三維結(jié)構(gòu)機織預成形件的工藝設計與織造

三維結(jié)構(gòu)機織預成形件的工藝設計與織造

三維紡織結(jié)構(gòu)材料是一種先進的結(jié)構(gòu)材料。利用三維紡織機械作為增強相，可以解決過去各種結(jié)構(gòu)材料強度低的缺點，提高整體服務質(zhì)量。同金屬相比紡織復合材料具有設計靈活、重量輕、加工方便的特點。通過紡織復合材料不同的結(jié)構(gòu)、外形設計以及使用不同的材料,紡織復合材料性能的不斷地被改善和提高,使得紡織復合材料的應用領域不斷拓展。大多數(shù)復合材料結(jié)構(gòu)件作為增強件被用于汽車、航天、航空等領域。在不影響性能要求的前提下,減少這些構(gòu)件的重量一直是研究人員關注問題之一。1多重緯角連鎖織物結(jié)構(gòu)設計多重經(jīng)、緯角連鎖機織物由經(jīng)紗、緯紗兩個系統(tǒng)的紗線構(gòu)成重疊連鎖狀的交織。當經(jīng)紗在織物厚度方向構(gòu)成重疊時,緯紗則以一定傾角沿織物寬度方向與多重經(jīng)紗進行角連鎖狀交織。當緯紗在織物厚度方向構(gòu)成重疊時,經(jīng)紗則以一定傾角沿織物長度方向與多重緯紗進行角連鎖狀交織。因此按照構(gòu)成重疊的紗線系統(tǒng),多重角連鎖織物可分為多重經(jīng)角連鎖織物和多重緯角連鎖織物。在普通織機上織制多重角連鎖織物時,緯紗在打緯力的作用下容易形成重疊,故在實際應用中多采用多重緯角連鎖織物結(jié)構(gòu)。在經(jīng)紗和緯紗細度一定的前提下,多重緯角連鎖織物的厚度與緯重數(shù)及角連鎖經(jīng)紗的循環(huán)數(shù)有關:緯重數(shù)越大、角連鎖經(jīng)紗的循環(huán)數(shù)越大,織物厚度越大。當緯重數(shù)一定時,增加角連鎖經(jīng)紗循環(huán)數(shù)可增加織物厚度。但隨著經(jīng)紗角連鎖循環(huán)的變化,在多重緯角連鎖織物組織中會出現(xiàn)空口結(jié)構(gòu)和共緯結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的存在雖然使織物的填充能力和壓縮能力有所提高,但它們的存在不利于織物結(jié)構(gòu)的均勻和穩(wěn)定。我們在設計時為了避免空口結(jié)構(gòu),通過適當調(diào)整經(jīng)紗循環(huán)數(shù)和交織規(guī)律,使空口在織物中均勻排列,并且使每一空口中都織入一根緯紗,以保證織物整體結(jié)構(gòu)的均勻。本文以三維角連鎖接結(jié)結(jié)構(gòu)為織物基本結(jié)構(gòu)形式來設計織物增強體結(jié)構(gòu)。整個織物由4部分組成:上部織物層、下部織物層、上下織物層接結(jié)部分和上下織物層間間隙。接結(jié)部分的作用是將上、下兩層織物連結(jié)成一體,兩層織物間的縫隙可供加工復合材料時使用。在所設計的織物中,織物基本組織采用了多重緯角連鎖形式。本文只加工了緯重數(shù)為2的三維多重緯角連鎖織物,織物上機圖見圖1。2四個角組合織物的織物2.1織物組織設備經(jīng)紗、緯紗都采用的是600tex(無堿、單絲直徑14μm)玻璃纖維復絲,織造設備為1511S型多臂織機。加工工藝流程為:經(jīng)長絲∶(織前預處理)→絡筒→整經(jīng)→穿綜緯長絲∶(織前預處理)→卷緯————]?→???????????????????織造經(jīng)長絲∶(織前預處理)→絡筒→整經(jīng)→穿綜緯長絲∶(織前預處理)→卷緯————]→織造2.2織前預處理工藝為改善玻璃纖維復絲的織造性能,采用包纏紡工藝作為織前預處理工藝。其方法是使用錦綸長絲(156dtex)按螺旋形方式對玻璃纖維絲束實施捆綁,以此來增加纖維間橫向束縛,提高其集束性能。2.3主要表面處理2.3.1確定紗線平均寬度筘號的選擇原則是:在保證一根紗在一個筘齒內(nèi)能上下自由移動的前提下,盡可能選擇較小的筘齒距,以提高纖維的體積含量。由于紗線是柔性體,具有一定的變形能力,故筘號的選擇應具有一定的靈活性。設計中,根據(jù)紗線的平均寬度確定初選的筘齒距,然后根據(jù)織物的實際結(jié)構(gòu)對筘齒距進行調(diào)整。公式如下:Lj≈λ?Nj×10?3δ?ρ(π/4?1+λ)?????????√(1)Lj≈λ?Νj×10-3δ?ρ(π/4-1+λ)(1)式中:Lj為經(jīng)向紗線寬度的估計值,λ為紗線當量壓縮系數(shù),Nj為經(jīng)向紗線線密度(tex),δ為紗線聚集密度,ρ為玻璃纖維密度。根據(jù)公式(1)可以得出Lj為0.98mm,考慮到一個筘齒中有2根經(jīng)紗,同時兼顧既不使經(jīng)紗在織造過程中產(chǎn)生過多的摩擦,又不因筘齒距過大影響紗線聚集密度,適當增加筘齒間距離,最后筘齒距定為1.4mm。通過對原有機上鋼筘改造達到上述要求。2.3.2半清晰開口工藝由于織造時使用六頁綜,綜頁數(shù)較多,在保證織造過程順利進行的前提下,盡量減少綜框的運動動程,以免織造過程中經(jīng)紗間產(chǎn)生過多的摩擦。因此采用半清晰開口工藝。織口高度較胸梁略低,并由一根壓桿控制,以防止上梭口紗線較多時織口的抬高現(xiàn)象。2.3.3遲開口和晚投梭工藝綜平時間與織物質(zhì)量有密切關系,同時對織機上其他運動的配合也有很大影響。由于玻璃纖維可織造性能差、不耐磨,織造采用遲開口工藝,以減小打緯時經(jīng)紗對緯紗的摩擦,減少織造過程中經(jīng)紗的斷頭。由于采用半清晰梭口工藝,為使梭子順利通過梭口,在梭口接近滿開時進行投梭較好,因此采用晚投梭工藝配合。根據(jù)以上原則,確定在95°投梭、310°綜平的織造工藝,織機機構(gòu)配合工作圓圖見圖2。2.4織機結(jié)構(gòu)及經(jīng)紗調(diào)整卷取機構(gòu)的改造。1511S型織機引緯機構(gòu)每引一根緯紗,卷取機構(gòu)動作一次,如果采用這種方式來加工所設計的織物,則無法實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)對重疊引緯的要求。要達到所設計的織物結(jié)構(gòu),關鍵是要讓卷取機構(gòu)按照緯紗層數(shù)而不是按照緯紗根數(shù)發(fā)生動作。因此我們借鑒了前人的研究成果,對傳統(tǒng)織機卷取機構(gòu)進行了改造,具體工作原理是:當緯紗在同一垂直面上往復穿梭時,連桿機構(gòu)將卷曲鉤抬起,這樣鋸齒輪就不隨緯紗的引入而發(fā)生動作,卷布輥處于停止工作狀態(tài),下一緯仍能在同一垂直面上引入。當引緯機構(gòu)開始下一緯紗列的引緯動作時,連桿機構(gòu)將會把卷曲鉤放下,這樣鋸齒輪就隨著一根緯紗的引入而被拉過一齒。兩把梭子引緯。所設計的多重緯經(jīng)角連鎖織物由上、下兩層織物通過接結(jié)連為一體,要保證上下織物間的空隙出現(xiàn),采用兩個梭子進行織造,在織機紋釘?shù)目刂葡?一個梭子負責上層織物織制,另一個梭子負責下層織物的織制。在上下兩層織物接結(jié)處,上層織物的緯紗與下層織物的經(jīng)紗交織,下層織物的緯紗與上層織物的經(jīng)紗交織,從而形成上下層織物的連接。梭子的具體運動過程為:兩個梭子依序從織機一側(cè)投出,第一個梭子到達對側(cè)梭箱后靜止不動,等待第二個梭子到達,待第二個梭子到達后,第一個梭子再出發(fā),到達對側(cè)梭箱后同樣等待第二個梭子的到來,這樣不斷循環(huán)完成織造的引緯過程。如果采用一個梭子引緯所織出的織物布邊兩端處的孔隙被緯紗覆蓋,形不成貫通孔隙。采用分層定位裝置。由于含有不同層次的經(jīng)紗,在實際織造過程中織物經(jīng)密較大,經(jīng)紗在機后交纏和黏結(jié)現(xiàn)象較嚴重,以致開口不清,給引緯帶來一定困難。為避免以上現(xiàn)象,在織機后梁與綜框之間的經(jīng)紗片中加裝了經(jīng)紗分層定位裝置。吊綜高度的調(diào)整。在織造過程中通過綜框運動的控制,與每層織物相連的經(jīng)紗自然分層,再加上分層定位裝置的作用,機后經(jīng)紗能實現(xiàn)正確的分層。為進一步開清梭口,保證分層經(jīng)紗在機前、機后的彼此協(xié)調(diào),我們對開口和綜平時綜片的高度作了一定的調(diào)整。具體措施如下:各頁綜框的吊綜高度按其所控制的經(jīng)紗序號的增大而降低。這樣,綜平時分層的經(jīng)紗順次與分層的織物相連;開口時,由于等高提綜,經(jīng)紗依然保持分層狀態(tài)。這樣也可降低后列綜框的動程,減少織造過程中經(jīng)紗間的摩擦。2.5一件織物規(guī)格多重緯經(jīng)角連鎖織物規(guī)格:600/600192/16215.5,總經(jīng)根數(shù)246根。3多重緯角連鎖織物預成形件通過在試驗室條件下對多重緯角連鎖織物預成形件的的結(jié)構(gòu)設計、工藝設計及織造方法進行有益的嘗試和探索,織制出以四重緯角連鎖為基礎組織的織