穿经法织造圆滑的截面立体物

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本文作者：薛景庆 刘海文 单位：西安工程大学纺织与材料学院 河北科技大学纺织服装学院

与传统织物相比，三维机织物可织制成圆筒形、方形等断面，也可整体成型复杂构件，其层数可达几十层，显著地提高了厚度方向的机械性能。由于结构的整体性，在厚度方向拉力和垂直剪切力的作用下，三维立体机织物具有良好的机械强度，其裂缝产生的可能性降低到了最低程度，解决了层间剥离问题，具有轻质、高强的优点［1］。目前，纤维增强复合材料被广泛应用于建筑、工业、航空航天等领域［2］，三维立体机织物作为复合材料增强体有着极大的优越性，是当今的一个前沿研究领域。通常，经向截面立体织物［3］在织造时，织物的前缘部分并不能达到整体性的要求，而往返式穿经法很好地解决了这一问题。它使织物的开始部分变为一个整体，经纱保持连续而不再是经纱的接结，克服了织物毛头端的缺陷，使其产生裂缝的可能性降低，更好地体现了立体机织物整体性的特色。本文以航模整体机翼作为试验对象，进行试织并加以分析。

1立体织物形状的设计航模机翼的迎风端要求圆滑、有合理的升角，后端尖细以减小阻力。结合机翼前后端的力学要求，航模整体机翼增强立体织物的截面形状设计［4］如图1所示。图1是在忽略了织物的厚度并将其简化后得到的织物经向截面图。在实际应用中，作为复合材料近形增强体的三维立体机织物，上述曲线和线段表示的应该是有一定厚度的二维织物。该织物的形状设计来源机机翼的截面图。目前由机机翼质轻的特殊要求，还没有合适的用于织造此三维立体织物的材料，但对机翼纺织复合材料近形增强体的织造探索仍然具有意义，为促进立体织物应用于航模飞机机翼作进一步的铺垫。

2立体织物的整经在此，将传统的二维穿经方法称为单向穿经法，即经纱由经轴牵伸出以后，依次经过综丝、钢筘，再固定到卷布辊上。将经纱方向由经轴综丝钢筘圆管1钢筘综丝经轴的穿经方法称为往返式穿经法。经纱在回穿过程中，必须按照一定的序列进行，以保证经纱之间在折回的位置不发生交叉。在往返式穿经法中，由于一根经纱在前端返回穿经作两次使用，使立体织物的前缘呈光滑的圆弧状。下机后的织物虽仍有一个毛头端，但相比两端都是毛头的传统立体织物具有更好的力学性能。

2．1往返式穿经后前端的固定往返式穿经法实现了经向截面立体织物前缘的平滑过渡，但是同样会遇到一个难题，即经纱如何固定到卷布辊上。本试验中，采用两圆管(圆管1和圆管2)挤压布面的方法固定到卷布辊上，如图2所示。由于本试织布面的宽度适中，固定中并没有出现滑脱现象。往返式穿经的宗旨，以布面层数两层且均为平纹组织为例:第一层的第一根经纱回穿到第二层的第一根经纱的位置，第一层的第二根经纱回穿到第二层的第二根经纱的位置。

2．2往返式穿经法的实施在织造图1所示织物时，整经根数为480根，长度为普通整经的两倍，采用往返式穿经法，用12片综框，钢筘型号选择为80根/(10cm)。其设计为:第1和4根经纱(为了画图方便如此命名纱线)为同一根经纱，依次类推，第2和5、3和6、1'和4'、2'和5'、3'和6'根经纱均分别为同一根经纱。在实际穿综时，每个循环穿完第1、2、3片综，留下4、5、6片综不穿;穿7、8、9片综，留下10、11、12片综不穿。如此穿完40个循环，然后将经纱拉出，使得钢筘大约在经纱的中间位置。最后每个循环上将1～6片综上的纱线穿入一个筘齿，7～12片综上的纱线穿入另一个筘齿。将第1、2、3、7、8、9综丝里的经纱依次对应穿入第4、5、6、10、11、12综丝，按照上述规律将所有的循环都如此穿好。将穿好的经纱分为6个经轴，第1和7、2和8、3和9、4和10、5和11、6和12片综上的经纱各整理为一个经轴。

3立体织物的上机织造

3．1立体织物的上机图设计图3给出了该立体织物的上机图，图中左下部分是织物的组织图，右下部分是织物的纹板图，中间部分是织物的穿筘图，左上部分是织物的穿综图。图中不同的字符代表不同的纱线，其中1和1'、a和a'分别代表一个平纹组织的两根经纱和两根纬纱，其他相同。

3．2立体织物的织造过程前期工作做好以后可开始织造，先织制第1区。织造时要特别注意使其上下两层在截面的弧顶处结合良好，不要形成缝隙或织造纬密过大。为此，在织造过程中，先将第1区的上层织造一定的长度，第1区的第二层暂不进行织造;然后将经轴全部松动，拽动经纱使织造好的布面绕过圆管1，并且刚好能实现打纬;最后用两圆管夹持布面使其固定。其中3、5、6、8、10、11、13区为织物的接结区，共接结三次。按照设计好的织物上机图进行后续织造。图4是织物的经向截面交织图，图中的数字表示织物各组经纱的运动情况，图中没有画出织物的接结层。圆圈表示织物的纬纱，连续的曲线表示同一根经纱，从图4中可以直观地看出织物各层经纱的运动情况。在织物的前缘经纱并没有出现中断现象，使得织物在此处的受力更加良好，往返式穿经法的优势得到体现。采用此方法织制的实物如4结语目前，立体织物从截面的形状来分，主要可分为经向截面立体织物和纬向截面立体织物两种。在二维织机上织造三维立体织物时，纬向截面立体织物织造时一般采用压扁的方式［5］，这样织制的立体织物下机后，在布边位置会形成明显的折痕，且不易消除，在后续应用过程中需经加工处理才能消除折痕的影响。采用普通穿经法织造经向截面立体织物时，必须要先织造一部分二维布面，然后再进行后续的三维织物织造，这样织制的织物下机后得到的织物两头都是毛头，立体织物的力学性能受到影响。采用往返式穿经法织造出来的立体织物就像将一张无折痕A4纸的两宽边重合所形成的形状，织物仅有三边，即两布边和一个毛头端。此法很好地解决了航模整体机翼经向截面立体织物前缘的平滑过渡问题，为立体织物应用于航模整体机翼的构想提供了一个可行的基础。在不久的将来，有了合适的可用于航模机翼的材料时，立体织物在航模整体机翼上的应用将成为现实。