葉伙榮+王濤

摘要：本文以經(jīng)編多軸向技術(shù)為研究對象，從其機械水平、技術(shù)特點、應(yīng)用實例三方面對其概述，并從中總結(jié)出經(jīng)編多軸向技術(shù)的發(fā)展方向并作出展望。

關(guān)鍵詞：多軸向經(jīng)編織物；性能特點；應(yīng)用領(lǐng)域

多軸向經(jīng)編針織物最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代后期，在短短的20年間經(jīng)過不斷的技術(shù)研究和性能完善，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，各種新型高性能纖維的出現(xiàn)以及各學(xué)科之間的相互交叉，產(chǎn)業(yè)用紡織品得到進一步的發(fā)展，其中性能完善的多軸向經(jīng)編針織物憑借它獨特的組織結(jié)構(gòu)使材料中每個組分的性能得到充分的發(fā)揮，彌補了傳統(tǒng)的機織復(fù)合材料的不足等優(yōu)點而備受關(guān)注，其市場前景廣闊。

1 多軸向經(jīng)編針織物的特點

多軸向經(jīng)編針織物是由多層伸直且平行排列的紗線層利用經(jīng)編結(jié)構(gòu)的組織綁縛在一起而形成的。這樣的結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮每一根紗線在材料中的作用，充分利用了紗線的性能，改善了織物的拉伸、抗壓、抗沖擊等力學(xué)性能。

1.1 結(jié)構(gòu)特征

多軸向經(jīng)編織物可以在縱向、橫向或是斜向直接地襯入平行的紗線，并且這些紗線能夠按照使用要求平行伸直地襯在所需要的方向上，不需要彎曲，從而避免了傳統(tǒng)的機織物紗線結(jié)構(gòu)呈彎曲狀、紗線的性能得不到充分發(fā)揮的缺陷，使紗線的性能得到最大程度的發(fā)揮。多軸向經(jīng)編織物中，紗線呈平行排列，理論上內(nèi)部應(yīng)力為零，不會產(chǎn)生紗線的蠕變和松弛現(xiàn)象，當(dāng)相同的紗線受到?jīng)_擊時，其所承載的應(yīng)力也比機織物大。

1.2 性能特點

與傳統(tǒng)的機織物相比，多軸向經(jīng)編織物具有下列優(yōu)點：（1）織物的抗拉強力、彈性模量較高；（2）織物的懸垂性好，可設(shè)計性強；（3）抗撕裂性能好；（4）原料的適應(yīng)性好；（5）生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)效率高，經(jīng)濟性高。多軸向經(jīng)編織物可以作為復(fù)合材料的基布，這類基布經(jīng)樹脂浸漬固化后可得到所要求的復(fù)合材料。其復(fù)合材料強度和模量可提高50%以上。這類多軸向經(jīng)編織物很好地解決了機織物由于屈曲效應(yīng)導(dǎo)致的纖維性能不能充分發(fā)揮的問題，從而進一步提高了復(fù)合材料的性能。

2 多軸向經(jīng)編織物生產(chǎn)設(shè)備

經(jīng)編設(shè)備的技術(shù)水平、質(zhì)量和制造成本與經(jīng)編工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。自1981年世界上第一臺Copcentra多軸向經(jīng)編機在Liba（利巴）問世以來，先進的工業(yè)國家對它的生產(chǎn)和加工技術(shù)等開展廣泛研究，并取得了一定的成果。德國Karl Mayer（卡爾·邁耶）公司和Liba公司作為世界上先進的經(jīng)編機械生產(chǎn)商，其在多軸向經(jīng)編機領(lǐng)域的研究處于世界前列。早前，Karl Mayer公司曾推出RS2DS型拉舍爾多軸向襯緯經(jīng)編機，該機器在編織多軸向織物時，織得的布面清晰，但因鋪線最多只能4層，而且機器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機速只有400r/min，生產(chǎn)效率低，現(xiàn)已淘汰。隨著科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，多軸向經(jīng)編機不斷推陳出新，現(xiàn)今常用的多軸向經(jīng)編機主要有Karl Mayer公司和Malimo Multiaxial系列和Liba公司的Copcentra MAX 3 CNC系列，兩公司的機器在生產(chǎn)和設(shè)計方面各有千秋。

2.1 Karl Mayer公司Malimo Multiaxial型

Karl Mayer的Malimo Multiaxial型設(shè)備技術(shù)含量高，導(dǎo)紗梳櫛穩(wěn)定性的提高以及襯緯紗架的合理設(shè)計，使得機器的速度可達l400r/min，相應(yīng)的產(chǎn)量達到240m/h。成圈系統(tǒng)采用ST導(dǎo)紗片（針），有利于拉緊布面，也利于梳理和分開襯經(jīng)紗，防止編織時刺傷纖維層。編織點的巧妙設(shè)計使得機器在對玻璃纖維進行生產(chǎn)時磨損少，結(jié)構(gòu)堅固，適合襯入較厚的紗層。該機的襯緯系統(tǒng)由伺服電機獨立傳動，進行襯緯紗之閉的相互連接同時形成所需要的軌跡，襯緯紗的角度可在﹣45°到﹢45°之間變化，標(biāo)準(zhǔn)配置是6層，±45°/0°/90°，一層短切氈（機后），一層非織造布（機前）。積極式的襯緯方式，使得布邊損耗較傳統(tǒng)機器（尤其是高速機器）少，同時，該機在生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品時，使用了帶有單紗張力補償裝置的特殊筒子架， 緯紗引入織物時保證紗線平行而幾乎無損傷，張力較均勻。隨著技術(shù)的進一步提高，該機的產(chǎn)品范圍進一步擴大，可以生產(chǎn)各種工藝底布，用于風(fēng)輪葉片、車船部件、高壓容器和運動裝備等。為了加快玻璃纖維復(fù)合材料市場的不斷發(fā)展以及滿足企業(yè)對馬里莫經(jīng)編機的大量需求，Karl Mayer推出了Multiaxial系列的新一代多軸向經(jīng)編機Malitronic。該機設(shè)計新穎、合理，生產(chǎn)效率、操作性能和織物品質(zhì)達到前所未有的水平，深受各國青睞。

2.2 Liba公司Copcentra MAX 3 CNC型

Liba公司的Copcentra MAX 3 CNC型機器的所有功能均為電腦控制；織針機件以外的所有運動均由伺服電機驅(qū)動；織物的各種變化，尤其是鋪層角度的調(diào)整，均由中央電腦控制。在鋪緯方式方面，兩公司的機器略有不同。Liba機器的鋪緯是由鋪緯滑軌運動、傳輸鏈運動、鋪緯小車運動三者合成，只需改變?nèi)叩乃俣染湍鼙容^方便地改變鋪緯角度。而Karl Mayer機器是通過傳輸鏈運動和鋪緯小車運動的合成來形成所需的角度，在角度變換時還需對導(dǎo)軌進行機械操作，比較費時。此外，Liba機器每一紗層的運動完全可以通過程序設(shè)計在﹣20°到﹢20°之間變化，這與Karl Mayer的﹣45°到﹢45°相比有所改進，機器的標(biāo)準(zhǔn)傳送架可以生產(chǎn)2個45°襯緯和1個90°襯緯，也可按需要進行長度延伸，延伸后的傳送架最多可襯入7層襯緯紗、l層襯經(jīng)紗、1層纖維網(wǎng)。同時，Liba機器還采用了其獨特的移動復(fù)合針系統(tǒng)，使得復(fù)合針除了在垂直方向上下運動外，還在水平方向（即織物喂入方向）運動， 從而減小了編織過程中織針的負(fù)荷，減少了織針與紗線的摩擦，減少了穿刺造成孔洞的可能性，在很大程度上提高了織物的生產(chǎn)效率，改善了織物的質(zhì)量。

據(jù)報道，Liba公司已成功推出了用于碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)的Copcentra MAX 5 CNC Carbon機型。由于碳纖維在織造過程中易產(chǎn)生具有導(dǎo)電性的碳粉，會導(dǎo)致機器及生產(chǎn)環(huán)境中的帶電設(shè)備爆炸等危險情況發(fā)生， 因此該類多軸向經(jīng)編機帶有特殊的密封裝置。在生產(chǎn)過程中，碳纖維增強紗線的鋪緯角度可以在﹣45°、90°、﹢45°、0°等角度之間變化，鋪緯層數(shù)和原料規(guī)格也可以自由選擇，織物品種較豐富。

2.3 國內(nèi)多軸向經(jīng)編機

多軸向經(jīng)編機的生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)起步較晚，1996年由原天津紡織工學(xué)院與武進紡織機械廠協(xié)作，研制成功國內(nèi)第一臺圓形多軸向經(jīng)編機，類似于Karl Mayer的RS2DS型經(jīng)編機，由干速度太低，未能得到推廣。2008年，常州潤源經(jīng)編機械有限公司成功研發(fā)了第一臺國產(chǎn)智能化控制的RCD-1型多軸向經(jīng)編機，該設(shè)備集電腦控制的多軸向鋪緯技術(shù)、多連桿式可移動（織針坯布隨動）成圈技術(shù)、織物恒張力收卷技術(shù)、多速電子送經(jīng)技術(shù)等于一體。最高機速可達l000r/min，其鋪緯方式與Liba機器相似，鋪緯角度變化范圍為﹣20°到﹢20°，已接近國外先進鋪緯水平。它的誕生極大地推動了我國對多軸向生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)，同時也為多軸向經(jīng)編織物的生產(chǎn)和研究提供了先進的手段。然而，鑒于我國基礎(chǔ)工業(yè)相對落后，機械加工能力普遍不高，仍需大量進口國外先進的經(jīng)編設(shè)備。

3 應(yīng)用的領(lǐng)域

以高性能纖維為原料的多軸向經(jīng)編針織物與樹脂復(fù)合后可以作為骨架材料，其性能好于傳統(tǒng)的機織物，與傳統(tǒng)的金屬材料相比，以多軸向織物為基布的復(fù)合材料在一定程度上比金屬具有更好的性能。例如使用碳纖維為原料的經(jīng)編復(fù)合材料就比金屬材料更加堅固，更加耐高溫、耐腐蝕，而且大大減輕了質(zhì)量，因此，多軸向經(jīng)編復(fù)合材料常用于船舶游艇的制造、風(fēng)力發(fā)電機的葉片，航空航天和汽車工業(yè)等領(lǐng)域。

3.1 船舶游艇業(yè)

由于游艇需要在極其惡劣的環(huán)境下工作，對其材料的性能要求也比較嚴(yán)格。用多軸向經(jīng)編織物除了具有可減少紗線的使用量以減輕游艇的重量、減少合成樹脂的用量、縮短浸漬時間等優(yōu)點外，還可以保護船體不受海水侵蝕。多軸向經(jīng)編織物可用來制造船艇的船身、艙壁、甲板、上部結(jié)構(gòu)、桅桿、船帆等。由于多軸向織物為基布的復(fù)合材料的高性能增強作用，被廣泛用于賽艇和娛樂船只（包括帆船和機動船艇）。

3.2 風(fēng)力發(fā)電業(yè)

目前，風(fēng)力發(fā)電是最具成本優(yōu)勢的可再生能源，我國幅員遼闊，地理位置優(yōu)越，開發(fā)和利用風(fēng)能這種綠色可再生能源具有很大的潛力，而多軸向經(jīng)編織物是風(fēng)力發(fā)電中不可或缺的重要組成部分。多軸向基布是制造風(fēng)力發(fā)電機葉片及其他重要結(jié)構(gòu)部件的主要材料，使用多軸向織物制造風(fēng)力發(fā)電機的葉片，具有質(zhì)量輕、強度高、剛性好等優(yōu)點，能夠滿足開發(fā)大型化、輕量化、高性能、低成本的發(fā)電葉片的要求。

3.3 航空航天業(yè)

航空航天工業(yè)也是多軸向經(jīng)編織物重要的應(yīng)用領(lǐng)域。纖維增強復(fù)合材料因其具有很高的強質(zhì)比，因此在航空航天業(yè)中的應(yīng)用具有很大優(yōu)勢。多軸向經(jīng)編材料主要用來制造飛機的蒙皮、尾翼的前緣和邊緣、機身的面板、邊舵的前緣及發(fā)動機面板，現(xiàn)在也可制造旋翼葉片。在飛機制造上使用以多軸向經(jīng)編織物為骨架的復(fù)合材料，可以有效地減輕機身重量、增加飛機的使用壽命，同時能夠防火、耐腐蝕以及抗化學(xué)藥品。構(gòu)件的強度可以根據(jù)要求進行精確設(shè)計?？罩锌蛙嘇320系列飛機配備采用了翼梢小翼和大量減輕重量的碳纖維復(fù)合材料，從而節(jié)省了燃油。與金屬材料相比，這種碳纖維的復(fù)合材料能夠使機身重量減輕約20%。

3.4 汽車工業(yè)

汽車制造業(yè)的需求是多軸向經(jīng)編織物最具潛力的市場。由于多軸向經(jīng)編復(fù)合材料的獨特性能以及可預(yù)設(shè)性，使其被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)。在一些車頂棚或雜物箱、汽車或摩托車的輪胎圈、汽車的保險杠或剎車片等部位使用經(jīng)編多軸向復(fù)合材料之后，不僅減輕了車體的重量，而且極大地提高了性能。

3.5 建筑業(yè)

多軸向經(jīng)編復(fù)合材料正在越來越多地用于增強混凝土，重建和修復(fù)建筑物，這是多軸向增強材料較新的市場之一。在一些需要承受惡劣環(huán)境的鋼筋混凝土立柱上使用這種多軸向經(jīng)編復(fù)合材料作為加固修復(fù)材料，能夠提高立柱的承載能力，使立柱的壽命加倍。這種復(fù)合材料多以碳纖維、芳綸為原料。

3.6 防彈頭盔

防彈頭盔要求輕質(zhì)高強，以及必需的防護功能，它們也是多軸向復(fù)合材料發(fā)展的重要市場之一。以金屬材料為骨架材料制造而成的防彈頭盔，質(zhì)量大，透氣性差，而以非金屬復(fù)合材料為骨架材料的頭盔不僅質(zhì)量輕而且具有較好的透氣性。世界發(fā)達國家已普遍地開始使用非金屬復(fù)合材料頭盔代替原金屬頭盔。其中±45°多軸向復(fù)合織物比較貼合頭盔的形狀，可塑性較好。

3.7 其他應(yīng)用

用高性能的多軸向經(jīng)編織物制作的網(wǎng)球拍、雪橇、滑雪板、滑道、沖浪板、賽艇帆布、運動船等運動器材受到了市場的認(rèn)可。多軸向復(fù)合材料還可以加工成儲氣膜用于密封氣體的襯里，制成重量極輕的夾芯板材，制成網(wǎng)孔救援管道便于高層建筑的火災(zāi)救援等。

4 多軸向經(jīng)編技術(shù)發(fā)展策略

多軸向經(jīng)編技術(shù)在產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域是一個相對較新的發(fā)展方向，目前正處于急速上升階段，具有良好的發(fā)展前景。然而，我國的多軸向經(jīng)編技術(shù)尚處于起步階段，為了盡快趕上或接近世界先進水平，需要采取一系列發(fā)展策略。

4.1 制定合理規(guī)劃

我國多軸向經(jīng)編技術(shù)基礎(chǔ)相對薄弱，發(fā)展該技術(shù)是一項長期而艱巨的任務(wù)，需要科研機構(gòu)和企業(yè)統(tǒng)籌兼顧，制定合理的發(fā)展規(guī)劃，切忌急于求成，盲目隨從。近年來，隨著航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對各種新型增強材料的需求日益增多，碳纖維低密度、高強度、高模量、耐高溫的性能特點使其成為制造航空航天器材的理想材料之一。為此，我國應(yīng)從實際情況出發(fā)， 制定相應(yīng)的政策措施，不斷加強對碳纖維多軸向經(jīng)編增強復(fù)合材料的研究，進一步推動我國多軸向經(jīng)編技術(shù)在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用。

4.2 引進先進設(shè)備

積極引進國外先進的多軸向設(shè)備；消化、吸收國外一流的機械設(shè)計和制造技術(shù)；加強研發(fā)投入，生產(chǎn)出具有高附加值、高技術(shù)含量多軸向生產(chǎn)設(shè)備。由于目前國產(chǎn)的多軸向經(jīng)編機大都只適用于滌綸、玻璃纖維的生產(chǎn)，用于碳纖維產(chǎn)品生產(chǎn)的多軸向經(jīng)編機在國內(nèi)幾乎是空白。因此，國內(nèi)的各科研機構(gòu)和企業(yè)應(yīng)加強合作，不斷消化和吸收國外先進的碳纖維多軸向生產(chǎn)設(shè)備的各項技術(shù)，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的碳纖維多軸向經(jīng)編機，從而不斷提升我國多軸向經(jīng)編裝備的整體水平。

4.3 加強技術(shù)交流

多軸向經(jīng)編技術(shù)在國外已比較成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也比較廣泛，而在國內(nèi)才剛剛開始，因此國內(nèi)的專業(yè)人士應(yīng)積極參加國內(nèi)外各種展會和技術(shù)交流會，收集更多的信息，力求運用最新、最佳的技術(shù)手段來發(fā)展和壯大我國的多軸向經(jīng)編業(yè)。

4.4 培養(yǎng)優(yōu)秀人才

多軸向經(jīng)編技術(shù)融合了紡織、材料、力學(xué)等多門學(xué)科知識，因此高等院校應(yīng)有計劃地培養(yǎng)出具有多學(xué)科技能的交叉型、復(fù)合型人才為我國多軸向經(jīng)編技術(shù)的發(fā)展注入新的活力。

5 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芤蟮牟粩嗵岣撸噍S向技術(shù)正逐漸成為滿足紡織復(fù)合材料質(zhì)量輕、強度高、效益好的一種新型的制造技術(shù)，表現(xiàn)出無限的發(fā)展?jié)摿?。目前，在我國這一技術(shù)還不成熟，但是我們堅信，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的浪潮下，在經(jīng)編業(yè)內(nèi)人士的共同努力下，我國多軸向經(jīng)編技術(shù)必將朝著更科學(xué)、更經(jīng)濟、更實用的方向發(fā)展。

參考文獻：

[1]王洪燕，張守斌，潘福奎.多軸向經(jīng)編織物的性能及應(yīng)用[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2008，（4）：58-60.

[2]魏光群，蔣高明，繆旭紅.多軸向經(jīng)編織物的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].紡織導(dǎo)報，2008，（3）：70-72.

[3]蔣高明，顧璐英.多軸向經(jīng)編技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].紡織導(dǎo)報，2009，（8）：53-56.

[4] 徐建平，張晨曙，陳南梁.經(jīng)編多軸向產(chǎn)業(yè)用紡織品的發(fā)展前景[J].針織工業(yè)，1997，（5）：15-17.

[5] 陳南梁.多軸向經(jīng)編織物復(fù)合材料[J].上海紡織科技，1999，27（3）：44-45.

[6] 周榮星，李煒，陳南梁，等.多軸向經(jīng)編增強材料性能研究[J].上海紡織科技.2003，31（2）：62-64.

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）