预留孔洞三维机织物的织造要点

吕 丽 华，崔 婧 蕊，闫 淑 娟，赵 帆

(大连工业大学 纺织与材料工程学院，辽宁 大连 116034)

0 引 言

三维纺织复合材料被广泛应用在航空航天，近来在汽车工业中也受到广泛的重视，还应用在运动器械、机械系统、船舶及民用领域。此种复合材料以其高强高模、抗疲劳及可设计等优点受到人们的关注[1]。作为三维纺织结构复合材料的增强材料——三维纺织异型件的设计越来越多。前人利用二维织造技术织制三维织物，多层经纱铺放，通过控制经纱开口，以一定方式引入纬纱，在交织过程中，不仅实现了层与层之间的接结并产生了沿织物厚度方向的纱线取向，从而形成具有一定结构的三维织物[2]。在普通织机上织造的三维织物，并非常规意义的三维织物，上机织造时，织造的是具有一定厚度的二维织物，下机展开后，便是具有厚度的三维织物，此种三维织物的织造方法概括为：(1)三维结构的压扁，使之能在普通织机上织造。(2)合理投梭，使织物得到连续的织造。(3)下机还原成三维织物[3]。王元昌等[4]按多层织物的织造方法在普通小样织机上织造了预留孔织物，并介绍了上机设计图，穿综、穿筘及引纬方法。陈思霞等[5]在前人研究的角联锁织物结构的基础上，介绍了纬向回型角联锁结构设计，预测由角联锁接结方式设计出来的三维异型件可在普通织机上织造。本文利用普通小样织机，织制出了预留孔洞的三维织物。

1 预留孔洞三维整体机织物的设计与织造

1.1 设计依据

在平板状织物的基础上可以设计出多种异截面织物，其中有一种为四周是平板型而中间是通透的孔洞，通过分析，认为可以对其进行适当的改造，使其成为半透孔状织物[6]。其效果图如图1所示。

图1 预留孔洞织物效果图Fig.1 Design sketch of fabric with reserved hole

1.2 截面设计

由图1知其截面形状可以分为2个部分，一部分为平板状织物，另一部分为B2A2区。以B1、B3区为6层平板状织物，B2A2区为2层平板状织物为例，截面图如图2所示。

图2 预留孔洞织物的经向截面图Fig.2 Cross section of warp of fabric with reserved hole

1.3 上机织造

1.3.1 上机纹板图、穿纹图、穿筘图设计

根据图1和图2中各区截面结构，可以绘制出各区的纹板图。由于该织物不是一种组织连续的循环，沿经向分为多个区域，所以只用一块纹板无法完成，需要多个纹板。同时在每块纹板上，由于按照经向有2种不同的交织方式，因此纹板图分为2个区。B1、B3区纹板图如图3所示，B2区纹板图如图4所示。

如图1效果图所示，预留孔洞织物沿经向分为3个区域，每个区域内经纱交织起伏的规律不同，所以在每一个区域内采用顺穿法。预留孔洞织物的穿综图如图5所示。

图3 预留孔洞织物B1、B3区的纹板图Fig.3 Pegging plan of B1，B3of fabric with reserved hole

图4 预留孔洞织物B2区的纹板图Fig.4 Pegging plan of B2of fabric with reserved hole

图5 预留孔洞织物的穿综图Fig.5 Drafting plan of fabric with reserved hole

采用两入一筘，穿筘图如图6所示。

图6 预留孔洞织物的穿筘图Fig.6 Denting plan of fabric with reserved hole

根据纹板图和穿综图，可以得到预留孔洞织物的组织图，从而得到其上机图。B1、B3区的上机图如图7所示，B2区的上机图如图8所示。

1.3.2 上机织造要点

预留孔洞织物在织造时需要注意的是经纱张力的均匀性。在普通小样织机上织造三维织物最困难的就是张力不匀，在织造过程中，需要时刻控制张力，以保证开口清晰。当选择高性能纤维如玻璃纤维和玄武岩纤维等高强低伸纤维时，需要通过减少经密、喷水等方法减少经纱之间不必要的交织，从而使开口清晰，张力均匀。

图7 预留孔洞织物B1、B3区的上机图Fig.7 Looming draft of B1，B3of fabric with reserved hole

图8 预留孔洞织物B2区的上机图Fig.8 Looming draft of B2of fabric with reserved hole

1.3.3 织造成果图

织造成品如图9所示。将浮长线剪去，即可得到所设计的预留孔洞三维整体机织物。

图9 预留孔洞织物的织造成果图Fig.9 Result photos of fabric with reserved hole

2 预留孔洞三维整体机织物的优点和应用

预留孔洞三维整体机织物本质上属于平板型织物，它通过在平板型结构上的变型，形成一种容器状织物，同时通过适当的设计，还可以改造为壳体结构。并且其设计简单，织造中各根经纱交织起伏规律相似，只需要使用一个经轴，非常适合在小样织机上织造。

预留孔洞三维整体机织物的应用范围很广，当层数足够多时，可以制作沙发垫、杯套等；浇注树脂形成复合材料后，可以通过增加四周平板状的层数，使其成为装液体的容器，强度很高而且质量很轻，减少在搬运过程中不必要的麻烦；也可以在预留孔洞三维整体机织物的基础上改造成壳体状织物，形成复合材料后做头盔，特别是防暴头盔来使用，将其轻质高强的特点极大地发挥出来。

3 结 论

探讨了预留孔洞三维整体机织物的织造方法，包括截面形状设计、上机参数选择、上机图设计和织造要点等。在普通小样织机上成功织造出了预留孔洞三维整体机织物，优化了织造工艺，节约了生产成本。此种织物，可以制作沙发垫、杯套等；或作为复合材料的增强材料，制作容器使用；或经改造成壳体织物，作为复合材料的增强材料，用于制作头盔等。

[1]刘爱平，赵书林.纺织复合材料的应用和发展[J].天津纺织科技，2008(3)：1－4.

[2]卜佳仙，崔建伟.三维多向结构预形件的织造加工技术[J].产业用纺织品，1999，17(10)：9－12.

[3]顾平.普通织机织三维机织物的试验研究[J].纺织学报，2002，23(5)：360－362.

[4]王元昌，萧荣，薛卫.几种三维机织物的上机设计[J].棉纺织技术，2001，29(4)：229－232.

[5]陈思霞，眭建华.3－D机织异型件角联锁接结结构设计探讨[J].苏州大学学报：工科版，2011，31(4)：60－65.

[6]CHEN Xiaogang.An experimental investigation into the structure and mechanical properties of 3Dwoven orthogonal structures[J].Journal of the Textile Institute，1997，88(1)：449－464.