單晶晶，馬 菲，許 鶴，靳雯雯

(1.中原工學(xué)院紡織學(xué)院，河南鄭州450007;2.際華三五零九紡織有限公司，湖北漢川431616)

0 引言

隨著紡織復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用，對其性能等各個方面的要求也在不斷提高，致使人們對起增強作用的紡織品研究不斷深入，主要表現(xiàn)為增強材料體結(jié)構(gòu)從零維、一維、二維發(fā)展到現(xiàn)在的三維。目前先進復(fù)合材料主要是指以三維紡織品作為增強相的復(fù)合材料，三維紡織增強復(fù)合材料具有二維紡織復(fù)合材料無可比擬的優(yōu)勢，如比強度高、比模量大、特殊力學(xué)耦合性好，可設(shè)計性好，生產(chǎn)成本低，易于實現(xiàn)等，同時克服了層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料層間強度低、易沖擊損傷等缺點［1－2］。因此作為復(fù)合材料增強材料的三維織物組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計值得研究。由于角連鎖織物是一種在普通織機上比較容易織造的平板狀立體三維織物，通過組織設(shè)計可以達到預(yù)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、壓縮性、強度和織物厚度，因此，在國內(nèi)外平板型增強復(fù)合材料上廣泛應(yīng)用［3］。

許多專家教授對角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計及其特點進行了研究:顧平教授在多重緯角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計基礎(chǔ)上，給出了共緯和空口結(jié)構(gòu)的角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)的特點和設(shè)計方法，同時提出一種帶噴射口的多重緯角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)［4］;楊彩云教授歸納了12種常用的正則角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)［5］;可見，角連鎖織物組織的設(shè)計靈活多變，種類繁多，且各類角連鎖織物間存在交叉且可以相互轉(zhuǎn)化，目前仍沒有系統(tǒng)的分類。而織物組織結(jié)構(gòu)對三維紡織復(fù)合材料力學(xué)聲學(xué)等性能有很大的影響，因此，有必要對角連鎖織物組織結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)分類，闡明不同種類織物組織的特點，以便于對其增強的復(fù)合材料進行力學(xué)、聲學(xué)等性能的研究。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，對三維角連鎖織物組織進行了簡單的歸納總結(jié)，同時根據(jù)前人的經(jīng)驗，拓展了一種帶噴射口的角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)。(三維角連鎖織物包括普通平板狀三維角連鎖織物和異形件角連鎖三維織物，由于異形件角連鎖三維織物復(fù)雜多變，本文只探討普通角連鎖織物結(jié)構(gòu)。)

多重角連鎖機織物采用兩個系統(tǒng)的紗線交織而成，所以可以在普通織機上織制。由于緯紗在打緯力的作用下容易形成重疊，實際應(yīng)用中以多重緯角連鎖結(jié)構(gòu)為多［4－7］。本文提到的角連鎖織物如無特殊說明均指多重緯角連鎖織物。

1 角連鎖織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計

1.1 按照經(jīng)紗接結(jié)的層數(shù)設(shè)計

1.1.1 角連鎖貫穿接結(jié)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

角連鎖貫穿接結(jié)織物中的每一根接結(jié)經(jīng)紗均通過織物的整個厚度方向，使整個織物成為一個牢固的整體結(jié)構(gòu)。如圖1為四層正則角連鎖貫穿接結(jié)織物組織結(jié)構(gòu):

圖1 四層正則角連鎖貫穿接結(jié)織物組織結(jié)構(gòu)

1.1.2 角連鎖分層接結(jié)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

角連鎖分層接結(jié)織物結(jié)構(gòu)中的各根經(jīng)紗均沒有貫穿整個織物組織層數(shù)，假設(shè)織物總層數(shù)為n，各根經(jīng)紗沒有貫穿n層織物組織，而是每m層之間相互接結(jié)(m＜n)，最終將整個n層織物接結(jié)為一個整體。角連鎖分層接結(jié)織物結(jié)構(gòu)可以分為以下三類:

(1)k層斜交角連鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖2 k層斜交角連鎖織物結(jié)構(gòu)(k=2、3)

(2)k層正交角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖3 k層正交角連鎖織物結(jié)構(gòu)(k=2)

(3)k層疏松正交角連鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖4 K層疏松正交角連鎖結(jié)構(gòu)(k=2)

1.2 按照織物組織是否帶有襯墊紗設(shè)計

襯墊紗分為襯墊經(jīng)紗和襯墊緯紗，襯墊紗不參與交織只是分別平行于織物的經(jīng)、緯向，起到增加織物厚度和面密度的作用。

1.2.1 帶有襯經(jīng)的角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖5 帶有趁經(jīng)的角連鎖織物結(jié)構(gòu)

1.2.2 帶有襯緯的角連鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖6 帶襯緯的角連鎖織物結(jié)構(gòu)

1.3 按照實口、空口和共緯設(shè)計

針對角連鎖貫穿接結(jié)織物的特點將其分為三類。

1.3.1 實口角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

實口角連鎖結(jié)構(gòu)是指在經(jīng)緯紗交織過程中每個經(jīng)紗交織口中有且僅有一根緯紗。

圖7 實口角連鎖織物結(jié)構(gòu)

1.3.2空口角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

空口角連鎖結(jié)構(gòu)是指在經(jīng)緯紗交織過程中形成緯紗空缺的經(jīng)紗交織口［8］。

圖8 空口角連鎖織物結(jié)構(gòu)

1.3.3 共緯角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

共緯角連鎖結(jié)構(gòu)是指在經(jīng)緯紗交織過程中形成一個經(jīng)紗交織口中存在兩根或者兩根以上緯紗的組織結(jié)構(gòu)。

圖9 共緯角連鎖織物結(jié)構(gòu)

1.4 按照是否具有空心結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.4.1 不帶噴射口的角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1～1.3中提到的角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)均為不帶噴射口的角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)。

1.4.2 噴射口角連鎖織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

顧平教授在多重緯角連鎖三維機織物結(jié)構(gòu)設(shè)計中給出一種帶噴射口的多重緯三維機織物，楊彩云教授在三維機織空心結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究中也給出了相同結(jié)構(gòu)的圓形中空板結(jié)構(gòu)。(如圖10)［4，9］在此基礎(chǔ)上以此類推，不難發(fā)現(xiàn)，所有角連鎖織物結(jié)構(gòu)均可通過改變經(jīng)紗交織規(guī)律而形成噴射口結(jié)構(gòu)(如圖11)。

圖10 帶噴射口角連鎖織物結(jié)構(gòu)

圖11 噴射口角連鎖織物結(jié)構(gòu)

由此總結(jié)出，在角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過改變經(jīng)紗的交織規(guī)律，從而形成一列沿經(jīng)紗方向與緯紗平行，且形狀大小相同的通道，即噴射口角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)［9－10］。其結(jié)構(gòu)圖如圖11所示，兩種噴射口角連鎖織物結(jié)構(gòu)中的a部分均表示連接噴射口部分的角連鎖織物結(jié)構(gòu)，b部分表示形成噴射口部分的角連鎖織物結(jié)構(gòu)。

2 各三維角連鎖織物結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系

本文四種角連鎖三維織物組織結(jié)構(gòu)并不是相互獨立，它們之間相互交叉。角連鎖分層接結(jié)織物結(jié)構(gòu)中的k層斜交角連鎖結(jié)構(gòu)、k層正交角連鎖織物及k層疏松正交角連鎖結(jié)構(gòu)均屬于正則角連鎖織物結(jié)構(gòu);實口角連鎖織物結(jié)構(gòu)、空口角連鎖織物結(jié)構(gòu)及共緯角連鎖織物結(jié)構(gòu)均屬于貫穿角連鎖織物結(jié)構(gòu);所有不帶有噴射口的角連鎖織物結(jié)構(gòu)都可以通過改變部分交織規(guī)律而轉(zhuǎn)換成帶有噴射口的角連鎖織物結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

本文對三維角連鎖織物組織結(jié)構(gòu)進行研究，指出不同種角連鎖織物組織結(jié)構(gòu)的特點，并在前人研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了帶噴射口的角連鎖織物組織結(jié)構(gòu)，并闡明了不同類別下角連鎖織物組織之間的相互關(guān)系。希望能為以后角連鎖織物組織的設(shè)計提供參考。

［1］夏曉明，宋之聰.功能助劑［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］劉淑萍，劉讓同.三維織物結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.紡織科技進展，2006，29(6):42 －46.

［3］楊小俠.角連鎖結(jié)構(gòu)三維織物的設(shè)計［J］.棉紡織技術(shù)，2011(9):4－7.

［4］顧平.多重緯角聯(lián)鎖三維機織物結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］.上海紡織科技，2002，30(4):24 －26.

［5］楊彩云，李嘉祿.復(fù)合材料用3D角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)預(yù)制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及新型織造技術(shù)［J］.東華大學(xué)學(xué)報，2005，31(5):53 －58.

［6］蔡陛霞.織物結(jié)構(gòu)與設(shè)計［M］.北京:中國紡織出版社，2004:138－139.

［7］顧平.織物組織與結(jié)構(gòu)學(xué)［M］.上海:東華大學(xué)出版社，2010:152－155.

［8］許鶴，馬菲，單晶晶.兩種三維織物結(jié)構(gòu)的設(shè)計［J］.成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2015，32(3):70－73.

［9］楊彩云，李文璋，王磊，等.三維機織空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究［J］.纖維復(fù)合材料，1996(4):10－14.

［10］陳思霞，眭建華.3－D機織異型件角連鎖接結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計探討［J］.蘇州大學(xué)學(xué)報，2011，29(4):60 －65.