多層雙軸向緯編織物的開發(fā)

1織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計紡織建筑材料具有優(yōu)異的強度和柔軟性，廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事工業(yè)、船舶制造、建筑和體育用品等行業(yè)。其纖維原料包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和高密度聚乙烯等高性能纖維。這些纖維材料制成的基布和樹脂復(fù)合后制成的纖維增強復(fù)合材料,具有高強高模、輕且耐高溫的優(yōu)異性能,使產(chǎn)業(yè)用紡織品進入了材料工業(yè)領(lǐng)域,成為新材料中的一枝新秀,愈來愈受到人們的青睞。在加工復(fù)合材料的基布中除芳綸和高密度聚乙烯纖維外,廣泛使用玻璃纖維及碳纖維。這類纖維雖然具有高強度和高模量,但它們卻是脆性的。因此,針織工業(yè)中通常采用經(jīng)編的方法來加工玻璃纖維和碳纖維復(fù)合材料基布。如圖1所示,為一種雙軸向經(jīng)編襯線結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中玻纖或碳纖在織物中的經(jīng)緯向都呈直線狀態(tài)鋪覆,然后由柔軟而易于彎曲的芳綸、滌綸等纖維形成經(jīng)編線圈將玻璃纖維或碳纖維捆綁起來形成織物。這種經(jīng)編結(jié)構(gòu)作為板材基布是很好的,但當(dāng)用作復(fù)雜曲面制品模壓成形時,其成形性能卻不理想。例如,在壓制頭盔時出現(xiàn)起拱現(xiàn)象,如圖2所示。基于上述原因,人們開始在緯編機上用編織成型的方法研制玻纖、芳綸、碳纖維的針織復(fù)合材料成型基布,如圖3所示,是在電腦橫機上開發(fā)研制出的成型產(chǎn)品。但是,這些產(chǎn)品在推廣應(yīng)用上卻存在著先天的不足,即:當(dāng)用不易彎曲的脆性纖維來形成線圈時十分困難;在外力作用下纖維的高性能受到了削弱,由于線圈為三維彎曲狀態(tài),因此在織物受到拉伸時,紗線沿其徑向會受到嚴(yán)重的剪切作用,而一般來說脆性纖維的抗剪能力很差(例如碳纖維),特別容易導(dǎo)致紗線斷裂。因此可以認(rèn)為,用編織成圈的方法來加工脆性高性能纖維,在發(fā)揮纖維潛能方面就是揚短避長;對于芳綸一類易于彎曲成圈的纖維來說,編織成型方法織制頭盔和用軸向織物模壓成型頭盔相比,在達到相同的強度時,織物的克重加大。為了既能發(fā)揮高性能紗線的高強高模特點,又能充分利用針織線圈的可變形性能,我們開發(fā)研制了多層雙軸向緯編襯線織物。它除了具有與經(jīng)編雙軸向織物相似的卓越力學(xué)性能外,還具有經(jīng)編雙軸向織物所無法比擬的可成型性能,在平面織物增強成型復(fù)合材料領(lǐng)域中一枝獨秀,頗具應(yīng)用潛力。2織制出的多層雙軸向緯編襯線織物如圖4所示,為多層雙軸向緯編襯線織物的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖4中可以看出,織物中包含兩層襯經(jīng)線及三層襯緯線,這五層紗線由羅紋組織結(jié)構(gòu)捆綁在一起。當(dāng)然,可以根據(jù)設(shè)計上的需要選用兩層、三層或四層襯紗,而經(jīng)緯襯紗也可以根據(jù)設(shè)計上的需要進行空穿或抽紗。這種織物是在圖5所示的一臺特殊機器上制織出來,該設(shè)備是在普通針織機編織原理基礎(chǔ)上開發(fā)研制,能夠很好地加工玻纖織物、碳纖織物和芳綸織物。由于這種織造方法是用具有一定彈性的緯編羅紋組織把經(jīng)緯襯線捆綁起來,其線圈結(jié)構(gòu)不同于經(jīng)編的編鏈或經(jīng)平組織。因此織制出的多層雙軸向緯編襯線織物與經(jīng)編雙軸向織物相比具有如下的優(yōu)點:a.較高的捆綁強度和剛度;b.制織的織物具有較低的可拉伸性能;c.具有較高的能量吸收能力和較好的減震性能;d.在彎曲和沖擊應(yīng)力作用下,各層襯紗之間不易分層;e.在制造部件時減少了加工消耗和原材料的投入;f.極好的模壓成型性。此外,多層雙軸向緯編襯線織物和同類的經(jīng)編產(chǎn)品的產(chǎn)品開發(fā)相比具有如下的優(yōu)點:a.試制新產(chǎn)品時對門幅的要求具有較強的適應(yīng)性,即可依據(jù)產(chǎn)品要求確定襯緯門幅的寬度;b.在試制新產(chǎn)品時,為了對新產(chǎn)品的性能進行考驗測試,可先用較窄的門幅試織開發(fā)。這樣上機試驗時需要的紗管數(shù)可以很少,對價格昂貴的碳纖維及芳綸纖維的產(chǎn)品開發(fā)頗具經(jīng)濟意義;c.這種緯編襯線織物編織機對原料的適應(yīng)性強,特別是在加工脆性的碳纖維或芳綸纖維時,只需采取一些特殊的措施即可順利織制;d.和經(jīng)編雙軸向織物相比可以用較粗的襯線(如2500tex),一次可以襯入五層襯線,可以編織出很厚的織物(目前最厚可達8mm);e.為了加工不同粗細(xì)的襯線,可以采用不同機號的針床,和經(jīng)編機相比機號的改變既方便、投入資金又少。3x玻纖及其混紡絲如圖6所示,為兩種不同機號的機器編織的玻纖產(chǎn)品。其中圖a所用的機號為6針/25.4mm,經(jīng)向襯線為600tex玻纖,緯向襯線為600tex玻纖,針織羅紋捆綁紗為8.3tex(75D)×2滌綸低彈絲;圖b所用的機號為3.5針/25.4mm,經(jīng)向襯線為1500tex玻纖,緯向襯線為1500tex玻纖,針織羅紋捆綁紗為55.6tex(500D)高強滌綸。圖7為在機號為6針/25.4mm的機器上編織的碳布,經(jīng)向襯線為2K×2碳纖,緯向襯線為2K×2碳纖,編織捆綁紗為8.3tex(75D)×2滌綸低彈絲及29.4tex芳綸+8.3tex滌綸低彈絲。圖8所示為在機號為6針25.4mm的機器上編織的芳綸織物,經(jīng)向襯線為222.2tex(2000D)芳綸,緯向襯線為222.2tex(2000D)芳綸,編織捆綁紗為29.4tex芳綸。圖7所示的碳布可以用于航空航天復(fù)合材料基布,圖8所示基布可以用作防彈頭盔,也可以用于防彈、防暴服裝材料。以上只是例舉幾個例子,由于這種織物可選用的原料廣泛,除上述單一原料外,也可以采用混合原料,甚至可以把金屬絲用作襯線,從而滿足產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域中的各種不同需要,在航空航天、軍事工業(yè)、車船制造、建筑業(yè)、體育用品等各個行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。4襯紗的成型性多層雙軸向緯編襯線織物作為軸向針織結(jié)構(gòu)中的新成員,它除繼承了經(jīng)編軸向織物的力學(xué)特性(襯紗完全平行順