（纺织工程专业论文）双轴向纬编间隔针织增强结构编织工艺及其力学性能的研究.pdf

双轴向纬编间隔针织增强结构编织工艺 及其力学性能的研究 摘要 本次课题是对一种新开发出的双轴向间隔纬编针织结构进行研 究。这种新型增强结构和编织方法由东华大学纺织学院胡红教授设 计，属于纬编间隔织物，同时由于引入了衬经衬纬增强纱线，也属于 双轴向增强织物。从结构上看，这种织物由于在经纬向引入了增强纱 线，所以有很好的力学性能，而且与经编轴向增强织物相比，该织物 由于采用纬编结构，成圈纱也可以采用高强高模的玻璃纤维来编织。 从生产方式上看，由于对前后片织物采取独特的连接方式，可以生产 出厚度大而且调节方便的大间隔织物结构。非常适合用来生产厚度 大，重量轻，力学性能好的复合材料夹心板材。 在研究过程中，首先从这种结构和生产原理入手，对这种织物的 生产过程特别是前后片织物的连接方式加以详细的说明之后，分析这 种织物的特点，为该类织物生产提供了一个详细的工艺开发和生产流 程。随后为了验证这种织物的编织可行性，对织物的上机编织工艺和 原料加以研究，包括元件配置，张力调节等等，并进行实际上机操作。 在织造过程中，首先用普通纱线开始编织，逐渐改为玻璃纤维编织， 一步步优化各个工艺参数。在从给纱到牵拉各个过程中，所出现的 问题和解决方法都进行了比较详细的介绍。最终展示了成型良好的产 品，证明这种结构的玻璃纤维织物完全可以顺利的织造出来。接下来 对这种织物的拉伸性能进行测试，首先要根据试样选择适当的测试方 法，然后对拉伸强度和其拉伸曲线的特点加以分析，并与其它织物的 力学性能进行对比，总结这种织物性能上的特点和工艺上需要改进的 地方。最后一步是对这种织物的增强复合材料的力学性能进行研究， 包括生产这种复合材料的所采取的生产工艺和测试该复合材料的弯 曲性能。通过对实验结果的分析和与经编织物等其它复合材料性能的 对比，最终证实了这种增强结构复合材料的优异力学性能。文章还根 据现有的研究成果，对进一步提高这种织物的性能，提出了建议。 关键词：针织结构，纬编工艺，针织复合材料，拉伸性能，弯曲性能 as t u d y0 fk nit tin gp r o c e s sa n dn e c h a nlc a l p r o p e r tle s0 ft h ebla xia ls p a c e rw e f t - k nlt t e df a b ric a b s t r a c t 1 1 1t h i st h e s i s ，an e ww e f t k n i t t e ds t r u c t u r em a d ef o rc o m p o s i t e r e i n f o r c e m e n ti sp r e s e n t e di nd e t a i l t h es t r u c t u r ea n dk n i t t i n gp r o c e s s w a sd e v e l o p e db yp r o f e s s o rh uh o n ga tt h ed o n g h u au n i v e r s i t y j o i n i n g t w o s e p a r a t e d b i a x i a lk n i t t e ds t r u c t u r e s t o g e t h e r t of o r ma s p a c e r w e f t k n i t t e df a b r i ct h r o u g han e ws e to fy a ms y s t e mi st h em o s ti m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i co ft h i sn e wf a b r i c ，a n dt h ed i s t a n c eb e t w e e nt w os e p a r a t e d b i a x i a lk n i r e ds t r u c t u r e sc a nf r e e l yb ec h a n g e di nl a r g es c o p e w e f ty a m s a n dw a r py a m sa r ei n s e r t e dt oi m p r o v ei t sm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e c o m p a r e dt ob i a x i a lw a r p - k n i t t e df a b r i c ，g l a s sf i b e ry a m s c a nb ek n i t t e d i n t ol o o p sa sb i n d i n gy a m si nt h i sn e wh n do ff a b r i cd u et ou s i n g w e f t - k n i t t i n gt e c h n o l o g y t h en e w s t r u c t u r ec a r lb eu s e dt of a b r i c a t et h i c k ， l i g h ts a n d w i c hc o m p o s i t e sw i t hv e r yg o o d m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e i no r d e rt os u c c e s s f u l l yp r o d u c eo u tt h eb i a x i a ls p a c e rw e f t k n i t t e d f a b r i c ，i ti sf i r s t l yn e c e s s a r yt os t u d yi t sk n i t t i n gp r o c e s s a f t e rh a v i n g g i v e na ni n t r o d u c t i o na b o u tt h en e ws t r u c t u r ea n di t sk n i t t i n gm e t h o di n c h a p t e r2 ，ad e t a i l e ds t u d ya b o u tk n i t t i n gp r o c e s si sg i v e ni nc h a p t e r3i n o r d e rt o g e tp r o p e rp a r a m e t e r s f o rt h em a c h i n ea d j u s t m e n t ，s u c ha s 3 p o s i t i o n so ft h ey a r nf e e d i n gs y s t e m s ，y a mt e n s i o n ，t a k e d o w nf o r c ea n d s oo n t h em a t e r i a l sa r ec h o s e nf r o mo r d i n a r yw o o ly a m st og l a s sf i b e r y a m s p r o b l e m so c c u r r e dd u r i n gk n i t t i n gp r o c e s s a r ed i s c u s s e da n d s o l u t i o n sa r eg i v e n t h ef e a s i b i l i t yo f k n i t t i n gb i a x i a ls p a c e rw e f t k n i t t e d f a b r i ch a sb e e np r o v e dw h e nt h er e a lf a b r i c sa r es h o w na tt h ee n do f c h a p t e r 3 。 t h et e n s i l ep r o p e r t i e so ft h ef a b r i ca r ed i s c u s s e di nc h a p t e r4 。p r o p e r t e s t i n gm e t h o dm u s tb eu s e dt og e tr i g h td a t a t h et e s t i n gr e s u l t sa r e a n a l y z e d ，a n dc o m p a r e dw i t he s t i m a t e dv a l u e sa n dt h e s ef o ro t h e rk i n d s o ff a b r i c s i nt h ee n d ，t h eg o o dm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h eb i a x i a l s p a c e rw e f t k n i t t e df a b r i ci so b t a i n e d i nc h a p t e r5 ，t h eb i a x i a ls p a c e rw e f t - k n i t t e df a b r i ci su s e dt op r o d u c e t h ec o m p o s i t e t h ev a r t m p r o c e s si sp r e s e n t e di nd e t a i l ，a n dt h e b e n d i n gp e r f o r m a n c eo f t h ec o m p o s i t ep r o d u c e dw i t hv a r t m p r o c e s si s t e s t e d c o m p a r e dw i m o t h e rk i n d so fr e i n f o r c e d c o m p o s i t e s ，t h e c o m p o s i t e r e i n f o r c e d b yn e w s t r u c t u r ed e m o n s t r a t e s v e r yg o o d m e c h a n i c a lp e r f o r m a n c e 。i nt h ee n do ft h et h e s i s ，s o m es u g g e s t i o n sa r e g i v e ni no r d e rt og e tb e t t e rm e c h a n i c a lp e r f o r m a n c eo ft h es t r u c t u r ea n d r e i n f o r c e dc o m p o s i t e k e yw o r d s ：k n i t t e ds t r u c t u r e ，w e f tk n i r i n g ，k n i t t i n gc o m p o s i t e ， t e n s i l ep r o p e r t y ，b e n d i n gp r o p e r t y 4 w a n gf u k u n ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yh uh o n g 5 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的 指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：汲福叶 日期：u 厂年2 月? 乡日 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可 以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文， 保密“在三年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口。 学位论文作者签名： 日期：年月日 指导教师签名：吉l 诗c 1 ， 日期：年月，日 第一章绪论 纺织复合材料是复合材料领域中一个重要盼组成部分，在现代结构材料中， 以纤维作力增强体与离分子聚合物基体复合铡成的复合材料始于年前“3 。因为 纺织加工过程具有控制纤维取向和提供净尺寸成型结构的优点堙1 ，因此在航空航 天、交遴运输、民用建筑、生物医用和体育器材等领域得到了广泛的应用器一嘲。 瑷在，随着复合材料在高科技领域魄应用，对复合材料的性能要求越来越高。复 合材料所采用的增强骨架不仅要能承受多种负荷，同时也要有助于在加工中保持 稳定的几何构造。科学工俸者在编织、机织和针织各个领域都开展了广泛和深入 的研究，一直在探索帮寻找最优的结构或组织。纺织复合毒孝料通常以纤维、纱线、 普通机织物和编结织物作为增强骨架。尽管针织复合材料在鞠l j 度和非水平方向的 强度方面逊于许多其他传统织物，但是在能量吸收、支撑和切口强力、断裂牢度 方蘑优予其他织物捺嬲，蔗且针织物结构设计灵活，易于成型制作复杂形状的捣 件，近年来受到人们越来越多的重视俨牌3 。轴向针织结构和间隔针织结构是产 业用领域中的新型增强材料。多轴向结构与双轴向结构和传统的机织结构有明盥 的区裂，双辘离结构是在织物莳经离和纬自垫入两组纱线，蔼多轴商结构除了常 规的经向、纬向之外，还垫入了两组斜肉纱线，这样在四个方向的力学性能是可 控的，所以布料的各向同一性程度控制得较好，保障了多轴向结构稳固。而间隔 针织物是两个平面织物在厚度方向毒纤维或纱线连接两成的种织物结构，织物 的上层和底层之闻形成的中空间鼹是间隔织物真正的含义。闻隔织物有其独特的 加工性能，适用于生产轻重量夹心材料。现在，轴向针织物和间隔织物都有很多 辫结构，各舂其优缺点和应用范圈。因簏，将各种针织结构进行比较分析，开发 出性能优异、有广泛应用空间的全耨结构的针织双轴向织物舆有非常重大的意义 n 羽。本课题将对一种带轴向增强的间隔针织结构展开研究，并对这种结构为增强 骨架的树脂基复合材料进行初步的探讨。 i l 。1 轴尚增强织物的技术发展 众所周知，传统的针织物由于线圈结构的易变形憔和纱线的弯曲具有很好的 弹性、延律性，因此在内衣及体阑服领域得到了广泛的应用。但是，在产业用纺 织品领域，大部分情况下要求产晶具有很高的强度窥模量，箍传统的针织照稷难 适合这样的要求。但是自从1 9 8 7 年p r r a n k i l o r 等对针织经编工艺进行了深入研 究并提出了预定向结构织物之焉，经编双轴向立体骨架织物的编织技术获得了迅 速发展，产品在产业用纺织品领域得到广泛应用，目前正逐渐替代传统的增强骨 架材料。预定向结构织物一般是在衬经衬纬经编机上生产的，它是一种新型的定 向结构织物，预定向结构织物可以有单轴惫，双轴向，多轴向( 如强王一王，图王一2 ) ， 网格及其它复合组织结构，其增强纱线完全伸直排列并由成圈纱线捆缚在一起 n h 播1 ，这种捆绑纱使织物在厚度方向的力学性能有了很大的提高，其抗撕裂性能 骧显优子传统增强织物。这种编织技术具有生产率嵩，原料适应性广，织物强度 利用系数高，模量高，织物特性可设计等特点。 图1 - 1 双轴向针织物图1 以多轴向针织物 与传统的机织骨架织物相比，双轴向立体骨架织物具有更优良的物理机械性 能及更广泛的市场应用n 们。其主要优点如下： 1 强力性能：强力是增强骨架材料最基本的要求之一，经编双轴向立体骨架 织物中的纱线完全伸直排列，可以使纱线的强度充分得到利用，消除了机织物纱 线波浪状屈曲对强力性能的影响( 图1 - 3 ) 。丽显纱线的定向配置减少了纱线织物 的变形，有利于提高其模量n 5 j 6 1 。 图1 - 3 机织物的纱线形态 2 撕裂性能：双轴向立体骨架织物在加工应用过程中，经常易于被尖锐硬物 2 鞣前雕槲撖”隳村篷 撕裂而损伤，因此提高材料的抗撕裂性能对增强骨架材料有十分重要的意义。预 定向结构织物中的纱线配置并不在同一平面内，因此撕裂时不像经纬交织的机织 物那样纱线依次断裂，而是当沿某一方向拉伸时，另一方向的纱线不会受剪切而 破坏，并在捆绑纱的作用下形成防止裂口增大的“格栅 。并且随着裂口的增大， 这种防护作用也增大，基此定向结构织物具有良好的抗撕裂性能，静使出现小裂 口，其扩大也会越来越难n 。 3 耐久性能：许多双轴向立体骨架织物应用于永久性的工程中，因而对材料 的耐久性能提出了较高的要求。遥过对骨架材料蠕变松弛性麓的研究发现，除原 料本身的性能外，材料的织物结构类型也会对蠕变性能产生影响，这主要是由织 物中纱线的伸直状况所决定，纱线屈曲越小，蠕变也越小。因此双轴向立体骨架 织物比桃织物具有更好的耐久性能。 4 原料的适应性和经济性：双轴向立体骨架织物衬纱的伸直排列，使它可以 采用几乎任何种类的纤维原料，包括一些高刚度的高性能纤维如玻璃纤维，碳纤 维等进行生产。 经编双轴向和多轴向织物的研究开展比纬编轴向织物早，在应用方面更广 泛，相比之下，对纬编针织物作为增强体的复合材料的研究起步较晚，f 1 9 0 年代 才开始增多。纬编双轴向增强织物与经编双轴向增强织物的根本区别是捆绑纱线 的成圈系统不同，纬编轴向增强织物采用的是纬编结构作为捆绑纱线系统，如图 1 4 。由于其本身成形性和灵活性好，近年来纬编结构的发展很快，其中尤其是 横机编织工艺，使用这种工艺可| 以生产一些对经编或圆型纬编工艺来说，难度较 图l 。4 纬编多轴向结构 大或无法生产的产品。即对于小而复杂的结构，纬编织物是经济而简单可行的， 因此在产业用纺织品的某些领域会有较大发展i 2 1 】i 3 引。国外已开发岱一种由两个 、一 纬平组织为捆绑纱的双轴向纬编衬纱织物，衬了两层经纱，三层纬纱，两面通过 互相穿套连接起来【l 引，天津工业大学也研制出一种由罗纹为捆绑纱的新型双轴 向织物。与经编相比，纬编独特的线圈结构使得织物的成型性最好，较高捆绑强 度和剐度，可以实现多层衬纱，制织的织物具有较低的可拉伸性熊和较高的能量 吸收能力和较好的减震性能，产品变换灵活，更能适合小批量、多品种、多规格 形式的生产，而且生产成本低，因此市场潜力巨大。图1 5 为多层双轴向纬编织 、一 物的结构示意图珏9 】。从圈l 。5 中可以看出，织物中包含两层衬经纱线及三层衬纬 纱线，这五层纱线由罗纹组织结构捆绑在一起。当然，可以根据设计上的需要选 用两层、三层或四层衬纱，而经纬衬纱也可以根据设计上的需要进行空穿或抽纱。 这种织物是在一台特殊机器上制织出来的，该设备是在普逶针织机编织原理基础 上开发研制而成的。它能够很好地加工玻纤织物、碳纤织物和芳纶织物。在纬编 方面的研究还有很大的空间。在这次课题中，也是采取纬编捆绑结构。 图l 巧多层双轴向纬编衬线织物 1 2 间隔织物的研究与发展 目前针织复合材料的一个发展方向是采用间隔织物作为增强结构。闻蕊织物 是两片平面织物在垂直的方向由纤维或纱线连接织成的织物。间隔是指织物的上 层和底层之间形成的中空间距，厚度的大小与间隔织物的结构种类有关。间隔织 物已成为当代技术和圜常生活幸极为重要的一个组成部分，它们包括：服装用、 汽车用、农用、建筑结构用、纺织结构复合材料、过滤用、土工织物、医疗用、 家用、安全防护用、运动以及娱乐用及其他诸如洗涤用、包裹用等一般用途。间 4 隔织物有其独特的加工性能。可以生产出强度离、重量轻、能量吸收性好的复含 材料，面且在柔软的情况下，间隔织物可以在树脂固化前被蹑缩，具有良好的可 成型性f 2 0 1 。此外，力学研究表明，当复合板受到弯曲时，上下表面所受的变形 最大。所以，间隔织物增强复合材料受到弯曲时，其中的增强材料受力最为合理。 丽双轴向增强纬编闻隔锋织物复合材料由于其强度高，间隔大，非鬻适合做成耐 弯曲，重量轻，厚度大的复合板材。 针织间隔结构可分为经编和纬编两种。目前针织间隔织物多数是由经编工艺 的编织的，主要是在双针床拉舍尔经编概上编织丽成。编织时，需要4 把以上梳 栉，一般用5 到7 把梳栉，间隔大小可以根据针床闻的大小进行调节。间隔纬编 针织可以在针织圆机上编织，也可以在针织横机上编织，国际上较多的是用针织 横机来研制纬编闻隔织物，其中主要是在电脑横机。用横机来编织间隔织物时， 可以用横穿的纱线连接上下两层织物，也可以用横穿两片织物层的单独织物来连 接。其中，用横穿的纱线连接上下两层织物时，间隔织物的间隔受前后机床之间 距离的限制，间隔比较小。而用横穿两片织物层的单独织物，要织出强度高的织 物，就必须采取选针、移圈等复杂的动作，只能在有特殊选针功栽和牵拉功能的 高级横机如电脑横机上生产出来。 1 3 本课题的研究工作和意义 三维立体结构织物的研究开发一直是纺织技术发展的一个方惫。多年来，爨 内外对轴向增强结构和间隔结构做了很多研究和开发，但主要是研究经编结构， 对纬编结构研究进展不大，这是由于纬编结构生产效率低j 成本宣所造成的。本 1 一1 。“一一- - _ p - j 课题所研究的新型织物不仅综合了轴向增强和闻隔织物的特点，焉盈与传统纬编 间隔织物相比，提高了生产效率。与经编织物相比，这种结构的织物的捆绑的成 圈纱和连接前后片的连接纱可以采用高模高脆的高性能纤维，扩大了其应用范 围。本课题的研究的霹觞是研究这种新型织物的结构、编织过程和性能，以便投 入产业化应用。 这种新型结构的织物虽然在理论上有很多优点，但是在生产过程中，涉及到 编织机械各元件的合理分布，高性能纤维豁可编织性能，各纱线的张力的闻题， 在实际生产中会有很多实际的问题有待解决。因此，本课题的内容主要分为以下 几个方面： s 1 对这种织物的结构特点进行分析。 2 进行这种新型增强结构织物的编织，并对织机的机械结构进行分析，了解 这种新型织物的生产特点，探讨合理的生产工艺。 3 在顺利生产出织物的基础上，采用高性能纤维的顺利编织。通过对高性能 纤维的性质了解，进一步优化上机工艺。 4 对这种织物进行力学性能的测试，包括将其做成复合材料进行测试。由于 这种织物结构特殊，对测试工艺也要进行研究。 ， 5 对实验的结果和一些存在的问题进行总结，并对进一步的研究提出设想。 6 第二章新型织物的结构特点和编织方法 2 1 织物的结构 新型双轴向增强纬编间隔针织物的结构如图2 1 所示，其中图2 1 ( 1 ) 为立 体结构图，图2 1 ( 2 ) 为纵向截面结构图，它清楚的表示了间隔纱线2 与两个表面 结构的连接方式。从圈2 1 中可以看出，两个表面结构的平钎地组织l 中都衬入 了增强的经纱3 和纬纱4 ，从经向方向喂入的间隔纱2 通过前后平针线圈的沉降 弧把两个表面结构连成一体，形成间隔结构。采用这种方式生产间隔织物时，由 于间隔纱不焉成圈编织，因此，纱线种类的选用范匿更广，很难成霾编织的高强 高模量纱线如玻璃纤维和碳纤维都能用于间隔纱线。前后针床间距的调节可以很 方便调节，根据使用要求可以自嘲织出不同间隔的织物。 2 4 3 图2 - 1 双轴向增强纬编闻隔针织结构 ( 1 ) 立体图( 2 ) 侧面图 2 4 在这种结构中，衬经衬纬纱线不仅作为增强结构提高织物的力学性能【3 2 1 ， 而且对提高织物的稳定性和编织的顺利进行有非常重要的作用。其中，衬纬纱尤 为重要，因为需要树纬纱和线圈沉降弧闻的有力夹撩才能保证良好的间隔结构， 使间隔纱线2 不会产生滑移，从而使结构稳定，如果夹持不够，会导致织物结构 7 a 点处 线弯曲 度小 ( 2 ) a 点处纱 线弯曲程 度大 图2 2 有衬纬纱和无衬纬纱截面图对比 ( 1 ) 有衬纬纱 ( 2 ) 无衬纬纱 不稳定。衬纬纱还有一个重要的作用就是对成圈纱1 提供了保护，通常用脆性大 的高性能纤维用于纬编编织一直很困难，在编织过程中纱线很容易受到弯曲破 坏。如图2 2 所示，如果在编织过程中衬入较粗的纬纱，成圈纱和衬纬纱紧密接 触，维持了线圈稳定，也减小了线圈纱交织点a 处的弯曲程度，有利于脆性纱 线的编织。此外，普通纬编玻纤织物在编织中偶尔出现漏针、线圈断裂等情况时， 由于玻纤的刚度，会使前面几列织物发生梯脱，但如果有纬纱的摩擦作用，就会 阻止织物进一步脱散，从而保证编织继续顺利进行。衬纬纱的这种保护效果已在 实验中得到证实。这样，成圈纱也可以采用脆性大高性能纤维编织，而且对弯纱 深度、成圈纱细度、横机号数等编织参数的要求都比较低，可以很顺利地编织出 玻璃纤维织物。 这种织物结构的特点主要可以归纳为： ( 1 ) 两个平面结构中衬入平直的经纱和纬纱，提高了两个平面结构的力学性 能，从而提高增强复合材料夹心结构的力学性能。 ( 2 ) 间隔的大小调节方便，可以编织出较厚的织物结构。 ( 3 ) 通过从横机上方直接引入一组间隔纱线来连接前后两个平面结构，由于 间隔纱不用成圈，可以编织大间隔织物，而且高强高模的纱线也能作为间隔纱进 行编织，拓宽了纱线种类的应用范围。 ( 4 ) 由于衬纬纱线对成圈纱的保护作用，可以用脆性大的高强高模耐高温的 8 高性能纤维作为成圈纱线编织，而且在编织过程中纱线损伤很小。这样，整个织 物都可以由高性能纤维组成，这对于提高织物性能，特别是提高织物的耐高温方 面有很大的意义。 2 2 织物的编织方法 双轴向纬编针织增强织物是在实验横机机上生产出来的，该横机的织造原理 如图2 3 所示。 其中，l 为中间连接纱的导纱管，2 和2 为衬经纱导纱管，3 和3 为衬纬纱 导纱器，4 为针织纱导纱器( 前后针床各有一个，和它对称的4 为了方便作图， 上面的纱线被省略) ，2 、3 、4 属于前针床系统，可以在相对位置固定的情况下 和前针床起移动，后针床系统也是这样。前后针床齿口间距可以水平调节。其 具体工作方式为： 1 两组经纱导纱器2 ，2 从纵向将两组经纱分别喂入编织区域，每根经纱位 于两枚织针之间。 2 连接纱导纱器l 将组连接纱从纵向曜到针床齿西中间的位置，每根连 接纱位于两枚织针之间，如图2 - 4 所示。 熙2 3 毅型织飙的截蟊示意图 2 3 9 图2 4 经纱导纱嚣和连接纱导纱器的排列 3 纬纱导纱器3 ，3 分别通过滑块沿对应的导纱器导轨往复移动，将纬 纱随着成圈过程喂到前后针床织针的针背位置，如图2 5 。 3 纬纱导纱器4 成嘲纱导纱器 2 经纱导纱管i 连接纱导纱管 幽2 - 5 井元件的位置排列 l零、拽 4 钳织纱导纱器1 ，4 将针织纱分别喂到前后针床织针针前的垫纱位置， 其中针纵纱被喂到织针的钊钩和连结纱之问。前引床纬纱导纱器3 和针织纱导纱 器4 一起，后针床纬纱导纱器3 和针织纱导纱器4 起，机头和成幽纱导纱器 通过滑轮组同步运动，如图2 - 6 。两者交替进行分别与两组经纱一起形成两个 独立的单面双轴向纬编针织结构。 凹2 - 6 机头和相对应的导纱器通过滑轮组同步运动 编织时，连接纱在针织纱弯纱张力的作用下，分别被拉向靠近前后针床的位 置，并通过针纵线圈的沉降弧把两个独立的双轴向增强纬编针织结构连接起来， 形成间隔纱层，且间隔的人小可通过调节前后针床i ，l 的齿口的水平距离来调 节，从而在针织横机上编织出一种全新的双轴向增强纬编问隔针织结构。圉2 7 是具体的编织步骤的示意图。 ( 3 ) ( 4 ) 图2 7 编织步骤的示意图 ( 1 ) 织针上升，成圈喂入织针 ( 2 ) 织针弯纱，成圈纱拉住连接纱 ( 3 ) 织针成圈，连接纱被拉到织物另一面 ( 4 ) 右边织针重复以上过程 1 2 第三章织物的上机编织与工艺分析 本章将对新型双轴向增强纬编闻隔针织物的具体上枧生产进行研究，讨论其 具体的上机工艺。 本次实验由于是对新型织物结构的首次尝试，首先使用比较利于编织的普通 毛纱作为原料，从两初步获得合理的编织参数。顺利编织惹，使逐步更换为用玻 璃纤维编织。按所采用原料区分，编织分为3 个阶段： 普通毛纱编织专玻纤衬经衬纬、高强涤纶成圈全玻璃纤维编织 其中，第二阶段的编织属于过渡阶段，织物的结构和形态和全玻璃纤维织物 比较接近。所以这里主要介绍毛纱编织和全玻璃纤维编织。 3 1 普通的毛纱作为原料的织物编织 用毛纱进行编织主要目的是初步地确定上机工艺，包括各机械元件配置、各 个纱线的张力大小、给纱牵拉等。 3 1 1 各机械元件的位置配置 该机器的各种元件较多，编织的顺利进行首先需要各机械元件位置配置合 理；在上一节的介绍孛给出了各元件之闯的大致相对位置撵列，实际操作中上由 于织机上的空间很小，需要细心调节。其中特别要注意的是纬纱导纱器的位置， 由于它位置在针背和经纱之间，如果过于靠里，会在移动的过程碰到经纱，如果 靠终，容易被暖入针钩逡。特别是当纬纱报粗的时候更容易被织针钩入针钩。出 于样机的经纱导纱器离针床的距离很小，所以纬纱导纱器可调节的范围很小，所 以在调节纬纱导纱器位置时要非常小心。 其次是纱线位置的排捌，该机器所需的纱线种类菲常多，除了戒圈编织纱外， 还有衬经衬纬纱和连接纱。除了编织纱前羼针床各一个导纱器，衬纬纱前后针床 各一个导纱器外，衬经纱在前后针床各4 2 个导纱管，中间连接纱4 2 个导纱管。 纱线的数量非常庞大，需要进行合理的配置特别是经纱和连接纱的位置分布闻 题。 该机器所采取的导纱方案为利用两个大型落地纱架，前后针床各一个，每个 纱架下面2 3 的纱篱的纱线焉作衬经纱，上部的1 3 的纱篱的纱线从织机正上方 引入作为连接纱。 1 3 还有比较重要的是连接纱导纱器的位霞高低问题，从图3 一l 截面图中可以看 出，中间连接纱导纱器的高低决定了连接纱的倾斜度，从而决定了连接纱线上的 哪一点被成豳纱拉住。如图3 1 所示，连接纱线上的a 点被成圈纱拉向另一个针 床。设连接纱与上一线圈横列的交织点为b ，a 点和b 点之间的纱线长度为b ， 前后两排经纱之间的距离为d 。如果b = d ，那么连接纱线在被拉向另一面针床的 过程中与连接纱之间不会产生沿连接纱纱线轴向的滑移，有利于提高织物的顺利 编织和外观质量。从截面图中可以看出，a 点可以近似看作是织针的延长线( 直 线a d ) 与连接纱的交点附近。因此，可以根据两针床问的距离和两针床问的夹角， 通过三角公式来近似求出连接纱导纱器的高度。 卜- d q 图3 - l 连接纱导纱管高度设置示意图 v 点：连接纱导纱管口：a 点：连接纱和线圈纱的交织点 b 点：连接纱与上一线圈横列的交织点： c 点：过b 点的水平线与另一边针床上经纱的交点 d 点：织针与经纱的交点 具体算法如下： 如图3 。2 ，图中的各点分别与匿3 一董中的各点对应，其中直线v f 是线段b c 的垂直平分线；z d e c 是针床上的织针与水平面的夹角，固定不变；b c 是前后 针床两排经纱间的距离，已知；d c 也可以测出大小。 所以问题转化为： 已知, d e c ，b c ，d c ，z d c b 是蛊兔，直线v f 是垂直平分线，a b = b c 求v f 长度。 v 一一叫 弋 - i cf l _ - l d 豳3 - 2 织机截瓤的几倍模型 推导如下： c e - - d c t a n ( z d e c ) ； = b e = b c + c e = d + d c t a n ( z d e c ) ( 1 ) 由正弦定理褥： a b s i n ( zd e c ) = b e s i n ( d a b ) = z d a b = a r c s i n ( b e 零s i n ( z d e c ) a b ) = 么a b f = 嚣- 么a e b - 么d a b = 嚣- z a e b a r c s i n ( b e ：i s i n ( z d e c ) a b ) ( 2 ) 由( 1 ) 和( 2 ) ，得 z a b f = z - z a e b - a r c s i n ( ( d d e t a n ( _ d e c ) 零s i n ( _ d e c ) a b ) 因为v f f b = v f d 2 = i a n ( l a b f ) 所以得到v f = f b 券t a n ( l a b f ) = d 2 水t a n ( z a b f ) 得 v f 就是v 点和鹣点的离度差，b 点是连接纱和经纱的交点，根据实验观察， 可以近似看作截面上织针与齿口交点，即图3 。l 中点e 的位置。这样可以根据 v f 的大小来设定中间连接纱导纱器的高低。合理地设置高度以后，在编织过程 中有利于中闻连接纱正常连接前后片，有利于提高织物质量。 最后要注意的是应该尽量做到成圈纱拉连接纱时两边的力对称。图3 3 中可 以看出，当取消经纱，左右织针和连接纱的距离相等，即a = b 时，受到的力比 较对称，实际中要考虑到经纱位置的影响，给经纱留出位置的前提下，尽量做到 连接纱左右受力平衡。 连接纱 f i = f 2 图3 - 3 连接纱受力示意图 3 1 2 纱线的张力控制 根据纱线种类可分为经纱张力，纬纱张力、连接纱张力和编织纱张力。在纱 线、织物的加工过程中，张力是一个很重要的因素，决定了编织的顺利进行和最 1 6 终织物成型的良好与否。无论是何种张力都需要加以适当的控制和调节。 3 。1 ，2 。1 经纱张力 经纱张力包括纱架上张力器和导纱隧等元件的摩擦力，还有针床上经纱导纱 器上面的张力装置。由于经纱和其它纱线没有穿插串套，所以它的张力的大小并 不会影响其它纱线的张力。考意到前后针床两排经纱之闯懿距离很大程度上定了 织物的厚度，张力应适当加大有利于保持织物厚度的稳定。另外，巍于上文中提 到纬纱导纱器来回移动时容易碰到经纱，这时如果经纱的张力高的话，仍然会保 持挺直的状态。所以经纱的张力应该尽可能大。 3 1 。2 。2 纬纱张力 纬纱通过纬纱导纱器的来回运动被衬入织物，其运动分为来和回两个运动部 分，图3 4 是萁简单示意图。红色线条表示纬纱通过滑轮进入导纱器衬入织物， 弹簧张力器起均匀张力和提供纬纱阐退的作用。当导纱器向右运动时，弹簧张力 器在纱线张力作用下被压缩。当导纱器向右动程结束，开始向左运动时，衬入织 弹簧张力器 图3 4 纬纱导纱示意黧 1 7 物的纱线主要是弹簧张力器和滑轮之间的纱线。这时的纬纱张力主要靠弹簧张力 器的回复来提供。这时的张力比向右运动时的张力小很多，很容易发生张力不足， 这就会导致纬纱松弛，从针背位置移动到针前位置，在织针成圈过程中被喂入针 钩内。所以纬纱张力调节过程中应该提高弹簧张力器的弹簧弹力，而其它地方应 该尽可能减少摩擦张力( 实验中采取滑轮来降低摩擦) 。从而保证纬纱在向左衬 入织物时能够产生回退，使纬纱保持绷直的状态。 3 1 2 ，2 成圈纱和中间连接纱的张力 由于连接纱通过编织纱的沉降弧连接前后针床的织物连接起来形成间隔织 物，因此连接纱和编织纱之间的张力之间有很重要的关系，是决定整个织物的质 量的一个重要因素，加上它们之间的关系比较复杂，需要着重研究。 从织物结构上可以看出，成圈纱的张力必须足够大，才能顺利地把比较粗的 连接纱从织物的一面拉到另外一面，而为了使成圈顺利，成圈纱的张力又不能太 大，这样中间连接纱的张力就应该适当减小。另一方面，中间的连接纱线也不能 太松弛，否则就容易使连接纱露出织物外面，影响织物的结构和外观。图3 5 表 示了连接纱张力不足和张力过大的情况。 - 连接纱线张力不足 连接纱线张力过大 图3 5 连接纱与成圈纱之间张力不当所出现的情况 连接纱线和成圈纱线张力之间的关系，我们可以简单的分析出。如图3 - 6 ， 假设纱线没有刚度，没有伸长，完全光滑的理想纱线，连接纱的张力为t 1 ，可 以近似认为t l 的方向就是图中的方向。成圈纱拉连接纱的力为t 2 ，连接纱弯曲 地角度为0 ，由于假设纱线光滑，所以织针的延长线就是0 的角平分线。 1 8 则t 2 ，2 * t l * c o s ( 0 2 ) 图3 - 6 可以看出t 2 2 t 1 c o s ( 的值随着。的减小而增大，当连接纱完全被成 z 圈纱拉到另一面针床时，e 值最小，也就是t 2 所需要的值最大，如图3 7 所示。 设两排经纱之间的距离为d ，连接纱导纱器口和右针床织针与右排经纱交织 点a 之间的高度差为h ，线圈横列的高度为p ，则右边针床织针与右排经纱交织 点a 与左针床织针与左排经纱交织点b 的高度差为p 2 ( 通过观察，前片织物和 后片织物平均有半个横列的高度差) 。不计纱线的刚度，细度和摩擦，纱线不可压 缩。可以将模型简化为图3 - 8 。 1 9 b 点 h p 2 d 图3 - 7 连接纱和成 圈纱张力示意图 h d 图3 - 8 张力关系模型 则此时中间连接纱线之间的夹角。为a r c t a n ( 等) 协c t a l l 瓦h 丐) 。，可以得出 骶与t 2 之闻的关系为： t 2 2 t 1 c o s ( 刍 p 2 = 2 霰x c 。s ( ( a r c t a n ( 露) + a r c t a n () ) 趁) 下面要分析成壁纱张力t 3 与成圈纱拉连接纱的力t 2 之间的关系。图3 - 9 是织机一面针床的俯视示意图，忽略上一线圈横列的影响，从图中可以看出连鑫 纱张力71 昶t 3 在y 方向上的合力。下面求它们之，闯的关系。 豳3 - 9 连接纱和成露纱张力示意图 图3 - 1 0 是图3 - 9 局部放大的示意图，灰色圆表示连接纱的截面，近似画 为圆形，圆心是o ，绕过它的弧线表示连接纱，分析连接纱的受力，t 3 表示壤 潞纱的张力，f 表示阻碍连接纱移动的力，与t 2 大小相等，方向相反。设连接 纱线半径为r ，连接纱线到织针的距离为a ，成圈纱与织针针钩交点为c ，当织 针运动到最低点时，0 点与c 点在针床上的高度差是b 。0 点在过c 点的水平 线上的投影是a 点，连接纱线与a c 的夹角是a 。a ，b ，o 可以机器上直接或间 接测得。通过0 点，t 3 方向的直线与a c 的交点是b 点。过c 点的成圈纱所 在直线与a o 延长线的交点是d 。 图3 1 0 张力分析图 织针 由图3 一l o 可得，在垂直方向上，f = t 3 * s i n a ，由于t 2 = f ，可得 f 3 = 2 ? 1xc o s ( ( a r c t a n ( - e - 笋) + 粼t 锄( 袁彤2 ) s 趣馐 其中，t 3 表示成圈纱的张力，而t l 表示连接纱的张力，从公式中可以看出 在理想状态下的近似关系。推导这公式的邑的一方蕊是合理设定戒圈纱和连接 纱的大小，另一方面也可以通过参考这一公式来设计后续机型的各个参数配置。 由于这公式是在理想状态下推导，而且做了一些近似，而且公式中的参数如圈 高p 还毒待予进一多推导与其它工艺元件参数之间的关系，所以这一公式还有待 予进一步完善。在实验的横机是手摇横机，速度较慢，对张力要求较低，而且是 通过f 动柬进行调节，得不到具体张力数值，所以此公式的在本次实验巾得不到 有效验证。h 能确定成圈纱张儿要比连接纱张力大很多才能有效得将连接纱拉过 柬。希望这一公式能被后续研究人员进一步完善。 313 织物厚度和紧密度的影响因素 该新型结构的一个重要的优势就是通过削隔方式使织物的厚度有很大的提 高而且刘厚度的调甫也比较灵活。下面要分析影响织物厚度的各个凼素。 由织物的截面图中可以看出，影响织物厚度的最主要的因素就是两终纱z 闻 的距离和经纬纱的粗细。这次实验所用的针织横机经纱导纱器和f 狮后针床的相对 仃苜吲定可以通过调竹前后针床的距离来调节织物的厚度。此外，提高移 物的 紧密度有利于提高织物的厚度。当织物的弯纱深度较小或成圈纱较丰只时，这时纬 纱被成嘲纱束缚得较紧，截面接近半圆形，也会提岛织物的厚度。另外，由于牵 拉，加上连接纱由于刚度的影响，有伸直的趋势，如果织物不够紧密，织物会在 纵向被拉长，而在厚度方向r 减小。 织物的紧密度不仅仅是影响织物的厚度，对织物的稳定自非常重要的作用。 由于这种织物需要上f 相邻的两根纬纱和成圈纱一起，将连接纱三点央持住。所 以纬纱的细度不能过小，否则会造成夹特效果不好，容易造成连接纱的抽出或滑 移。其纬纱细度的具体指标和线圈人小相关。使线幽能正好将纬纱包住，由于纬 纱较粗所以截面一r 变，其截面根据成酬纱线的线罔大小柬决定，当线圈将纬纱紧 紧包络住时，其纬纱截面的截面应该接近半吲形，如图3 1 i 。这时成圈纱线也会 由于张力加纬纱的摩擦，其线圈与普通针织线圈相比，绷得比较真。此时成圈纱 除了在成圈纱之间的交织点外，其它部位是扁平状。 k 纬p f 纬纱 囝3 1i 织物的侧面与正面示意创 由此可见，织物处于最紧密的状态时，捆绑线圈和衬纬纱紧密接触，这样， 织物结构最稳定。可以根据弯纱深度来确定织物的紧密度。但是如果过于紧密， 编织中会造成编织张力过大，编织困难，易产生断头和漏钟。所以弯纱深度要根 据衬纬纱的大小适当选择。织物的紧密度主要取决于两个方面，一是织物线圈的 大小，线圈小则织物紧密，这是通过设置压针深度来决定。二是纬纱和成圈纱的 粗缨，纬纱或戒圈纱粗，则织物较为紧密。可以通过调节这些参数来调节织物静 紧密度。 3 1 ，4 纱线的粗细选择 根据这种织物的结构可以分析出，经纱纬纱作为增强结构应该选择屹较粗， 强度大的纱线，而成圈纱应该选择比较细的纱线。其中经纱在织物内部，丽织物 的厚度又比较大，选择的自由度比较大。而纬纱的选择从上文可知要受到一定限 制，应该按照织物的紧密度的要求选择。 连接纱线的粗细选择条件比较松，需要注意的是出于连接纱需要容易被纬纱 和成圈纱三点握持，加上为了使成圈纱的线圈沉降弧靛够顺利地拉动连接纱，纱 线的刚度不能太大。应该选用较粗且柔软纱线。由于经纱和连接纱在同一个沉降 弧里，所以连接纱最好要比经纱稍粗，这样连