芳纶高强聚乙烯纤维三维立体织物的试验研究

孟　碧，谢光银

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

芳纶高强聚乙烯纤维三维立体织物的试验研究

孟碧，谢光银

(西安工程大学，陕西 西安 710048)

文章采用双经轴织造的方法来控制各层经纱张力的不同，通过上机组织图及织造参数的设计，在普通小样织机上织造了三种不同的三维立体织物，并对织造中需要注意的问题进行了分析和总结。

双经轴；组织图；三维立体织物

采用芳纶和高强聚乙烯两种纤维的组合及织物组织图的设计，织造了三种不同类型的织物：三角形截面立体织物[1]、双层间隔型立体织物[2]和三层间隔型立体织物，并对三种立体织物在二维织机上的织造方法及应该注意的织造要点等进行了总结。

1　原料选择

1.1芳纶

芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、质量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而质量仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解，不融化。芳纶被广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。

1.2高强聚乙烯纤维

高强聚乙烯纤维又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是20世纪90年代出现的高科技高性能纤维，是目前公认的三大高技术纤维(碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维)之一。超高分子量聚乙烯纤维外观为白色、相对分子质量极高，主链结合好、取向度和结晶度高，比强度是当今纤维之最，而且密度小、也是唯一一种能够在水面上漂浮的纤维，模量高、抗紫外线，并具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波透射率高、摩擦系数低、抗冲击及抗切割性能突出，以及不吸水、与生物相容性好等特点，使其成为先进复合材料用增强纤维的首选。

2　织物组织设计[3]

2.1织物结构图(见图1～图3)

图1　“三角形”截面的经向结构图

图2　双层间隔织物经向截面图

图3　三层间隔织物经向截面图

2.2织物纹板图(见图4)

图4　织物纹板图

2.3织物穿综方法

三角形截面立体织物和双层间隔织物采用飞穿法，三层间隔织物采用顺穿法。

2.4织物的投纬顺序

三角形截面立体织物：表纬、中纬和里纬采用abcabbc的投纬顺序；双层间隔织物采用ab的投纬顺序：三层间隔织物[4]采用abc的投纬顺序。其中a表示表纬，b表示中纬，c表示里纬。

3　织物参数设计及实物图

3.1织物的织造参数(见表1)

表1　织物织造参数表

3.2织物的实物图(见图5)

图5　织物实物图

4　三维机织物的织造工艺

4.1织造条件

三维织物的织造可以在专门的三维织机上织造,也可以在改造后的普通织机上织造。而本文则是采用两台织机形成两个经轴，通过控制两台机器以获得经纱上机张力的不同(见图6)。

图6　织物上机织造实图

4.2织造时注意的问题

(1)由于高强聚乙烯纤维内部静电比较大，所以在整经过程中可以给纱线喷洒适量的水。

(2)整经张力要均匀,否则织造时会造成织造过程中开口不清。

(3)织造中需要采用几个纬管，标上相应的数字，以便正确引纬。

(4)织造时纬纱的张力要适当,张力太大，会使综框不平衡，导致织造困难；张力太小,纬纱不能完全伸直,可能屈曲在织物中,造成织物表面不平整。

(5)由于采用普通小样织机织造,因而织物在织机上呈压扁的状态,等织物下机放置一段时间后,才会恢复为所设计的三维结构。

5　总结

通过实验证明，采用合适的织造方法可以实现在普通二维织机上织造不同类型的3D立体织物[6]。根据不同的用途，选择不同的原料及设计不同截面的形状, 采用合理的织造方法,可以织造出各种不同样式的三维立体织物。三维立体机织物作为新型的复合增强材料, 应用领域广阔, 前景良好, 也是开发新型纺织产品的一个发展方向。

[1]谢光银,沈兰萍,赵雪曼,等.布基一塑料混生高发泡复合材料基布开发[J].纺织学报,2003,24(3): 189—190.

[2]曹海建,钱 坤,李鸿顺.2.5D机织复合材料的设计与织造[J].上海纺织科技,2009,37(1):12—18.

[3]顾平.织物结构与设计学[M].上海：东华大学出版社，2004.

[4]顾平.间隔型三维机织物织造原理与上机条件[J].南通纺织职业技术学院学报(综合版),2007,7(4):1—3.

[5]祝成炎,申小宏,李艳清,等.组合式3D机织增强复合材料的树脂的渗透性研究[J].纺织学报,2005,26(4): 21—23.

[6]董敬贵，张爱华.有梭织机织造窝状三维织物的设计与织制[J].山东纺织科技，2005，46(5)：23—25.

Research on 3D Fabric of Kevlar and High-tenacity Polyethylene Fibre

MengBi,XieGuangyin

(Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048，China)

The double beam was used for controlling the tension of the warp.With design of the structure and the weaving parameters ,three kinds of 3D fabrics was made by using the weaving machine.At the same time, the most important weaving problem of the fabrics was analyzed and concluded .

double warp beam;fabric weave diagram;3D fabric

2015-06-02

孟碧(1990—)，女，陕西西安人，硕士研究生。

TS105.1

A

1009-3028(2015)05-0005-03