纬编双轴向抽纱织物圆柱面成型性研究

纬编双轴向抽纱织物圆柱面成型性研究

围绕传统的倾斜编织和卧位纺织带的编织（以下简称粗丝和粗丝轮廓编织带）是基于传统的倾斜矩阵育种原理的傅里叶变换。相关研究表明，该织物在三维界面的形成性能方面非常好。为了解决深度冲压复杂曲面制件边缘和局部出现设计上不允许的纱线挤压、堆积和起拱、起皱问题,最新研制了一种纬编双轴向抽纱结构织物,这对开发复杂曲面先进纺织复合材料具有十分重要的意义。本文主要研究这种纬编双轴向抽纱织物的圆柱面成型剪切变形角的测量方法和成型性能。1织物衬纱的形成纬编双轴向满穿织物以针织结构中的1+1罗纹组织为基础,在罗纹编织过程中同时衬入经纱和纬纱而形成,衬纱在织物中成直线排列状态。纬编双轴向抽纱织物则是一种经纱空穿或(及)纬纱抽纱的纬编双轴向结构织物。纬编双轴向满穿织物的结构如图1所示。其中图1(a)所示织物为传统纬编衬经衬纬结构,捆绑系统为纬平针组织;图1(b)所示为纬编双轴向满穿织物,以1+1罗纹组织为绑缚系统。2采用圆柱面制成2.1织物组织结构设计圆柱直径d的范围为5～16cm,高度H的范围为10.6～23cm。成型过程要求纬编双轴向抽纱织物达到变形极限。实验采用的纬编双轴向织物含有3层衬纱(1层衬经,2层衬纬),衬纱原料为玻璃纤维长丝,捆绑纱为23.3tex涤纶低弹丝,织物厚度为1.5mm,织物面密度为1182g/m2,其他参数见表1。纬编双轴向抽纱织物结构表示方法:用“1”表示穿纱,用“0”表示抽纱(即空穿)。“J”表示衬经纱,“W”表示衬纬纱。例如,“W11100”表示“3穿2空”,即连续衬入3根衬纬纱(形成织物的3行),空2行不衬入纬纱。本文实验制备了4种纬编双轴向抽纱织物,其组织结构见表2。2.2织物的成网工艺实验采用相机透视投影即仿射相机模型的方法测量圆柱面上剪切变形角。由于圆柱面的对称性,成型后的织物具有同样的对称性,因此只需选取1个象限来进行实验研究。本文选取第1象限进行测量。需要测量的数据主要为:以圆柱顶面的圆边界为起点,织物45°方向上各标记点处经纬纱之间的夹角θ,即剪切变形角,及其相对应的成型高度h,即节点高度,指织物成型于圆柱体时,测量织物最大变形极限的橡筋绳到圆柱体顶部的垂直距离。采用手工铺覆的方法进行圆柱面成型。首先,在织物45°的方向上标记一条直线。然后,让织物的中心衬经纱和中心衬纬纱交点O与圆柱上顶面的圆心o相重合,织物的平面坐标与圆柱上顶面的平面坐标重合(见图2)。1)在铺覆织物的模型上建立1个三维观察坐标系(X、Y、Z),它是一个以视图为中心的坐标系,其原点位置在空间中是任意的。采用正轴测的方法,轴测图能在一个投影面上反映出物体3个坐标面的形象,富有立体感。2)将三维曲面投影到二维观察平面上。采用正交平行投影,即:在这种投影中,视图的方向总是与某个主轴平行,投影平面与观察方向正好成直角,而且视点位于无限远处。从X轴拍照,使X与O点重合,得到1号图像,如图3(a)所示;再从Y轴拍照,得到2号图像,如图3(b)所示。3)利用paintshop软件处理图像,在图3(a)中可得到YOZ面上点的坐标(y、z),在图3(b)中可得到XOZ面上点的坐标(x、z)。根据软件的功能,可测得空间中点的坐标(x、y、z),如图4所示。4)由于空间中2根曲线夹角的局限性,可利用正交平行投影方法测量空间三维点的坐标,用2根直线夹角公式求夹角。3抽纱结构织物的成型性能图5示出剪切变形角θ与成型高度h之间的关系曲线。图6示出了成型极限高度/圆柱直径与圆柱直径d之间的关系曲线。表3、4示出剪切变形角与成型高度的拟合方程。分析图5、6中曲线,可以看出:1)与MBWK满穿织物相比,抽纱织物的成型性能显著提高,其成型高度提高了25%以上。2)抽纱结构织物沿45°方向上的剪切变形极限角θ随成型高度h的增加而减小,这与MBWK满穿织物的规律相同,同时均呈非线性变化。3)达到成型高度极限时,抽纱织物的剪切变形极限角θ减小显著,可以达到约20°。4)织物达到成型极限时,对于直径小的圆柱,其织物成型极限高度较高。以上为纬编双轴向抽纱织物在第1象限的成型规律,其余3个象限的成型规律可由圆柱面的对称性得出。4抽纱设计的重要意义与满穿结构相比,纬编双轴向抽纱织物对三维