縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物經(jīng)紗固結(jié)方式設(shè)計(jì)

韋鑫　沈蘭萍　雷蕾

摘要：縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物作為紡織預(yù)制件，對(duì)形成復(fù)合材料是重要的增強(qiáng)體，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在重要的價(jià)值。據(jù)此，對(duì)縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物進(jìn)行多層正交、多層角聯(lián)鎖、多層接結(jié)3種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過逐漸減少織物層數(shù)實(shí)現(xiàn)厚度方向的變化，同時(shí)對(duì)減掉的經(jīng)紗進(jìn)行固結(jié)方式設(shè)計(jì)，以保證織物結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定。最后通過對(duì)固結(jié)紗進(jìn)行抽拔測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：最佳固結(jié)方式為“S”型固結(jié)，最佳結(jié)構(gòu)為多層接結(jié)。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；固結(jié)方式；抽拔實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TS105.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2017）06-0040-05

Warp Consolidation Design of Threedimensional Woven Fabricwith Longitudinal Gradient Thickness

WEI Xin， SHEN Lanping， LEI Lei

（School of Textile and Materials， Xi'an Polytechnic University， Xian 710048， China）

Abstract：The threedimensional woven fabric with longitudinal gradient thickness as textile preformed part is a very important reinforcing material to form a composite material， and its structural design also has very important value. Accordingly， three kinds of structural design were carried out for threedimensional woven fabric with longitudinal gradient thickness， including multilayer orthogonal， multilayer angular interlocking， and multilayer connection. A change in thickness direction was achieved by gradually decreasing the fabric layers. At the same time， consolidation design was done for the lost warp yarns to ensure the relative stability of the fabric structure. Finally， through pulling test of the consolidation of yarn， the experimental results show that： the best consolidation mode is the type of “S”， and the best structure is multilayer connection.

Key words：structural design； consolidation mode； pulling test

隨著技術(shù)的進(jìn)步，各行各業(yè)所用的材料正逐漸向更輕質(zhì)、更高性能、加工更方便方向發(fā)展，復(fù)合材料也逐漸在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。三維紡織類增強(qiáng)材料由于其優(yōu)異的整體性能正逐漸受到大量的關(guān)注和應(yīng)用[1]，用三維機(jī)織物作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí)，除了平面板狀之外，還有各種截面變化的三維機(jī)織物[25]，變截面三維機(jī)織物包括橫向變截面、縱向變截面、縱橫雙向變截面3種類型[6]，縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物屬于板狀中的一種，在織物縱向有厚度變化，可用于風(fēng)電葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、風(fēng)扇葉片等厚度漸變型材料的預(yù)制件[7]。這種形狀的三維機(jī)織物可以由3種織造方式實(shí)現(xiàn)：第1種是逐漸減少織物層數(shù)實(shí)現(xiàn)厚度變化，第2種是通過逐漸減少接結(jié)紗數(shù)量實(shí)現(xiàn)，第3種是通過改變緯紗規(guī)格的方式實(shí)現(xiàn)[8]，也可以結(jié)合這幾種方式來共同實(shí)現(xiàn)更大的厚度變化。本文采用第1種方式來實(shí)現(xiàn)厚度變化，這種方式在織物表面會(huì)留紗頭，為減少織物表面的勾絲，對(duì)剪斷的經(jīng)紗進(jìn)行一定方式的固結(jié)。

1縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物是指通過機(jī)織的方法，在織物縱向（經(jīng)向）形成一定厚度變化。對(duì)3種結(jié)構(gòu)（多層正交、多層角聯(lián)鎖、多層接結(jié)）進(jìn)行織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1—圖3所示。

2厚度變化處固結(jié)紗固結(jié)方式設(shè)計(jì)

通過減少織物層數(shù)（減經(jīng)紗）的方式實(shí)現(xiàn)織物厚度變化，厚度變化處織物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不好，因此必須對(duì)減掉的經(jīng)紗進(jìn)行一定的固結(jié)。而不同固結(jié)方式對(duì)織物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響不同，即減掉的紗線在織物中所受的力不同，固結(jié)比較緊的紗線，不容易滑脫、抽拔出來，織物結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定；固結(jié)相對(duì)較松的紗線在未來使用過程中比較容易滑脫，織物易損壞，整體性不好，會(huì)影響織物的使用價(jià)值、工業(yè)價(jià)值等。

為了分析判斷固結(jié)方式對(duì)織物穩(wěn)定性的影響，設(shè)計(jì)了3種不同的固結(jié)方式，以角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)43層為例，前6列為三層織物的組織圖，最后2列為固結(jié)紗運(yùn)動(dòng)組織圖。由于固結(jié)是在三層結(jié)構(gòu)的織造過程中進(jìn)行固結(jié)，因此將固結(jié)紗的組織圖和三層結(jié)構(gòu)的組織圖結(jié)合。

2.1豎“1”型固結(jié)

第1種固結(jié)方式設(shè)計(jì)為最簡(jiǎn)單的豎“1”型固結(jié)，如圖4所示。將最上層經(jīng)紗置于最下層，并剪掉經(jīng)紗，再進(jìn)行下一厚度組織的織造。

圖4（b）中，最后2列全部空白表示全部為緯組織點(diǎn)，不進(jìn)行織造，即在織造三層結(jié)構(gòu)前，將第7和第8頁(yè)綜框下降并剪掉其上的經(jīng)紗，就實(shí)現(xiàn)了豎“1”型固結(jié)。

2.2下上下“S”型固結(jié)

仿照了平板狀三維機(jī)織物的結(jié)接有貫穿結(jié)接與若干層間結(jié)接的方式，以此為參照，設(shè)計(jì)了層與層間的固結(jié)，固結(jié)次數(shù)為3次。下上下“S”型固結(jié)方式是指在變厚度處，將最上層經(jīng)紗在下一厚度組織中進(jìn)行前三緯的固結(jié)，之后將最上層經(jīng)紗剪掉。圖5為固結(jié)經(jīng)紗與緯紗交織狀態(tài)，按照起絨織物對(duì)絨根固結(jié)方式的命名，可以稱其為“S”型固結(jié)。

圖5（b）中最后2列為固結(jié)紗的組織圖，前6列為三層結(jié)構(gòu)的組織圖。即在織造三層組織時(shí)，織造前，將第7和第8頁(yè)綜框下降，然后穿梭，再打第一緯；打第二緯前，將第7和第8頁(yè)綜框提升，然后穿梭，再打第二緯；打第三緯前，將第7和第8頁(yè)綜框下降并剪掉綜框上的經(jīng)紗，然后穿梭，再打第三緯，這樣就實(shí)現(xiàn)了“S”型固結(jié)。

2.3整體換層“N”型固結(jié)

整體換層“N”型固結(jié)類似于結(jié)接組織中的貫穿結(jié)接，如圖6所示，最后兩頁(yè)棕是在織物整體厚度方向上進(jìn)行貫穿。從剖面圖的狀態(tài)來看，固結(jié)的形狀像“N”字形，因此可以為其命名為“N”型固結(jié)。這種固結(jié)方式貫穿層數(shù)太多，經(jīng)紗張力差異較大，打緯阻力很大，很有可能會(huì)在布面出現(xiàn)較長(zhǎng)的浮長(zhǎng)點(diǎn)，而從厚度方向上來看相鄰兩個(gè)層數(shù)變化組織間可能會(huì)出現(xiàn)空隙，厚度越大，縫隙會(huì)越大。

圖6（b）中最后2列為固結(jié)紗組織圖，在織造三層結(jié)構(gòu)前，將第7和第8頁(yè)綜框下降，然后開始織造三層結(jié)構(gòu)，前三緯，固結(jié)紗不進(jìn)行變化。在打第四緯前，將第7和第8頁(yè)綜框提升，然后穿梭，打緯，織造第四緯到第六緯；打第七緯前，將第7和第8頁(yè)綜框下降并剪掉其上的經(jīng)紗，這就實(shí)現(xiàn)了“N”型固結(jié)。

2.4試樣織造

由于本文屬于基礎(chǔ)研究階段，因此采用比較廉價(jià)的高強(qiáng)滌綸作為原料，在小樣織機(jī)上進(jìn)行織造，織造過程中其織造參數(shù)如表1所示，織物實(shí)物圖如圖7所示。

3固結(jié)紗抽拔力測(cè)試及結(jié)果

3.1固結(jié)紗抽拔力測(cè)試

為分析固結(jié)方式對(duì)織物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，通過對(duì)織物中固結(jié)紗進(jìn)行抽拔，測(cè)量抽拔過程中所需要的最大力，對(duì)其進(jìn)行記錄并繪制表格或折線圖，觀察其數(shù)據(jù)變化規(guī)律，分析固結(jié)方式對(duì)抽拔力的影響，得到最佳固結(jié)方式。

測(cè)量單紗的拉伸斷裂強(qiáng)力的過程，是通過對(duì)規(guī)定尺寸的單紗試樣，以恒定伸長(zhǎng)速度拉伸至斷脫，而紗線的抽拔，是以恒定伸長(zhǎng)速度拉伸織物中的紗線直至拔出，參考單紗強(qiáng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了類似的實(shí)驗(yàn)。類似可以用織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)出織物的拉伸斷裂強(qiáng)力一樣，用它夾持織物的一端，另一端中間處于自由狀態(tài)，兩端被夾持，測(cè)量中間未夾持部分紗線的抽拔力。

采用YG020A型電子單紗強(qiáng)力機(jī)進(jìn)行抽拔力測(cè)試。圖8為織物測(cè)試試樣的剪口端。其測(cè)試結(jié)果如表2所示。

3.2結(jié)果與討論

3.2.1同一結(jié)構(gòu)不同固結(jié)方式抽拔力分析比較

以多層接結(jié)結(jié)構(gòu)為例，進(jìn)行固結(jié)紗抽拔力分析比較，圖9為3種固結(jié)方式下固結(jié)紗抽拔力結(jié)果。

由圖9中可以看出：隨著層數(shù)越來越多，抽拔力越來越?。弧癝”型固結(jié)抽拔力最大，其次為“N”型固結(jié)，“1”型固結(jié)下抽拔力最小。

層數(shù)越多時(shí)，紗線在織物中參與交織長(zhǎng)度越短，因此所受摩擦力越小，抽拔時(shí)所測(cè)抽拔力越小。在同一層數(shù)變化時(shí)，“S”型固結(jié)屬于層間固結(jié)，紗線屈曲較大，在織物中參與交織，與兩層緯紗均形成了經(jīng)緯組織點(diǎn)；“N”型固結(jié)屬于整體固結(jié)，在織物整個(gè)厚度方向進(jìn)行固結(jié)，紗線屈曲較少，與織物層間沒有交織，未形成組織點(diǎn)，因此較“S型”固結(jié)方式下的抽拔力??；“1”型固結(jié)只對(duì)經(jīng)紗進(jìn)行了一次固結(jié)，沒有與緯紗無(wú)交織，未形成組織點(diǎn)，因此抽拔力最小。

3.2.2同一固結(jié)方式不同結(jié)構(gòu)抽拔力分析比較

以上得出“S”型固結(jié)方式最好，對(duì)比在“S”型固結(jié)方式下，各結(jié)構(gòu)織物的抽拔力，分析結(jié)構(gòu)對(duì)抽拔力的影響，圖10為各結(jié)構(gòu)固結(jié)紗抽拔力結(jié)果。

由圖10中可以得出：相同層數(shù)時(shí)，多層接結(jié)結(jié)構(gòu)抽拔力最大，其次是多層角聯(lián)鎖、最后為多層正交。

由剖面圖可以看出：相比于其他兩種結(jié)構(gòu)，多層正交結(jié)構(gòu)最疏松，同時(shí)也最薄，固結(jié)紗在織物中所受到的阻力最小，因此抽拔力最小。多層角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)中，接結(jié)點(diǎn)都在同一方向，其中一根固結(jié)紗與織物形成3次交叉，而多層接結(jié)結(jié)構(gòu)中接結(jié)紗接結(jié)點(diǎn)不在同一方向上，其中一根固結(jié)紗與織物形成5次交叉，抽拔時(shí)所受到摩擦力更大，兩種結(jié)構(gòu)中的另外一根固結(jié)紗與織物交織次數(shù)相同，因此多層接結(jié)結(jié)構(gòu)抽拔力大于多層角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。

4結(jié)論

通過對(duì)3種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，順利織造出了縱向厚度漸變?nèi)S機(jī)織物。對(duì)被減紗進(jìn)行固結(jié)方式設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行抽拔力測(cè)試，得到：在3種固結(jié)方式中，“S”型固結(jié)最好，對(duì)織物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響最小；“S”型固結(jié)方式下，多層接結(jié)結(jié)構(gòu)最穩(wěn)定。這將為在改變織物層數(shù)方式下，織造三維厚度漸變機(jī)織物提供一定的理論參考。

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（責(zé)任編輯：張會(huì)?。?/p>