叢洪蓮+雷惠

摘要：本文介紹了緯編軸向織物的特點(diǎn)及應(yīng)用，比較了其與經(jīng)編軸向織物、縫編軸向織物的性能和生產(chǎn)優(yōu)勢，分析了不同類型緯編軸向織物的生產(chǎn)原理及編織工藝，對比了目前緯編軸向織物生產(chǎn)過程中常用原料的特點(diǎn)和應(yīng)用情況，闡述了影響緯編軸向織物性能的因素和指標(biāo)，可為緯編軸向織物的開發(fā)和應(yīng)用提供理論支持。

關(guān)鍵詞：緯編軸向織物；產(chǎn)業(yè)用；工藝；原料；性能

中圖分類號：TS186.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Development and Application of Axial Weftknitted Fabric

Abstract： The article introduces the characteristics and application of axial weft-knitted fabric， compared it with axial warp-knitted fabric in terms of performance and production advantages， analyzed production principles and knitting processes of different types of axial weft-knitted fabric and discussed both advantages and disadvantages of popular materials used for axial weft-knitted fabric. The performance of axial weft-knitted fabric produced with different materials is compared. The article also expounds the factors influencing the performance of axial weft-knitted fabric， providing theoretical support for the development and application of axial weft-knitted fabric.

Key words： axial weft-knitted fabric； industrial application； process； raw material； performance

軸向織物是指在織物中平直地襯入紗線的一類紡織品，又被稱為無屈曲織物（noncrimp fabirc）。軸向織物使一些編織性能差的纖維得以在織物中應(yīng)用，例如玻璃纖維、碳纖維等。軸向織物與樹脂等復(fù)合形成的紡織基復(fù)合材料具有質(zhì)輕價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域，產(chǎn)品種類包括防彈頭盔、防彈背心、防彈安全轎車、醫(yī)用腳托、風(fēng)力發(fā)電葉片、增強(qiáng)混凝土材料等。

目前紡織軸向織物中應(yīng)用最多的是經(jīng)編軸向織物，經(jīng)編軸向織物中的襯紗可以保持伸直狀態(tài)，最大限度地保留紗線的力學(xué)性能，國內(nèi)外對經(jīng)編軸向織物的研究眾多；與其相比緯編軸向織物在生產(chǎn)效率、工藝便捷性方面存在一定劣勢，但是在織物性能方面，緯編軸向織物除了擁有經(jīng)編軸向織物的性能優(yōu)點(diǎn)之外，在織物成型性和延伸性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，成為產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的新寵。國內(nèi)外對緯編軸向織物的重視程度不斷提高，著力研究其工藝及設(shè)備的改進(jìn)，提升產(chǎn)品的科技含量和附加值，來滿足特殊領(lǐng)域的要求。

1 緯編軸向織物的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)編織方式不同，軸向織物分為經(jīng)編軸向織物、緯編軸向織物和縫編軸向織物?？p邊織物一般在馬里莫縫編機(jī)上編織，它的缺點(diǎn)是襯緯紗線不能以90°進(jìn)行鋪放，且不同層襯緯紗線相互交替。經(jīng)編軸向織物中襯紗呈直線狀態(tài)鋪覆，是良好的板材基布，但當(dāng)用作復(fù)雜曲面制品模壓成形時(shí)，其成形性能卻不理想，會(huì)出現(xiàn)起拱現(xiàn)象，且當(dāng)襯紗層數(shù)較多時(shí)，織針編織過程中難免會(huì)損傷鋪層的襯紗。與其它類型的軸向織物相比，緯編軸向織物具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）原料適應(yīng)性廣、編織工藝靈活、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；（2）試樣編織時(shí)門幅的設(shè)定靈活度高、機(jī)號改變方便；（3）無須進(jìn)行整經(jīng)，可以采用較少的紗管數(shù)直接編織；（4）織物的彈性和延伸性好，適宜加工復(fù)雜外形的成形產(chǎn)品，具有極好的模壓成型性；（5）可以進(jìn)行成形編織，生產(chǎn)三維立體結(jié)構(gòu)。

2 緯編軸向織物的類型

緯編軸向織物按照編織機(jī)器類型分為圓緯編軸向織物和橫編軸向織物，不同編織方式具有不同的特點(diǎn)。橫編軸向織物的優(yōu)點(diǎn)是織物襯墊厚度可以任意調(diào)節(jié)，最大厚度可以達(dá)到 5 層（8 mm），橫機(jī)強(qiáng)大的收放針功能使其能夠進(jìn)行成型編織，在編織形狀復(fù)雜和組織結(jié)構(gòu)特殊的針織物方面有獨(dú)特優(yōu)勢，無需裁剪即可編織三維全成型織物，如三通管、彎管等；但是橫機(jī)機(jī)頭采用直線往復(fù)編織，機(jī)速難以提高，編織效率比較低。圓緯編軸向織物可以解決橫編織物編織效率低的缺點(diǎn)，在編織圓筒形時(shí)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，但是圓緯編織物呈螺旋形，在一定程度上削減了紗線的力學(xué)性能，受到針筒直徑的限制，幅寬較小。目前開發(fā)比較多的緯編軸向織物有：筒形雙軸向緯編織物、多層雙軸向緯編織物、多層多軸向緯編織物以及雙軸向緯編間隔織物。

2.1 筒形雙軸向緯編織物

筒形雙軸向緯編織物是在圓緯機(jī)上編織的一類連續(xù)的圓筒材料。以平針組織作為綁縛系統(tǒng)，在經(jīng)向和緯向襯入紗線形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，圖 1 為該織物的幾何結(jié)構(gòu)圖。編織時(shí)經(jīng)紗通過固定在針筒上的經(jīng)紗導(dǎo)紗管輸入，緯紗通過固定在三角座上的緯紗導(dǎo)紗管隨著三角的轉(zhuǎn)動(dòng)襯入。經(jīng)紗和緯紗都墊入織針的針背處，織針上升穿過襯經(jīng)襯緯紗線層，墊紗成圈編織的新線圈將襯紗固定在織物中，形成穩(wěn)定的織物結(jié)構(gòu)，圖 2 為筒形雙軸向織物的編織原理圖。

由于織物的筒徑大于織物內(nèi)壁，導(dǎo)致織物發(fā)生起拱現(xiàn)象，織物起拱引發(fā)織物發(fā)生織縮，在織物表面產(chǎn)生褶皺。為了解決織物在編織過程中容易發(fā)生起拱和起皺現(xiàn)象，需要采用曲線針筒內(nèi)壁的方法和間隙式感應(yīng)卷布法對圓緯編機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 多層雙軸向緯編織物

多層雙軸向緯編織物通常在橫機(jī)上進(jìn)行生產(chǎn)，橫機(jī)的編織方式與經(jīng)編相似，因此在編織的便捷性方面要優(yōu)于圓緯編機(jī)，只需要采用改進(jìn)的導(dǎo)紗器和襯紗裝置，即可生產(chǎn)出性能優(yōu)異的軸向織物。采用 1 + 1 羅紋組織編織捆綁系統(tǒng)，織物中包含 3 層襯緯紗和 2 層襯經(jīng)紗，襯紗位于羅紋前后表層之間，每層襯紗的原料可以不同。羅紋組織具有良好的彈性和延伸性，因此織物的成形性好。可以作為模壓頭盔，醫(yī)用腳拖等復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的基材。

2.3 多層多軸向緯編織物

多層多軸向緯編組織的綁縛系統(tǒng)采用平針組織，襯紗除了0°和90°外還加入了±45°方向的襯紗，因此織物可以分擔(dān)各個(gè)方向的負(fù)荷，提升了織物的整體力學(xué)性能。圖 3 所示為多軸向增強(qiáng)緯編針織物幾何結(jié)構(gòu)。

2.4 雙軸向增強(qiáng)緯編間隔織物

雙軸向增強(qiáng)緯編間隔織物是在改進(jìn)的橫機(jī)上進(jìn)行編織的，實(shí)現(xiàn)了軸向增強(qiáng)織物與間隔織物的有機(jī)結(jié)合。織物在前后針床分別編織平針組織，前后 2 片通過特殊的導(dǎo)紗器進(jìn)行連接，經(jīng)紗和緯紗平直地襯入前后針床的平針組織中。圖 4 所示為雙軸向增強(qiáng)緯編間隔織物結(jié)構(gòu)圖側(cè)視圖。織物的厚度可以通過前后針床之間的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于采用了全新的間隔方式，可以編織不同厚度的間隔織物，用于質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的夾心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。

3 緯編軸向織物的原料

緯編軸向織物中存在綁縛紗和襯紗。綁縛紗所用原料種類比較多，有常規(guī)化纖低彈絲、網(wǎng)絡(luò)絲、牽伸絲，還有高性能纖維，通常情況下采用滌綸低彈絲或高強(qiáng)滌綸絲。襯紗應(yīng)用較多的是高性能玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維以及高強(qiáng)度滌綸等，其中玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維的應(yīng)用較多。在最近的應(yīng)用研究中，高強(qiáng)聚乙烯纖維的研究比重在不斷上升。在織物結(jié)構(gòu)、復(fù)合方式相同的情況下，襯紗的類型對緯編軸向織物及其增強(qiáng)復(fù)合材料的性能影響較大。

3.1 玻璃纖維

玻璃纖維是一種脆性材料，強(qiáng)度高、絕緣性和保溫性好，通常利用玻璃纖維作為襯紗編織緯編軸向織物作為復(fù)合材料增強(qiáng)體，復(fù)合樹脂形成性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料，一般用作制造風(fēng)力發(fā)電葉片。按照組分和性質(zhì)的差異，玻璃纖維可以分為不同級別，目前常用的是E級玻璃纖維，但是其密度大，不利于葉片轉(zhuǎn)速的提高，且易被無機(jī)酸腐蝕。隨著S級玻璃纖維生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，E級玻璃纖維終將被S級玻璃纖維取代。玻璃纖維編織的緯編軸向織物通常應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電葉片、增強(qiáng)混凝土材料等。

3.2 碳纖維

碳纖維是含碳量高于90%的無機(jī)高分子纖維。碳纖維的軸向強(qiáng)度和模量高、耐疲勞性能好、熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好、密度小，是新一代優(yōu)良增強(qiáng)纖維，其價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于玻璃纖維。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，碳納米結(jié)構(gòu)材料應(yīng)運(yùn)而生，碳納米材料具有更好的抗沖擊性、抗彎強(qiáng)度和導(dǎo)電性，使碳纖維在復(fù)合材料領(lǐng)域發(fā)展的空間更加廣闊。

3.3 超高分子量聚乙烯纖維

聚乙烯纖維由線型聚乙烯紡制而成，韌性較好，具有良好的耐化學(xué)藥品性、耐腐蝕性和電絕緣性，耐熱性差但耐濕熱性較好，耐光性較差但價(jià)格較低。在緯編軸向織物中一般作為襯紗襯入織物系統(tǒng)內(nèi)，其織物可應(yīng)用于防彈背心、醫(yī)用腳拖等對織物延伸性、成形性要求較高的產(chǎn)品中。

3.4 芳綸

芳綸是一種新型合成纖維，具有超高強(qiáng)度和高模量，耐高溫、耐酸堿腐蝕、質(zhì)量輕、絕緣性好、生命周期長等優(yōu)良性能，價(jià)格相對較高。在緯編軸向織物中，芳綸纖維既可以作為襯紗，襯入織物中，也可以作為編織紗線形成捆綁系統(tǒng)。芳綸纖維緯編軸向織物多用于防彈背心、防彈頭盔、安全頭盔等軍用領(lǐng)域。

4 緯編軸向織物的性能特點(diǎn)

緯編軸向織物的襯紗呈平直狀態(tài)綁縛在織物中，織物具有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能。由于襯紗的組分、容紗量和線密度可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)改變，因此緯編軸向織物的力學(xué)性能可以在一定范圍內(nèi)變化。

4.1 彎曲性能

緯編雙軸向織物增強(qiáng)復(fù)合材料具有良好的彎曲性能。對于襯紗采用單一纖維的緯編軸向織物增強(qiáng)復(fù)合材料，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彎曲比強(qiáng)度和彎曲比模量高于高強(qiáng)聚乙烯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，玻璃纖維與高強(qiáng)聚乙烯纖維層間混合織物增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量介于兩者之間。

4.2 拉伸性能

緯編軸向織物中的襯紗處于平行伸直狀態(tài)，其對高強(qiáng)高模紗線力學(xué)性能的利用率達(dá)90%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)織物。雙軸向緯編復(fù)合材料具有很好的拉伸性能，較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量，且橫向拉伸性能優(yōu)于縱向。在拉伸破壞過程中主要破壞模式為纖維抽拔斷裂和各層增強(qiáng)織物之間分層，層內(nèi)有少部分的分層出現(xiàn)，其拉伸斷裂為脆性斷裂。采用芳綸纖維作為襯紗生產(chǎn)復(fù)合材料時(shí)，其拉伸性能優(yōu)于玻璃纖維。

4.3 剪切性能

緯編軸向織物中的綁縛系統(tǒng)通常采用羅紋組織或者平針組織，其在織物的任意方向上均具有延伸性。襯紗在織物中分層平鋪，無交織屈曲，在受到外力作用時(shí)，會(huì)發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生自由剪切，襯紗可沿±45°方向發(fā)生集束，因而抗剪切性能良好；而且其變形性比經(jīng)編軸向織物更加靈活，模壓成形性良好，避免了起拱現(xiàn)象。

4.4 沖擊性能

沖擊性能指的是復(fù)合材料吸收沖擊能量的性能。不同材料的沖擊性能由大到小為：高強(qiáng)聚乙烯纖維復(fù)合材料>芳綸纖維復(fù)合材料>玻璃纖維復(fù)合材料。利用 2 種纖維混合編織的增強(qiáng)復(fù)合材料的沖擊性能介于 2 種單一纖維編織的增強(qiáng)復(fù)合材料之間。

4.5 平壓性能

平壓性能是衡量雙軸向增強(qiáng)緯編間隔織物性能的一個(gè)重要指標(biāo)。采用E型玻璃纖維作為襯紗和連接紗，高強(qiáng)滌綸絲作為編織紗編織的緯編間隔織物作為增強(qiáng)體形成的復(fù)合材料與泡沫夾層復(fù)合材料的平壓性能對比可以發(fā)現(xiàn)，其平壓強(qiáng)度是泡沫夾層結(jié)構(gòu)的 2 倍，平壓彈性模量是泡沫夾層結(jié)構(gòu)的 4 倍。因此雙軸向增強(qiáng)緯編間隔織物具有良好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

緯編軸向織物不僅具有經(jīng)編軸向織物的優(yōu)點(diǎn)，而且其原料適應(yīng)性廣、幅寬變化靈活、打樣方便、成形性好，在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的用途。目前開發(fā)較多的緯編軸向織物有筒形雙軸向緯編織物、多層雙軸向緯編織物、多層多軸向緯編織物以及雙軸向緯編間隔織物。不同結(jié)構(gòu)的織物有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域，可以根據(jù)實(shí)際需要，趨利避害加以利用。緯編軸向織物中對織物性能影響較大的是襯紗的原料，常用的襯紗原料有玻璃纖維、碳纖維、芳綸以及超高模量聚乙烯纖維等。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的新型纖維將應(yīng)用于緯編軸向織物的生產(chǎn)中，提高其科技含量和附加值。

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5 結(jié)論

緯編軸向織物不僅具有經(jīng)編軸向織物的優(yōu)點(diǎn)，而且其原料適應(yīng)性廣、幅寬變化靈活、打樣方便、成形性好，在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的用途。目前開發(fā)較多的緯編軸向織物有筒形雙軸向緯編織物、多層雙軸向緯編織物、多層多軸向緯編織物以及雙軸向緯編間隔織物。不同結(jié)構(gòu)的織物有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域，可以根據(jù)實(shí)際需要，趨利避害加以利用。緯編軸向織物中對織物性能影響較大的是襯紗的原料，常用的襯紗原料有玻璃纖維、碳纖維、芳綸以及超高模量聚乙烯纖維等。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的新型纖維將應(yīng)用于緯編軸向織物的生產(chǎn)中，提高其科技含量和附加值。

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5 結(jié)論

緯編軸向織物不僅具有經(jīng)編軸向織物的優(yōu)點(diǎn)，而且其原料適應(yīng)性廣、幅寬變化靈活、打樣方便、成形性好，在產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域具有獨(dú)特的用途。目前開發(fā)較多的緯編軸向織物有筒形雙軸向緯編織物、多層雙軸向緯編織物、多層多軸向緯編織物以及雙軸向緯編間隔織物。不同結(jié)構(gòu)的織物有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐領(lǐng)域，可以根據(jù)實(shí)際需要，趨利避害加以利用。緯編軸向織物中對織物性能影響較大的是襯紗的原料，常用的襯紗原料有玻璃纖維、碳纖維、芳綸以及超高模量聚乙烯纖維等。隨著科技的不斷進(jìn)步，更多的新型纖維將應(yīng)用于緯編軸向織物的生產(chǎn)中，提高其科技含量和附加值。

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