（纺织工程专业论文）经编轴向织物的性能研究.pdf

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。 学位做作者签名：；歹丽彳 日期：彩年f 月，日 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。 保密函在土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：涉丽哗 日期：加年，月1 日 燧名：名中 日期： 口毛年r 月岁日 经编轴向织物的性能研究 摘要 经编轴向织物的最大特点就是承力纱线在织物中为伸直平行铺放，这 种结构有利于纤维性能的充分发挥，大大提高了制成复合材料的力学性 能、抗疲劳性能和抗损伤容限性能，提高了复合材料的增强率、可设计性 和可混编性。高性能纤维经编轴向织物作为树脂基复合材料的增强材料的 生产在我国处于起步阶段。国内已有部分生产企业引进该类织物的生产机 器，但根据实际调查，经编轴向织物的应用在我国的市场还未很好地开拓。 鉴于目前经编轴向织物在我国的生产和应用的情况，本课题从生产实 际出发，对影响玻璃纤维经编轴向织物性能的因素，如：纤维原料、工艺 参数、编织方法等进行了分析、研究，并在此基础上进一步分析了部分影 响因素对经编轴向织物增强材料复合材料拉伸性能的影响。 本文首先分析、研究了生产工艺对经编轴向织物性能的影响。主要考 虑了不同的铺纬工艺、编织工艺以及在织物中加入短切毡等对经编轴向织 物拉伸性能的影响。论文实验过程得到了生产企业的大力支持与配合，能 够综合考虑机器的工艺特点以及相关工艺参数，有目的的设计实验所需织 物，然后对织物进行拉伸性能的测试，再通过实验测试的结果分析出各种 工艺参数对织物性能影响。 在分析纱线原料对经编轴向织物拉伸性能的影响时，主要以无碱玻璃 纤维纱的性能指标为主，其中涉及到的指标有纱线的强力、含水率、浸润 剂、碱金属氧化物的含量和单纤维直径等。通过实验对相关指标进行测量， 以及对不同指标的纱线进行实际的生产跟踪，分析这些因素如何直接或间 接的影响经编轴向织物性能，帮助企业了解原料与织物性能之间的关系。 最后，在对经编轴向织物的拉伸性能影响因素分析的基础上，采用真 空辅助树脂成型技术将部分织物制成复合材料，然后对复合材料进行拉伸 实验，分析不同工艺参数的织物对复合材料拉伸性能的影响。这些织物中 包括不同克重的织物，是否加入短切毡的织物及其浸润剂对复合材料性能 的影响。 本文通过大量实验分析得出了相关工艺参数对织物结构和拉伸性能 的影响，明确了原料中影响织物性能的因素及其对复合材料拉伸性能的影 响。希望企业能通过对这些跟生产实际相关参数的了解，做到合理的选择 工艺和安排生产，为进一步推广经编轴向织物的应用提供理论与实践的借 鉴作用。 关键词经编轴向织物玻璃纤维铺纬衬纬拉伸性能复合材料 s t u d yo nt h ep r o p e r t i e so f d i r e c t i o n a l l y o r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c s a bs t r a c t t h em a i np r o p e r t yo fd i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c s i st h e s t r a i g h t a n dp a r a l l e li n s e r t i o no fy a m su s e d a sl o a d b e a r i n gu n i t t h e p r o p e r t i e so ft h ey a m sc a nb ef u l l yu s e dd u et ot h es p e c i a ls t r u c t u r e ，w h i c hc a n e n h a n c et h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，f a t i g u er e s i s t a n c ea n dd a m a g er e s i s t a n c e t o l e r a n c eo ft h ef a b r i c sa n di m p r o v et h e r e i n f o r c i n g ，d e s i g na b i l i t ya n d m a n u f a c t u r i n ga b i l i t yw i t hb l e n d so fy a r n s i ti so n l yas t a r tf o rt h eu s a g eo f d i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c sw i t hh i g hp e r f o r m a n c ef i b e r sa t h o m e s e v e r a lm a c h i n e st op r o d u c es u c hf a b r i c sw e r ei m p o r t e d h o w e v e r ，i ti s n o tw e l ld e v e l o p e df o rt h ea p p l i c a t i o nf i e l d so f d i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r p k n i t t e df a b r i c si nh o m em a r k e t c o n s i d e r i n gt h ep r o d u c t sa n da p p l i c a t i o n so ft h ed i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e d w a r pk n i t t e df a b r i c s ，t h ea r t i c l ea n a l y z e dt h ev a r i o u si n f l u e n c e so ft h ed i f f e r e n t w e f ti n s e r t i o nt e c h n o l o g y , k n i t t i n gp r o c e s s i n ga n dr a n d o mm a t o nt h es t r e t c h p r o p e r t i e so fd i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c s d u et ot h eg r e a t s u p p o r tf r o mt h ec o m p a n yd u r i n gt h ew h o l es t u d y , t h et e c h n i c a lp r o p e r t i e so f t h em a c h i n e sa n dr e l a t i v e p a r a m e t e r sa r ec o n s i d e r e dc o m p r e h e n s i v e l yt o 3 d e s i g nt h er e q u i r e df 曲r i c sf o rs t u d y l a t e r ，t h es t r e t c h p r 。p e r t i e s 。ft h ef a b r i c s w e r et e s t e da n dt h ei n f l u e n c e so fv a r i o u st e c h n i c a l p a r a m e t e r so nf a b r i c p r o p e r t i e sw e r ea n a l y z e da c c o r d i n gt ot e s t i n gr e s u l t s t h ea r t i c l em a i n l yd i s c u s s e dt h ep r o p e r t i e so ft h en o n a l k a l ig l a s sf i b e r s w h i l e a n a l y z i n gt h ee f f e c to ft h em a t e r i a l so nt h e p r o p e r t i e s o ft h e d i r e c t i o n a l l y o r i e n t a t e d w a r pk n i t t e df a b r i c s t h ep a r a m e t e r si n c l u d et h e s t r e n g t ho ft h ey a m ，m o i s t u r ec o n t e n t ，s i z i n g ，t h ec o n t e n to fa l k a l im e t a lo x i d e a n dt h ed i a m e t e ro ft h es i n g l ef i b e re t c d i f f e r e n tt e s t sw e r ed o n ea n dt h e p r o p e r t i e so ft h ey a r nw e r ef o l l o w e di nt h er e a lp r a c t i c e a l lt h ep a r a m e t e r s s h o w e dd i r e c t l yo r i n d i r e c t l ye f f e c to nt h ep r o p e r t i e so ft h ed i r e c t i o n a l l y o r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c s ，w h i c hh e l p e dt h ec o m p a n yt ou n d e r s t a n dt h e r e l a t i o n s h i po ft h ep r o p e r t i e sa m o n gm a t e r i a l sa n df a b r i c s f i n a l l y , s e v e r a ld i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c sw e r ec h o s e nt o m a k ec o m p o s i t ep a r t sw i t hv a c u u ma s s i s t a n tr e s i nm o l d i n g ( v a r t m ) b a s e d o nt h ea b o v ea n a l y s i s t h ec o m p o s i t ep a r t sw e r et e s t e dt os h o wt h ee f f e c to f t h ed i f f e r e n tt e c h n i c a lp a r a m e t e r so nt h ep r o p e r t i e so fc o m p o s i t e p a r t s t h e s e s p a r a m e t e r si n c l u d e df a b r i c sw i t hd if f e r e n tw e i g h tp e rs q u a r em e t e r , i n s e r t i o n o fr a n d o mm a t ， t h ee f f e c to fr e l a t i v et e c h n i c a l p a r a m e t e r so nt h es t r u c t u r ea n ds t r e t c h p r o p e r t i e s o ft h ef a b r i c sw e r eo b t a i n e db a s e do nm a n ye x p e r i m e n t s i t i s e x p e c t e dt h a t t h et e c h n i c a l p e r s o n sc a ns e l e c t t h et e c h n i c a l p a r a m e t e r s r e a s o n a b l ya n do f f e rt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lr e f e r e n c e sf o rt h ef u r t h e r 4 e x p l o r a t i 。n 。fa p p l i c a t i 。nf i e l d s 。fd i r e c t i 。n a l l y 。r i e n t a t e dw f a b r i c s a r p k n i t t e d k e y w o r d s ：d i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e dw a r pk n i t t e df a b r i c ，g l a s sf i b e r , i n l a y , w e f ti n s e r t i o n ，s t r e t c hp r o p e r t y , c o m p o s i t e s 5 目录 第一章概述1 1 1 引言1 1 2 经编轴向织物2 1 2 1 经编轴向织物的结构分类3 1 2 2 经编轴向织物所用原料4 1 3 玻璃纤维、经编轴向织物性能的研究现状5 1 3 1 玻璃纤维行业的发展现状5 1 3 2 经编轴向织物性能研究现状6 1 4 课题研究的意义7 1 5 实验中样品名称代号的意义7 第二章经编轴向织物的生产设备9 2 1 经编轴向织物的生产设备9 2 2 衬纬系统1 1 2 2 1 经编双轴向机器的衬纬系统1 1 2 2 2 经编多轴向机器的衬纬系统1 2 2 2 3 两种衬纬系统的比较1 3 2 3 编织系统1 4 第三章影响经编轴向织物拉伸性能的工艺参数1 6 3 1 衬纬工艺对织物拉伸性能的影响1 6 3 1 1 实验方案1 6 3 1 2 经编双轴向机器衬纬工艺对织物拉伸性能的影响1 8 3 1 3 经编多轴向机器衬纬工艺对织物拉伸性能的影响2 0 3 1 4 比较两种衬纬工艺对织物拉伸性能的影响2 3 3 2 地组织对织物性能的影响2 5 3 2 1 地组织密度对织物性能的影响2 6 3 2 2 地组织结构选择对织物性能的影响2 7 3 3短切毡的加入对织物拉伸性能的影响2 9 3 4 经编轴向织物与机织物的拉伸性能3 0 第四章无碱玻璃纤维性能对经编轴向织物拉伸性能的影响3 2 4 1 纱线强力对织物拉伸强力的影响3 2 4 1 1 纱线强力的测试3 2 4 1 2 纱线强力对织物强力的影响3 2 4 1 3 影响纱线强力的因素3 7 4 2 含水率对织物性能的影响3 7 4 2 1 玻璃纤维吸湿性能的理论3 7 4 2 2 含水率的实验方案3 8 4 2 3 纱线和织物含水率的测试与分析3 8 4 2 4 玻璃纤维纱吸湿性实验3 9 4 3 浸润剂对纱线和织物拉伸强力的影响4 0 4 3 1 浸润剂对纱线强力的影响4 l 4 3 2 浸润剂对经编轴向织物织造工艺的影响4 3 4 4 其它影响因素4 5 4 4 1 碱金属氧化物对纱线拉伸强力的影响4 5 4 4 2 玻璃纤维直径对织物拉伸强力的影响4 6 第五章经编轴向织物增强复合材料的性能4 7 5 1 经编轴向织物增强复合材料制备4 7 5 1 1v a r t m 成型技术概述4 7 5 1 2 经编轴向织物复合材料的制备、4 9 5 2 经编轴向织物复合材料拉伸实验5 2 5 2 1 复合材料拉伸试样参数及试样准备5 2 5 2 2 拉伸实验结果分析5 3 第六章总结5 8 6 1论文结论5 8 6 。2 论文不足与展望6 0 参考文献6 1 附表6 3 致凯6 6 攻读硕士学位期间发表论文6 7 第一章概述 1 1 引言 第一章概述弟一早个眈迎 复合材料不是人类创造的，它是自然界原本就存在的东西。英国 b a t h 大学材料科学与工程系的b r y a nh a r r i s 在工程复合材料一书中 这样描述，“木材是一种天然的复合材料，它是纤维素纤维和聚多糖木 质素复合而成。虽然人类能够利用自然界中的木材，通过将其复合成更 大尺寸的材料以克服自然界中木材的各向异性和轴向尺寸较小的缺点， 但就制造木材那样结构的复合材料而言，自然界比人类制造的更好”。 在自然界中，象贝壳、木材、牙齿、骨头等都属于天然的复合材料。 复合材料的最大优点是可设计性好，它可以发挥各组分的优点，同 时避免材料中各组分的不足。人类发现它的优点并在实际中应用它，从 远古时代就开始了。然而，二次世界大战以前由于合金的出现和发展， 在很大程度上满足了当时生产力的需求，复合材料没得到进一步的发 展。直到二次世界大战以后，由于航空、航天、军工、航海等事业的发 展，复合材料的发展又进入了崭新的阶段l 引。 在过去的五六十年里，复合材料如雨后春笋般飞速的发展，并被广 泛应用在航空、航天、汽车、船舶、建筑、风力发电、电气电子、医疗 卫生、体育用品和家用器具等诸多领域f 3 - 8 1 。直到目前复合材料仍以其广 阔的可设计空间和优异的性能吸引着工程技术领域和材料领域的众多 学者的目光，对其进行不断的研究和探索。现在的复合材料种类众多， 实际中用得比较多的是纤维增强聚合物基复合材料，实际上近几十年的 发展电是围绕着这种材料的开发进行的。 材料学家把纤维增强聚合物基复合材料从2 0 世纪4 0 年代至今的发 展划分为三代t g - t o l 。第一代是从19 4 0 年到19 6 0 年，这一时期主要以玻 璃纤维增强塑料的发展为主；第二代是从l96 0 年到l9 8 0 年，属于先进 复合材料的开发时期，这一期间出现了硼纤维增强塑料、碳纤维增强塑 第一章概述 料、ke v1a r 纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、氧化铝金属纤维增 强塑料以及各种金属基、陶瓷基、碳基等复合材料；第三代是从198 0 年到现在，属于先进复合材料的充分发展时期。纤维增强聚合物基复合 材料在欧美国家都已得到充分的发展，尽管技术上也存在一定的问题， 但还是被广泛的应用于各个领域，并收到令人满意的成效。然而在我国 的应用与市场与发达国家相比差距较大。主要原因有原料价格高，复合 材料的工艺、技术落后，使得最终产品质量价格比低。另外，由于近年 来对环境保护的要求，复合材料的回收利用问题也被提了出来，这些问 题都影响着纤维增强树脂基复合材料在我国的发展与应用 1 l - - 2 1 i 。 影响复合材料最终性能的因素是多方面的。包括增强体材料、基体 材料本身的性能、纤维树脂界面的性能、成型工艺的选择以及在制造过 程中的一些人为因素等。对于纤维增强树脂基复合材料而言，纤维是组 成复合材料的主要成分，其种类、编织工艺以及在复合材料中的存在形 式、取向、所占的体积比都影响着复合材料的性能，也是决定价格的主 要因素。纤维在复合材料中的存在形式主要是以纤维、纤维毡、织物三 种为主。纤维毡能满足性能的各向同性，但拉伸强度等不高，直接用纤 维做增强材料也只是在一定成型工艺中应用。以往采用的织物增强体多 为机织物，这种织物在应用中难以克服由于自身组织结构缺点带来的各 向异性强、树脂浸透差、成型后的复合材料抗冲击性能低、层间易分离 等不足。针对这些问题2 0 世纪8 0 年代出现了一种新的增强材料一一经 编轴向织物。 1 2 经编轴向织物 所谓经编轴向织物是把若干层相互伸直平行排列的纱线层用经编 地组织结构缝合在一起而形成的。织造过程中也可以加入短切纤维、各 种短切原丝毡、非织造布、泡沫材料、胶片等一起进行编织。英文中将 其称为“d i r e c t i o n a l l yo r i e n t a t e ds t r u c t u r e ”，简称d o s 阱1 ，即经编取向 织物、定向结构织物、轴向织物或是称作无卷曲织物( n o n c r i m p ) 。 2 第一章概述 1 2 1 经编轴向织物的结构分类 按纱线衬入方向将经编轴向织物分为经编单轴向织物、经编双轴向 织物和经编多轴向织物。 1 经编单轴向织物 经编单轴向织物分为经编单向衬经织物和经编单向衬纬织物，两种 织物的纱线分别从o 。或9 0 。方向衬入，组织结构如图1 1 。强调一点， 在编织单向衬经织物时，由于纱线只从0 。方向衬入，所以，当只采用 编链组织作为地组织，地组织不能束缚住经纱而形成整片织物。为此， 鬻 疆 钏 ：； ； ；矗； ，il nh ， il w ，il j i hn“ ， 1 j hh ，ll a 单向经编衬经织物 b 单向衬纬结构示意图 图l 一1 经编单轴向织物、结构示意图 在编织单向衬经经编织物时要加入一定根数的纬纱，从图1 1 中的( a ) 图可以看出。这种织物是典型的各向异性结构，沿衬经纬方向有很强 的拉伸强度，主要用于在单方向强度有较高要求的复合材料的应用中。 2 经编双轴向织物 经编双轴向织物通常是指在o 。和9 0 。两个方向同时衬入纱线，用 经编地组织结构将其编织在一起而形成的织物组织结构如图1 2 。可以 。； 恕一毫 蠢 ? 一二一 k c 世t b 结构示意图 图1 2 经编双轴向织物、结构示意图 鸳j，。；+彩，龟，邪参n譬如4。，；，、，i，；卜f引钮私“：=“h眭紫：_0一v-j：|一一“7心砰嚷-曩一ii_i一一11ii要 第一章概述 在组织结构中加入纤维网、非织造布、短切毡等材料一起编织。这类织 物同机织物一样，纱线虽然都是存在于织物的经向和纬向，但机织物和 经编双轴向织物的组织结构不同，最终导致性能的差异，这在后面将详 细说明。该类织物一般用来做灯箱布、广告布、土工格栅以及防弹织物 等基布。 3 经编多轴向织物 经编多轴向织物可以在0 。、9 0 。和斜向同时衬入纱线，其中斜向 纱线的角度可在2 0 0 到9o 。之间调节，并且也可以在任意两层间加入短 切毡，通常采用的铺层角度是4 5 0 、0 。和9 0 。多轴向织物组织结构 如图卜3 。对于只有在4 5 0 方向衬入纱线的织物，虽然只有两个方向， 鼍x t 、誓袋 “：0 j o 、：之 毒乏l ! 、：j t 鼍 、o 。j ，和；。“，、岛 瀑溪 j 、t 、。：1 ，、吣_ ： 、。强，、i 、飞。、鬈 乏之：。：釜玉 b 结构示意图 图1 3 多轴向织物、结构示意图 但是因为织造时是在多轴向机器上生产，所以也被分类在多轴向织物 中，称其为经斜织物。另外，由于经编多轴向织物的纱线衬入系统是相 互独立的，所以在衬入纱线的过程中，可以在任意方向衬入任意种类、 任意规格的纱线，把这称为开放式织物。经编多轴向织物由于斜向纱线 的引入，使得材料具有准各向同性。做成复合材料以后，能够改善材料 的层间性能、抗冲击性能以及树脂的浸润性等性能。这种材料一般用于 航空、航天、建筑修补、风力发电机叶片、体育用品等领域。 1 2 2 经编轴向织物所用原料 经编轴向织物所用到的原料主要有涤纶、锦纶、丙纶、高强聚乙烯 纤维、高强锦纶、玻璃纤维、碳纤维和凯夫拉纤维等高性能纤维。纱线 规格的选择范围很大，从16 t e x 到4 8 0 0 t e x 可任意选择。目前国内主要 4 移旗璇小r轷铲铲”n譬”沙 第一章概述 用玻璃纤维，碳纤维因价钱和技术等问题在国内的使用受到限制。地组 织纱可以用涤纶低弹丝、玻璃纤维丝等，其中以涤纶丝做地组织比较多。 以玻璃纤维做地组织时，由于对纱线的细度和抗弯刚度要求较高，使得 拉丝技术参数的提高，从而大大提高成本，所以实际生产中要根据复合 材料性能和应用的要求来选择原料。本文只对以无碱玻璃纤维直接纱做 衬纱、以涤纶低弹丝做地组织的经编轴向织物进行拉伸性能的分析。 玻璃纤维是把以二氧化硅和三氧化硼为主的氧化物经高温融化，再 拉丝得到的一种高性能纤维，生产时可根据性能和工艺的不同需要，加 入不同的化学成分，例如：助熔剂、消泡剂以及改善纤维性能的其它成 分。玻璃纤维的种类很多，主要分类方法有【9 】： 1 按化学成分不同分为：无碱玻璃纤维( e 玻璃纤维) 、中碱玻璃 纤维( c 玻璃纤维) 和有碱玻璃纤维( a 一玻璃纤维) ； 2 按纤维外观形态不同分为：连续长纤维、短纤维、空心纤维和卷 曲纤维等： 3 按性能特性不同分为：耐高温玻璃纤维、高强度玻璃纤维、高弹 性模量玻璃纤维等； 4 按是否加捻还可以分为：有捻纤维和无捻纤维。 玻璃纤维具有拉伸强度高、断裂伸长低、弹性模量高、防火、防霉、 耐热、耐腐蚀和尺寸稳定性好等优点。它最大得缺点是脆性大、不耐磨。 e 玻璃纤维与c 玻璃纤维、a 玻璃纤维相比，具有电性能好、耐老化、 吸水率低、强度高等优点。 1 3 玻璃纤维、经编轴向织物性能的研究现状 1 3 1 玻璃纤维行业的发展现状 生产玻璃纤维的生产工艺有两种，分别是代铂坩埚法和池窑拉丝法。 代铂坩埚法是把玻璃球投入坩埚炉中熔化，使溶液通过铂铑合金的拉丝 漏板后，卷绕在高速( 速度大约为30 0 0 m m i n ) 转动的绕丝筒上，形成 玻璃纤维，玻璃纤维再经过浸润槽集束形成原丝。池窑拉丝是把混合好 第一章概 述 的玻璃粉投进池窑中熔化，然后通过各个通道进入拉丝漏板拉丝，后面 工艺与前一种相同。在以上两种工艺中，代铂坩埚法由于能耗高、产量 低、污染环境，只能生产初级产品，而且相比池窑拉丝工艺，同样重量 的铂铑合金只能生产池窑拉丝工艺1 3 重量的玻璃纤维，因此在国外早 已经被淘汰，我国还有企业用这种方法生产。 为推动我国玻璃纤维行业的发展，国家推出一系列的计划，2 0 0 3 年 在产池窑数量达到2 5 座，年产量在34 4 万吨，到2 0 0 5 年在原有基础 上，又拟建和再建了10 座，完成以后，池窑产能大约会占到玻璃纤维 总产量的83 。尽管如此，我国玻璃纤维工业的水平与国外相比，还 存在一定的差距，主要表现在： 1 行业技术水平低。我国池窑拉丝生产受浸润剂原料和技术限制， 产品质量属于中等水平，产品基本上是无捻粗纱及相关产品，品种单调、 附加值低，不能批量生产纺织型玻纤纱和小号数无捻粗纱等特殊要求的 纱线。 2 企业规模小，过于分散，我国约有2 4 0 家玻纤企业，在l9 9 9 年 只生产了18 万吨玻璃纤维，最大生产企业年产2 8 万吨，最小的企业年 产3 0 0 吨，最大池窑规模1 万吨，而美国6 个小公司年产9 0 万吨，最 大企业年产4 0 万吨以上，最小企业也有万吨，池窑最大规模为6 万吨。 如此小而散的企业结构，是难以和国际跨国集团较量和竞争 2 3 - 2 7 1 。 1 3 2 经编轴向织物性能研究现状 经编轴向织物在国外的应用比较成熟而广泛，但在我国由于技术的 限制，对它的应用和研究还处于起步阶段。尽管已经有部分企业引进了 生产设备，但不少企业还不能掌握这方面的技术。学校里关于经编轴向 织物及其复合材料性能的研究相对较多。 对织物拉伸性能的研究中，研究内容以地组织结构、短切毡含量、 纱线铺层方向和纱线层数等对织物性能的影响为主。经编增强复合材料 的研究主要包括抗冲击性能的研究，弯曲性能的研究、拉伸性能的研究 以及层合板层间剪切性能的研究，主要通过改变复合材料中树脂的种 类、复合层数，树脂的含量和织物的规格等参数，采用实验分析的方法， 第一章概述 说明经编轴向织物增强复合材料的性能的特点和影响因素。具体的方法 有两种： 1 通过实验进行理论上的分析； 2 把经编轴向织物与以往的增强材料机织物进行对比分析。 实验中用到的标准主要是用于测试玻璃纤维机织物和玻璃纤维增 强塑料的标准。 以往的这些研究只是针对材料的某种性能，选取一定数量的织物进 行理论的实验分析，得出的结论对于实际生产起到一定的理论指导作 用。虽然其中也涉及到一些相关工艺的说明，但由于试样有限，使得实 验结果不能很明确的反应工艺、原料与织物性能的关系。 2 s - 3 3 1 1 4 课题研究的意义 为了帮助企业合理的组织生产，迫切需要形成一个把理论与实际生 产相结合，把原料选择、工艺参数的设定与织物性能相搭配，把织物的 生产与复合材料对织物性能的要求联系起来的合乎目前国内经编轴向 织物生产实际的体系。 为了更深入的了解原料和工艺与经编轴向织物性能的关系，以便提 高经编轴向织物增强复合材料中的应用技术。本课题以海宁市成如旦基 布有限公司的生产实际为例，在以往研究的基础上，通过实验，分析生 产中织物的工艺和原料与织物性能、复合材料性能的关系，以便于织物 的生产企业能够合理的安排生产，以满足复合材料对织物性能的要求。 1 5 实验中样品名称代号的意义 ( 1 ) 织物规格代号的意义 实验中织物样品的规格代号是根据样品中纱线的铺层方向而定的， 代号由纱线的铺层方向代号、纱线单位面积质量代号、短切毡单位面积 质量代号依次组合而成。其中纱线铺层方向的代号意义如下： l ：表示在o o 方向衬入纱线； 7 第一章概述 t ：表示在9 0 0 方向衬入纱线； b x ：表示在45o 方向衬入纱线： q x ：表示在o o 、9 0 0 、4 5 0 四个方向都有纱线衬入； w r ：表示机织方格布 m ：表示织物中同时加入短切纤维。 例如：纱线分别在4 5 0 方向铺层，纱线克重为6 0 0 克，同时加入 30 0 克的短切纤维，织物的规格代号则表示为b x m 6 0 0 30 0 。 ( 2 ) 纱线规格代号的意义 无碱玻璃纤维直接纱线的规格代号中包括玻璃纤维种类、纤维特 性、结构特性、浸润济种类和纱线单丝直径。代号中字母的意义如下： e ：无碱玻璃纤维； d ：纱线中纤维为定长纤维； c ：纱线中纤维为长纤维： r ：无捻纱线。 本论文中用到的无碱玻璃纤维直接纱有三种表示方法，分别来自不 同的厂家。具体的表示方法如下： a 第一种为e d r ( ) t 910 ，其中( ) 的部位为纱线的线密度值 的简写， “t 910 ”为浸润剂的型号。例如线密度为l5 0 0 t e x ，则表示为 e d r l5o t 910 。 b 第二种为e c r 4 6 9 l ( ) ，其中( ) 的部位为纱线的线密度值， “4 6 9 l ”为浸润剂的型号。例如线密度为 150 0 t e x ，则表示为 e c r 4 6 9 l 150 0 。 c 第三种为e d r ( ) r 52 0 ，其中( ) 的部位为纱线的线密度值， “r 52 0 ”为浸润剂的型号。例如线密度为 150 0 t e x ，则表示为 e d r15 0 0 r 5 2 0 。 第二章经编轴向机影响织物拉伸性能的工艺原料 第二章经编轴向织物的生产设备 目前用于生产经编轴向织物的机器，其生产商以德国的k a r l m a y e r ； il i b a 两家公司为主，本章中介绍了两种典型的生产玻璃纤维 经编轴向织物的机器，这两种机器分别为l i b a 公司生产的型号为c o p h s 2 s t c h v u 的双轴向机器( 后面简称为经编双轴向机) 和型号为 c o pm a x 3c n c s 3m 5 的多轴向机器( 后面简称为经编多轴向机) 。本 章主要从生产实际出发，把生产中的问题与机器的原理相结合，对生产 中影响到织物拉伸性能的工艺因素进行分析、对比说明。 2 1 经编轴向织物的生产设备 表2 1 是生产经编轴向织物设备的厂家及其机器型号。表中给出 表2 1生产经编轴向织物的设备【3 4 】【3 5 1 生产厂家 机器特征 机器型号 带有水平衬纬( 9 0 。) 装置的特里科经编机 带有水平衬纬( 9 0 。) 和编链( 0 。) 装置的特里科经编机 l i 队 茎嘉塞嘉蓑纬 0 。x 编链。和玻璃纤维切割装置的特 多轴向衬纬特里科经编机，用于生产高性能复合材料 c o ph s c o pl i s 。s t c o ph s s t 。c h c o pm a x3c n c 多轴向衬纬特里科经编机，用于生产高性能碳复合材料c o pm a x5c n cc a r b o n 带有单头衬纬系统的拉舍尔经编机 带有多头衬纬系统的拉舍尔经编机 k a r l 带有多头衬纬系统和纤网喂入系统的拉舍尔经编机 m a y e r 带有伺服电动机控制多头衬纬系统的拉舍尔经编机 带有伺服电动机控制的多头衬纬系统和纤网喂入系统的拉舍尔 经编机 马利莫型多轴向衬纬经编机 r s 2 ( 3 ) e m s r s 2 ( 3 ) m s u s r s 2 ( 4 ) m s u s - v r s 2 ( 3 ) m s u s r s 2 ( 4 ) m s u s - v m u l t i a x i a l 9 第二章经编轴向机影响织物拉仲性能的工艺原料 的为常见的机器型号。随着机器性能的不断改进，机器会具有更多的特 殊性能，例如：k a r lm a ye r 生产的型号为r s2 ( 3 ) m s u s e b a 的机器， 其中“e b a 表示机器采用线性的电子送经机构。从表中可以看出两家 公司生产的经编轴向机器分别属于特里科经编机和拉舍尔经编机，因此 两个公司的机器除具有特里科经编机和拉舍尔经编机通常的区别外，对 于生产同类产品的机器来说，机器的某些部件构造也有很大的区别，例 如：衬纬机构等。 本课题中用到的织物都是在l i b a 公司生产的型号为 c o p h s 2 s t c h - v u 和c o pm a x 3c n c s 3m 5 的机器上编织，型号为c o p h s 2 s t c h v u 的机器用来织造经编双轴向和单轴向织物，整体机器结 构如图2 1 所示【3 4 1 。型号为c o pm a x 3c n c s3m 5 的机器用来织造经编 多轴向织物，机器结构如图2 2 【3 4 1 。两种机器所有的运动都由伺服电动 机控制，所有的操作都由电脑控制完成。其中c o pm a x 3c n c s 3m 5 图2 ic o ph s 2 s t - c h - v u 型机器 图2 - 2c o pm a x 3c n c s 3m 5 型机器 1 0 第二章经编轴向机影响织物拉伸性能的工艺原料 型机器最多铺层数可达7 层，除此之外，根据需要还可再加一层短切 纤维毡。 两种机器的主要部件有：衬纬机构、成圈机构、送经机构、梳栉 横移机构、牵拉卷取机构、传动机构和控制机构。在l i b a 公司生产的 这两种机器上，所有的功能均为电脑控制，所有的运动( 针织机件除外) 均由伺服电机驱动，所以织物参数的变化，尤其是多轴向织物中纱线铺 层角度的调整，完全可以通过中央电脑控制，而不需要机械装置。电脑 控制的功能包括：针床横移距离及校正；衬经、衬纬的密度；织物牵拉； 机速；伺服驱动电机无级独立控制；远程诊断模块通过整体电话调制解 调器来进行机器诊断和客户支持；打印订单、生产工艺单和错误的记录 单；订单有关效率的计算；计算和显示需要的维护工作；连接到其他机 器或控制可能的位置，对于经编多轴向机还可以完成铺层角和层数计算 自动优化设计的功能。 2 2 衬纬系统 以上所介绍的两种型号机器的最大差别就在于其衬纬工艺上，衬纬 工艺进行的好坏会直接影响到织物结构的好坏，从而影响织物的性能。 2 2 1 经编双轴向机器的衬纬系统 图2 3 1 1 是双轴向机器的衬纬、夹纬装置图。经编双轴向机的纬纱铺 l 传送链 2 运输钩 3 衬纬护 4 夫钳打开 5 夹钳关闭 图2 - 3 双轴向机器衬纬、夹纬装置 层系统是通过引纬器小车在机器的两边进行往返运动，不断地把纬纱衬 第二章 经编轴向机影响织物拉伸性能的工艺原料 入到机器两边传送链的纬纱运输钩上，然后夹钳关闭夹持纬纱，让衬入 的纬纱保持适当的张力，直到编织过程完成。 这种衬纬方式的特点是： 1 纬纱从引纬器到运输钩采用一对一的喂纱形式，能够保证纬纱准 确的喂入运输钩内，布面上不会造成缺纬的现象。采用这种方式的衬纬 机构对纬纱本身的质量要求不高，生产工艺不会受纬纱某些性能的影响 而无法进行。例如：纤维中的浸润剂种类含量等。 2 纬纱运输时采用的这种运输钩能承受很大的拉力，运输钩不容易 损坏，延长了运输钩的使用寿命。 3 这种铺纬方式的纬密是通过电脑调节纬纱传送链运转速度的快 慢来实现，编织时要求纬纱衬入机构的运动和地组织的编织运动要和谐 一致，保证每一地组织横列中都分别衬有一根纬纱。 4 利用这种工艺生产的织物无法避免每行衬纬纱线间存在空隙问 题，成型复合材料后会有纱线在树脂基体中分布不均匀的现象。 2 2 2 经编多轴向机器的衬纬系统 如图2 - 4 和图2 5 是经编多轴向机器衬纬系统装置。衬纬时纬纱也 是通过引纬器小车牵拉到机器的两边，之后引纬器下降，耙针( 如图 2 - 4 中a 所示) 钩取引纬器梳子上的纬纱，当引纬器提起，从机器的一 侧向另一侧运动时，耙针落下，把纬纱导入机器两边传送链的纬纱针( 如 图2 4 中b 所示) 上，回到机器两边，等待下一次衬纬。传送链上的纬 纱针的机号和耙针的机号相同，都是e12 。 黪霉 a 铺纬结束耙针位置 b 铺纬时耙针位置 图2 4 铺纬过程中耙针位置图 1 2 第二章 经编轴向机影响织物拉伸性能的工艺原料 醺冷删 l l 滗 蹦酮洲满姗引ll i i i 鼎揪雌删随 龄- 、1o 一。：一。j ， 戳硝： o ；_ ? ：。 图2 - 5 经编多轴向机衬纬系统装置 这种衬纬方式的特点： 1 纬纱密度是靠一把安装在引纬器上的梳子来调整的，如图2 5 所 示，每更换一次纬纱密度就要更换一把梳子。梳子的宽度和耙针的宽度 相同，根据机器幅宽的不同有4 英寸和8 英寸，但梳子的机号可以在 e 7 到e 14 之间调整。这就使得耙针的机号( e12 ) 和引纬器上梳子的机 号不相同，造成纱线在衬入耙针时不是一一对应的，从而使得这种铺纬 方式对纬纱的性能以及纬纱工艺的安排很高。 2 经编多轴向机耙针的动程通过气压调节，气压越大耙针的动程也 越大。生产时耙针的动程越大纬纱拉的越紧，布面效果越好。但是，当 耙针的动程达到一定限度时，再增加气压会造成耙针的断针。主要原因 是由于纱线在由小车牵拉铺放过程中，纱线靠与小车之间的摩擦力拉 紧，当纱线从引纬