浙江工程学院学报,第18卷,第4期,2001年12月
JournalofZhejiangInstituteofScienceandTechnologyVol.18,No.4,Dec12001
文章编号:100924741(2001)0420197204
三维机织物的组织结构与设计
汪 蔚,祝成炎
(浙江工程学院材料与纺织学院,浙江杭州310033)
摘要:介绍了在传统平面织机上生产3D机织物的方法,主要讨论3D机织物的组织结构与设计及其上机图的绘制,给出了部分3D结构机织物的上机图,并结合实验进行了分析。
关键词:三维机织物;纤维增强复合材料;上机图;中图分类号:TS105111 文献标识码:A
0 前 言
,3D机织物增强是一种非常有效的增强形式。3D机织物层间有纱线连接,。同时,这种复合材料的加工更容易实现自动化,有成本低的潜在优势。目前,3D机织物复合材料预制件的开发,已越来越引起纺织界和复合材料界人士的重视。
3D机织物预制件可在专门织机上织造,但一般见于专利[1-3],且造价较高,不利于进一步推广。已
[4
]有研究表明,
有一部分结构较为简单的3D机织物预制件可在普通2维织机上生产。在普通2维织机上
生产3D机织物是一项很古老的技术,近年来由于航空工业的推动,复合材料的发展才使这项技术引起了人们的极大兴趣,有关这方面的报道日益增多,如文献[5,6],但综合论述3D机织物的组织结构与设计的尚未见报道,笔者就这方面的技术进行了初步探讨。
1 3D机织物板材预制件的组织结构与设计
111 3D机织物实心板材预制件的结构
3D机织物板材预制件的结构形式有正交结构(其经向截面如图1(a))、角联锁结构两种。而角联锁实心板依纱线的走向不同又可分为多种,图1(b)、图1(c)(均为经向截面图)为有代表性的两种。
图1 3D机织物结构图
收稿日期:2001-09-07
),男,安徽黄山人,硕士研究生,主要从事纺织结构复合材料的研究。作者简介:汪蔚(1972—
198浙江工程学院学报 2001年 第18卷 在图1中,1,2…,8表示第1,2…,8层经纱,9表示垂纱,黑色实心圆点表示参与交织的纬纱。图1(b)中的空心圆点表示不参与交织的纬纱,第2、5层经纱是挺直的,不参与交织。
112 3D机织物实心板材预制件上机图的绘制
一般织物可由组织图及穿综图确定纹板图,从而得到该织物的上机图。但3D机织物的组织图绘制麻烦,且由于其为多层结构,组织图并不能反映织物的实际组织结构形式。在此介绍一种较为简单的上机图绘制方法,现以三向正交3D机织物为例说明。
三向正交3D机织物可在普通平面织机上织制,但其纹板图不易制订,我们先制订纬纱依次进入经纱层的路线图(图2)。
图2中,与图1(a)相对应,经纱分8层,1,
2,…,8分别代表第1,2,…,8层经纱;9表示垂
纱。10,11表示引纬路线图。在图上标有一、二、
三、四等,表示纬纱引入的顺序。第一根纬纱引入第
1、2层纱线之间,第二根纬纱引入第5、6层纱线之
间,第三根纬纱引入第3、4层纱线之间,第四根纬
纱引入第7、8层纱线之间垂纱综框升降一次,1纱交错后,6层经纱交错
后引入其中,3、4层经纱交错后引入其中,
第八纬在7、8层经纱交错后引入其中,以上第五到第八纬的引纬路线与第一到第四纬相对应,但在奇数和偶数层经纱位置对换的情况下引纬。假如第1,2,…,9层分别穿入第1,2,…,9片综框,即采用顺穿法,则根据上述引纬路线对经纱运动及相应综框运动的要求,可制订纹板图及上机图(见图3)。
在图3中,右下方为纹板图,左下方是组织图,组织图由纹板图及穿综图得出。如改变穿综方法,可由此组织图作出相应的纹板图,也可重新制订引纬路线图直接得出。
采用同样的方法可得出角联锁3D机织物的上机图,图4为图1(b)这种结构的织物上机图。图1(c)这种结构的织物的纬循环数为56,限于篇幅,未给出上机图。
113 型材及孔板的组织结构设计图2 正交结构3D
机织物引纬路线图
采用上述方法可很方便地得出各类型材及孔板的上机图。型材一般为三向正交结构,常用型材截面有T型、U型、L型等。孔板可以采用角联锁结构,如图5。
图3 三向正交织物上机图
图4 角联锁织物上机图 图5 孔板的织物结构
2 圆形3D机织物的组织结构与设计
211 正交结构圆形3D机织物的结构及上机图
文献[7]报道了正交结构圆形3D机织物的结构及其织制方法,根据其结构可以很方便地得出引纬路线图,从而绘制出上机图,如图6(a)。
第4期汪 蔚等:三维机织物的组织结构与设计199 图6(b)为笔者在研制过程中实际使用的
圆形3D机织物上机图,所用原料为玻璃纤维。
其织物规格为:直径1cm;经向纤维体积比
20%;外经纱采用48tex×20的纤维,共36根,
4层织制,每层经线数9根;填经纱3000tex纤
维2根,填经不参于交织;填经纱穿第5片综,
垂纱穿第4、6片综,采用顺穿法穿综;纬纱
规格48×10tex,纬密4根/cm;根据圆形3D机织物的结构(参见文献
[7]),可得出其引纬路线图(图7)。由于各层图6 圆形3D织物上机图
实际上是管状的组织结构,所以宜将所有经线数看作一个
循环,从而得其上机图(图6(b))。
在图7中,A0表示填经纱,A1、A2表示垂纱,右图表
示在引入第七纬时垂纱由里层转到外层。B1、B2、B3A1、A0、A2、B4、B5、B6分别穿入第1、2、3、467、8、9片综。212 73D机织物引纬路线图,内有
填经,。图8为实际设计的直径
为1cm,经向纤维体积比为20%的这类织物的纬向截面图,图9
为上机图。该织物规格如下(原料均为玻璃纤维):
经线组合:外经48tex×20,共7根;填经48tex×50,共14根;
纬线组合:48tex×10;纬密4根/cm;
基本组织:平纹,纬循环数为14,在一个循环内填经交织两次。
213 拱形3D机织物的组织结构设计图8 管状填经织物纬向截面图
拱形3D机织物是指直径逐渐缩小的织物。其织造原理如图10所示,
为方便起见,图中只画了拱形单层织物的织造原理图,至于3D拱形织物
可采用类似的方法得出。
图10表示,在织造管状织物时,可根据需要去掉部分边部的经纱,使
管状织物的直径逐渐缩小,直至最后将全部经纱去掉,管状织物封口,所
形成的织物呈馒头状,又称拱形织物。图10(2)两侧各去掉了两根经纱,梭子依然往复引纬,但织物变窄了。图10(3)为两侧再次去掉两根边部经纱后经纬的交织情况。何时去掉边部经纱,应由拱形的外廓确定。频繁地减少边部经纱(每次减少的根数较少)可以获得平滑的拱形。拱形3D机织物复合后可以用作导弹头外壳。 图9 管状填经织物上机图
图10 单层拱形织物织造原理图
3 实织结果与分析
采用上述方法制订纹板图,在小样机上成功地织出了厚度为6mm,宽度为115cm的正交结构板材预制件(图11)和角联锁结构板材预制件(图12)以及直径为1cm的圆形3D织物(图13)和管状填经织物
200浙江工程学院学报 2001年 第18卷(图14)各若干米,纤维体积比均在40%左右
。
角联锁结构织物实物图图13 圆形3D
织物实物图图11
正交结构织物实物图图12
图14 管状填经织物实物图
由于玻璃纤维的初始弹性模量大,据实测为2200cN/tex,,需对小样机稍加改造,。
4 结束语
实验证明,2维织机上整体织造出来,笔者对此作了初步尝试,。如在织制高厚玻璃纤维布(6mm以上)以上)复合材料预制件时,由于经丝密度大,开清梭口困难,许多复杂结构未能实现。3D结构,变截面实形3D结构以及大尺寸预制件等。加强对这些结构预制件及其织造技术的研究对复合材料的发展具有十分重要的意义。
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OntheStructureandDesignof3DWovenFabrics
WANGWei,ZHUCheng2yan
(CollegeofMaterialsandTextiles,ZhejianglnstituteofScienceandTechnology,Hangzhou310033,China)
Abstract:Mainlyintroducestheweavingmethodsofthree2dimensionalfabricsontheordinaryplateloom.Thestructure,designingandthedrawingmethodofloomingdraftsof3Dwovenfabricsarediscussed.Afewexamplesofwoventubular3Dfabricsarealsogiveninthisresearch.
Keywords:3Dfabrics;Fibrereinforcedcomposites;Loomingdraft;Performs;Fabricstructureandfabric
design
(责任编辑:张祖尧)