康凌峰，李艷清，翁浦瑩，祝成炎

(浙江理工大學(xué) “紡織纖維材料與加工技術(shù)”國家地方聯(lián)合工程實驗室，杭州　310018)

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組合式三維機織物制備及其截面觀察與分析

康凌峰，李艷清，翁浦瑩，祝成炎

(浙江理工大學(xué) “紡織纖維材料與加工技術(shù)”國家地方聯(lián)合工程實驗室，杭州310018)

摘要：為了探究組合式三維機織物的紗線交織情況，設(shè)計制備了6種芳綸正交/準(zhǔn)正交組合式三維機織物，利用樹脂包埋三維機織物，通過顯微鏡觀察，分析組合式三維機織物的結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn):正交/準(zhǔn)正交組合式三維機織物的垂紗貫穿織物上下表層，緯紗呈挺直排列，經(jīng)紗呈屈曲狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：組合式三維機織物；切片；觀察；結(jié)構(gòu)特征

0　引　言

典型的三維立體機織物的結(jié)構(gòu)形式主要有正交結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)3種，這3類結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗，緯紗和垂紗的交織關(guān)系有較大不同。前期對3種典型三維立體機織物的結(jié)構(gòu)研究表明，正交結(jié)構(gòu)的各組紗線在三維立體機織物內(nèi)部大多保持挺直狀態(tài)，垂紗在表層與緯紗交織形成表層結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向的垂紗將織物內(nèi)部交錯的紗線連接成一個整體[1-2]；準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)與正交結(jié)構(gòu)十分相似，但其三組紗線都具有一定的屈曲，同樣是通過垂紗連接織物整體[3-5]；角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)則只存在兩組紗線，其特點是各層紗線的經(jīng)紗呈一定的傾斜角[6-7]。祝成炎等[8-9]研究認為，單一的三維組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合材料無法全方位的滿足復(fù)合材料的性能要求，有多種變化、更加復(fù)雜的三維組合結(jié)構(gòu)具有更好的綜合性能。本文在以上研究基礎(chǔ)上，利用樹脂包埋三維機織物，通過顯微鏡觀察，直觀地分析組合式三維機織物的結(jié)構(gòu)特征。

1　組合式三維機織物結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1(a)、(b)所示的結(jié)構(gòu)即為典型的五層貫穿正交和貫穿準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點是：經(jīng)紗和緯紗交替重疊多層，以此增加織物厚度。其中正交結(jié)構(gòu)的經(jīng)紗和緯紗不交織，呈無彎曲、伸直狀態(tài)，承載時變形小強力大；而準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的經(jīng)紗和緯紗相互交織，尺寸穩(wěn)定性強，紗線抽拔力大。兩者經(jīng)、緯紗的相對位置，利用了一組起到連接作用的垂紗沿織物厚度方向反復(fù)貫穿，使各層經(jīng)緯紗連接為一個整體。

圖1(c)—(f)所示的結(jié)構(gòu)為結(jié)合正交和準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)而形成的組合式結(jié)構(gòu)。圖1中的點代表緯紗，線1-10代表經(jīng)紗，線Ⅰ、Ⅱ代表垂紗。為了方便描述，用A、B分別代表如圖2(a)和圖2(b)所示的正交結(jié)構(gòu)單元和準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元，那么5A、5B、1A4B、2A3B、3A2B、4A1B分別表示圖1(a)—(f)6種結(jié)構(gòu)。這6種結(jié)構(gòu)是正交結(jié)構(gòu)單元和準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元按數(shù)量比5∶0、0∶5、1∶4、2∶3、3∶2和4∶1的比例重疊，采用一組垂紗Ⅰ和Ⅱ，貫穿五層織物連接成一個整體。

圖1　三維機織物經(jīng)向結(jié)構(gòu)

圖2　三維機織結(jié)構(gòu)單元

2　實驗部分

2.1原材料

芳綸無捻線(線密度122.22tex，杜邦公司)，雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂(上海富晨化工有限公司)，過氧化鉀乙酮(上海富晨化工有限公司)，環(huán)烷酸鈷(上海富晨化工有限公司)。

2.2實驗設(shè)備

HKV-151花色捻線機(浙江精工科技股份有限公司)，SL800半自動織樣機(天津隆達機電科技發(fā)展有限公司，經(jīng)簡易改造)，JK-2200DB型超聲波清洗機(合肥金尼克機械制造有限公司)，HGD-205數(shù)碼顯微鏡(深圳市傳奇視覺科技有限公司)。

2.3芳綸包纏線制備

為了提高紗線的可織性，通過HKV-151花色捻線機對芳綸無捻線進行包纏處理。以一根122.22tex的芳綸為芯紗，一根122.22tex的芳綸為包纏紗，以320r/min的外包纏筒子轉(zhuǎn)速，20m/min的包纏紗卷繞速度，制備得到236.20tex的芳綸包纏線，包纏線的捻度為160捻/m，捻向為S捻。

2.4組合式三維機織物制備

采用雙經(jīng)軸織造制備組合式三維機織物，可在通過雙經(jīng)軸改造的SL800半自動織樣機上制織出如圖1所示的6種結(jié)構(gòu)，織物上機示意圖如圖3所示。

1-經(jīng)紗織軸；2-垂紗織軸；3-經(jīng)紗；4-垂紗；5-垂紗張力控制裝置；6-后動后梁；7-綜框；8-鋼筘；9-胸梁；10-織物；11-壓輥；12-卷取輥；13-卷布輥圖3　三維機織機上機示意圖

以圖1(d)2A3B結(jié)構(gòu)為例，對應(yīng)的織物上機圖如圖4所示。完全組織經(jīng)紗循環(huán)數(shù)Rj=10，其中經(jīng)紗8根，垂紗2根；緯紗循環(huán)數(shù)Rw=12。上機穿綜采用一順穿。

所制備的組合式三維織物規(guī)格如表1所示。

圖4　織物上機圖

試樣幅寬/cm經(jīng)密/(根/10cm)緯密/(根/10cm)最大厚度/cm最小厚度/cm面密度/(kg/m2)5A20.11143982.2342.0801.3444A1B20.01204212.4282.1521.3553A2B20.31244512.5422.2201.5912A3B20.01284612.6542.1921.6131A4B20.61304493.1642.3861.5495B20.31334322.8842.0941.601

2.5三維織物樹脂切片制備

樹脂膠液以雙酚A環(huán)氧乙烯基樹脂、過氧化鉀乙酮促進劑和環(huán)烷酸鈷固化劑的質(zhì)量比為100.0∶2.0∶1.8混配，控制適當(dāng)粘度以便能滲透到織物內(nèi)部。將織物置于鋪有脫膜布的模具中，添加樹脂膠液后，放入超聲波清洗機中，在25℃下工作30min。將固化好后的樹脂包埋三維機織物脫模后，常溫下放置1周，裁剪成5cm×5cm的切片，使用砂紙打磨切面便于觀察。

3　結(jié)果與討論

圖5為三維機織物經(jīng)、緯向截面圖。從圖5中可以發(fā)現(xiàn)織物在經(jīng)、緯方向上存在著一定厚度，經(jīng)向方向上織物厚度一致，均勻，而緯向方向上織物表面呈現(xiàn)凹凸波浪形，且凹凸程度隨準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)數(shù)量增加而增加。

圖5　三維機織物經(jīng)、緯向截面圖

經(jīng)向結(jié)構(gòu)特征：圖5中(a)、(c)、(e)、(g)、(i)、(k)分別為5A、4A1B、3A2B、2A3B、1A4B、5B結(jié)構(gòu)的經(jīng)向、截面結(jié)構(gòu)圖，如圖5(a)中Ⅰ區(qū)域所標(biāo)示的為呈橢圓形的緯紗截面形狀；圖中貫穿織物上下表面的白色波浪線為垂紗，連接五層結(jié)構(gòu)，屈曲狀態(tài)明顯；而經(jīng)紗屈曲程度較小，如圖5(e)中Ⅲ區(qū)域所標(biāo)示的白色線條為經(jīng)紗，正交結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗幾乎呈現(xiàn)挺直狀態(tài)排列，而準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)中經(jīng)紗呈現(xiàn)一定的屈曲程度，且屈曲程度隨著準(zhǔn)正交單元結(jié)構(gòu)數(shù)量得增加而增加。

緯向結(jié)構(gòu)特征：圖5中(b)、(d)、(f)、(h)、(k)、(l)分別為5A、4A1B、3A2B、2A3B、1A4B、5B結(jié)構(gòu)的緯向截面結(jié)構(gòu)圖，如圖5(b)中Ⅱ區(qū)域所標(biāo)示的為呈凸透鏡形的經(jīng)紗截面形狀；緯紗呈現(xiàn)一定的屈曲狀態(tài)，表層緯紗屈曲波波峰出現(xiàn)在其與經(jīng)紗交織處，波谷出現(xiàn)在其與垂紗交織處，且隨著組織中準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元的增多，屈曲程度也不斷增加。

4　結(jié)　論

本文研究結(jié)果表明：組合式三維機織物呈現(xiàn)出一定厚度，表面平整度不一，凹凸程度隨準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元增加而增加；垂紗貫穿織物上下表面，連接五層結(jié)構(gòu)，屈曲狀態(tài)明顯；大多數(shù)經(jīng)紗呈挺直狀態(tài)排列；緯紗呈現(xiàn)一定的屈曲狀態(tài)，屈曲程度隨著準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元的增加而增加，且表層緯紗屈曲波波峰出現(xiàn)在其與經(jīng)紗交織處，波谷出現(xiàn)在其與垂紗交織處。

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(責(zé)任編輯：許惠兒)

收稿日期：2015-09-06

基金項目：浙江省國際科技合作專項(合作研究)項目(2012C24013)；浙江省高校重中之重學(xué)科開放基金(2013YXQN02)；浙江理工大學(xué)研究生創(chuàng)新研究項目(11110032481408)

作者簡介：康凌峰(1990-)，男，浙江安吉人，碩士研究生，主要從事現(xiàn)代紡織技術(shù)及新產(chǎn)品方面的研究。 通信作者：祝成炎，E-mail：cyzhu@zstu.edu.cn

中圖分類號：TS106.68

文獻標(biāo)志碼：

文章編號：1009-265X(2016)03-0023-04

Preparation of Combined Three-Dimensional Woven Fabric and Observation and Analysis on its Cross Section

KANGLingfeng,LIYanqing,WENGPuyin,ZHUChengyan

(National Engineering Lab for Textile Fiber Materials and Processing Technology(Zhejiang), Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China)

Abstract：In order to explore the yarn interweaving of combined three-dimensional woven fabric, 6 Kevlar orthogonal/quasi-orthogonal combined three-dimensional woven fabrics were designed and made. The structural characteristics of the combined three-dimensional woven fabric were analyzed by observing the fabric resin slice. The results show that the vertical yarns in the combined three-dimensional woven fabrics penetrate through all the layers of fabric; besides, the weft yarns of the fabrics are straight while the warp yarns are bending.

Key words：combined three-dimensional woven fabric; slices; observation; structural characteristics