筒形双轴向超高分子量聚乙烯纬编织物及编织圆机的设计

筒形双轴向超高分子量聚乙烯纬编织物及编织圆机的设计

该针圆机具有多才多艺、织发精、生产效率高的特点。在这项工作中，采用了角针穿刺针作为一种加固系统，开发了角针穿刺针、高效纤维织纱织机和纺织机，以解决用v型横机织物绑住网的问题。由于sec和sec纺织机的生产效率降低。由于产品为连续的圆筒布,可以用于输油软管等圆管复合材料制件增强体的开发,弥补了国内经编双轴向织物在这方面的不足,为针织轴向产品提供了新的应用领域。1由纵轴向的双轴向开发1.1衬纱和衬纱的作用筒形纬编双轴向衬纱织物是以圆筒形的纬平针组织作为绑缚系统,将1层经纱和1层纬纱联结到一起形成稳定结构。绑缚系统的作用是固定衬纱,使用的原料为纱支较高、质地柔软、利于针织成圈的纤维材料,如涤纶、锦纶、芳纶等。衬纱通常采用纱支较低并有一定刚度的玻璃纤维、碳纤维、芳纶、高强聚乙烯等高性能纤维。衬纱在织物中的含量一般在90%以上,因此织物的力学性能主要靠衬纱体现。图1(a)为织物的几何结构示意图,图1(b)、(c)为实物照片。1.2高强、高模该织物与经编双轴向织物有着相同的衬纱结构,衬纱在织物中呈直线排列,可以最大效率地发挥高性能纤维高强、高模的特点;织物的整体外形为一定直径圆筒形状,衬纱均匀且紧密地分布在织物的表面,增强方向为圆筒的轴向和环向;将圆筒开幅后,可形成一定幅宽的平面织物,并有较好的三维曲面的可成型性能,是一种很有价值的纺织复合材料增强体。2编织设备2.1角座的回转机器编织原理如图2所示。在编织时,针筒与经纱不动,经纱通过衬经管放置在针筒之上每2针之间的位置;在侧传机构作用下,三角座与捆绑纱喂入器同步转动,使织针上的旧线圈依次退下并把地纱垫入针钩形成新线圈,同时利用线圈的沉降弧将经纱外侧挡住;固定在三角座上的纬纱导纱管,随着三角座一起转动,将纬纱垫在挺起的织针背后,并利用新形成线圈的圈柱将纬纱外侧挡住;形成了图1所示的稳定结构。2.2编双轴向衬纱机的结构图3示出根据上述编织原理设计制造的编织机器,表1为圆形纬编双轴向衬纱机的参数。设备由主机架、线圈编织、经纱衬入、纬纱衬入、织物牵拉卷取、电动控制6部分组成。织物的形成是按照编织原理的要求,由设备的6个部分通过相互协调与配合来完成。3问题和原因分析3.1拱起的表面出现开展情况织物编织使用的高强聚乙烯纤维为衬纱,采用表2所示的编织工艺。由所织试样发现:织物总是在针筒内壁的筒径收缩处形成拱起,如图4(a)所示;拱起的距离一般为5~10cm,拱起的织物被牵拉下来后会在表面形成褶皱,如图4(b)所示。为了解决这2个问题,采用在针筒与牵拉辊之间增加绷布圈和布撑的方法,希望通过将圆筒型织物撑大的办法将形成的褶皱拉直后再进行卷饶,可是效果不好,织物在通过绷布圈和布撑时褶皱消失,但通过绷布圈和布撑后褶皱又重新出现。褶皱的存在影响了织物的外观和使用,如何将褶皱消除成为研制成功与否的关键。3.2弯曲和弯曲的原因3.2.1纵杆直径与针筒直径之间的矛盾织物表面褶皱产生的直接原因是由于织物在针筒内壁的筒径收缩处形成拱起,而拱起产生的主要原因是织物筒径与针筒筒径之间出现了矛盾。3.2.1.织针筒的直径图5示出筒形纬编双轴向衬纱机初期使用的针筒。本文将包括针槽高度在内的针筒最大直径称为针筒的标称筒径,以ϕ筒表示;将针槽内插满织针后,由织针围成的近似圆的直径称为针筒的织针筒径,以ϕ针表示;为了本身刚度及安装的要求,针筒必须有一定的厚度,形成了固定的针筒内壁的筒径,称为针筒的内壁筒径,以ϕ内表示。他们的具体数值列在表1中,其关系为ϕ内<ϕ针<ϕ筒,这3个筒径的数值是在设计制造针织圆机时就确定下来的常数。3.2.1.物的长度和衬入长度从织物结构(见图1)可以看出,纬纱以伸直状态存在于织物中,织物在某横列的宽度就是该横列中的纬纱长度值,因此筒形双轴向织物的周长就是纬纱绕针筒旋转1周的衬入长度值。编织时,纬纱沿着针筒的切线方向从针背衬入(见图2),当三角座围绕针筒旋转1周时,纬纱也会依次紧贴着每根织针的针背衬入1周,由于高性能纤维在输入张力条件下的伸长率很小(几乎为0),使得纬纱沿针背旋转1周的衬入长度近似等于以针筒织针筒径为圆的周长,即ϕ物≈ϕ针。不难看出,ϕ物≈ϕ针这个结果是织物的结构和材料要求决定的。3.2.1.筒形纬编双轴向织物的伸长比机器针筒的结构决定了ϕ内<ϕ针,通过表1可以计算出以内壁筒径为圆的周长比以织针筒径为圆的周长小6.3cm。织物的结构要求决定了ϕ针≈ϕ物,通过表1、2可以计算出筒形双轴向织物的周长仅比以织针筒径为圆的周长小0.5cm。由此可以推导出ϕ内<ϕ针≈ϕ物,即在筒形纬编双轴向高性能纤维织物的编织过程中出现了织物筒径大于针筒内壁筒径的矛盾,利用计算结果可以进一步计算出该筒形双轴向织物的周长比以内壁筒径为圆的周长大5.8cm。多出的5.8cm织物由于没有足够伸展的空间,只能沿针筒内壁分散开,形成规律性的拱起,见图4(a)。3.2.2集群线圈的形成和收缩3.2.2.织针“定位”作用的弱化由于针筒厚度的原因,任何以针筒形式编织的针织机都存在ϕ内<ϕ针的情况,但对于单纯线圈组成的筒形针织物来说,却不会出现ϕ内<ϕ物的问题,其原因是由于织缩的存在。针织物在编织时,每枚织针上都挂有1个线圈。这时由这些线圈形成的织物筒径应该近似等于ϕ针,在织针的“定位”作用及受编织成圈时针槽壁厚度的影响,这些线圈形状是圈柱短,沉降弧长,相邻2个线圈的间隙≥针槽壁厚度。这样的线圈从织针上脱圈后,很不稳定,随着织针“定位”作用的消失及在织物纵向牵拉力的作用下,每个线圈的沉降弧向圈柱转移,使线圈被拉长并相互靠近,形成了针织物的织缩,见图6。由于针槽壁厚度的总和约占针筒以标称筒径为圆的周长的40%,因此,纯线圈针织物织缩一般为30%,形成的织物筒经比ϕ内小很多。例如:采用表1所示参数的圆形纬编双轴向衬纱机,使用167dtex高强涤纶长丝编织的纬平针织物的筒径仅为10.8cm。因此缩小的针筒内壁对纯线圈针织物的编织没有影响。3.2.2.绑制织缩力的影响由纯线圈组成的筒形针织物,由于织缩的存在,会造成ϕ物<ϕ内;在筒形纬编双轴向高性能纤维织物中,由于织物结构的要求,却出现ϕ内<ϕ物的情况。在正常编织时,虽然纱支粗、刚度大的衬纱能够将捆绑线圈支撑起来,阻止了织缩的发生,但由捆绑线圈的织缩所产生的收缩力却始终存在,这种收缩力有使纬纱弯曲的趋势。从针床筒口到牵拉辊的牵拉区间内,织物的捆绑线圈延纵向受到的拉伸后,就会延织物的横向产生收缩力。如果让牵拉的力量大到使捆绑线圈的收缩力大于纬纱的挺直刚度时,就会造成纬纱在织物上发生弯曲。在牵拉时,由于与布撑成45°角的4个位置牵拉力最大,因此纬纱在此处最容易发生弯曲,织物在此处形成拱起的密度最高。捆绑线圈的织缩是造成织物在针筒内壁处起拱的次要原因。3.2.2.织缩的发生是造成织物出现开展开展针织非织物纬纱在拱起处发生弯曲,使捆绑线圈的收缩力得到释放,并在拱起处从织物中窜出,捆绑线圈的沉降弧向圈柱转移,在织物表面出现图4(b)中的褶皱等情况,因此,织缩的发生是造成织物产生褶皱的原因。4针筒防侧开展起拱起毛起毛织缩从上述对圆筒形纬编双轴向高性能纤维织物在编织时起拱、起皱原因的分析可看出:织物筒径大于针筒内壁筒径造成了织物在针筒内壁发生拱起,拱起又引发捆绑线圈发生织缩并导致在织物表面产生褶皱。要解决起拱、起皱问题需要从2方面入手:1)使织物在针筒内壁有足够的伸展空间,避免ϕ内<ϕ物情况的发生;2)严格控制织物的卷布张力和卷布量,避免捆绑线圈织缩的发生。为此,本文采用曲线针筒内壁的方法和间歇式感应卷布方法对上述问题进行有效的控制。4.1针筒壁的设计4.1.1针筒体的长度大小在同心的2个圆中,内圆的周长肯定小于外圆,如果要使内圆的周长大于外圆,唯一的方法就是将内圆的圆弧线迹改变为按一定频率波动的曲线,使内圆的线迹长度增加,达到针筒内壁形状的周长大于以织针筒径(织物筒径)为圆的周长的目的。4.1.2波动波动曲线针织针筒的设计根据编织需要,设计出的曲线针筒必须符合以下要求:1)曲线针筒内壁的轨迹长度大于针筒以织针筒径为圆的周长;2)曲线的形状应该光滑、连续;3)曲线的波动频率与纬纱的刚度相适宜,使织物能够沿曲线的形状贴覆在针筒内壁;4)将针筒底部的安装螺孔保留在波动曲线的波峰处;5)针筒内壁波谷处的刚度不能受到影响。4.1.3织物的长度图7(a)为按要求设计的针筒内壁的曲线轨迹,经制图计算,该曲线的轨迹长度为57.5cm,大于以织针筒径为圆的周长1cm。图7(b)为经过线切割技术加工后的曲线针筒,将其应用于表2工艺试验发现,织出的织物能够沿曲线形状平滑地贴覆于针筒内壁,起拱现象完全消失,见图7(c)。4.2感应系统的维护图8为间歇式感应卷布机构的传动及电路控制机构示意图。其工作原理:1)从表1的机器参数可知,三角座每旋转90°(0.5~2s),就会完成1个横列的织物编织(实际上是每路完成了1/4横列);2)将4个感应磁铁均匀地安装在衬纬机构的转盘上,机器每转过90°就会感应安装在机架上固定不动的霍尔开关1次;3)霍尔将感应信号传给单片机,并根据输入设定向驱动器发出的脉冲数(0~99);4)驱动器根据设定的步距角(0.036°~0.9°)和接收到的脉冲数控制步进电动机在很短的时间(20ms)内完成转动;5)步进电动机带动卷布辊转过1个横列需要的角度(0.036°~90°)。编织时,机器每编出1横列,卷布辊就会立即动作一下,但在这1个横列的编织过程中,卷布辊却不动作。通过这种间歇的卷布方式使每横列卷布量