多综眼综丝三维织造方法探究

胡雨　裴鹏英　龚小舟

摘要：三维织物在厚度方向上的延展受到限制，主要原因是当采用单综眼综丝织造时，多层经纱需要在近似同一水平线上穿入筘隙，并且上下交错进行织造，易造成经纱拥挤。为了克服这一难题，采用多综眼综丝织造三维织物，研究其上机工艺及方法；使用重力挂钩控制每一层经纱的张力，并对其提综顺序进行了设计。成功制备出三维织物，验证了用4综眼综丝制备具有6层经纱的正交角联锁结构织物的可行性；同时发现，织造的织物上、下表层经密均为其余经纱层的一半。该织造方法可为多梭口织造关键技术研究提供参考。

关键词：多综眼综丝；三维机织物；正交角联锁结构；多梭口织造

中图分类号：TS515

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2017）05-0019-04

Abstract：The expansion of thickness of threedimensional fabric is limited. This is mainly because if singleeyelet heddle is adopted for weaving， multiple layers of warp must penetrate into reedslit approximately at the same horizontal line， and stagger up and down， which is liable to affect smooth moving of warps. To overcome the difficulty， this paper is intended to research the loom technology and method of weaving threedimensional fabric with multieyelet heddle. To this end， gravity hook was employed to control the tension of warps， and the shedding order was designed. Threedimensional fabric has been successfully made， which verifies the feasibility of weaving 6layer fabric with orthogonal angle interlocking with 4eyelet heddle； meanwhile， it is found that the warp density of the top and bottom layers of the threedimensional fabric are only half of the rest layers. The achievements from this work can provide useful experience for research on key technology of multished weaving.

Key words：multieyelet heddle； 3D woven fabric； orthogonal angleinterlock fabric； multished weaving

織物三维化是当今纺织新产品的潮流。从20世纪中期人们就开始利用玻璃短纤和连续长丝作为复合材料的增强结构，在几十年时间内，三维织物在复合材料产业的推动下发展迅速。与普通织物相比，三维机织物立体构造多样化、形状可设计性高、结构稳定。经过复合工艺加工的三维复合材料又兼具成型工艺优越、制作成本相对低、厚度实现优良、性能拓展性强等优点，在航空航天等诸多领域已逐步取代层状复合材料，成为复合材料领域新的研究焦点。由于这种复合材料在减重和机械性能方面的优势，其需求量日益增长，受到越来越多终端用户的青睐。然而，现有普通织机（单综眼综丝）织造的三维机织物，其织物厚度和织造效率尚存在很大的局限性[1]，普通织机上织造厚度与所需综框数成正比，织造时综框提综高度从后往前逐渐增加，综框数越多提综高度越大，纱线张力可控性越差，同时普通织机一次提综只能提起一页综框，引入一根纬纱，效率偏低。为了克服这些缺点，本文在多综眼综丝织机相关研究的基础上，探索采用这种新型纺织机械织造三维机织物的工艺方法。

1多梭口织造原理

多梭口织布的方法最早由Combier[2]提出，他使用有两个纱轴控制的两组经纱来满足送经量的要求，在织布的过程中形成两个梭口，同时引纬。王光华[3]逐步扩大梭口的数量，并增加了剑杆的数量。

多梭口区别于普通单梭口织造，在一根综丝上安置有多个综眼（图1），在织造过程中综框每次开口可形成多个梭口，同一根综丝上的多层经纱可以在垂直面上依次排列[4]，并在筘隙中按从上至下的顺序分层排列，以缓解织造过程中经纱在筘片间的拥堵状况。另外，应用多综眼综丝，可以使经纱上下间隔排列，有效地减少纱线之间的磨损（图2）。理论上，当采用多综眼综框织造时，每一页综框应具备n个（n=综眼数-1）提起高度，可以形成2n-1个梭口，这样的开口方式可以完成很多经纱交织复杂织物的织造要求[5]。当采用多综眼综框进行织造时，与之相匹配，通常须采用多剑杆进行引纬。多剑杆引纬不仅能提高三维织物的织造效率，而且对纬纱的密度和排列也有极大改善[6]。由于多根剑杆同时引入纬纱，可以使纬纱在同一个垂直平面重叠排列，当配合有效的打纬时，可以织造严格意义上的三维织物或多种2.5维织物。当织物从平面的二维向立体的三维结构发展时，其内部各层间经纱的形态会有所差异，有些呈现出笔直硬挺形态，有些则呈现出弯曲交织形态，而且每层经纱的弯曲程度会有所不同（即三维机织物各层经纱的消耗量具有差异）。因此，在织造三维织物时，通常先将具有相同送经量的经纱分类，然后穿于同一页综框中进行织造，采用分层送经的方法，每一层经纱由单独的张力控制器进行调整，确保每一次开口时经纱张力均匀，开口清晰[79]。另外，根据文献报道，多综眼综框的升降动力可由空压机提供，调节空压机的功率可以控制综框的提起加速度[10]。本文采用新型多综眼综框织机进行实验，对具有正交角联锁结构的织物进行试织。

2实验

2.1原材料及设备

正交角联锁结构织造实验所采用的纱线为涤棉纱，纤度为50 tex；使用的织机小样机为多综眼综丝三维织机，供应商为江苏通源纺机有限公司。

2.2组织设计

实验采用多综眼综丝，利用其中4个综眼试织具有6层经纱的三维机织物，这种织物被称为“正交角联锁”结构，其经向截面示意如图3（a）所示。在图3（a）中，标注为1—8的弯曲弧线为经纱，图3（b）中，标注字母A—E和字母a—e圆圈的为纬纱。由于此织物最上、下两层和中间层所交织的经纱根数有所差异，理论上中间层的经密应该为上、下层的2倍。在经密设计过程中，将上、下两层的经密设定为40根/10 cm，中间层为80根/10 cm，每筘2（根/层）×4（层）=8根。

与此织物相对应的组织图、穿综图和纹板图分别见图3（b）、（c）和（d）。在穿综过程中，将图3（a）中的1、2、3、4号经纱从上至下一一对应穿入第一页综框的第一根综丝的4个综眼上，然后将5、6、7、8号经纱依次从上至下分别穿入第二页综框的第一根综丝的4个综眼上，后续穿综依此循环。根据经纱位于纬纱上方标记为“X”的规律，其组织图见图3（b）。采用顺穿法，其穿综图见图3（c）。图3（d）为此次织造的纹板图，图纸标记“I”和“II”分别表示第一、二页综框，图中标记“2”表示一次提升2个综眼高度。本次织造的提综规则采用平纹组织11纹板。

2.3上机工艺

实验中所采用的上机流程为：经纱准备→穿综→穿筘→调整经纱张力→纬纱准备→输入上机参数→织造。采用两页综框，手动引纬进行织造。所采用的钢筘筘号为40，总经根数为400根。

在穿综时，首先将经纱分为4层，先从第一页综（图4中的Ⅰ）的第一根综丝自上而下依次穿入第1、2、3、4号综眼；然后穿入第二页综（图4中的Ⅱ）的第一根综丝的第5、6、7、8号综眼；最后将第一、二页综框上1—8号经纱全部穿入同一筘隙。

在提综时，第一次将第一页综框提升2个综丝眼高度（图4（b）），这样可以形成5个梭口，实际经纱提综图见图5（a），5根经纱A—E引入梭口；第二次提综时，第一页综框回复原位，第二页综框提升2个综眼高度，此时引入纬纱a—e（图4（c）和图5（b））。

3结果与分析

通过对多综眼织机的试织，成功织出了符合设计的“正交角联锁”结构的织物，织物的尺寸为25 cm（长）×20 cm（宽），如图6所示。

在整个织造过程中发现：

a）该结构在不同层的经密不同，表层和底层的密度为中间层纱线经密的一半，纬纱各层的纬密均匀一致；

b）该新型织机的提综高度远远大于单综眼普通织机，因此必须采用强力较大的纱线进行织造，以避免纱线形状的突变所产生的折断现象；

c）在整个织造过程中经纱的牵引长度较大，所以需要施加适合的张力以保证织造过程中经纱伸直；

d）综丝眼间的间距直接影响梭口的大小，过大会导致提综时经纱断裂，过小则开口会严重不清晰，综眼间的距离有待进一步优化；

e）当采用多综眼综丝织造时，钢筘的高度也做了相应的增加以保证最上层经纱可以顺利地通过钢筘进行织造；

f）如果采用多根引纬器同时引纬，则在设计引纬器位置时，要保证相邻引纬器的间距等于综眼间距，以保证每根引纬器可从相应梭口正中间顺利通过；

g）该织机的动力系统使用空压机气动传动，空压机功率不宜过大，否则提综时综框的加速度大，经纱的形状变化快，受力强，易折断。当使用综框数量或提综高度不同时，空压机的功率都应做相应的调整。

4结语

通过采用四综眼综丝试织具有6层经纱的“正交角联锁”结构三维织物，结果发现采用这种多综眼、多梭口的方式可以成功织造这种结构的织物，实际织物的结构与理论设计相符。在试织过程中也发现，这种新颖的织造方式仍有很大的发展空间，如对经纱张力控制的合理改善、提综动程精准度的进一步提高等。这种多综眼、多梭口的织造方式在未来的三维机织物织造中将起到不可替代的作用。

参考文献：

[1] 李刚，郭兴峰，刘兰芳.三维机织物的设计与织造[J].陕西纺织，2008，77（1）：41-43.

[2] COMBIER， C M. Woven multilayered textile fabric and attendant method of making： US，4748996[P]，1988-06-07.

[3] 王光華.用于复合材料的三维立体织物及其织造方法：CN，96122972.1[P].1998-05-27.

[4] 杨彩云，李嘉禄.复合材料用3D角联锁结构预制件的结构设计及新型织造技术[J].东华大学学报（自然科学版），2005，31（5）：53-58.

[5] 刘健，黄故.多剑杆织机三维织造研究[J].上海纺织科技，2005，33（2）：8-9.

[6] 韩斌斌，王益轩，路超，等.三维织机开口机构的设计[J].纺织器材，2015，42（1）：12-15.

[7] 柳宝琴.基于多剑杆织机的三维织物织造工艺研究[D].上海：东华大学，2014：9-12.

[8] SODEN J A， HILL B J. Conventional weaving of shaped preforms for engineering composites[J]. Composites Part A： Applied Science & Manufacturing， 1998，29（7）：757-762.

[9] 薛进，李毓陵，陈旭炜，等.多眼综织造的纹板图设计[J].产业用纺织品，2013（12）：9-12.

[10] 郭兴峰.三维机织物[M].北京：中国纺织出版社，2015：183-193.

（责任编辑：张会巍）