柳寶琴 李毓陵 陳旭煒 杜衛(wèi)平

(1.東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海，201620;2.上海紡織控股〔集團(tuán)〕公司技術(shù)中心，上海，200336)

以三維紡織品作為增強(qiáng)相的復(fù)合材料具有二維紡織增強(qiáng)復(fù)合材料無可比擬的優(yōu)勢(shì)，如比強(qiáng)度高，比模量大，特殊力學(xué)耦合性好，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，生產(chǎn)成本低，易于實(shí)現(xiàn)等，同時(shí)克服了層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料層間強(qiáng)度低、易沖擊損傷等缺點(diǎn)［1］。三維機(jī)織物由于可在專用設(shè)備或稍加改造的普通設(shè)備上生產(chǎn)，且生產(chǎn)效率較高，因此是所有三維紡織品中應(yīng)用最廣泛的一種［2］。

普通織機(jī)一般采用單眼綜絲，織物組織的經(jīng)紗循環(huán)數(shù)受綜框數(shù)限制，目前綜框數(shù)最多的多臂織機(jī)為32頁［3］，可織造的三維機(jī)織物厚度有限。此外，在單眼綜絲織機(jī)上，織物組織層數(shù)多，緯紗循環(huán)數(shù)大，綜框需要開口次數(shù)多，當(dāng)使用高強(qiáng)度、高模量纖維時(shí)，會(huì)使紗線與紗線、紗線與鋼筘、紗線與綜絲之間的摩擦加劇，造成紗線起毛或斷頭，嚴(yán)重時(shí)將使織造無法進(jìn)行［4］。

國內(nèi)學(xué)者采用多眼綜絲與多劍桿同時(shí)引緯技術(shù)，研制出了多劍桿織機(jī)［5］。采用多眼綜絲織造時(shí)，一根多眼綜絲可以穿入多根經(jīng)紗，多根經(jīng)紗在豎直方向排列，減少了所需綜框數(shù)，降低了經(jīng)紗層間密度，適宜織造高性能纖維材料的高厚織物以及工字型等異型截面織物。多眼綜絲織造技術(shù)的基本原理如圖1所示。

圖1 多眼綜絲織造技術(shù)的基本原理圖

已有學(xué)者［6-9］對(duì)多眼綜絲織造的織造方法、織邊、工藝以及實(shí)際應(yīng)用等問題進(jìn)行了研究。楊彩云［10］設(shè)計(jì)了適于多眼綜絲織造的多種角聯(lián)鎖組織結(jié)構(gòu);劉健等［11］研究了多眼綜絲織造的簡(jiǎn)單織物組織上機(jī)和織造工藝;薛進(jìn)等［12］探討了多層織物上機(jī)的紋板圖設(shè)計(jì)。但對(duì)于多眼綜絲織造的復(fù)雜多層織物組織的上機(jī)圖設(shè)計(jì)，目前還沒有人進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究。

圖2所示的幾種較典型的三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)，十分適宜采用多眼綜絲織造技術(shù)織造［10］。

在經(jīng)紗循環(huán)數(shù)相同的情況下，圖2(d)所示的疏松正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的織物層數(shù)最多。本文以該組織為例，根據(jù)傳統(tǒng)織機(jī)單眼綜絲織造的上機(jī)基本原理，闡述多眼綜絲織造技術(shù)上機(jī)設(shè)計(jì)的基本方法，為多眼綜絲織造技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供支持。

圖2 幾種典型的三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)(經(jīng)向截面圖)

1 單眼綜絲織造

本文選用經(jīng)紗循環(huán)數(shù)為24的疏松正交角聯(lián)鎖組織，采用24頁綜織造，其截面圖如圖3所示。采用順穿法，并將相同豎直截面的經(jīng)紗穿在同一個(gè)筘齒，得到單眼綜絲織造的上機(jī)圖［13］，如圖4所示。

圖3 疏松正交角聯(lián)鎖組織的截面圖

2 雙眼綜絲織造

對(duì)于雙眼綜絲織造，將多層織物分為上下兩部分，分別由上下兩層綜眼織造。綜眼層內(nèi)的經(jīng)紗可按照單眼綜絲織造的方法各自織造一定層數(shù)的織物，再將某頁綜提起兩個(gè)或兩個(gè)以上高度，上下綜眼內(nèi)經(jīng)紗交錯(cuò)形成梭口，把上下綜眼層內(nèi)織物接結(jié)起來而成為一個(gè)整體的多層接結(jié)織物。

2.1 穿綜設(shè)計(jì)

將圖3所示織物的一個(gè)組織循環(huán)內(nèi)的經(jīng)紗按上下位置平均分為兩部分。上半部分的截面結(jié)構(gòu)見圖5(a)，其中的經(jīng)紗1～6和13～18，依次穿入綜片一～十二的上層綜眼;下半部分的經(jīng)紗7～12和19～24，依次穿入下層綜眼。

上層綜眼層內(nèi)的穿綜圖見圖5(c)，所有經(jīng)紗在多眼綜絲中的穿入情況見圖6。

2.2 穿筘圖

將一個(gè)豎直截面的經(jīng)紗穿在同一個(gè)筘齒。經(jīng)紗1～12穿入一個(gè)筘齒，經(jīng)紗13～24穿入相鄰筘齒。其穿筘圖與單眼綜絲織造的穿筘圖相同，此處從略。

2.3 紋板圖

單眼綜絲織造的上機(jī)紋板圖是根據(jù)組織圖中的經(jīng)組織點(diǎn)和穿綜次序繪出的。多眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物組織可參照單眼綜絲織造，由圖5(b)和圖5(c)繪出圖7所示紋板圖。由于該紋板圖所有綜框只有一個(gè)提起高度，綜眼層之間沒有形成接結(jié)，所織成的是兩塊相互獨(dú)立的織物，見圖8(a)。

由圖3可知，上下綜眼層織造的兩部分織物是在經(jīng)紗7和18處產(chǎn)生接結(jié)的。接結(jié)部分如圖8(b)所示，上層綜眼內(nèi)織物的底層經(jīng)紗18和下層綜眼內(nèi)織物的表層經(jīng)紗7通過緯紗L、l接結(jié)。緯紗L、l為連接上下綜眼層織物而添入的接結(jié)緯紗。因此，在各自綜眼層織物的一個(gè)豎直截面的緯紗引入完畢后，再追加單獨(dú)的開口，以便引入接結(jié)緯紗層 L、l，最終得到整體織物的紋板圖，見圖9(a)。

圖4 單眼綜絲織造的上機(jī)圖

圖5 雙眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物組織圖和穿綜圖(以上層綜眼內(nèi)織物為例)

圖6 雙眼綜絲織造的穿綜示意圖

圖7 綜眼層內(nèi)織物的紋板圖

圖8 綜眼層間接結(jié)過程

2.4 選緯圖

對(duì)于單眼綜絲織造，繪出穿綜圖、穿筘圖和紋板圖后即完成上機(jī)設(shè)計(jì)，而對(duì)于多眼綜絲織造則不然。多眼綜絲織造是多層梭口織造，每次開口形成多個(gè)梭口。每一次開口并非所形成的所有梭口都需要引緯，各層梭口的引緯情況不完全相同，必須有選緯過程。

在織綜眼層內(nèi)織物時(shí)，下上層綜眼內(nèi)所成的雙梭口同時(shí)引入一根緯紗;但在織接結(jié)緯紗L、l時(shí)，僅對(duì)一個(gè)梭口引緯。本文采用選緯圖對(duì)此進(jìn)行表達(dá)。選緯圖的縱向表示開口序列，與紋板圖相對(duì)應(yīng);橫向從左至右表示織機(jī)由上至下的引緯器序列。有記號(hào)的方格表示對(duì)應(yīng)的引緯器引入一根緯紗;空白方格表示對(duì)應(yīng)的引緯器不引入緯紗，如圖9(b)所示。

圖9 雙眼綜絲織造的紋板圖與選緯圖

3 三眼綜絲織造

三眼綜絲每根綜絲上穿入三根經(jīng)紗，經(jīng)紗形成上中下三層。三眼綜絲織造的上機(jī)設(shè)計(jì)原理與雙眼綜絲相似，圖3所示疏松正交角聯(lián)鎖組織的上機(jī)設(shè)計(jì)如下：

將織物的經(jīng)紗按上中下位置一分為三，分別穿入上中下三層綜眼內(nèi)，各層綜眼內(nèi)穿紗方法一致。綜眼層內(nèi)織物組織圖與穿綜圖見圖10，所有經(jīng)紗在三眼綜絲上的穿入情況如圖11所示。

得到圖12所示綜眼層內(nèi)織物紋板圖后，依據(jù)圖13所示的綜眼層間接結(jié)過程，最后得到整體織物的紋板圖和選緯圖，如圖14所示。

4 四眼綜絲織造

同理可得到四眼綜絲織造，其上機(jī)設(shè)計(jì)過程如圖15～圖19所示。

圖10 三眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物組織圖與穿綜圖(以上層綜眼內(nèi)織物為例)

圖11 三眼綜絲織造的穿綜示意圖

圖12 三眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物紋板圖

5 十二眼綜絲織造

織造圖3所示的疏松正交角聯(lián)鎖組織織物，最多可采用十二眼綜絲，全部經(jīng)紗分為12組，每組為2根運(yùn)動(dòng)規(guī)律不相同的經(jīng)紗。上機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)果如圖20所示。

6 對(duì)比與分析

將以上多眼綜絲織造上機(jī)設(shè)計(jì)圖中的主要參數(shù)進(jìn)行比較，如表1所示。

圖13 三眼綜絲織造的綜眼層間接結(jié)過程

圖14 三眼綜絲織造的紋板圖與選緯圖

圖15 四眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物組織圖與穿筘圖(以第一層綜眼內(nèi)織物為例)

圖16 四眼綜絲織造的穿綜示意圖

圖17 四眼綜絲織造的綜眼層內(nèi)織物紋板圖

表1 不同眼綜絲織造的上機(jī)圖對(duì)比

由表1可知，在織造相同織物組織時(shí)，多眼綜絲的綜眼數(shù)目越多，所需綜框數(shù)越少。隨著綜眼數(shù)目的增加，綜框的開口次數(shù)減少，但所需引緯器數(shù)目增多，且綜框常常提起不止一個(gè)梭口高度。

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)單眼綜絲織造相比，多眼綜絲織造具有如下優(yōu)勢(shì)：

圖18 四眼綜絲織造的綜眼層間接結(jié)過程

圖19 四眼綜絲織造的紋板圖與選緯圖

(1)相同織物的上機(jī)，多眼綜絲織造比單眼綜絲織造需要較少的綜框。即當(dāng)綜框數(shù)相同時(shí)，多眼綜絲織機(jī)可比單眼綜絲織機(jī)織出經(jīng)紗層數(shù)更多的織物。

圖20 十二眼綜絲織造的上機(jī)設(shè)計(jì)

(2)多眼綜絲織造為多梭口織造，一次開口可引入多根緯紗，配合多個(gè)引緯器同時(shí)引緯，織造效率高。

(3)多眼綜絲降低了經(jīng)紗層密度，減少了經(jīng)紗磨損。

多眼綜絲織造的上機(jī)設(shè)計(jì)原理與單眼綜絲織造基本相同，其主要特點(diǎn)有：

(1)多眼綜絲織造的上機(jī)圖除包括穿綜圖、穿筘圖和紋板圖之外，還需增加選緯圖。

(2)當(dāng)各層綜眼經(jīng)紗穿法相同時(shí)，可采用單層綜眼的穿綜圖來表示全部經(jīng)紗的穿綜狀況。

(3)紋板圖設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)織物的截面圖分析接結(jié)方式，為使綜眼層間織物形成接結(jié)，綜框提起往往不止一個(gè)梭口高度，可根據(jù)需要提起多個(gè)梭口高度。

(4)采用多個(gè)引緯器引緯時(shí)，需要配合選緯圖，選緯圖中的記號(hào)表示該梭口是否引緯。

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