向梭口中綜眼的配置

在任一縱列中，一些積極經(jīng)紗穿過(guò)正常綜眼，該列的其余積極經(jīng)紗穿過(guò)重疊綜眼。當(dāng)水平綜框往一側(cè)水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，其垂直方向的綜眼中的經(jīng)紗一起同向移動(dòng);垂直綜框的水平綜眼為其提供了水平移動(dòng)的自由空間。結(jié)果該列穿過(guò)垂直綜框綜眼的積極經(jīng)紗不移動(dòng)，與穿過(guò)重疊綜眼水平移動(dòng)的經(jīng)紗配合形成了垂直方向的梭口。同理，垂直方向的積極經(jīng)紗也通過(guò)綜框的上下運(yùn)動(dòng)形成水平方向的梭口。然后，在縱橫向梭口中引入緯紗，就實(shí)現(xiàn)了與積極經(jīng)紗和消極經(jīng)紗的交織。

2.2.2.2 線角法雙向梭口

圖15所示為一種非傳統(tǒng)的開(kāi)口方式。每根軸上固裝了一組平放的綜片，每個(gè)綜片上有兩個(gè)孔，頭端的叫綜眼，尾端的叫導(dǎo)紗眼。這套裝置具有沿軸向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和繞軸往復(fù)擺動(dòng)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。

圖15 線角法雙向梭口

如圖16所示，各層經(jīng)紗的排列非常特別，無(wú)論是縱列還是橫排上積極經(jīng)紗與消極經(jīng)紗都相間分布。這種配置可使經(jīng)紗在織物中分布均衡、布面均勻。經(jīng)紗配置的這種特點(diǎn)與線線法一樣，含有消極經(jīng)紗和積極經(jīng)紗，不同之處在于為了形成均勻的織物，每根消極經(jīng)紗(包括最外面的消極經(jīng)紗)周圍都被積極經(jīng)紗包圍著。這樣，橫排的積極經(jīng)紗可用1、3、5、7 等來(lái)表示，而橫排的消極經(jīng)紗則用 2、4、6、8等來(lái)表示;相間的縱列積極經(jīng)紗和消極經(jīng)紗則分別用 A、C、E、G 和 B、D、F、H 等表示。每根積極經(jīng)紗都穿過(guò)相應(yīng)行列的導(dǎo)紗眼和綜眼，每根消極經(jīng)紗則穿過(guò)相鄰兩軸之間的空擋，如圖16(b)。因此，隨著綜軸作軸向往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和繞軸擺動(dòng)，穿過(guò)相應(yīng)綜眼的積極經(jīng)紗則沿織物幅寬方向和織物厚度方向作左右、上下運(yùn)動(dòng)，而未穿入綜眼的消極經(jīng)紗則靜止不動(dòng)，這樣消極經(jīng)紗不動(dòng)與積極經(jīng)紗移動(dòng)相配合就形成了垂直和水平兩個(gè)方向的梭口。水平位置綜片的角位移和線位移至少必須與相應(yīng)行、列的相鄰積極經(jīng)紗和消極經(jīng)紗之間的距離相當(dāng)，可稱作開(kāi)口量。無(wú)論是軸向直線運(yùn)動(dòng)還是繞軸擺動(dòng)，所有的軸都同時(shí)開(kāi)口且開(kāi)口量相等，在同一方向形成均勻一致的梭口。在相應(yīng)梭口中引入緯紗，就與縱向、橫向梭口內(nèi)的經(jīng)紗交織，形成了平紋組織立體織造的三維織物?？椢镞吘壓捅砻娴募喚€以及織物內(nèi)部紗線的路徑如圖17所示。

圖16 織造過(guò)程中多層經(jīng)紗的配置

圖17 線角法三維織物的紗線路徑

綜軸的運(yùn)動(dòng)如圖18和圖19所示。圖18表示垂直梭口形成過(guò)程，圖18(a)為該系統(tǒng)水平狀態(tài)的俯視圖，圖18(b)和圖18(c)所示的是綜軸沿軸向左右往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的情況，分別表示了積極經(jīng)紗由其水平位置沿織物寬度方向往相對(duì)靜止的消極經(jīng)紗右側(cè)和左側(cè)移動(dòng)形成垂直梭口的情況。圖19表示的是水平梭口的形成過(guò)程，圖19(a)為該系統(tǒng)水平狀態(tài)的側(cè)視圖，圖19(b)和圖19(c)分別表示綜軸向上和向下擺動(dòng)帶動(dòng)相應(yīng)綜片的綜眼運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的積極經(jīng)紗相對(duì)于靜止的消極經(jīng)紗向上、向下運(yùn)動(dòng)形成水平梭口。

圖18 垂直梭口的形成

圖19 水平梭口的形成

上述梭口再配以適當(dāng)時(shí)間的引緯、打緯、卷取及送經(jīng)運(yùn)動(dòng)，就形成了一個(gè)完整的織造周期。圖20所示為上述立體織造的平紋組織三維織物開(kāi)口及引緯順序的正視圖?？梢圆捎盟笞踊騽U等引緯，由于緯紗穿過(guò)積極經(jīng)紗和消極經(jīng)紗形成的梭口，織物中的兩組緯紗并非呈伸直狀態(tài)，而是屈曲狀態(tài)。該織物結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要特征是其積極經(jīng)紗呈螺旋狀分布，但并非圓形螺旋，在織物邊緣和表面呈三角形螺旋，而在織物內(nèi)部呈正方形螺旋;消極經(jīng)紗是沒(méi)有這些螺旋的。

圖20 線角法三維織物中紗線的路徑

采用雙向梭口織造的三維織物中三個(gè)方向的紗線彼此完全交織，有效地克服了復(fù)合材料的分層現(xiàn)象，織物各向同性較二維織機(jī)織造的三維織物好。

2.2.3 圓織法

2.2.3.1 三維曲面織物的圓織法

馬崇啟研制了可織制三維曲面織物的圓織機(jī)。該織機(jī)主要由送經(jīng)和張力控制、提綜機(jī)、環(huán)形筘齒、梭子、舉升機(jī)、芯模等裝置構(gòu)成。其織造原理如圖21所示。

經(jīng)紗從四周的送經(jīng)裝置上引出，經(jīng)過(guò)綜框、環(huán)形箱，與緯紗交織形成的圓形織物包卷在位于織機(jī)中心的芯模上。環(huán)形箱用于控制經(jīng)密，構(gòu)成梭道，舉升機(jī)上升以控制織物緯密。

由于梭子作圓周引緯運(yùn)動(dòng)，其引緯張力和向心力可自動(dòng)拉緊緯紗，故沒(méi)有打緯機(jī)構(gòu)，如圖22所示［11］。

圖21 三維機(jī)織物的織造原理

該織機(jī)采用一種自行式電動(dòng)梭子，如圖23所示［12］。梭子主要包括固裝在梭體下部的滾輪、減速器和動(dòng)力輪以及安裝在梭體內(nèi)與小電機(jī)連接的導(dǎo)電片。當(dāng)主控裝置通過(guò)通信線路傳來(lái)工作指令時(shí)，梭體內(nèi)的自身行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力輪與環(huán)形筘的筘齒嚙合，梭子攜帶緯紗通過(guò)梭口，電動(dòng)梭通過(guò)環(huán)形箱供電。緯紗供給部分主要由緯紗管、支架、彈簧、控制緯紗退繞張力的摩擦片等組成。

該織機(jī)可以織造各種各樣的多層三維曲面形狀的空心織物。圖24為該織機(jī)織造的幾種典型的多層三維空心織物的形狀示意圖。

圖24 幾種典型空心織物的形狀結(jié)構(gòu)

該織機(jī)沒(méi)有打緯機(jī)構(gòu)，可以大大減少織造過(guò)程中的經(jīng)紗損傷，有利于高性能纖維的織造?？椢锏某尚鸵揽啃灸５男螤?，芯模設(shè)計(jì)成什么形狀，就可以織成什么形狀的織物。

2.2.3.2 立體管狀織物的圓織法

孫志宏等人開(kāi)發(fā)出復(fù)合材料立體管狀構(gòu)件的紡織成型裝置及其方法，即三維圓織法［13］。這種管狀織物織制過(guò)程中經(jīng)紗沿圓周軸向排列，而緯紗則沿圓周方向連續(xù)引入梭口，因此在織物中緯紗呈螺旋狀分布。

立體管狀織物的顯著特點(diǎn)是其厚度方向上有用于連接和增強(qiáng)的固結(jié)紗，固結(jié)紗可以是經(jīng)紗也可是緯紗。圖25為兩種立體管狀織物的表面組織形態(tài)。若用經(jīng)紗作固結(jié)紗，固結(jié)經(jīng)紗也要和普通經(jīng)紗一樣由綜框控制開(kāi)口順序，且經(jīng)紗張力也比普通經(jīng)紗小很多，送經(jīng)機(jī)構(gòu)也應(yīng)不同。相對(duì)而言，采用緯紗作固結(jié)紗，固結(jié)緯紗可與普通緯紗一樣采用引緯器引緯，極大地簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。故該圓織機(jī)采用了固結(jié)緯織造法。

圖25 兩種立體管狀織物的結(jié)構(gòu)形態(tài)

圖26為三維圓織機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。經(jīng)紗由四周的經(jīng)紗架經(jīng)筘板引入尺碼環(huán)內(nèi)。主盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)開(kāi)口裝置分開(kāi)經(jīng)紗形成梭口。主盤上的推梭裝置驅(qū)動(dòng)引緯器，將緯紗或固結(jié)紗引入梭口中形成織物，形成的織物從圓織機(jī)中心向下方或上方由收卷機(jī)構(gòu)引出。在織造過(guò)程中，作圓周運(yùn)動(dòng)的緯紗或固結(jié)紗在引緯張力的作用下向圓心收緊，所以不需要設(shè)置打緯機(jī)構(gòu)。

圖26 三維圓織法成型設(shè)備

圖27為三維管狀織物三維圓織法織造原理圖［14］。從織機(jī)四周依次引入的經(jīng)紗參與織物相應(yīng)層的織造，推梭裝置驅(qū)動(dòng)開(kāi)口和引緯，開(kāi)口裝置按織物組織將外層經(jīng)紗撥至引緯器上方，將內(nèi)層經(jīng)紗撥至引緯器下方，形成梭口。引緯器將緯紗引過(guò)梭口與經(jīng)紗分別交織成管狀織物的外層和內(nèi)層。與緯紗的引入方式相似，固結(jié)紗通過(guò)固結(jié)紗引緯器引入梭口，在組織中也是呈螺旋狀分布，不同的是緯紗只在層內(nèi)進(jìn)行交織，而固結(jié)紗在層間進(jìn)行交織，從而形成具有一定厚度的三維立體管狀織物，如圖25(b)所示。

圖27 三維圓織法織造原理

圖28 三維圓織機(jī)的開(kāi)口及引緯裝置

圖28為該圓織機(jī)的關(guān)鍵成型部件。梭子放置在由上方跑道、下方跑道和筘板組成的梭子軌道中;經(jīng)紗穿過(guò)筘板中的筘槽連接到尺碼環(huán)內(nèi)。當(dāng)主轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在主轉(zhuǎn)盤上的推梭器、分線盤和導(dǎo)紗板也一起運(yùn)動(dòng)，推梭器推動(dòng)安裝在梭子上的推梭輪，使梭子隨主轉(zhuǎn)盤一起沿梭子軌道運(yùn)行;同時(shí)，經(jīng)紗被導(dǎo)紗板帶到分線盤上方，隨即分別落入分線盤的頂槽和底槽中，形成梭口;梭子進(jìn)入梭口并將梭口擴(kuò)大，將緯紗(或固結(jié)紗)引入梭口，形成立體管狀織物。圖29為分線盤結(jié)構(gòu)圖。圖30表示厚度為1～5層管狀織物所對(duì)應(yīng)的分線盤形狀［15］。

圖29 分線盤的結(jié)構(gòu)

圖30 不同層數(shù)管狀織物的分線盤形狀

3 結(jié)語(yǔ)

紡織技術(shù)是唯一能將雜亂無(wú)序的纖維材料制造成所需形狀、尺寸和一定方向的二維、三維構(gòu)件的方法。三維機(jī)織物制成的先進(jìn)復(fù)合材料預(yù)型件具有許多優(yōu)勢(shì)，如整體性結(jié)構(gòu)、輕質(zhì)、高性能。本文介紹了不同類型的三維機(jī)織物的主要織造方法。

三維機(jī)織物的多軸向織造技術(shù)國(guó)外研究甚多，而國(guó)內(nèi)還缺乏研究。圓織法研究尚需進(jìn)一步深化，關(guān)于殼體織物、Nodal織物的織造方法目前國(guó)內(nèi)還鮮見(jiàn)報(bào)道。

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