液晶聚合物片综与综框的结构设计

黄新武，王益轩，李明伦，刘 玮，张永军

（西安工程大学 机电工程学院，西安 710048）

0 引言

综、综框是织机开口机构的重要器材，其使用状态直接影响开口机构的运转性能，因此，高性能综、综框是其制造企业重要的研发项目之一。综主要性能指标有3个：综眼耐磨性、综厚度和综硬度。与钢片综相比，普通塑料片综在很多方面都占有优势，但是，其综眼的耐磨性及硬度却无法与钢片综相比，使其发展受到了限制。我们研制的液晶聚合物片综同时拥有塑料片综和钢片综优势，有很好的应用前景；因为是对传统综框加以改进，如增加中间支撑，使织机高速运转时，综框不至于受力产生弯曲变形，使用寿命也相对延长。

1 液晶聚合物片综特性与制造

1.1 液晶聚合物性能

液晶聚合物（LCP）是在固态与液态之间的呈中间状态的一种聚合物。其分子的排列并不像固态晶体那样有序，也不像液态那样无序。它是一种新型的高分子材料，在熔融状态时一般呈现液态晶体性［1］。LCP材料具有高模量、高强度、耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀、绝缘性、阻燃性、线性膨胀率低、尺寸稳定性等优异性能，具有广阔的应用前景［2］。本文所述片综由液晶聚合物制成，是由一种热塑性树脂材料通过凝固成形为所需要形状的片综。

1.2 液晶聚合物片综的特性与制造

液态晶体聚合物树脂化学性质不活泼，很容易加工和制造成预期形状的片综，甚至在高温环境状态下都能抵抗大部分应力开裂。由于液态晶体聚合物树脂加工性能好，其高熔体流动而易制造成型零件，不需要辅助硬化，而且相比其它塑料材料具有强度大、耐磨、硬度高等优势；因此，用其制造的片综与钢片综具有相似的强度和硬度，综耳和综眼不会像塑料综丝那样易磨损。

1.3 液晶聚合物可制成特殊功能的片综

一般的片综是由无添加剂的液态晶体聚合物制成。然而，为了控制片综静电，可在液态晶体聚合物中加入抗静电剂，以便片综与综框更易分离。当然液晶聚合物为了某种功能的需要，也可加入其它添加剂，如为了抗菌、增强等功能；但是，同一批次的液晶聚合物使用的添加剂应一致或同类，否则在织造过程中容易损坏经纱。

2 片综总体设计

液晶聚合物制成的片综，其宽度较窄，这是为了增加穿综的数量；超薄的片综具有与钢片综一样的特性，这是塑料片综无法比拟的。

2.1 综耳结构

片综有不同类型的综耳，如：闭口的长方形称为“O”型综耳；半开口的称为C型和J型综耳。C型和J型综耳的片综用液晶聚合物很容易制造，其刚度和强度在使用期内稳定可靠。图1a）为C型综耳片综，图1b）为J型综耳片综，由液晶聚合物制成的C型、J型综耳可以与综眼呈偏转一定角度的状态，以便增加穿综数量。

图1 综耳结构

本设计的综耳介于C型与O型之间，综耳的一边有一条缝，以更易于安装在穿综杆上；为防止片综在综框高速运动时粘在一起，在综耳上增加几个凸台的设计（形状任意），如图2所示。

图2 特殊综耳结构

2.2 综眼结构

综眼壁的一侧设计了一条缝隙，且缝隙与片综长度方向呈β角倾斜，以防止纱线脱离综眼。本设计的偏置角β为30°，如图3所示。

图3 综眼设计

3 综框结构设计

3.1 综框结构设计

不同横梁高度对应不同的强度和理论车速［5］。传统综框横梁的宽度一般不大于280cm、高度不大于120mm，本设计的综框（如图4所示，横梁幅宽为190cm）有一些实质性的突破：

a） 横梁高度为120mm时，织机车速可以达到650r／min。

b） 横梁高度为140mm时，织机车速可以达到750r／min。

c） 横梁高度为160mm时，织机车速可以达到850r／min。

图4 综框横梁侧视图

如图5所示，综框主要由上横梁、下横梁和侧档2、4组成。为了增强综框，提高其刚度，增加了支撑架以连接上、下横梁。本设计综框幅宽为3 000mm、横梁高度为150mm、横梁厚度为8.6mm，安装有中间支撑对综框起到支撑作用。

3.2 综框材料的选择

目前，制造综框的材料有全碳纤、碳铝复合和铝合金等。全碳纤综框幅宽为400cm时仅需要两点驱动，不需要中间支撑，其制造成本约为同规格铝合金综框制造成本的3倍，仅有史陶比尔公司制造这种材料的综框。碳铝复合型综框采用复合材料制造、成本仅比同规格的铝合金综框高30%，其制造商有美国史迪尔、德国时明格、日本南海和瑞士格罗等公司。铝合金综框是普及型的综框，也称为第三代综框，我国1976年已研制成功。铝合金综框具有平稳性好、抗弯性强、表面光滑、造型美观和质量轻等优点，对于降低断头率、减轻劳动强度、提高布面质量等有实际意义，本设计选用的综框材料即为铝合金［6］。

图5 综框

3.3 综框的中间支撑

本设计综框幅宽为300cm，为了使结构更加稳固、提高综框的抗疲劳强度，采用了中间支撑，如图6所示。在织机高速运转时，综框带动综上下移动时受到冲击力的作用而使上、下横梁产生弯曲变形，对综框的使用寿命有很大影响；为此，中间支撑恰好能够缓解这一问题。在图6中，中间支撑杆7撑着上下横梁起稳定的作用，通过锁紧夹块6及其旁边的止动元件5固定于横梁之间；止动元件5通过锁紧螺栓4固定在横梁上，以防止支撑杆7滑出；两根圆柱螺栓1横穿横梁的夹层固定锁紧夹块6，顶层垫有螺栓。

3.4 穿综杆与横梁的连接方式

穿综杆与横梁的连接方式有两种：用拖座固定于综框横梁或直接固定于综框横梁。

3.5 侧档与横梁的连接方式

侧档与横梁的连接方式有三种：刚性连接、半挠性连接和挠性连接。综框在高速上下移动时，横梁受力而弯曲变形，使用刚性连接方式的横梁变形会传递到综框的侧档上，二者的接触面极易磨损而影响综框寿命；如果采用挠性连接方式，侧档与综框横梁之间有塑料元件缓冲磨损，侧档不易受到综框变形的影响。其塑料元件容易更换且价格低，通过转移磨损元件从而保护了侧档与横梁这两个重要的元件。

图6 综框支撑架

4 结语

对综和综框从结构、材料等方面详细地分析，特别是对采用新型液晶聚合物材料片综的综眼和综框关键连接结构进行了详细设计，其结构上的改进和创新对综框系统的整体运行性能有较大提高。有关实际综框系统的静力学、疲劳和动态计算方面的验证，在此从略。

［1］王皓，赵雄燕，仲锡军.液晶聚合物的研究进展［J］.塑料科技，2014（3）：73－79.

［2］刘孝波，江璐霞.液晶聚合物的发展及其应用［J］.材料导报，1993（6）：74－79.

［3］Thomas A Kotbulk.PLASTIC HEDDLE：美国，US 20070079887［P］.2007－04－12.

［4］刘胜荣，梁海顺，高超.浅谈喷气织机用综和综框的配置［J］.纺织器材，2008，35（5）：48－52.

［5］Charles F Kramer.HEDDLE FRAME WITH MULTIDIRECTIONAL ADJUSTABLE BRACE：美 国.US 20100012218［P］.2010－01－21.

［6］王新生.第三代综框：铝合金综框［J］.纺织器材，1984，11（3）：41－43.