兩種三維織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計

許 鶴，馬 菲，單晶晶

(中原工學院紡織學院，河南鄭州450007)

0 引言

常見的三維織物包括角聯(lián)鎖織物和正交織物兩種，由于角聯(lián)鎖織物與正交織物可以在小樣織機上織造與加工，且加工方法簡單，且將該織物制得的復合材料與其它材料相比，在結(jié)構(gòu)與性能方面，擁有強度高，抗分層能力強，質(zhì)量輕等優(yōu)點［1－3］，因此，近年來該織物組織的運用領(lǐng)域較為廣泛，尤其是在產(chǎn)業(yè)紡織品方面上的運用。因此，靈活多變的三維織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，顯得尤為重要。

本文對兩種三維結(jié)構(gòu)進行了研究，利用推導出的新的空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)經(jīng)緯紗循環(huán)關(guān)系，以及經(jīng)緯紗交織規(guī)律，設(shè)計出四層一列空口、四層兩列空口、四層三列空口，并以四層三列空口角聯(lián)鎖為例，利用CAD軟件給出了四層三列空口角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)圖繪制方法，然后根據(jù)其結(jié)構(gòu)圖，再利用Excel畫出相應的三列空口角聯(lián)鎖組織的上機圖。同樣的方法根據(jù)正交結(jié)構(gòu)經(jīng)緯紗關(guān)系及其交織規(guī)律設(shè)計出四層正交結(jié)構(gòu)圖，并給出了設(shè)計正交上機圖的方法，根據(jù)上機圖在小樣織機上既可以生產(chǎn)加工。因此可以根據(jù)實際的需要選擇相的三維組織結(jié)構(gòu)。

1 角聯(lián)鎖織物組織的設(shè)計

1.1 實口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計

基本的角聯(lián)鎖組織包括實口角聯(lián)鎖和空口角聯(lián)鎖兩種。實口角聯(lián)鎖是在經(jīng)緯紗交織過程中經(jīng)紗交叉口中有且僅有一根緯紗織入而形成的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在實際生產(chǎn)運用的較多，且在顧平教授在《織物結(jié)構(gòu)與設(shè)計學》書中比較常見，且在該書中給出了實口經(jīng)緯紗循環(huán)關(guān)系式［4－5］，可以根據(jù)經(jīng)緯紗關(guān)系以及經(jīng)緯紗交織規(guī)律設(shè)計實口角聯(lián)鎖。設(shè)計出的實口角聯(lián)鎖如圖1所示:

圖1 四層實口角聯(lián)鎖

1.2 空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計

對于空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法在《織物結(jié)構(gòu)與設(shè)計學》書中以及相關(guān)文獻比較少見，是由于空口角聯(lián)鎖是經(jīng)緯紗在交織過程中，需滿足經(jīng)紗交叉口中存在緯紗空缺的現(xiàn)象，且該組織有運用到新的角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)經(jīng)緯紗關(guān)系如下［6］:

上述關(guān)系式中N代表織物組織的層數(shù)，Rj、Rw分別為經(jīng)緯紗循環(huán)數(shù)，T為空口的列數(shù)。

以四層三列緯角聯(lián)鎖為例設(shè)計四層空口緯角聯(lián)鎖方法如下:

(1)首先確定織物的層數(shù)為4，N=4;

(2)其次確定空口數(shù)目為3，即為T=3;

(3)然后確定經(jīng)緯紗循環(huán)數(shù)，經(jīng)紗循環(huán)數(shù)為Rj=N+1+T=4+3+1=8;Rw=Rj*N=N(N+1+T);

(4)最后根據(jù)經(jīng)緯紗循環(huán)數(shù)，設(shè)計出結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

多層空口角聯(lián)鎖的設(shè)計方法與上述設(shè)計方法相同，因此不再敘述，圖3為設(shè)計出的結(jié)構(gòu)圖(a)與結(jié)構(gòu)(b)分別為四層一列、與四層兩列角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖。

圖2 四層空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖

圖3 四層空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖

1.3 空口角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)圖的繪制方法

空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖的繪制方法有多種，本文提出了一種可以借助于CAD軟件來完成其結(jié)構(gòu)圖繪制。同樣以四層三列空口角聯(lián)鎖為例來分析，具體步驟如下:

第一步:確定經(jīng)緯紗數(shù)目，根據(jù)1－1、1－2公式計算，經(jīng)紗為Rj=N+1+T=4+1+3=8;緯紗的數(shù)目為Rw=N(N+1+T)=4(4+1+3)=32，由此設(shè)計的四層三列空口角聯(lián)鎖經(jīng)紗數(shù)目為8根，緯紗的數(shù)目為32，由此可知，需畫出4行8列。

第二步:打開CAD，在工作界面畫圓，畫圓并選擇圓(圓的大小，根據(jù)需要而定)，然后選擇修改菜單下的矩形陣列，在命令框中輸入計數(shù)(cou)，確定，再輸入8列，行數(shù)為4，按回車，根據(jù)需要將行列間距大小調(diào)整相等(本文輸入行列間距為300)，如圖4所示:

圖4 四層三列空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖繪制

第三步:為了能夠捕捉線段的中點，采用線段連接第一列元素，并對第一列上下的兩個元素延長相等線段。復制第一列元素中的線段形成的直線到第二列，同法第三列到第八列。

第四步:根據(jù)圖1中的經(jīng)紗規(guī)律，捕捉第一列第一個元素上方線段的中點，順次連接，選中右側(cè)斜線段復制到左側(cè)與左側(cè)斜線段相連，在銳角處倒圓角(圓角大小根據(jù)情況而定，文中大小為100)，得到圖形(如圖5所示)。

圖5 四層三列空口角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖繪制

第五步:復制第一根經(jīng)紗，選擇合適的基點，得到第三根，第四根等，修剪多余部分得到圖1(c)，即為四層三列空口(如圖6所示)。CAD畫圖方法較多，本文給出了其中一種繪制角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)圖的方法，同樣可以根據(jù)該方法可以繪制其它三維織物組織結(jié)構(gòu)圖。

圖6 四層三列空口結(jié)構(gòu)圖的繪制

1.4 空口角聯(lián)鎖織物上機圖的設(shè)計

角聯(lián)鎖織物上機圖是在其結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，通過結(jié)構(gòu)圖經(jīng)緯紗交織規(guī)律，利用Excel表格設(shè)計畫出與其對應的上機圖。同樣以四層三列角連聯(lián)鎖為例進行設(shè)計，方法如下:

第一步:打開Excel，繪制表格，方法如下:ctrl+a全選表格，然后選擇格式菜單中的的行高、列寬分別設(shè)置為列寬為8和0.8。

第二步:組織圖設(shè)計，根據(jù)圖3經(jīng)緯紗數(shù)，選擇8列、32行，然后選擇格式菜單中的單元格，選擇邊框，選擇內(nèi)、外邊框，根據(jù)經(jīng)緯紗交織規(guī)律畫出對應的組織圖。

第三步:組織圖上方一行的設(shè)計，選中上方一行，選擇填充顏色為無，在格式菜單中選擇格式單元格，選擇外邊框。

第四步:穿筘圖的設(shè)計是在上方一行的上方設(shè)計，選中兩行，選擇內(nèi)外邊框，根據(jù)實際需要填充顏色。

第五步:穿綜圖的設(shè)計，在穿筘圖的上方再隔一行，采用順穿的方法，方法同第三步。

第六步:紋板圖的設(shè)計，在上機圖右上角向右隔兩列，復制組織圖，選擇粘貼即可得到。

第七步:對于不需要部分選中，選擇填充顏色無，邊框選擇無，輸入數(shù)字即可以得到上機圖(如圖7所示)。

2 三維正交織物設(shè)計

2.1 正交織物設(shè)計

正交織物作為三維織物的一種，該織物可由兩組或兩組以上的紗線系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)交織的不同，正交織物可以分為間體正交與整體正交，文中沒有特殊說明，均為整體正交。正交織物與角聯(lián)鎖織物不同的是正交織物是由三個軸向的紗線互相垂直而形成，在形成過程中保證了其結(jié)構(gòu)。

正交織物的設(shè)計同樣需根據(jù)經(jīng)緯紗循環(huán)關(guān)系，而經(jīng)緯紗循環(huán)關(guān)系需根據(jù)正交經(jīng)緯紗循環(huán)關(guān)系如下［7］:

上述關(guān)系式中N代表正交織物組織的層數(shù)，Rj、Rw分別為經(jīng)緯紗循環(huán)數(shù)，其中地經(jīng)為N－1;縫經(jīng)為2。

同樣以四層正交織物為例設(shè)計其方法如下:

(1)首先確定織物的層數(shù)為4，N=4。

(2)其次確定經(jīng)紗數(shù)目為5，緯紗數(shù)目為2N。

(3)最后根據(jù)經(jīng)緯紗循環(huán)數(shù)及交織規(guī)律設(shè)計出結(jié)構(gòu)圖如圖8所示:

圖8 四層正交織物經(jīng)向剖面圖(F:縫經(jīng);D:地經(jīng))

2.2 正交織物上機圖的設(shè)計

正交織物上機圖的設(shè)計，根據(jù)縫經(jīng)與地經(jīng)兩根經(jīng)紗的交織規(guī)律，確定經(jīng)緯紗之間的關(guān)系，利用1.4設(shè)計角聯(lián)鎖上機圖的方法，進而可以設(shè)計出與四層正交織物對應的上機圖，在普通織機上既可以生產(chǎn)織造，如圖9所示:

圖9 四層正交織物上機圖(F:縫經(jīng);D:地經(jīng))

3 結(jié)論

本文主要對兩種三維組織進行了研究，給出了設(shè)計角聯(lián)鎖以及正交兩種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。角聯(lián)鎖組織是三維組織中一種較有規(guī)律的組織，該組織包括實口角聯(lián)鎖以及空口角聯(lián)鎖，根據(jù)該結(jié)構(gòu)中的經(jīng)緯紗的循環(huán)關(guān)系以及經(jīng)緯紗的交織規(guī)律設(shè)計得到織物組織結(jié)構(gòu)圖，然后，可借助于CAD軟件繪制結(jié)構(gòu)圖，再進一步利用Excel畫出相對應的上機圖，完成了對角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程。同樣的方法設(shè)計出了正交組織的結(jié)構(gòu)圖，以及相對應的上機圖。研究表明:若一種組織中的經(jīng)紗交織規(guī)律發(fā)生變化，將導致組織結(jié)構(gòu)變化，最終形成新組織，進而可以靈活的設(shè)計更多的不同的三維組織結(jié)構(gòu)，為以后的生產(chǎn)應用提供更大的選擇空間。

［1］易洪雷，丁辛.三維機織復合材料的力學性能研究進展［J］.力學進展，2001(31):161－171.

［2］易洪雷，丁辛.三維紡織預成型件織物［J］.高科技纖維與應用，2001，26(3):32 －34.

［3］唐予遠，李虹，章偉，等.三維機織多孔復合材料的橫向沖擊力［J］.紡織學報，2010，31(2):44 －49.

［4］顧平.織物組織與結(jié)構(gòu)學［M］.上海:東華大學出版社，2010:146－155.

［5］聶建斌，盧世燕.角聯(lián)鎖三維機織物的設(shè)計與生產(chǎn)［J］.棉紡織技術(shù)，2005，33(2):72 －75.

［6］許鶴，唐予遠，馬菲，等.空口角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)探討，上海紡織科技，2015，43(4):27－28.

［7］顧平.多重緯角聯(lián)鎖三維機織物結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.上海紡織科技，2002，30(4):24 －26.