多层双轴向纬编织物的开发

多层双轴向纬编织物的开发

1织物组织结构设计纺织建筑材料具有优异的强度和柔软性，广泛应用于航空航天、军事工业、船舶制造、建筑和体育用品等行业。其纤维原料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和高密度聚乙烯等高性能纤维。这些纤维材料制成的基布和树脂复合后制成的纤维增强复合材料,具有高强高模、轻且耐高温的优异性能,使产业用纺织品进入了材料工业领域,成为新材料中的一枝新秀,愈来愈受到人们的青睐。在加工复合材料的基布中除芳纶和高密度聚乙烯纤维外,广泛使用玻璃纤维及碳纤维。这类纤维虽然具有高强度和高模量,但它们却是脆性的。因此,针织工业中通常采用经编的方法来加工玻璃纤维和碳纤维复合材料基布。如图1所示,为一种双轴向经编衬线结构,在这种结构中玻纤或碳纤在织物中的经纬向都呈直线状态铺覆,然后由柔软而易于弯曲的芳纶、涤纶等纤维形成经编线圈将玻璃纤维或碳纤维捆绑起来形成织物。这种经编结构作为板材基布是很好的,但当用作复杂曲面制品模压成形时,其成形性能却不理想。例如,在压制头盔时出现起拱现象,如图2所示。基于上述原因,人们开始在纬编机上用编织成型的方法研制玻纤、芳纶、碳纤维的针织复合材料成型基布,如图3所示,是在电脑横机上开发研制出的成型产品。但是,这些产品在推广应用上却存在着先天的不足,即:当用不易弯曲的脆性纤维来形成线圈时十分困难;在外力作用下纤维的高性能受到了削弱,由于线圈为三维弯曲状态,因此在织物受到拉伸时,纱线沿其径向会受到严重的剪切作用,而一般来说脆性纤维的抗剪能力很差(例如碳纤维),特别容易导致纱线断裂。因此可以认为,用编织成圈的方法来加工脆性高性能纤维,在发挥纤维潜能方面就是扬短避长;对于芳纶一类易于弯曲成圈的纤维来说,编织成型方法织制头盔和用轴向织物模压成型头盔相比,在达到相同的强度时,织物的克重加大。为了既能发挥高性能纱线的高强高模特点,又能充分利用针织线圈的可变形性能,我们开发研制了多层双轴向纬编衬线织物。它除了具有与经编双轴向织物相似的卓越力学性能外,还具有经编双轴向织物所无法比拟的可成型性能,在平面织物增强成型复合材料领域中一枝独秀,颇具应用潜力。2织制出的多层双轴向纬编衬线织物如图4所示,为多层双轴向纬编衬线织物的结构示意图。从图4中可以看出,织物中包含两层衬经线及三层衬纬线,这五层纱线由罗纹组织结构捆绑在一起。当然,可以根据设计上的需要选用两层、三层或四层衬纱,而经纬衬纱也可以根据设计上的需要进行空穿或抽纱。这种织物是在图5所示的一台特殊机器上制织出来,该设备是在普通针织机编织原理基础上开发研制,能够很好地加工玻纤织物、碳纤织物和芳纶织物。由于这种织造方法是用具有一定弹性的纬编罗纹组织把经纬衬线捆绑起来,其线圈结构不同于经编的编链或经平组织。因此织制出的多层双轴向纬编衬线织物与经编双轴向织物相比具有如下的优点:a.较高的捆绑强度和刚度;b.制织的织物具有较低的可拉伸性能;c.具有较高的能量吸收能力和较好的减震性能;d.在弯曲和冲击应力作用下,各层衬纱之间不易分层;e.在制造部件时减少了加工消耗和原材料的投入;f.极好的模压成型性。此外,多层双轴向纬编衬线织物和同类的经编产品的产品开发相比具有如下的优点:a.试制新产品时对门幅的要求具有较强的适应性,即可依据产品要求确定衬纬门幅的宽度;b.在试制新产品时,为了对新产品的性能进行考验测试,可先用较窄的门幅试织开发。这样上机试验时需要的纱管数可以很少,对价格昂贵的碳纤维及芳纶纤维的产品开发颇具经济意义;c.这种纬编衬线织物编织机对原料的适应性强,特别是在加工脆性的碳纤维或芳纶纤维时,只需采取一些特殊的措施即可顺利织制;d.和经编双轴向织物相比可以用较粗的衬线(如2500tex),一次可以衬入五层衬线,可以编织出很厚的织物(目前最厚可达8mm);e.为了加工不同粗细的衬线,可以采用不同机号的针床,和经编机相比机号的改变既方便、投入资金又少。3x玻纤及其混纺丝如图6所示,为两种不同机号的机器编织的玻纤产品。其中图a所用的机号为6针/25.4mm,经向衬线为600tex玻纤,纬向衬线为600tex玻纤,针织罗纹捆绑纱为8.3tex(75D)×2涤纶低弹丝;图b所用的机号为3.5针/25.4mm,经向衬线为1500tex玻纤,纬向衬线为1500tex玻纤,针织罗纹捆绑纱为55.6tex(500D)高强涤纶。图7为在机号为6针/25.4mm的机器上编织的碳布,经向衬线为2K×2碳纤,纬向衬线为2K×2碳纤,编织捆绑纱为8.3tex(75D)×2涤纶低弹丝及29.4tex芳纶+8.3tex涤纶低弹丝。图8所示为在机号为6针25.4mm的机器上编织的芳纶织物,经向衬线为222.2tex(2000D)芳纶,纬向衬线为222.2tex(2000D)芳纶,编织捆绑纱为29.4tex芳纶。图7所示的碳布可以用于航空航天复合材料基布,图8所示基布可以用作防弹头盔,也可以用于防弹、防暴服装材料。以上只是例举几个例子,由于这种织物可选用的原料广泛,除上述单一原料外,也可以采用混合原料,甚至可以把金属丝用作衬线,从而满足产业用领域中的各种不同需要,在航空航天、军事工业、车船制造、建筑业、体育用品等各个行业有着广泛的应用。4衬纱的成型性多层双轴向纬编衬线织物作为轴向针织结构中的新成员,它除继承了经编轴向织物的力学特性(衬纱完全平行顺