多綜眼綜絲三維織造方法探究

胡雨　裴鵬英　龔小舟

摘要：三維織物在厚度方向上的延展受到限制，主要原因是當(dāng)采用單綜眼綜絲織造時，多層經(jīng)紗需要在近似同一水平線上穿入筘隙，并且上下交錯進(jìn)行織造，易造成經(jīng)紗擁擠。為了克服這一難題，采用多綜眼綜絲織造三維織物，研究其上機(jī)工藝及方法；使用重力掛鉤控制每一層經(jīng)紗的張力，并對其提綜順序進(jìn)行了設(shè)計。成功制備出三維織物，驗證了用4綜眼綜絲制備具有6層經(jīng)紗的正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)織物的可行性；同時發(fā)現(xiàn)，織造的織物上、下表層經(jīng)密均為其余經(jīng)紗層的一半。該織造方法可為多梭口織造關(guān)鍵技術(shù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：多綜眼綜絲；三維機(jī)織物；正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)；多梭口織造

中圖分類號：TS515

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）05-0019-04

Abstract：The expansion of thickness of threedimensional fabric is limited. This is mainly because if singleeyelet heddle is adopted for weaving， multiple layers of warp must penetrate into reedslit approximately at the same horizontal line， and stagger up and down， which is liable to affect smooth moving of warps. To overcome the difficulty， this paper is intended to research the loom technology and method of weaving threedimensional fabric with multieyelet heddle. To this end， gravity hook was employed to control the tension of warps， and the shedding order was designed. Threedimensional fabric has been successfully made， which verifies the feasibility of weaving 6layer fabric with orthogonal angle interlocking with 4eyelet heddle； meanwhile， it is found that the warp density of the top and bottom layers of the threedimensional fabric are only half of the rest layers. The achievements from this work can provide useful experience for research on key technology of multished weaving.

Key words：multieyelet heddle； 3D woven fabric； orthogonal angleinterlock fabric； multished weaving

織物三維化是當(dāng)今紡織新產(chǎn)品的潮流。從20世紀(jì)中期人們就開始利用玻璃短纖和連續(xù)長絲作為復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在幾十年時間內(nèi)，三維織物在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的推動下發(fā)展迅速。與普通織物相比，三維機(jī)織物立體構(gòu)造多樣化、形狀可設(shè)計性高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。經(jīng)過復(fù)合工藝加工的三維復(fù)合材料又兼具成型工藝優(yōu)越、制作成本相對低、厚度實現(xiàn)優(yōu)良、性能拓展性強(qiáng)等優(yōu)點，在航空航天等諸多領(lǐng)域已逐步取代層狀復(fù)合材料，成為復(fù)合材料領(lǐng)域新的研究焦點。由于這種復(fù)合材料在減重和機(jī)械性能方面的優(yōu)勢，其需求量日益增長，受到越來越多終端用戶的青睞。然而，現(xiàn)有普通織機(jī)（單綜眼綜絲）織造的三維機(jī)織物，其織物厚度和織造效率尚存在很大的局限性[1]，普通織機(jī)上織造厚度與所需綜框數(shù)成正比，織造時綜框提綜高度從后往前逐漸增加，綜框數(shù)越多提綜高度越大，紗線張力可控性越差，同時普通織機(jī)一次提綜只能提起一頁綜框，引入一根緯紗，效率偏低。為了克服這些缺點，本文在多綜眼綜絲織機(jī)相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，探索采用這種新型紡織機(jī)械織造三維機(jī)織物的工藝方法。

1多梭口織造原理

多梭口織布的方法最早由Combier[2]提出，他使用有兩個紗軸控制的兩組經(jīng)紗來滿足送經(jīng)量的要求，在織布的過程中形成兩個梭口，同時引緯。王光華[3]逐步擴(kuò)大梭口的數(shù)量，并增加了劍桿的數(shù)量。

多梭口區(qū)別于普通單梭口織造，在一根綜絲上安置有多個綜眼（圖1），在織造過程中綜框每次開口可形成多個梭口，同一根綜絲上的多層經(jīng)紗可以在垂直面上依次排列[4]，并在筘隙中按從上至下的順序分層排列，以緩解織造過程中經(jīng)紗在筘片間的擁堵狀況。另外，應(yīng)用多綜眼綜絲，可以使經(jīng)紗上下間隔排列，有效地減少紗線之間的磨損（圖2）。理論上，當(dāng)采用多綜眼綜框織造時，每一頁綜框應(yīng)具備n個（n=綜眼數(shù)-1）提起高度，可以形成2n-1個梭口，這樣的開口方式可以完成很多經(jīng)紗交織復(fù)雜織物的織造要求[5]。當(dāng)采用多綜眼綜框進(jìn)行織造時，與之相匹配，通常須采用多劍桿進(jìn)行引緯。多劍桿引緯不僅能提高三維織物的織造效率，而且對緯紗的密度和排列也有極大改善[6]。由于多根劍桿同時引入緯紗，可以使緯紗在同一個垂直平面重疊排列，當(dāng)配合有效的打緯時，可以織造嚴(yán)格意義上的三維織物或多種2.5維織物。當(dāng)織物從平面的二維向立體的三維結(jié)構(gòu)發(fā)展時，其內(nèi)部各層間經(jīng)紗的形態(tài)會有所差異，有些呈現(xiàn)出筆直硬挺形態(tài)，有些則呈現(xiàn)出彎曲交織形態(tài)，而且每層經(jīng)紗的彎曲程度會有所不同（即三維機(jī)織物各層經(jīng)紗的消耗量具有差異）。因此，在織造三維織物時，通常先將具有相同送經(jīng)量的經(jīng)紗分類，然后穿于同一頁綜框中進(jìn)行織造，采用分層送經(jīng)的方法，每一層經(jīng)紗由單獨(dú)的張力控制器進(jìn)行調(diào)整，確保每一次開口時經(jīng)紗張力均勻，開口清晰[79]。另外，根據(jù)文獻(xiàn)報道，多綜眼綜框的升降動力可由空壓機(jī)提供，調(diào)節(jié)空壓機(jī)的功率可以控制綜框的提起加速度[10]。本文采用新型多綜眼綜框織機(jī)進(jìn)行實驗，對具有正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的織物進(jìn)行試織。

2實驗

2.1原材料及設(shè)備

正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)織造實驗所采用的紗線為滌棉紗，纖度為50 tex；使用的織機(jī)小樣機(jī)為多綜眼綜絲三維織機(jī)，供應(yīng)商為江蘇通源紡機(jī)有限公司。

2.2組織設(shè)計

實驗采用多綜眼綜絲，利用其中4個綜眼試織具有6層經(jīng)紗的三維機(jī)織物，這種織物被稱為“正交角聯(lián)鎖”結(jié)構(gòu)，其經(jīng)向截面示意如圖3（a）所示。在圖3（a）中，標(biāo)注為1—8的彎曲弧線為經(jīng)紗，圖3（b）中，標(biāo)注字母A—E和字母a—e圓圈的為緯紗。由于此織物最上、下兩層和中間層所交織的經(jīng)紗根數(shù)有所差異，理論上中間層的經(jīng)密應(yīng)該為上、下層的2倍。在經(jīng)密設(shè)計過程中，將上、下兩層的經(jīng)密設(shè)定為40根/10 cm，中間層為80根/10 cm，每筘2（根/層）×4（層）=8根。

與此織物相對應(yīng)的組織圖、穿綜圖和紋板圖分別見圖3（b）、（c）和（d）。在穿綜過程中，將圖3（a）中的1、2、3、4號經(jīng)紗從上至下一一對應(yīng)穿入第一頁綜框的第一根綜絲的4個綜眼上，然后將5、6、7、8號經(jīng)紗依次從上至下分別穿入第二頁綜框的第一根綜絲的4個綜眼上，后續(xù)穿綜依此循環(huán)。根據(jù)經(jīng)紗位于緯紗上方標(biāo)記為“X”的規(guī)律，其組織圖見圖3（b）。采用順穿法，其穿綜圖見圖3（c）。圖3（d）為此次織造的紋板圖，圖紙標(biāo)記“I”和“II”分別表示第一、二頁綜框，圖中標(biāo)記“2”表示一次提升2個綜眼高度。本次織造的提綜規(guī)則采用平紋組織11紋板。

2.3上機(jī)工藝

實驗中所采用的上機(jī)流程為：經(jīng)紗準(zhǔn)備→穿綜→穿筘→調(diào)整經(jīng)紗張力→緯紗準(zhǔn)備→輸入上機(jī)參數(shù)→織造。采用兩頁綜框，手動引緯進(jìn)行織造。所采用的鋼筘筘號為40，總經(jīng)根數(shù)為400根。

在穿綜時，首先將經(jīng)紗分為4層，先從第一頁綜（圖4中的Ⅰ）的第一根綜絲自上而下依次穿入第1、2、3、4號綜眼；然后穿入第二頁綜（圖4中的Ⅱ）的第一根綜絲的第5、6、7、8號綜眼；最后將第一、二頁綜框上1—8號經(jīng)紗全部穿入同一筘隙。

在提綜時，第一次將第一頁綜框提升2個綜絲眼高度（圖4（b）），這樣可以形成5個梭口，實際經(jīng)紗提綜圖見圖5（a），5根經(jīng)紗A—E引入梭口；第二次提綜時，第一頁綜框回復(fù)原位，第二頁綜框提升2個綜眼高度，此時引入緯紗a—e（圖4（c）和圖5（b））。

3結(jié)果與分析

通過對多綜眼織機(jī)的試織，成功織出了符合設(shè)計的“正交角聯(lián)鎖”結(jié)構(gòu)的織物，織物的尺寸為25 cm（長）×20 cm（寬），如圖6所示。

在整個織造過程中發(fā)現(xiàn)：

a）該結(jié)構(gòu)在不同層的經(jīng)密不同，表層和底層的密度為中間層紗線經(jīng)密的一半，緯紗各層的緯密均勻一致；

b）該新型織機(jī)的提綜高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單綜眼普通織機(jī)，因此必須采用強(qiáng)力較大的紗線進(jìn)行織造，以避免紗線形狀的突變所產(chǎn)生的折斷現(xiàn)象；

c）在整個織造過程中經(jīng)紗的牽引長度較大，所以需要施加適合的張力以保證織造過程中經(jīng)紗伸直；

d）綜絲眼間的間距直接影響梭口的大小，過大會導(dǎo)致提綜時經(jīng)紗斷裂，過小則開口會嚴(yán)重不清晰，綜眼間的距離有待進(jìn)一步優(yōu)化；

e）當(dāng)采用多綜眼綜絲織造時，鋼筘的高度也做了相應(yīng)的增加以保證最上層經(jīng)紗可以順利地通過鋼筘進(jìn)行織造；

f）如果采用多根引緯器同時引緯，則在設(shè)計引緯器位置時，要保證相鄰引緯器的間距等于綜眼間距，以保證每根引緯器可從相應(yīng)梭口正中間順利通過；

g）該織機(jī)的動力系統(tǒng)使用空壓機(jī)氣動傳動，空壓機(jī)功率不宜過大，否則提綜時綜框的加速度大，經(jīng)紗的形狀變化快，受力強(qiáng)，易折斷。當(dāng)使用綜框數(shù)量或提綜高度不同時，空壓機(jī)的功率都應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。

4結(jié)語

通過采用四綜眼綜絲試織具有6層經(jīng)紗的“正交角聯(lián)鎖”結(jié)構(gòu)三維織物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用這種多綜眼、多梭口的方式可以成功織造這種結(jié)構(gòu)的織物，實際織物的結(jié)構(gòu)與理論設(shè)計相符。在試織過程中也發(fā)現(xiàn)，這種新穎的織造方式仍有很大的發(fā)展空間，如對經(jīng)紗張力控制的合理改善、提綜動程精準(zhǔn)度的進(jìn)一步提高等。這種多綜眼、多梭口的織造方式在未來的三維機(jī)織物織造中將起到不可替代的作用。

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（責(zé)任編輯：張會?。?/p>