三维纬编针织物在电脑横机上的编织工艺及其力学性能研究 68页

东华大学硕士学位论文三维纬编针织物在电脑横机上的编织工艺及其力学性能研究姓名：张传德申请学位级别：硕士专业：纺织工程指导教师：龙海如;王文祖2003.1.5 三维纬编针织物在电脑横机上的编织工艺及其力学性能研究摘要n＼三维织物是在传统平面织物的基础上于近30年发展起来的一种，一j＼三维多向立体结构织物。现已广泛应用于航空航天、汽车工业、土木工程、建筑、医药与体育等许多领域。而当前纬编三维针织物有两种类型：三维纬编叠层针织物和三维全成形针织物。但三维叠层织物的研究以及在电脑横机上如何编织三维纬编针织物国内还没有人进行较为全面的编织研究。本课题的主要工作就是探讨研究三维纬编针织／物在电脑横机上的编织工艺及其力学性能。)／I论文首先阐述了三维纬编针织物的概念及其分类，并着重介绍了其应用情况，同时对电脑横机的特点和三维成形可能性作了详尽的解释，另外也简单提及了STOLL电脑横机的花型设计步骤。在电脑横机上编织三维叠层织物，作者主要研究了两种织物的编织工艺，即由交叉线或织物层将两片独立织物连接起来的结构，而且．共用了三个例子来探讨研究它们的编织工艺，主要涉及以下几个方面：织物组织种类的选择，不同横列间的tI}列方式，导纱器的选择及排列，诸多编织工艺参数的选择，织物的外观表面特点，影响编织可靠性和产品结构与性能的因素，以及相应的工艺优化方法等。接着作者还就如何在电脑横机上编织三面夹层织物进行了研讨。，l探讨研究三维全成形织物在电脑横机上的编织工艺部分中，首先介绍了三维全成形的横机编织原理和方法。三维全成形织物编织的关键是把三维结构转化为二维图样，并根据展开的二二维图形准确确定收放针过程，使编织的织物完全符合所希望的几何形状。所以作者利用了其最有效、应用也最多的一种成形编织方法一一收放针方法进行了几种全成形织物的编织工艺研究。这些全成形织物有筒管状针织物、盒形针织物和球形针织物，并对每种织物的编织特点以及工艺优化方面作了详尽的分析，尤其对提高织物均匀性方面提出了较为可行的改 善方法。作者还研究了三维叠层织物两种最主要的力学性能一一拉伸性能和顶破性能，通过大量的测试得到并分析了三维叠层织物的拉伸性能和顶破性能特点，以及影响织物这两种力学性能的因素。同时，还就编织工艺中不同大小的循环单元对织物力学性能的影响进行了探讨和分析。这些研究将有助于今后进一步改进生产工艺，提高织物性能。最后，作者作了一些总结，并指出了需要进一步深入和完善的研究工作吖，关键词：电脑横机、叠层针织物、鼍删针织物、编织工艺、拉伸性能＼ Studyontheknittingtechniquesofthree—dimensionalweftknittedfabricsoncomputerizedflatknittingmachineandtheirmechanicalperformancesAbstract3D(three-dimensional)fabricisakindof3Dmulti-orientationstructuredevelopedforoverthirtyyearsbasedonconventionalfabricsToday，theapplicationsof3Dfabricsaretakingplaceinaerospace，automobileindustry，civilengineering，construction，medicineandsportsetc．Now，thetypesof3dweftknittedfabricsinclude3Dsandwichknittedfabricsand3Dshapedknittedfabrics．However，thestudyof3Dweftknittedsandwichfabricsandtheknittingtechniqueof3Dweftknittedfabricsoncomputerizedflatknittingmachinehasn’tbeendoneroundlyinchina．Sothemaintaskofthesubjectistostudytheknittingtechniquesof3Dweftknittedfabricsoncomputerizedflatknittingmachineandtheirmechanicalperformances．Thisthesisfirstlypresentstheconceptandthetypesof3Dweftknittedfabricsandemphasizestheirapplications．MeanwhiIe，thecharacteristicsofcomputerizedflatknittingmachineandthefeasibilityoftheknitting3Dfabricarealsodescribedandexplained．Inaddition，theprocessofdesigningpatternonSTOLLcomputerizedflatknittingmachineisintroduced．Ontheknittingtechniqueof3Dweftknittedsandwichfabricsoncomputerizedflatknittingmachine，twokindsoffabrics，i．etwopieceofindependentfabricsconnectedbycrossthreadsandtwopieceofindependentfabricsconnectedbyfabriclayers，arestudied．Threeexamplesareillustratedtostudytheknittingtechniques，whichincludeafewaspectsasfollows：thetypesofthefabricstructures，thecollocationofdifferencerows，theselectionoftheyarnfeeds，theset-upofthetechniqueparametersetc．Theappearanceofthefabricsandthefactorsofeffectingthefabricappearanceandperformancesareanalyzed，andhowtoknitthetriplefacedsandwichstructureisalsoexploredInthepartofstudyontheknittingtechniqueof3Dweftknittedshapedfabricsoncomputerizedflatknittingmachine，theprincipleandmethodof knitting3DshapedfabricsontheflatmachineareintroducedfirstlyThemaintechniqueof3Dshapedfabricsconsistsintransferringthe3Dtheoreticalforminto2Dpattern，anddeterminingthefashioningoperation(increasingordecreasingthenumberofneedles)accordingto2Dpatterns．Sobythesetechniqueswediscussandstudytheafewkindsof3Dweftknittedshapedfabricsincludingtubularformsoffabrics，boxformsoffabricsandsphericalformsoffabricsThecharacteristicandthetechniqueoptimizationofeachfabricareanalyzedthoroughly．Especially，atechniqueisadvancedtoimprovetheappearanceaniformityofthefabrics．Intheresearchonthemechanicalperformancesof3Dweftknittedsandwichfabrics，thetwomostmechanicalperformances，thetensileperformanceandtheburstperformance，arestudied．Bylargenumbersoftesting，wegetandanalyzethecharacteristicofthetwomechanicalperformances．Thefactorsaffectingtheperformancesarealsoanalyzed．Atthesametime，theinfluenceofthesizeofstructurecycleunitonmechanicalperformancesisdiscussed．Theworkwillbehelpfultoimprovingboththetechniquesandthefabricperformancesinthefuturestudy．Attheendofthisthesis，wedrawsomeconclusionsandpointsometaskinmoreresearehZhangchuande(TextileEngineering)Directedby：ProfessorLongHairu，WangWenzuKeyword：computerizedflatmachine，sandwichknittedfabricsshapedknittedfabrics，knittingtechniques，tensileperformance 第一章绪言第一章绪论1．1三维织物的基本概念及应用三维织物是在传统平面织物的基础上于近30年发展起来的一种三维多向立体结构织物。这种织物主要是为适应产业工程的应用需要条件下而发展起来的，尤其在增强复合材料方面的应用。三维织物的发展可追溯到19世纪，当时有些多层结构的织物被用作橡皮传送带。但是，三维纺织复合材料在工程上的应用始于上世纪60年代，当时用来制作航空飞机的零部件与其它结构，以使能在极高温度的环境条，，—、件下经(剧起多向应力作用。今天，这种结构与高性能纤维结合所开发的性能优异的先进复合材料己广泛应用于航空航天、汽车工业、土木工程、建筑、医药与体育等许多领域，成为当代新材料领域研究与开发的方向之一【1112】。三维针织物是三维织物的一种，简单说就是采用针织技术来织造的三维织物，因此三维针织物包括经编三维针织物和纬编三维针织物。本课题将主要进行纬编三维织物的编织研究。当前纬编三维针织物有两种类型：三维纬编叠层织物和三维全成形针织物。(1)三维纬编叠层织物三维纬编叠层织物是三维纺织品的一种，在该制品中两片独立的织物结构通过纱线或织物层结合在一起。这种织物也称为双面织物，一般用来制作天鹅绒织物。在这类织物中交叉线连接起来的三维叠层结构可被切割分成两块天鹅绒织物⋯[31141。当用作增强复合材料时，整体化的三维纺织叠层结构复合材料具有高冲击力、高抗脱层强度、高硬度、高强度、低重量。近年来，三维叠层织物一直用作泡沫层压制品的替代品，用在汽车上尤其多[51。(2)三维纬编全成形织物三维全成形织物是按照立体产品设计方法设计并编织的具有一定厚度和所要求形状的针织结构材料，可形成球体、盒体、锥体、管状、 第一章绪南三通等各种结构形状。这种织物可以作为复合材料基材加强物或一些小型成型构件，如缆线支持物等。现在各国都在开发不同的三维纺织工艺，应用于产业用纺织品领域，如美国、法国、日本、德国的三维织物大多采用机织或编织技术，而采用针织技术尤其是横机生产的仍然比较少。长期以来，用横机编织产业用织物被认为是不适宜的，因为其成本高且类似结构也能在其它针织机上编织，但新一代电脑横机改变了这一观念，它展示了一种新的三维结构发展趋势Cq[”。利用电脑横机生产产业用针织物的，目的在于【8】[9]：1．能够编织具有特定工程要求和弹性要求的织物结构，延伸性的大小可根据使用要求通过针织密度和结构组合来控制。2．能够生产适用于最终用途的成形产品，免去了裁剪带来的浪费和损耗。3．能够生产三维全成形结构。由于免去裁缝工序，所以不存在缝线对结构性能的影响。1．2课题的目的和意义长期以来，产业用纺织品一直被认为是一类高模量、低变形、尺寸十分稳定并由延伸性小的高强纤维织成的纺织产品。然而，即使承认针织结构能满足某些产品最终用途，用横机来编织产业用布仍然被认为是不适宜的。新一代电脑横机展示了一种新结构的发展趋势。尤其是它的三维编织技术为针织行业开发产业用纺织品带来了新的机遇和挑战。但目前国内的电脑横机主要作传统用途来用，即用来生产套衫及其它外衣，而用来进行编织三维织物还比较少。一是国内在这方面的技术还不完善，专业技术人员较少；二是由于技术复杂，编织困难，对机器损伤程度也较大。三是由于成本较高，基本还没有产业化。而且目前在电脑横机三维编织技术方面进行的开发和研究仍局限于三维结构的设计与编织方法，而对于产业用三维横机织物结构及性能的特殊要求和产品的设计、生产标准等有待于更深一步的探讨研究。 第一章绪言目前，国外在纬编三维织物的编织方面进行的研究中，对三维叠层织物的编织，讨论的是有关针织编织技术，即如何编织能使其具有三维结构；而在三维全成形织物的编织讨论中最多的是如何把三维结构转换为二维图样，如何收放针，以及连结织物层的织物种类等方面的内容较多。而在这些织物的具体编织上，比如组织上的选择、不同横列间的排列、导纱器的选择等具体设计以及诸多工艺参数的选择上几乎没有提及。而根据所需要的编织技术，大多数三维叠层织物只能在电脑横机上进行编织。只有德国STOLL公司在宣传其电脑横机的优良性能时，提到了几种编织三维纬编织物的可能性和部分样品。在国内这方面的研究中，研究最多的是如何在手摇横机上编织三维全成型织物，而三维叠层织物的研究以及在电脑横机上如何编织三维纬编织物还没有人进行较为全面的编织研究，而据了解，在国内的电脑横机中还没有电脑横机用来编织三维纬编织物。本课题拟将在STOLL电脑横机CMS系列机上利用高强涤纶等原料编织三维纬编产业用织物，探讨三维叠层和全成形纬编针织物的结构和编织工艺，并进一步探讨和研究提高织物三维结构均匀性和尺寸稳定性的技术方法，通过测试与分析织物的力学性能来改进和提高织物性能，以开发出性能更加优良、用途更加广泛的横机三维产业用针织物。1．3现代电脑横机的特点与三维成形可能性横机是一种双针床纬编针织机，传统上用来生产套衫及其它外衣。从20世纪70年代起电子技术在横机上逐渐获得了广泛的应用，电子选针技术、电子程序控制和花型准备系统日益完善，在新一代电脑横机上从产品设计到编织，从送纱张力、换纱、花型变化、组织变化、线圈长度变化到牵拉张力都实现了电脑自动化控制。尤其是电子单针选针技术与新的成圈机件压脚或握持沉降片的使用，使得真正的三维编织成为可能。电脑横机产品也开始由传统的服用领域向产业用品方面拓展¨J。-3- 第一章绪言(1)电子选针技术的完善目前越来越多的横机采用无需机械驱动的、无触点的脉冲发生器，可以消除由触点产生的磨损和噪声，也可在整个编织宽度上达到更加一致的精度。电子单针选针已具备多功位编织技术，且在无方向移圈时具有分针功能。三位编织技术使同一横列中可同时有成圈一集圈一浮线三种编织状态，并且各系统独立。新型的电脑横机上还出现了所谓的五位编织技术，它是在原有的三位编织状态下发展为长线圈成圈一短线圈成圈一长线圈集圈一短线圈集圈一浮线五位编织。同时移圈技术已由单向移圈发展为可同时前后移圈，由受圈一接圈一移圈发展为受圈一接长线圈一接短线圈一移圈的四位移圈技术，织物的组织变化量将以几何级数增加。移圈时采用分针技术，避免了孔洞出现，产生较好的花型立体感。(2)线圈长度控制和动态密度的实现在水平较高的电脑横机上，线圈长度控制几乎达到了随心所欲的程度。可将影响线圈长度的因素分为以下三种。1．由电脑控制织针下降元件的位置，使在一个横列中的线圈具有相同的成圈长度，叫做静态线圈控制。2．在一个编织横列中改变成圈长度可控程序，能使线圈变松或变紧，叫做动态线圈控制。3．有可能精确到每一针来形成较长的线圈，这种线圈长度选择叫做选择性成圈控制，可以和静态线圈控制／动态成圈控制组合使用。(3)握持沉降片技术的采用12】沉降片技术的采用是继在电脑横机上使用压脚技术后的又一大进步。压脚和沉降片两者都起牵拉握持线圈的作用，但压脚作用是一段区域，而沉降片配置在每一针旁边，能很好地控制每一针上的旧线圈和新纱线，这样可以产生三维效应的立体织物，同时利于开袋等全成形编织。当前不少新机型上都配置了沉降片，但配置方式各异，如图1一l所示。德国STOLL公司的机器上配置的是可控沉降片，其片踵受 第一章绪言机头上的一个三角轨道控制。而uNIVERSAL公司的机器上安装垂直沉降片，进入工作时，可封闭针床口，起牵拉握持作用；退出时，织针进行垫纱。空下的针床可以安装其它辅助机件或留下足够的空间使用导纱器。图1一卜a可控沉降片图1—1一b垂直沉降片图1—1沉降片技术示意图总之，具有握持牵拉沉降片、高级的电脑控制、工艺技术和创造力已经成为促进三维成形织物开发的因素。编织物的形状和尺寸变化有极大的范围。电脑横机的以上特点为生产三维织物提供了可能性。1．4横机三维编织技术的应用及其前景1．4．1横机三维编织技术的应用电脑针织横机为三维产业用织物的生产提供了新的可能性，利用横机生产的三维叠层织物和三维中空成形织物不仅可以作为增强材料用于前景广阔的复合材料领域，还可以直接应用于汽车装饰等产业领域[1o川1川21。(1)复合材料领域[2118】【13l针织线圈结构本身的柔曲性使得它能适用于三维模塑部件的加 第一章绪高固骨架材料，甚至可以说其固有的柔曲性可以控制和可调及工程化，以至在模塑和拉伸后，线圈达到某一极限值，可以改善所需材料的强度稳定性等机械特性。横机三维成形织物所具有的这种模塑性织物结构适合于制成拉伸大的模压成型复合材料，该结构复合材料具有良好的抗冲击和能量吸收性能。纺织结构复合材料预制件的成型主要是通过基体浸渍于预制件而实现的。一般包括以下几种方法：(1)树脂传递模塑(RTP)：(2)结构反应注射模塑(SRM)；(3)树脂模非熔法(RFI)。他们都是以浸渍为基础的成型工艺，其中RTM成型技术使用最为广泛，该技术是将成型好的、具有一定形状的预制件放在与之匹配的模具内，然后将模具密封，模具上有注料孔与树脂料罐相连，有排气孔与真空泵相连，用压力泵将树脂注入模具中。使树脂浸透整个预制件，同时将模具中的空气排出。在此过程中需将模具抽成真空。树脂浸满后，将模具注料孔和排气孔封好，并对已注入树脂的预制件进行加热加压固化。RTM固化成型工艺对热固性树脂为基体的复合材料的成型较为合适，而对于热塑性树脂作为基体的预制件的成型，往往由于树脂粘度大、流动性小而浸渍困难或不能均匀浸渍。碳化硅纤维编织的汽车发动机部件是横机三维编织在复合材料领域的一个成功的应用实例，它是一个ROLLS—ROYCE汽车的喷气式引擎发动机的固定部件。横机三维织物还可用于编织各种形状的柔性复合材料管材。当然，作为一种增强材料，横机产品在机械性能上有较低强度和低模量的弊病。与其它纺织结构增强材料相比，横机织物在生产模塑性成型复合材料方面具有优势；而机织物和经编衬纬及多轴向织物在生产刚性骨架增强材料方面具有优势。(2)汽车装饰领域及其它近年来电脑横机生产的汽车座椅套及其它各种成形装饰材料日益引人注目18】。这种全成形三维装饰织物可直接与要求的形状相吻合，既避免了原料的浪费，又省去了缝纫工序，同时还可以充分利用．6． 第一章绪意电脑横机强大的编织功能实现其它针织机很难编织的组织结构与花型，具有良好的经济效益和应用前景。1．4．2横机三维编织技术的发展前景新一代电脑横机三维编织技术展示了一种新结构的发展趋势，为针织行业开发产业用纺织品带来了新的机遇与挑战。随着电脑横机的不断发展和完善，在电脑横机上可以更加方便地编织各种成形三维织物，并不断开发新的用途。目前在电脑横机三维编织技术方面所进行的开发和研究仍局限于三维结构的设计与编织方法，而对于横机三维编织结构在复合材料应用中的进一步的成型工艺及其性能的理论研究、产业用三维横机织物结构的特殊要求和产品的设计、生产标准等都有待于更深一步的探讨和研究，以开发出性能更加优良、用途更加广泛的横机三维产业用织物。1．4．3横机的优点横机上编织产业用纺织品具有其它机器所没有的特点，尤其编织一定宽度和宽度变化的成形织物。横机的特点可概括如下几点【14】[15】【16】：1．当用贵价材料时，避免了裁剪的浪费。2．不需剪裁就可编成两维或立体织物，并可编织成能放插入物的条环、孔眼和管子状结构。3．一个织片上可组合多种编织类型和结构。4．纬纱可圈需要垫入。5．取消了织物的缝合(例如编织盒子)。6．改善织物的弯曲或悬垂性。当嵌花引入成形织物时，生产出高质量的纺织品。7．可根据不同花型选用不同材料。8．可利用全成形编织生产间隔织物、托垫织物、衬里或过滤织物。9．编织网状织物等等。 第一章绪言1．5STOLL电脑横机简介电脑横机的型号规格很多，而我国引进较多的是德国斯托尔(STO[．L)公司的CMS系列电脑横机。德国STOLL公司制造的CMS系列电脑针织横机显示了针织结构与设计技术同引用的传统概念的完美结合。新型的舌针和牵拉沉降片扩大了编织设计的范围。尽管三角系统的性能无比先进，但其结构却非常简单。1．5．1CMS系列屏幕式控制全自动电脑针织横机的主要编织机件及其三角系统(1)舌针作为新一代电脑横机，CMS系列首次选用具有弹性负载针舌的舌针。这种舌针与普通舌针相比，针舌销带有弹簧，在闭口和开口最大位置有一段弹性运动。在退圈时，当旧线圈打开针舌，处于针舌上时，整个针舌沉入针舌槽里，旧线圈不受扩张作用，以减少退圈时的纱线张力。当线圈从针舌脱下时，针舌由于弹簧作用自动上抬，回到开启位置，避免旧线圈或松弛的大线圈套到针舌上，同时这种结构也可以在生产多列集圈时，确保所有纱线停在针舌下并关闭针舌。当脱圈后，针舌处于半开启位置，这种位置能很容易地进入送圈织针的移圈簧中接受线圈，并能方便地打开针舌而无需其它机件帮助。这种舌针对减少疵点、提高产品质量十分有益【"】。(2)沉降片沉降片位于针床齿口部分的沉降片槽中，并配冒在两枚针中间，如图卜1一a。两个针床上的沉降片相对排列。当织针上升退圈时，两针床上的沉降片闭合，握持住旧线圈的沉降弧，防止旧线圈上浮。这种形式的沉降片可起到牵拉和握持的作用，其作用和效果比早期的压脚要好。对于在空针上起头、成形产品编织以及连续多次集圈或不编织而形成的立体花型的编织十分有益。(3)三角系统机头内可安装1至多个编织系统，对于四个以上系统，机头可以分成两个或合并为一个。前者可用于同时编织两片衣片。每个系统的工作是独立的，且工作与否取决于编织工艺和程序设计。1．5．2机器控制台：触摸式控制，全中文操作系统 第一章绪言(1)触摸控制技术--TC[18】先进的触摸控制：目前STOLL公司所有CMS系列横机均采用世界上最先进的触摸控制技术。屏幕显示采用国际通用的图形标志来表示各个菜单，屏幕还清晰地显示当前的编织状态。(2)先进的图案设计系统【19】[20]其sIRIx全自动花样设计系统应用了亲和性极高的视窗界面操作系统，其图样程序使用操作人员的语言。对于全成形编织，sIRIx程序更容易编制生产全成形针织衣片的程序。只将衣片形状放在已有的图样上，可以使用sIRIX程序库中的形状，也可以自己创制。STOLL电脑横机编织三维织物的一个主要特点是可以方便地生产锥形织物和半球顶的圆柱形织物，而无需裁剪缝纫。1．5．3在SIRIX花型系统中，完成一个花型设计的步骤(1)开始首先建立一个新文件包(本身会包含很多子文件)并修改默认的文件包名为你的文件包名，然后把此文件包图标拖到桌面上的JSA程序图标上，接着按照你的要求设定此花型的宽度和高度，此时程序会自动打开一个能够进行画图编辑具体花型的窗口，此窗口不妨称为Jacquard窗口。(2)画图在打开的画Jacquard画图窗口中，根据要求选择适当的画图方式和花型图标及颜色画出适合你的要求的花型图，此时这张图称为0号图。(3)在Jacquard窗口的主菜单Technique(工艺)中调出子菜单JsA(4)机器设置在调出子菜单JsA后会出现一个有关机器设置的对话框。此对话框中的有关机器设置主要有机型、机号、选针区域、起头罗纹程序的选择，还有是否采用FF全成形编织(这里指毛衫全成形，与三维全成形是不同的概念)，是否需要设置文件，纱线的引入方式以及编织程 第一章绪高序的种类等等。同样要根据要求和条件进行合理的设置。设置完毕后，会在窗口左侧出现一个新的设置步骤执行框。(5)顺序执行各设置步骤在设置步骤执行框中，主要有六个步骤，分别为Controliines、FF、Yarl3carrier、PrOCesspattern、Modul、Sil3tral。I．执行“C0ntrOl1ineS”单击ControllineS图标后，会在窗口的花型图部分的左侧多出2i列宽度的控制列，此时可在前7列进行色纱的修改设置，包括色纱的种类数和排列。这步后的花型图称为1号图。2．执行“FF”这一步为可选执行部分，如果在机器设置中选中了FullyFashion，则需要执行此步，否则，则没必要也不能执行。若需执行FF，就要执行相关的很多复杂步骤，由于本课题几乎不需此步，也就不在此赘述了。如果不执行这一步，花型图则由l号图变为2号图。3．执行“Yarncarrier”在做Yarncarrier步骤后，在窗口画图区域的左下角出现很形象的导纱器基本位置的设置，此时可根据要求和机器现有配置进行修改导纱器的基本位置。另外，会在控制列的第21列出现每一横列机头运行方向的图标。这一步后的花型图成为3号图。4．执行“Processpattern”执行这步后，会在控制列的第10列和12列分别出现代表弯纱深度和编织类型的字母，这里也可以进行修改和设定，若在机器设置这步中选取了“uSesetup—file”(设置文件)，则还需在步骤执行框上面的Setup图标进行具体设置。此时的花型图为4号图。5．执行“Modul”模块处理在完全执行完这步后，花型图将扩展，将一些花型模块进行分解处理，这一步后的花型图为5号图，这张图会真正详细地体现机器的具体编织方式和编织过程，是真正的花型编织图，在这张图上可以进行修改花型，所做的修改也是机器的真实编织情况，因此在此张图上 第一章绪言的修改最直接，也最容易被体现。6．执行“Sintral”执行这一步是为了生成相应的编织程序，以便读取到电脑横机上让机器按程序进行编织。这里生成的程序可以根据具体情况进行适当的修改。(6)检验所生成的“sintral”程序的可行性把已经完成的花型文件包或相应程序文件的图标用鼠标拖动到”Sintral—check”程序检验的图标上进行检验并模拟编织，如果模拟成功，则可以把此文件包拷贝到横机上进行编织。若模拟错误，则必须根据错误提示对花型的设计进行修改，甚至另作花型，直至模拟成功。本课题所用编织设备为一台CMS303型电脑横机，CMS303型属于基础型级别，作为起步机型，最大工作宽度为1270mm，机号为E12。如图1—2所示。图卜2CMS303TC型STOLL电脑横机 苎三童三丝垦星堡塑盟塑望三兰!!翌第二章三维叠层织物的编织工艺研究叠层织物是三维纺织品的一种，也称为间隔织物或双面织物，由两片独立的织物结构通过纱线层或织物层结合在一起。目前三维叠层织物主要用机织与经编技术进行制造。在横机上通过调节针床的间距和组织结构也可方便地织制这类产品，不仅可以制造双面夹层结构，也可以生产三面夹层织物。当用电子针织横机来生产这类织物时，可以考虑两种类型的产品，即由交叉线或织物层将两层独立织物连接起来的结构【1】【21。下面对几种三维叠层织物在电脑横机上的编织工艺进行了介绍、分析和探讨，主要涉及下列几个方面：织物组织种类的选择，不同横列间的排列方式，导纱器的选择及排列，诸多编织工艺参数的选择，织物的外观表面特点，影响编织可靠性和产品结构与性能的因素，以及相应的优化工艺方法等。每种织物均分别采用普通腈纶毛纱和高强涤纶进行编织。这两种纱线的各种性能如表2．1所示，这些指标是通过多次测试或计算并取其平均值而得来的。表2．1腈纶毛纱和高强涤纶的主要性能指标细度断裂强力比强度断裂伸长率腈纶毛纱392(dtex)335．6(cN)0．86(cN／dtex)16．8％高强涤纶1120(dtex)72．14(N)64．4(cN／dtex)20．04％2．1由交叉线连接两片独立织物的结构先来看一个简单的例子，如图2．1所示，所示部分为一个组织循环。图中FB指前针床织针，BB指后针床织针。这种织物由前后两针床上编织而成的两块独立平针织物通过集圈弧线而连接在一起制成三维叠层结构。在针织过程3与4中，当集圈弧线在所有的针上针织时可以获得最大的密度⋯【3】【211。 第二章三维叠层织物的编织工艺研究图2-1叠层织物的制作，通过交叉线将两层织物连接起来其针织过程如下：在前后针床上分别轮流编织一个单面横列，然后在两针床上按lXl编织集圈两次，编织集圈时，第一次参加编织的织针可为前针床的奇数针和后针床的偶数针，第二次则反之。由上图知，在针织过程中，各横列编织步骤并不十分复杂，按过程顺序编织即可。但在电脑横机上，进行设计时却要考虑诸多因素，主要是根据电脑花型设计系统的要求来进行相应的选择。在STOLL花型设计系统SIRIX中，单面编织符号有两种，如吲和吲，若用第一种符号，假如上一横列对应的织针只是在后针床编织，则在编织这一横列前需要把上一横列在后针床编织的线圈先翻到前针床的相应织针上，然后再进行前针床编织，所以多了一个翻针(移圈1过程；而采用第二种符号编织并不需要翻针动作，所以本例只能采用第二种单面编织线圈符号。同样集圈符号也要采用不翻针的集圈编织，但集圈符号只有翻针的一种，因此这儿在Jacquard1号图上不得不采用翻针的集圈，这样在4号图上会多出机器翻针的动作，而4号图的符号真正反映了机器的实际编织动作，为了不发生翻针过程，所以必须在4号图上把有翻针符号的横列去掉。由以上分析知，在编织平针组织时，纱线轮流在前后针床编织，所以编织平针部分的导纱器可以是一把，也可是两把，当要求织物在正反两面有不同颜色或效果时，要选两把导纱器以在前后针床的线圈采用不同的纱线，作者这里选用两把导纱器来编织平针部分。当编织集圈部分时，只需要一把导纱器即可，这里可选用用来织平针部分的一把导纱器，因此本例共用两把导纱器。织物组织中的平针线圈要用不翻针线圈，而集圈需要在4号图上才能改成不翻针集圈。因此，在设计本例花型中，其花型设计的一个编织循环意匠图如 第二章三维叠层织物的编织工艺研究图2—2所示图2-2．a控制列图2-2．b组织循环意匠图图2—2．a为组织图的控制列，与图2-2一b行行对应，控制列中左起第l列为色纱种类，这里有两种，第2列为牵拉wM值控制，第3列为弯纱深度大小NP值，第4列为机头方向。具体编织相应参数如表2．2所示：表2-2织物的牵拉值和弯纱深度值牵拉WM值弯纱深度NP值Z+HI2．O3．O前针床11．110．0辅助牵拉值W+为2后针床11．O10．0用这种方法织成的叠层织物线圈排列紧密，织物较厚实，厚度可达到3mm以上，这种织物外观平整比较光滑，尤其用高强涤纶编织时，织物表面甚至有光泽感；两层独立的平针织物由于被集圈紧密连接在一起，所以两层之间空隙很小，叠层效果不明显，看上去像一块紧密厚实的织物。分析与讨论；编织工艺参数的选取直接影响成形织物的可编性与成品率。1．织物牵拉力与弯纱深度NP值对成形的影响在编织本种织物时，因为所有的选针持圈时间都比较短，只是在编织集圈的两横列中织针没有进行脱圈，所以织针所持线圈受到的积累牵拉力不会太大，编织过程较为顺利，不大会出现线圈被过度拉伸甚至断裂的现象。但主牵拉WM的值也不宜过大，另外，可让辅助牵拉退出工作，以防辅助牵拉辊加剧纤维损伤。 第二章三维叠层织物的编织工艺研究编织时的牵拉值还直接影响弯纱深度NP值的选取。牵拉力较小的情况下，NP值过大，线圈长度过大，线圈容易浮在针床口，从针钩处脱出使织物脱散。NP值过小，当采用拉伸与弯曲刚度都较高的纱线(如高强涤纶)时，线圈退圈、脱圈困难，织针容易受损伤；当采用弯曲刚度较低的纱线(如腈纶纱)时，过小的线圈长度容易使纱线发生断裂。因此NP值的选取以线圈不能从针钩上直接脱出而线圈的退圈阻力又较小为宜。2．纱线性能对织物成形的影响纱线的拉伸性能对成形织物质量的影晌也很大，纱线的拉伸弹性变形和拉伸弹性回复率越大，成形织物的外观质量也越好，因为拉伸弹性变形较大的纤维和纱线在一定拉伸力的作用下产生较大的拉伸变形，从而喂纱量较小；如果纱线的拉伸弹性回复率较大，当外力去除后，产生的拉伸变形能够大部分回缩，线圈收紧，织物表面不宜形成明显的拉长线圈。另外纤维的柔曲性对织物的质量也有一定影响，纤维的柔曲性一般以断裂前弯曲半径的大小来表示，弯曲半径越小柔曲性就越好，纱线的成圈性能也就越好，织物可编织的较为紧密。在实验中，由于高强涤纶柔性较差，弯曲受力时容易发生部分纤维断裂，在编织过程中，线圈受力稍大或受力时间稍长都会可能使纤维发生严重断裂，织物表面线圈被拉长的现象比较严重。纱线的摩擦性能也会影响织物的成圈性能，织物摩擦系数大，退圈和脱圈时纱线与织针以及纱线之间的摩擦力就大，纱线的转移也困难，所以成圈时就会对织针和纱线的损伤就厉害，并且影响成圈的顺利性，从而影响织物成圈质量。前面提到，这种织物的两层独立的平针织物层由于被集圈紧密连接在一起，所以叠层效果不明显。为了改善这种状况，可考虑增加一个组织循环中平针的数目或增加集圈长度或两者相结合的方法。增加一个组织循环中平针数目，能够在织物纵向上加大平针部分的长度，这样两层独立平针织物之间不会处处被集圈紧密连接，从而在不被连接处易出现较明显的叠层效果。但是，若连续平针数目过多，就会使 第二章三维叠层织物的编织工艺研究织物纵向强力降低，同时也有厚度不均匀的现象，增加循环的数目不宜过多，作者在使平针数由一次(指前后针床各一次)变为二次或三次使，效果最好，即叠层效果比较明显，而且织物厚度也还均匀。至于增加集圈长度，若增加过多，则编织时集圈由于所受相对牵拉较小而容易从针钩中脱出；而且这种方法对增强叠层效果也不明显，因为编织集圈时，集圈长度的变化范围并不大。使用针织横机生产此类织物的局限是两层织物结构之间的空问距离是依据两台针床之间距离而定的，在大多数情况下，这个距离是有限的。要使夹层织物之间有较大的空间，一个解决办法是使用不同的织物层作为连接元素【11。2．2用织物层来连接两层独立的织物在针织横机上也能通过织物连接两层独立的织物。这时，针织技术不只是取决于起连接作用的织物结构，也取决于连接方向。连接层与两层独立织物的方向可以是垂直的倾斜的或其它形式的，不管哪一种情况，有移圈的针织或无移圈的针织技术都能用上。所谓有无移圈是指一针床全部或部分织针上的已有线圈有没有转移到对面针床相应织针上的现象。下面分别介绍一种没有移圈的针织技术和有移圈的针织技术。2．2．1没有移圈的针织技术【1113】首先以三维叠层织物中的一种为例，用的是生产三维矩形芯结构的无移圈针织技术，这种织物是用织物层来连接两层独立的织物而形成具有叠层结构的间隔织物。先看一下这种织物的针织过程图、织物成形步骤图和织物效果图(如图2．3)： 第二章三维叠层织物的编织1二艺研究图2-3-at针织过程图2-3-b织物成形步骤图2·3一c织物效果幽在图2—3一a中，n1，n2，n3分别指相应横列的循环数；图2．3一b中的各字母含义与图2．3一a相互对应。在这一工艺中，成圈过程如下：1．在前后针床上分别编织两块独立的织物Fl和F2，所有的织针都投入工作，织物循环根据需要而定。2．在前后针床上分别织连接织物L1与L2，每个针床的织针轮流工作。织物长度依据两种结构之间所需要的距离而定。3．针织1X1线圈形成筋R，用它将连接织物L1与L2连在一起。4．针织连接织物L3与L4回到C1点与C2点，以便继续进行下一次循环。内层织物的长度同第2步。在电脑横机上设计这种较为复杂的织物编织时，进行设计需要考虑诸多方面因素。先明确一下织物编织用的导纱器数和采用的各种成圈方式的符号。(1)由于织物两边开口以表现其叠层结构，也就是织物相邻横列间(指前后针床编织的单面横列)在两边没有连接，这就要求前后针床织针编织时，至少各需要一把导纱器，在本例中共需要两把导纱器即可。至于哪两把并不重要，主要看现有机器的配置情况。(2)同前面介绍的上例一样，本例也只能采用不需翻针的单面编织线圈符号，即吲和幽。(3)在织物不成圈的浮线处需要用浮线符号，在SIRIX系统中浮线符号有圈、日和日三种，其含义如下：圈表示所形成的浮线夹在 第二章三维叠层织物的编织工艺研究两线圈之间，这两线圈是在前面横列中前后针床上的织针各自编织的；目表示所形成的浮线在已有线圈的后面，比如说，前面横列所形成的线圈若是在前针床的织针上形成的，则在形成浮线之前，先要把前面在前针床针上的线圈翻到后针床相应的织针上，这样在形成浮线时，浮线就会在已有线圈的后面，若已有线圈本来就是在后针床上形成的，则就不需要翻针；刮的意思与目相似。所以至于采用哪一种符号，要根据前一横列相应织针的编织方式，若采用失误，则像前面介绍一样而出现翻针(移圈)动作，这是不希望出现的效果。因此，在设计本例花型中，其花型设计的一个编织循环意匠图如图2-4一b所示：(假设本例nl=6，n2=2，n3=2)J234图2-4-_a控制列图2-4．b组织循环意匠图图2-4一a为组织图的控制列，其含义与上面例子完全相同。另外在编织织物连接层时，由于横列中有部分针不进行编织，但有线圈仍然挂在这部分织针上，所以此时织物牵拉值应大大减少，同时连接层的线圈密度也要减小，防止在编织时由于线圈过大而牵拉较小使编织的线圈乱圈，而这时的编织牵拉主要靠握持沉降片进行牵 第二章三维叠层织物的编织_T艺研究拉。具体编织相应参数，如表2．3所示：表2-3叠层织物的牵拉和弯纱深度值牵拉wM值弯纱深度NP值AYHTI2．8O_8前针床11．010．711．2后针床11．0107112这样织成的叠层织物的叠层效果非常明显，就像效果图上那样，两层织物分离显著，而且中间的连接层与两层独立织物的方向是完全垂直的。分析与讨论：1．循环单元中n1，n2及n3值的影响循环单元的大小取决于n1，n2及n3值的大小，这些值越大，织物侧面方向的立体叠层效果就越明显，nl值的大小决定了相邻连接层的距离，但是，当n2和n3的值较大时，由于对挂有线圈但不参加编织的织针所积累的牵拉力就越大，这些线圈就易被拉长拉断，影响织物成形效果，容易在表面起疵点，而且也使编织越困难。当这些值较小时，织物的编织过程较为顺利，这样形成的织物层连接很紧密，外观上叠层效果不甚明显。一般来说，n1的取值在3．8之间，n2，n3的取值在2-4之间为佳。2．织物牵拉力与弯纱深度NP值的影响在本例中，织物牵拉的大小及其设置对织物的成形质量和编织的顺利性有很大的影响。首先，在编织织物满针平针部分时，所用的牵拉力相对最大，而且也很容易保证编织顺利进行，不会出现成圈时的毛病；而到了编织1隔l平针部分即连接层部分时，所用牵拉应相对小很多，同时线圈大小即弯纱深度NP值也应设定较小的值，因为这时参加编织的织针减半，而且另一半织针上面仍持有线圈，若牵拉力过大，会使这些一直挂在织针上的线圈容易被拉长甚至被拉断，也由 第二豪三维叠层织物的编织工艺研究于这部分牵拉力大大减小，所以这部分的要编织的平针线圈大小应相对减小，要是线圈较大，由于这部分的牵拉较小，所成线圈没有被充分牵拉，这样线圈的成圈质量就受影响，而且很容易造成线圈大小不匀，线圈歪斜等问题，另外这部分的牵拉主要是靠沉降片对线圈的沉降弧进行推动，若线圈过大，则沉降弧较长，沉降片的推进作用也会降低，就会引起织物编织困难。可是，即使编织连接层部分时的牵拉再小，那些挂有线圈但不参加编织的织针仍受到相对较大牵拉，从而这些被挂的线圈长度也较长，从实际织物的外观上也能看出这些横列的线圈也较其它横列的大。还有在编织连接层时，织物在纵向上的长度增加缓慢，这时候最好让辅助牵拉辊退出工作，防止因辅助牵拉的作用而使那些挂有线圈但不参加编织的织针受到过大的牵拉。3．纱线细度对织物成形的影响纱线的细度对本织物的成形影响较大，尤其是对织物连接层能否顺利编织影响更大。在编织连接层时，因为只有一半织针参加编织，另一半针虽不编织，但挂有已形成的线圈，所以此时织物卷取下布速度相对慢许多，这样在两针床开口处会聚集较多的连接层线圈，且容易上浮，织物编织所需的牵拉主要是靠沉降片的推进作用。而且此部分线圈太小弯纱深度又小，这时，如果纱线较粗，就会在成圈时脱圈非常困难，甚至不能脱圈而形成集圈。因此，编结连接层这部分线圈的纱线细度不应该太大。4．纱线张力对织物成形的影响给纱时纱线张力的大小对织物成形也有一定的影响，因为纱线张力的大小直接影响喂纱量从而影响线圈的长度。若采用消极式喂纱，在编织过程中机头往复运动，纱线的张力波动较大，特别在织物的两端，而通常在织物的两端纱线的喂入张力都较小，线圈长度偏大，易形成拉长线圈。但在STOLL电脑横机上，设置了线圈长度测量与调整装置机构，且有纱线张力传感器，使机头往复编织时两端的纱线张力保持平衡，从而有效的改善织物表面。但这儿注意一点，即使采用积极式给纱方式，在编织时，当机头织完一横列要改变方向织下一横 第二二章三维叠层织物的编织工艺研究列时，导纱器应该停留在离布边距离不远的地方，以防在开始编织织物布边时，导纱器释放多余的纱线而使纱线张力偏小。5．工艺优化措施有必要指出这样获得的织物有双连接层，但在连接点C1与c2上，织物的强度并不令人满意。因为只有一半的针用于织连接织物，用这些织针织成的织物两层的线圈纵行在这些点上被中断了，外观也受影响。要想改善这种状况，就得减少参加编织连接层的织针数目，比如把有1隔1编织连接层改成l隔2编织，这样织物两层的线圈就只有三分之一的纵行在连接点上中断，只不过这样就会使连接层这部分织物的强度降低。因此，要想更好的改善这种情况，就有必要使用有移圈的针织技术进行织造。2．2．3有移圈的针织技术有移圈的针织技术，不仅可以用单一的连接层制造三维夹层织物，还可以编织织物的两边，并且在连接点上，线圈纵行没有中断。制造矩形芯结构的有移圈的针织技术如图2．5所示，相应的成形针织过程和成形步骤如图所示。图2-5-a针织过程图2-5。b织物成形步骤其针织循环如下It】【3】：1．分别编织两块独立的织物F1与F2，用间隔针在两个针床上编织，如双号针编织F1，单号针编织F2，织物长度n1视需要而定。2．用前针床的全部织针编织一行连接线圈C1(线圈或集圈组织均 第二章三维叠层织物的编织工艺研究可使用，本例所用为线圈)。3．编织连接织物层L，使用前针床上的交替针，比如双号针，编织长度n2视织物两边之间的所需距离而定。4．将连接织物L的最后一行线圈移到后针床的针上，该针床上已编织完第1步，这样，连接织物将织物F1连接到了F2上。5．开始下一轮针织循环。同样在电脑设计这种织物的意匠图时，所遵循的原则基本上同上例一样，下面主要分析一下所需要的导纱器数目及其设置即可。在编织F1与F2部分时，为了使织物两边开口，可选用两把导纱器分别用来编织F1与F2，使所形成的两块独立织物在这里没有连接，在编织C1和L1时，如果所采用的纱线与织F1和F2的相同，也就是说连接层的纱线类型与织物F1、F2的相同，那么可以选用织F1的那把导纱器，这样总共需要两把导纱器即可；若连接层纱线与F1的不同，则再需要另一把导纱器，就总共用到三把导纱器。在C2部分因为只有移圈动作，所以在这一行不需要导纱器。作者在这个例子采用两把导纱器的方案进行织制。下面介绍一下在SIRIX系统中，代表翻针或者说移圈的几个意匠图符号。圈和l习这两种符号表示只把本针床上的线圈翻到对面针床的相应织针上，I妇代表把前针床的线圈翻到后针床上，【习则反之；图和圈表示把本针床上的线圈翻到对面针床的相应织针上后，接着再在对面针床上进行编织，I捌表示把前针床的线圈翻到后针床上，然后再在后针床的织针上进行成圈编织，同样，圈则反之[I91。综上所述，本例花型设计的一个编织循环意匠图如图2-6所示：(假设本例nl=4，n2=31 第二章三维叠层织物的编织工艺研究图2_6．a控制列图2-6-b组织循环恿匠酗与上例同样道理，在编织织物连接层时，由于横列中有部分针不进行编织，但有线圈仍然挂在这部分织针上，所以此时织物牵拉值应大大减少，同时连接层的线圈密度也要减小，防止在编织时由于线圈过大而牵拉较小使编织的线圈乱圈和掉套，而这时的编织牵拉主要靠握持沉降片进行牵拉。具体编织相应参数，如表2．3所示：表2-3叠层织物牵拉和弯纱深度值牵拉wM值弯纱深度NP值AYS2．63．O前针床lO．9辅助牵拉值w+为2后针床10．8图2-7叠成织物实物图用这种方法生产的叠层织物两面比较平整，线圈均匀，织物层和连接层的组织相同，并且如前所述，在连接点上，线圈纵行也没有中断，叠层效果也非常明显，如图2．7所示，只是在编织织物层时，由于是1隔l间隔编织，所以线圈密度同上例比显得较稀疏，织物不厚实。分析与讨论： 第二章三维叠层织物的编织工艺研究在本例织物的编织上，因为织物结构与上例织物相似，所以牵拉张力、弯纱深度等因素的影响也与上例类似。只是在移圈的时候，一是此时的牵拉力大小为0，二是之前在编织被移圈的那个线圈时，应该使这个线圈相对大一点，以使移圈动作能够顺利完成。与没有移圈的针织进行比较，有移圈的针织为三维夹层织物提供了更多的灵活性。移圈操作不仅能容易地将一层织物连接到另一层织物上去，而且通过转移使一半针空了出来。这一点非常重要，因为这些织针能用来编织不同的织物，或停顿一段时间不干扰织针过程的连续性。用这种移圈技术不仅可以在针织横机上制造出双面夹层结构，也可以生产三面夹层织物。下面看一个生产三面夹层织物的例子。在这例中只简单探讨织物的编织过程和其编织设计图。2．3三面夹层织物如图2-8所示织物编织过程图和织物侧面效果图t尝岩岩nlt善揣以：善岩等蛇，：{i“}}≯。针s树*搽鸿s等*n4t替Y卫il"些Y,nz旷}i：{；：：≯。针。s⋯：{：尹}1褂图2-8·a织物编织过程图2-8_b织物侧面效果注：图2-8-b中的数字指示部分与图2-8．a中的数字表示的横列对应其针织过程的一个循环如下：1．在前后针床上分别按2针隔l针的编织方式进行编织两块独立 堕三童—三丝垄生型翌塑塑坠坠三垄竺型的织物。前后针床参加编织的织针号应该错开1针，循环次数为n1。2．在前后针床上分别按1针隔2针的编织方式进行编织两块平针织物。循环次数为n2。3．在第2步参加编织的织针上针织罗纹线圈。循环次数为n3。4．与第2步完全相同。5．后针床左移1个针距，将第4步在前针床上编织的线圈翻针移到后针床上的织针上。6．在前针床上的3、6、9号织针上编织平针线圈。循环次数为n4。7．后针床左移1个针距，将后针床上的3、6、9号织针上的线圈翻针移到前针床上的织针上。8．在后针床上的1、4、7号织针上编织平针线圈。循环次数为n4。9．后针床左移1个针距，将前针床上的l、4、7号织针上的线圈翻针移到后针床上的织针上。本例需要两把导纱器，分别编织织物层和连接层。其花型设计的一个编织循环意匠图如图2-9所示：图2-9三面夹层织物组织循环意匠图这种织物具有三面夹层效果，但其中间一层不是连续的，也可以说是用较为复杂的连接织物把两面独立层连成三维结构的。 第三章三维全成形织物的编织工艺研究3．1三维全成形编织原理针织三维编织的概念可以追溯到织袜中袜跟和袜头的形成，这一过程包括在不工作的织针上握持旧线圈，而在其它织针上退圈并进行编织达到成形效果。然而三维全成形编织上真正的突破还是横机上压脚技术或沉降片的采用使得收放针方法形成三维结构成为可能。目前可以在针织横机上采用下面三种方法达到成形编织[131[22][23】。3．1．1不同织物组织相结合的方法结构不同的织物组织对于相同的纱线细度和弯纱深度，其几何尺寸并不相同。而电脑横机可以编织任何组织的纬编针织物结构，实现不同的织物组织相组合来编织成形织物十分容易。然而，利用这种方法编织的成形织物，组织结构不同的部分织物性能存在差异。因此，如果要求同一成形织物性能完全一样，该方法并不适用。3．1．2改变线圈长度的方法同样的组织结构，线圈长度不同几何尺寸也会不同。因此编织过程中织物的不同部分采用不同的线圈长度也可达到成形编织目的，而电脑横机在编织过程中，弯纱三角的自动调节可以方便地实现线圈长度的变化。可是这种成形织物与第一种具有同样的缺点。3．1．3收放针方法这是横机上最有效、应用也最多的一种成形编织方法，其特点是在编织过程中，通过临时增加或减少参加工作的织针数来改变所编织织物的纵行数，以达到成形目的。这种三维成形方法的前提是单针选针和持圈收放针的实现。而电脑横机具有单针选针的功能，因此临时改变参加工作的织针数十分方便。应指出的是，收放针具有持圈收放针和移圈收放针等方式。在编织三维成形织物时，必须采用持圈收放针的方法才能形成三维结构。当进行一个持圈收放针过程时，如图3—1，某些织针临时退出工作一段时间，但旧线圈仍握持在其针头上。在这种情况下。由牵拉辊产生 第三章三维全成形织物的编织T艺研究的织物牵拉张力将继续作用于这些临时退出工作织针的线圈上，当牵拉张力达到一定程度时会使纱线断裂而无法正常编织，此时压脚或沉降片的使用成为必要。压脚由钢丝制成，安装在机头上并随机头来回运动，图3-2所示181[2”。图3—1持圈收放针图3—2压脚工作原理编织时压脚刚好落在两个针床的栅状齿之间，处于上升织针的针舌下面、旧线圈上面，以阻止这些旧线圈随正在退圈的织针一起上升，从而达到牵拉织物是目的。由于压脚的作用，不用牵拉辊对织物进行牵拉也能实现正常编织，牵拉辊张力的去除使得在旧线圈被握持在不工作织针上时其余织针能够继续正常编织。沉降片与压脚都起牵拉握持线圈的作用，但压脚作用是一段区域，而沉降片则配置在每一针旁边，能更好地控制每一针上的旧线圈和新纱线。目前比较先进的横机上都以更加灵活的沉降片代替压脚来实现三维全成形编织。三维全成形织物实际上是单面组织构成的特殊形状的织物，主要用收放针结合不同组织结构和不同线圈长度获得。在下列一种或几种情况下可考虑用电脑横机编织成形织物：1．原料成本很高时，裁剪的损耗不能接受；2．受原料特性或使用目的所限不能裁剪；3．布边必须用一根单丝编织时：4．所需各件成形织物的尺寸要精确控制时；5．裁剪质量难以保证。三维全成形织物编织的关键是把三维结构转化为二维图样，并根据展开的两维图形准确确定收放针过程，使编织的织物完全符合所希 第三章三维全成形织物的编织工艺研究望的几何形状。因为收放针操作只能在二维组织上进行。应指出的是有些展开成的平面图形的轮廓呈曲线，还必须根据展开方法先求出轮廓方程，才能准确确定收放针过程1261[27】【281。下面用几个实例来说明三维全成形织物的编织方法。在介绍具体织物前，作者先定义两个术语。在用一把导纱器在前后针床上轮流编织单面组织(线圈)时，导纱器在前后针床编织横列的顺序为前、后、前、后时，所形成的织物为一圆筒状织物，即前后片在两边连结，此时我们称导纱器按O状编织；若导纱器在前后针床编织横列的顺序为前、前、后、后时，织物只在前后片的一边连结，另一边开口，我们称导纱器按c状编织。3．2筒管状针织物筒管状针织物是在横机的两个针床的织针上交替编织而形成的。编织时，如果两个针床上参加工作的织针数保持不变，就只能得到直筒形的圆筒形针织物。然而，如在编织过程中根据要求改变两个针床参加工作的针数，便可形成“转向”结构，编织出各种不同形状的筒管状针织物，这些筒管状针织物当用作管道联接头增强骨架时，可防止管道转角处的疲劳和破裂。3．2．1变截面圆柱管织物如图3—3所示，结构呈中间细两头粗(漏斗状)，这是最简单的三维图3-3-a三维结构图3-3．b二维图样图3-3变截面圆柱管织物全成形织物，可以用两种方法编织，不同横列选用不同编织密度或者 第三章三维全成形织物的编织工艺研究前后针床对称改变参加编织的织针数的方法来编织，但前者织物截面变化范围较小，效果也不甚明显，而后一种方法截面变化范围则较大。作者只研究用后一种方法的织制。本织物首先为一圆筒形织物，且前后织物组织等各方面要求可完全一样，因此这里只选用一把导纱器即可，很明显，导纱器要在前后针床是按0状循环编织。只是在织物收针时，要把被收针的织针上的线圈转移到同一针床相邻的织针上，即移圈收针使织物在横向上的尺寸变小，这样，就像在编织全成形羊毛衫时的收针方法一样，因此在编织本织物时，要在setups选项中选中FF全成形图标，而不像织叠层织物那样织矩形衣片的方法。本织物的放针过程较收针过程简单，因为不会出现移圈的现象，可直接在织物片两边的空针上进行起针编织成圈。另外本织物的单面线圈组织图当然选用不需翻针的那种。本织物编织设计意匠图如图3-4所示，组织意匠图中的空白处为不编织符号的背景色。本列循环数为n，其大小视具体I青况而定图3-4截面圆柱管织物的组织意匠图 第三章三维全成形织物的编织T艺研究dj于本例组织结构较为简单，导纱器只有一把，牵拉大小变化不需很大，所以其控制列对应每个横列的情况完全一样。在组织意匠图上，开始时织物收针速度快，所以管状织物直径大小变化较快。在每次收针时，电脑横机都会自动添加1—3个横列进行收针动作，在本意匠图上并不需要表示出来。在上图中所示纵行循环数的大小由所编织的织物宽度要求而定。具体编织相应参数表示如下：前针床编织弯纱深度值NP=10．6，后针床编织弯纱深度值NP=10．5，牵拉力值大小wM=3．0。由这种方法所形成的织物形状呈漏斗状，如图3．5，由于前后片采用的是同一种组织，所以表面平整，线圈大小均匀，但是在整个织物纵向上有两条明显的互相对称的收放针线，这一点不如采用不同横列选用不同编织密度的方法所形成的织物。这种织物在编织过程与编织直筒形的圆筒形针织物非常相似，比较简单。不同的地方只是在编织过程中参加编织的织针数发生了变化，从而有收放针图3-5漏斗状管子织物过程，放针动作对织物的编织横列数目没有影响，而收针动作每做一次就要多出几行翻针移圈的动作，所以在收针部分织物编织速度减慢。织物截面变化的速度取决于织物收放针时每一行的收放针数，每一行收放针数不能太大，这主要考虑了机器的编织可行性和成圈质量的保证。工艺优化方法：为了减小两条收放针线对外观的影响，在收放针时，不要每行都进行收放针，而是每两行或三行收放针一次。这样收放针线就会不连续，甚至呈点状排列在织物表面，从而改善外观。另外可采用不同横列选用不同编织密度与前后针床对称改变参加编织的织针数的两种方法结合来编织，这样不但能扩大织物截面变化速度 第三章三维全成形织物的编织工艺研觅的范围，而且也能使收放针的次数相对减少，从而也能在一定程度上改善收放针线对织物外观的影响。3．2．2矩形截面直角折管如图3—6所示：图3．6．a三维结构图3-6-b二维展开图图3-6矩形截面直角转向针织物结构编织时，前后针床同时编织，且分别编织形成筒形，当编织到所需长度时，为了形成直角转向，一部分织针握持线圈静止，其余织针继续编织，并在编织过程中改变参加编织的织针数，如图3．6-b，编织到ac线时，在ab和cd线段持圈收针(减针)操作，ba’和dc’线段持圈放针(加针)操作，这些减加针线也就是编织工艺之后的缝接线。这种折管状织物的成形方法与织袜的后跟成形相似。当收放针线与纵向呈45夹角时，就形成了直角转向【291。由上图3．6．b可以看出，前后针床在编织过程中，编织内容相同，在ggac部分是一圆筒，这一部分可用一把或几把导纱器同时编织，为简单起见，就采用一把导纱器，而且导纱器是按0状编织的；在acbd部分，是前后针床各自收针编织的过程，由于此部分前后针床分开编织，且织物前后两部分在织物两边只有一边连结，所以此部分编织仍然只需要一把导纱器，但此时导纱器应按C状编织：向上在bdc’a’部分，是前后针床各自放针编织的过程，仍用一把导纱器按c状编织。在最上a’c’hh部分，与ggac部分完全相同，用一把导纱器按0状编织。 第三章三维全成形织物的编织工艺酬，i在织物选择上，也是采用不翻针的单面编织线圈；至于折弯角度的实际大小，则需根据收放针速度和织物纵横密之比或者圈高与圈距比值来确定。其编织设计图和控制列图如图3—7所示(每行收放二针)：l23456T89101l12131415161r181920zl22232425拍图3．7．a控制列图3．7-b组织意匠图图3．7矩形截面直角转向针织物的控制列与组织意匠图上图中的组织意匠图其实只表示了意匠图的一部分，另一部分是由第l纵行的循环组成的，在此例中，其循环数为22，这样所形成的织物截面形状才能成为正方形。其各种参数如表3—1。表3．1管道织物的牵拉和弯纱深度值牵拉WM值弯纱深度NP值ATYH2．8181．0前针床107后针床10．8在收针过程中，由于参加编织的针数逐渐变化，所以其牵拉值大 第三章三维全成形织物的编织工艺研究小也需要变化，另外在收针过程中，由于在选针范围内没有参加编织的织针其上面仍过有线圈，为了不拉断这些线圈和拉坏织针，所以此时的牵拉力要相对较小。编织本织物的一个特点是织物左右两边由于所编织的横列数不同，所以其牵拉很难控制，既要保证右边的线圈不被拉断，牵拉力就不应太大，但牵拉力太小的话，即使有握持沉降片的阻挡，左边正常编织的线圈也可能涌出针床口，影响正常编织，总得说来，牵拉力应该稍小，对于左边线圈出现的问题可以不时的手动拉一下织物左边以改善状况。3．2．3圆形截面直角折管其三维结构图和二维展开图如图3—8所示：图3-8-a三维结构图3—8-b二维展开图图3·8圆形截面直角转向针织物结构在转向处R的大小可以根据要求选定。编织该织物时，为了确定收放针过程，先根据要求把转向处分成M节相同的组成部分，然后展开成平面图形，其展开图形轮廓线(即收针线或放针线。编织时，收针过程与放针过程完全对称)由如下方程式定【22】：r、一N[1一Cos(册／N)】。4Q万一 第三章二=三维全成形织物的编织工艺研究式中：c一一收针或放针时每一织针应编织横列数：N一一每一个针床参加工作的总针数，根据圆形的直径大小确定：n一一参加工作的织针数的变化(从1变化到N)；M一一展开成相同的图形数，即收放针过程重复数；a一一线圈结构参数，圈高与圈距的比值，根据组织结构选定。根据上式中给定的编织横列数和参加工作的织针数之间的关系来确定收放针过程，即可编织成圆形的直角折管。在本例中，作者采用总针数N=120针，n=90针，收放针过程重复数M=4，Ⅱ=1．2(经测定已经编织的相同组织结构的织物而得)的设定来确定收针或放针时每一织针应编织的横列数C。c=120[1-cos(Ⅱ90／120)1／(4×1．2×4)≈10由于本织物的编织与上例矩形截面的直角折管不同的地方一是收放针过程的重复数增加了，二是收放针速度相应减少，所以在编织本织物的导纱器选择上与上例一样，整个过程只需要一把导纱器即可。同样在收放针处导纱器按c状编织，而在其它地方即编织直立圆筒处按O状编织。组织结构仍采用不需要翻针的单面线圈。同样，其编织设计图和控制列图同矩形截面直角折管的差不多，只是收放针区域的循环数增加几个，以及收放针速度相应减小而已，其它方面基本一样，因此这里不再列出。其主要参数中线圈密度可完全一样，牵拉力可根据织物的编织宽度进行相应调节。分析与讨论：收放针过程循环数M对编织成形的影响收放针过程循环数M大时，那么每个循环的横列数就小，编织时的收针速度较快，由于每个循环的横列数减小，那么当编织没有收放针的横列时所间隔的横列数就少，这样是对成形顺利性是有益的，因为参加收放针的织针的持圈时间就短，使收放针处的线圈比较均匀，线圈质量较好，但同时由于循环数增多，所以成形后的收放针线就多，就会影响织物转向处的外观，根据试验，循环数为4—6时最 第三章三维全成形织物的编织工艺研究好。3．2．4Y形管道织物其三维结构图与二维展开图如图3-9所示ehI口●《≤．．0j斛《：∑三>佟-Il蛐l铂曲图3-9-a三维结构图图3-9一b二维展开图图3-9Y形管道织物的三维结构图与二维展开图由上图3-9-b可以看出，前后针床在编织过程中，编织内容相同，在ijabi部分是一圆筒，这一部分可用一把或几把导纱器同时编织，这里采用一把导纱器；在bdab部分，是前后针床各自收针编织的过程，由于此部分前后针床分开编织，且织物两边前后两部分没有连结，所以此部分编织要两把导纱器，分别用于前后针床；向上在bdaob部分，织物被分成左右两部分，在bdob部分，织物左边开口，右边闭口即织物前后部分连结，这部分可用一把导纱器，导纱器按c状编织，而adoa部分同bdob部分左右对称，情况类似，所以在bdaob部分要用到两把导纱器，这时是左右两部分各一把，另外此左右两部分是在同一时间编织，但需要以交替横列的方式轮流编织；在bofeb和a02ha两部分，这两部分呈左右对称，其情况与上两部分类似，只是每⋯部分左右两边都是闭口的，所以导纱器按0状编织。在织物选择上，也是采用不翻针的单面编织线圈；至于a角度大小，则根据收针速度和织物纵横密之比来确定。其编织设计图和控制列图如图3．10所示，其中控制列图含义与上例一样。本例选针数为较小的32针，这主要是为了简化编织图，在实例中可以选较多的针，下面的组织设计图只是由一主管道到两分 第三章三维全成形织物的编织工艺研究管道过渡时的部分。其中组织意匠图中的空白处为不编织符号的背景色。图3-lO-a控制列图3．10-b组织意匠图图3-10Y形管道织物的控制列和组织意匠图本例中，收针比例按单面一个横列收两针的速度进行收针。l一2横列是主管道的循环单元，其循环数决定主管道的长度；36—39横列为两分管道的循环单元，其循环数决定分管道的长度。第15横列的集圈主要为了调整纱线编织线圈的运动方向，使其与机头运动方向一致，且防止在织物中有过长浮线存在。在收针过程中，由于参加编织的针数逐渐变化，所以其牵拉值大小也需要变化，另外在收针过程中，由于在选针范围内没有参加编织 第三章三维全成形织物的编织工艺研究的织针其上面仍握有线圈，为了不拉断这些线圈且拉坏织针，所以此时的牵拉力要相对较小。其各种参数如表3—2。表3．2管道织物的牵拉和弯纱深度值牵拉wM值弯纱深度NP值AY+THI3．22．62．02．3前针床11．2lO．2后针床11．O10．2分析与讨论：织物实际效果及结构均匀性改善方法：织物实物图如图3．11所示：由于织物在编织过程中，织物的牵拉并不均匀，所以线圈大小也不算均匀，这可以在牵拉较小的编织横列加大线圈大小即NP值。在织物收针连结处，有明显的痕迹，是因为线圈孔眼较大。经试验，可在每一编织横列结尾处再加一个编织集圈以稍加改善，当然也要采用不翻针集圈的形式。图3-11Y形管道织物实物图3．3盒形针织物如图3-12是盒形针织物的一个例子，它是收放针线为直线。编织时，必须保证收放针线与线圈纵行成45。才能得到所需的形状。编织这类织物与上面织物不同的是：这种织物的地组织即可以采用单面组织，也可以采用双面组织。下面就以双面组织为地组织进行研究这种盒形针织物的编织。 第三章三维全成形织物的编织工艺研究图3．12-a三维结构图3．12-b二维结构图图3．12盒形针织物的结构图由其三维结构图分析知，这种盒子是由5个面组成的，即cdji、jdhm、mhfl、lfci和cdhf。这种形状的盒子由于只有5个面，并通过不同宽度的横列数使织物成为盒子状，所以这种织物可以选取双面组织为其组织结构。再根据其二维结构图使前后针床参加编织的织针数一样，所以本例采用芝麻点组织结构，而且可以选用不同颜色的纱线形成花色图案。其编织图可设计为如图3—13所示，在本图中组织结构为芝麻点双面组织，其单个组织意匠图圆的表示方法是根据STOLL电脑横机花型设计系统规则而选用的，每一横列都是由两根纱线编织，如果两根纱线是不同颜色，那么所形成的图案为“boxform”字样。本例的收放针速度为5行收(放)4针。 笙三塞三堡叁型婴丝墅型型塑堡三塑图3—13盒形针织物的编织设计图其编织参数如下：前针床弯纱深度NP=11．0，后针床弯纱深度值NP=11．1，牵拉力值大小WM=3．0。分析与讨论：织物编织后，所形成的盒子形状并不很规则，这主要是由于织物本身具有一定延伸性和挺括性，在面与面交界处不是棱角分明，这可以通过对物体整压并使其在整压状态下达到织物平衡，从而使其具有规则并长久的盒子形状，同时也可以减小收放针线的角度，使织物织完后抵消因延伸而变大的尺寸部分，使织物形状更趋紧凑规则一些。 第三章三维全成形织物的编织1二艺=【{}f究3．4球形针织物球形针织物中研究最多的是半球形针织物，本论文将探讨研究一种特殊半球形针织物的编织，之所以特殊是因为编织这种织物所采用的组织结构为由交叉线连接起来的两片独立的织物结构所形成的三维叠层结构。下面就分析研究这种织物的编织工艺及影响因素，并提出相应的工艺优化方法。3．4．1半球形针织间隔织物的编织及其工艺在编织这样的半径给定的球形针织物，先把它展开成多个形状相同的平面图形，其三维结构和二维结构图，以及二维结构图的一个循环如图3．14所示【81122】【30】：图3．14-a立体图图3．14-b二维展开图图3—14-c一个循环图3．14半球形针织间隔织物的结构图下面将以一个循环为例进行研究这种织物的编织。织物的组织结构采用如下组织(以相邻两针为单位)：如表3—3并附弯纱深度NP值和主牵拉值WM等。表3—3半球体的编织工艺参数组织结构弯纱深度NP值代码备注序号编织方式前针床后针床NP5=10．5Np6=106．—‘4、厂-NP7NP8NP7=9．9NP8=10．0．^。3_、厂_NP7NP8主牵拉值：WMfmax)=30—^-2NP5NP6WM(min)=1．01rNP5NP6循环数RS2=6运用花型设计系统，设计出上机花型图，图3．15为未经优化的 第三章三维全成形织物的编织工艺酬冗花型编织意匠图(样品≠f1)，图3-16为经过工艺优化后的花型编织意匠图(样品#2)。空白处不编织，每圃代表一个编织单元，即田冒织物总针数(宽度)和织物横列数(高度)已标出。删图3-16经过优化的花型编织意匠图3．4．2分析和讨论：编织工艺参数的选取直接影响成形织物的可编性和成品率。而在收放针处，织物表面存在的拉长线圈不仅影响织物的外观质量，而且当拉长线圈的情况比较严重或比较集中时，还会形成较大空洞或明显的收放针线，这些地方势必成为织物受力的薄弱环节，严重影响织物及其复合材料的力学性能。34．2．1织物牵拉力与弯纱深度NP值对成形的影响 第三章二二维全成形织物的编织工艺研毵由于半球体结构采用持圈式收放针的方法进行编织，所以主牵拉力WM的值不宜过大。如果在编织的过程中线圈退圈或脱圈困难，可使辅助牵拉进入工作，但对于某些勾结强度较低的纱线，辅助牵拉的加入会大大加剧纤维的损伤。编织时的牵拉值直接影响弯纱深度NP值的选取。牵拉力较小的情况下，NP值过大，线圈长度过大，线圈容易浮在针床口，从针钩处脱出使织物脱散。NP值过小会造成线圈长度过小，当采用拉伸及勾结强度都较高的纱线时，线圈退圈、脱圈困难，织针容易受损伤：当采用勾结强度较低的纱线时，过小的线圈长度容易使纱线发生断裂。因此NP值的选取以线圈不能从针钩上直接脱出而线圈的退圈阻力又较小为宜。实际上成形织物NP值的选取范围是很小的，特别是采用性能类似于高强涤纶的高性能纤维进行编织时。3．4．2．2收放针方式对织物成形的影响从图3—15和图3．16中可以观察到样品#1、拌2中相同织针上的总编织横列数不变，但织针连续持圈横列数Rows和两相邻横列收放针点间相距的纵行数cols均发生了变化。实验表明，rows和cols值是影响织物表面拉长线圈的重要原因。3．4．2．2．1织针连续持圈横列数rows对织物质量的影响由于样品中第25—48针与第1—24针的编织情况均完全对称，表3-4仅列出了两样品第1—24针连续持圈横列数的最大值maxrows。表3—4样品#1、#2的MaxRows值织针代号123456789101112131415161718192021222324均值MaxRows拌11917161514121110987654321O6．8(横列)抖21910632l1l1O28差值O71091l9876543210O4差值均值O7O从表3-4可以看出，样品撑l中每枚织针的平均maxrows值比样品≠f2大4个横列，特别是第2—17针，它们的平均maxrows值差达7个横列。对比#1、拌2样品发现，#1样品表面拉长线圈的现象比#2样品严重的多，而且主要集中在第2—17针上。而在同一织物样品中，收放针处的线圈长度随着maxrows值的增大明显增大，在maxrows 第三章三维全成形织物的编织|T艺研究达到最大值的起始针和终止针处线圈被拉长的长度最为严重。这种规律性的变化在#1样品中表现得尤其明显。因此，在保持各枚织针上总编织横列数不变的情况下，合理编排各横列的编织顺序以减小各枚织针上的maxrows值，可以明显改善织物的外观质量，而对织物的尺寸影响不大。3．4．22．2两相邻横列收放针点相距的纵行数cols对织物质量的影响表3．5列出了群1、拌2样品两相邻横列收放针点相距的纵行数co|s的值。表3．5样品#1、#2的ColS值序号1234567891011121314151617181920均值I。纵Co行ls，拌1121234321212．05拌21554519765934127417637．2从表3．5可以看出，撑1样品比#2样品的cols平均值小5个纵行，数据表明，#l样品的收放针点比较集中，而撑2样品的收放针点则较为分散，因此在半球形撑2样品的表面没有明显的收放针线。试验表明，cols均值较大的织物表面不易形成明显的收放针线，合理编排各横列的编织顺序以增大横列间的cols值，可以有效的改善织物的外观和质量。3．4．2．2．3持圈收放针工艺过程的优化通过改善织物的持圈收放针过程来改善织物质量的方法大体有两种：一种方法是增大二维展开图的循环数R2。这种方法由于直接引用理论计算所提供的数据，所以可以在快速、有效地减少Rows值的同时，增大Cols值从而有效改善织物的质量，但根据成形织物的计算及编织方法可以知道，成品织物的尺寸误差随其二维展开图循环数的增大而增大，通常成品织物的尺寸误差都要求控制在一定范围内，因此二维展开图的循环数的增加范围极其有限。另一种方法是合理编排织物各横列的编织顺序。实验表明。在织物的二维展开图循环数不变的情况下，以理论计算提供的编织工艺为 第三章三维全成形织物的编织工艺研究依据，如图3．14所示，合理编排各横列的编织顺序，同样可以有效的减小Rows值、增大Cols值，而由于各枚针上编织的总横列数不会发生变化，因此对成品的外观尺寸影响很小。另外，改进收放针点处的组织结构也可以改善织物收放针连接处的外观质量。例如在收放针处增加集圈，如图3．17所示。集圈线圈的加入不仅使横列问和纵行间的连接加强，而且由于集圈线圈的喂纱量小于成圈线圈的喂纱量，减小了收放针连接点处纱线的转移量，使织物收放针处的连接更为紧密。图3—18中的a、b分别为按常规方法和在收放针处增加集圈编织的织物样品的收放针连接处照片图，可以看出，增加集圈后织物收放针处的连接有所改善。XVXKXVXKX机头方向x．成圈v．集圈图3—17集圈增强后的编织意匠图图3·18-fl无集圈图3-18-b增加集圈图3-18集圈增加对织物外观的改善3．4．2．3纱线性能对织物成形的影响纤维和纱线拉伸性能对成形织物质量的影响很大，纤维和纱线的拉伸弹性变形和拉伸弹性回复率越大，成形织物的外观质量也越好，因为拉伸弹性变形较大的纤维和纱线在一定拉伸力的作用下产生较大的拉伸变形，从而喂纱量较小；如果纤维和纱线的拉伸弹性回复率 第三章三维全成形织物的编织T岂研究较大，当外力去除后，产生的拉伸变形能够大部分回缩，线圈收紧，织物表面不宜形成明显的拉长线圈。另外，纤维的柔性对织物的质量也有一定的影响，纤维的柔性一般以断裂前弯曲半径的大小来表示，弯曲半径越小柔性越好，纤维的成圈性能也就越好，织物可编织的较为紧密。一般纤维越细其柔性越好，纤维的柔性与其勾结强度直接相关，而纤维的勾结强度直接影响针织物的可编织性。实验中发现，由于高强涤纶纤维柔性较差，弯曲受力时容易发生脆断，在编织过程中线圈受力稍大或受力时间稍长都会使纤维发生严重断裂，织物表面线圈被拉长的现象比较严重。3．4．2．4纱线张力对织物成形的影响在消极式给纱时，纱线张力的大小直接影响喂纱量从而影响线圈的长度。在编织过程中机头往复运动，在普通的电脑横机上，由于采用消极喂纱，纱线的张力波动较大，特别是在织物的两端。机头的运行方向、导纱器与布边的距离均会影响纱线的张力从而影响线圈的长度。通常在织物的两端纱线的喂入张力都较小，线圈长度偏大，因而容易在收针或放针时产生拉长线圈。3．4．3结论1．在编织过程中特别是在采用高性能纤维编织三维成形针织物时，不适当的纱线张力、织物牵拉和NP值的选取会造成编织困难、掉套、纤维严重损伤甚至断裂现象，从而严重影响产品的质量和成品率。2．在进行持圈式收放针编织时，在织物表面的收放针处存在不同程度的线圈被拉长现象。采用优化后的工艺编织的半球形针织物尺寸相对稳定，形状符合设计要求，编织过程中纤维损伤减小。3．纱线的性能对织物外观质量的影响很大。用腈纶纱编织的半球形织物表面基本看不到明显的拉长线圈，仅能看到模糊的收放针线。 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析因为三维叠层织物在工业应用中主要就是起着承受载荷的增强作用，所以这种织物材料的拉伸和顶破性能可以说是衡量这种材料的最重要的两个性能。本章就对前面三种常用的三维纬编叠层织物的拉伸性能进行了测试并对测试结果进行了分柝研究，同时也对三种织物的顶破性能进行了部分测试。另外由于三维全成形织物的结构是非平面结构，根据目前实验室现有条件还不能找到相应的设备仪器和方法对它的力学性能进行测试，所以本课题只对三维叠层织物的力学性能进行了测试与分析。4．1织物的拉伸性能4．1．1试验方法及试样(1)试验方法拉伸测试的具体方法如下：试验设备为：南通宏大HDD26N电子织物强力仪：拉伸速度为：100mm／min：夹头间距离：100mm：初始张力：5±1kg：温度：20±2℃：相对湿度：(65±5)％：试样宽度：50mm：所有的试样都分别对其经向和纬向进行测试。每种试样至少收集五组有效数据，测试结果为测得数据的平均值。测量数据包括拉伸断裂强力、拉伸断裂伸长，断裂伸长率和断裂功是根据指标的定义，通过计算得出的。对于试样在夹头处断裂和拉伸过程中发生试样滑移的试验数据视为无效数据。(2)试样 第四章三维叠层织物的力学性能测试弓分析每种织物按照经向拉伸和纬向拉伸的要求，各取5块试样，试样大小为5×16cm2，这样因为有4样织物，所以共计40块织物。设通过交叉线连接起来的两片独立的织物的三维叠层结构为A织物，设用织物层来连接两层独立的织物中没有移圈技术的为B织物，有移圈技术的为c织物。另外，由于B类织物中采用了两种不同参数(组织循环单元大小)进行编织了两块织物，这里不妨设采用大组织循环单元的织物为B织物，小组织循环单元的织物为b织物。设经向拉伸的A织物的5块试样为Ajl、Aj2⋯Aj5，纬向拉伸织物为AwI、Aw2⋯Aw5，B织物和c织物也采用类似假设。所有的织物试样均是采用腈纶毛纱编织的。表4．1是所有测试织物的一些物理参数。表4．1四种织物的一些物理参数。横密(／5era)纵密qScm)厚度(ram)循环单元大小A54402．8，B30402．0．3．2n1=6n2=3n3=3b323622．3．0n1=4n2=2n3=2C18301．6．2．0／注：上表中“2．0-3．2”指织物厚度最小处为2．0mm，最大处为3．2mmn1、n2、n3与第二章的图2-3．a中的111、n2、n3一一对应。4．1．2拉伸性能测试结果测试结果如以下表格所示：表4-2A织物的经向拉伸测试结果表4-3B物的经向拉伸测试结果试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)W(J)ajl1287．0088．42751．39Aj21314．5084．29743．22Aj31335．0085．32764．56Aj41301．0082．62744．50aj51326．OO87．37752．47平均值1312785．604751．228试样断裂强力断裂伸长率断裂功VfN)E(％)W(J)Bjl125994．14711．72N2130797．64721．45aj31419．590．48722．4Bj413569262712．52Bj5130493．3670224平均值1329．193．648714066 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析表4-4b织物的经向拉伸测试结果表4-5C织物的经向拉伸测试结果试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)W(j)bjl937．007510376．16bj2795．5092．4537993bj3839OO7576324．72bja8560079．62364．28bj5882．5080．4236644平均值86280．67362．306试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)W(J、Cjl604．OO115．98325．77Cj2571．50108．9529042C]3656．00113．2634169Cj47l3．50106．79357．08Cj5643001056233215平均值637．611012329422表4-6A织物的纬向拉伸测试结果表4．7B织物的纬向拉伸测试结果试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)W(J)Awl572．00157．6531．72Aw2636．00152．3233．12Aw3581．00150．6530．05Aw4604．OOlSO．843．255Aw5594．OO154．6833．02平均值597．4153．22832092试样断裂强力断裂伸长率断裂功F州1E(％)W(J)Bwlt034，00140．66428513w21087．00142．654492Bw31086．00143．3245．58Bw4106500142．2244．98Bw51068．00141．284427平均值1068142．02644．52表4-8b织物的纬向拉伸测试结果表4-9C织物的纬向拉伸测试结果试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)w(J)bwl986．00130．6535．86bw2964．00132．9936．48bw3985．00133．9936．60bw4966．00133．0636．OObw5946．00133．2535．62平均值969．4132．78836．112试样断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)W(J)Cwl519．001736823．81Cw2544．00136．9921．12Cw3490．00126991897Cw4495．00130．2220．12Cw5502．00132．2522．2l平均值510140．02621．246 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析其相应典型拉伸曲线如图4一l所示断裂强力F(N)16001400120010008006004002000吵沃Aj／／，八Bwj知／／杪玳⋯F矾Aw纪／7乡／—’℃wl‘／，髟∥／溯；矽贸影020406080100120140160180伸长L(mml图4-I四种织物的经向和纬向的典型拉伸曲线注：Aj、Aw分别袭示A织物的经向拉伸和纬向拉伸，其他类似4．1．3试验结果分析4．1．3．1A、B、C三类织物的拉伸性能比较、分析三种织物的拉伸性能情况见表4．10，其大小取其平均值。表4-loA、B、C三类织物的拉伸性能比较织物断裂强力断裂伸长率断裂功F(N)E(％)w(J)Aj1312．785604751228Bj1329193648714066q6376“012329．422Aw597415322832092Bw10681420264452Cw510140．0262l246由表4-10可以看出这几种织物拉伸性能的大致情况：1．三种织物的经向和纬向拉伸的断裂强力大小依次为B>A>C，并且在经向拉伸方面，A、B断裂强力相差不大，而C织物却大大减小，只有前两者的1／2左右，但在纬向拉伸方面，B织物断裂强力较 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析大，A、c织物只有它的1／2左右。2．伸长率方面，三者相差不大，且三者纬向拉伸的断裂伸长远大于经向拉伸的断裂伸长，多出50％左右，这与普通服用织物类似。3．织物的断裂功在经向拉伸方面，A、B织物断裂功之间差不多，A稍微大点，C织物的断裂功却不到前两者的一半；在纬向方面，三种织物的断裂功同经向比较都很小，其中B>A>C。分析：B织物的经向拉伸断裂强力最大是因为B和C相比，它们之间的连接层不同，B织物的连接层为较长的织物，而A织物的连接层是由前后针床编织的集圈，由于集圈连接前后两层，距离很短，所以前后两层比较紧密，这样拉伸时，两层独立层织物之间由于拉伸而有分离的趋势，但由于被较短的集圈相连，所以织物的独立层不但纵向承受两端夹头的牵拉，而且在厚度方向被集圈彼此牵拉，这样就使织物在纵向的承受拉力的能力减小；而对于B织物，连接织物层的织物长度较长，拉伸时不会出现织物层在厚度方向彼此牵拉的情况，这样它在纵向承受拉伸的强力就大一点。c织物与A、B两织物比较，断裂强力大大减小，这是因为C织物的编织密度尤其是横密比前两者差不多小一半，这由于编织织物层的选针方式不同，A、B两织物在选针区域内是满针编织，而C织物是1隔l选针编织，这样，在相同宽度下，c织物的线圈数就小的多，所以织物拉伸时，承受拉力的线圈数就少，所以其拉伸断裂强力就小。B织物纬向拉伸强力最大因为连接织物层的连接织物的纵密和长度都比A、C织物的大许多，所以织物横向拉伸是时承受拉力的线圈数就大许多，从而其强力也比A、C织物大很多。织物的断裂功就是织物具有的抵抗外力破坏的内在结合能，因而一定程度上可以认为织物的这种能量愈大、织物愈坚牢‘311132]。A、B织物的断裂功较大主要是因为这两种织物厚度、密度都较大，而C织物密度较小，显得较为松散。另外根据它们的拉伸曲线分析，可以看出每种织物的经向拉伸强 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析力都相应大于它们的纬向拉伸强力，这是因为除了A织物外，虽然织物的纵密都大于其横密，但是在经向拉伸时，每个线圈是两根纱线承受拉力，而纬向拉伸时，每个线圈只有一根纱线承受拉力：对于A织物，由其纵横密的关系也可推出经向拉力应远大于其纬向拉力。在拉伸曲线图上可以看到每块试样都在强力大于0之前都有一段伸长，这是由于织物在拉伸前都有一个初始张力，当拉力不大于这个初始张力时，仪器拉力示数仍为0，但伸长已经开始了，所以就出现了上述现象。由这段伸长的大小可以观察到织物的延伸性。4．1．3．2B和b织物的拉伸性能比较、分析表4-11B和b织物的拉伸性能比较织物断裂强力断裂伸长率断裂功FfN)E(％)W(J)Bj1312．785．60475l228bj86280．67362．306Bw1068142．02644．52bw969．4132．78836．112从表4．11可以观察到B类织物的循环单元变大后，性能有了显著改善，其经向拉伸断裂强力和纬向拉伸断裂强力都明显变强，经向断裂强力增加了52．3％，纬向增加了10．2％；断裂伸长也是增加趋势；断裂功增加也很明显，经向拉伸增加了一倍以上，纬向增加了123％。B类织物循环单元增大后，织物表面显得较为平整，所以织物在拉伸时织物同时承受最大拉伸力的线圈就增加，从而使断裂强力增加，另外总体上其纵密(包括连接层织物线圈数)也增加。4．2织物的顶破性能4．2．1试验方法及试样(1)试验方法项破试验采用弹子式顶破试验机进行。弹子式顶破试验机的主要机构与拉伸强度试验仪相似[3t】【331，而本实验就是通过拉伸强力仪器改换相应夹头后而成为顶破试验机的，其具体方法如下：试验设备为：南通宏大HDD26N电子织物强力仪； 第四章三维叠层织物的力学性能测试与分析拉伸(顶破)速度为：100mm／min；(2)试样取A、B、C三种织物四种试样A、B、b、C各5块试样，其大小按照要求裁剪为直径是6cm的圆形试样。共计20块试样。4．2．2顶破性能的测试结果如表4—12所示：表4-12织物的顶破负荷值F(N)试样1试样2试样3试样4试样5平均值A织物1005104698710149601002．4B织物95899410059001042979．8b织物98810269539761002989C织物706698687696681693．64．2．3顶破测试结果分析通过表4．12看出：三种织物的顶破性能A最好，B次之，C较差，A、B两织物近似，C织物明显不如前两者。而采用小组织循环的b织物的顶破性能要好于采用大循环的B织物。这是因为三种织物中A织物最为紧密，厚度也最大，承受顶破张力的线圈数和延伸较小的集圈数就多：而C织物的密度最小，织物也最为松散，所以顶破时承受顶破张力的线圈数不同而引起其顶破张力大小就不同。而B类织物的循环减小后，尤其是前后针床编织的独立层循环变小后，相同织物面积的连接层织物的循环数就多，这同样可使承受顶破张力的总线圈数目就增多，所以其顶破张力就增大。4．3结论通过以上的比较分析可以得出以下结论：1．三种织物的力学性能总体来看，A和B类织物较好，其中B类织物最好，C类织物在各方面的性能上都明显不如前两类织物。2．在B类织物中，采用大循环组织的B织物的拉伸性能明显好与采用小循环组织的b织物，但是其顶破性能略逊于b织物。 第五章总结通过对三维纬编针织物在电脑横机上的编织工艺和力学性能的研究，本文得到以下的结论：1．在电脑横机上编织三维叠层织物时，主要应考虑以下几个方面：一是织物的组织结构和循环大小，这里要注意织物组织各个横列之间的连接关系和每一横列的选针特点，理解这些横列的组合关系是如何形成三维结构的。二是在电脑横机花型设计系统里应如何设计织物编织意匠图，不但要选择正确的编织方式，同时还要分清相同编织方式中不同组织意匠图的特点，以选取正确的意匠图来保证与所希望的实际编织动作相同。三是在电脑横机上还要进行许多相应编织参数的设置，主要包括纱线组合、弯纱深度、牵拉张力等，这些参数的设置合适与否直接影响织物的编织顺利性和织物表面效果。2．三维全成形织物的编织除了考虑编织三维叠层织物中的那些因素外，还应该注意下面几点：首先，在编织三维全成形织物时，一般采用收放针方法来达到成形编织，因为这种方法对具有单针选针的功能的电脑横机进行改变参加工作的织针数十分方便，而且所形成的织物结构也比较均匀。其次，在编织前把织物三维结构转化为二维图样时，要全面分析二维图样各个部分的编织特点，要注意前后针床轮流编织时的循环顺序。另外，为了改善织物成形拐角处的外观均匀性和强度，可以在织物收放针处增加集圈组织的方法。3．在编织三维纬编织物的纱线选择上，总体说来，采用腈纶毛纱比用高强涤纶在编织可靠性顺利性方面要好许多，但其织物强力却不如高强涤纶织物。4．在测试和分析织物力学性能的研究中，由于全成形织物的非平面结构特点，还找不到相应的仪器和方法对它的力学性能进行测试，所以只测试了三维叠层织物的拉伸性能和项破性能，并 第五章总结定性的分析和比较了三种叠层织物的这两种性能特点。三种织物的力学性能总体来看，通过交叉线连接起来的两片独立织物的三维叠层结构、用织物层连接两层独立的织物中没有采用移圈技术的叠层织物，这两种织物的性能比较好，而用织物层来连接两层独立的织物中有移圈技术的叠层织物在各方面的性能上都明显不如前两类织物。另外，用织物层连接两层独立的织物中没有采用移圈技术的叠层织物中，采用大循环组织单元的织物的拉伸性能明显好与采用小循环组织单元的织物，但是其顶破性能略逊于小循环组织单元织物。以上是本文的主要结论。同时，本课题在不少方面还存在不足，并且尚有一些工作有待于进一步的深入和完善：1．在编织三维叠层织物和全成形织物过程中，只采用了普通腈纶毛纱和高强涤纶两种纱线，还可以采用其它类型的纱线比如石英纤维、玻璃纤维等来进行编织研究。2．在分析各种因素对织物编织成形的影响时，还可以考虑其它方面的影响因素，包括纱线摩擦系数，织物尺寸大小等。在改善织物成形外观均匀性问题中，今后还需要考虑其它方法。3．在测试分析织物力学性能的研究中，可以在定性分析的基础上对织物的力学性能特点进行定量的分析，也可以对织物另外的力学性能如撕裂性能等进行测试和分析。并可以通过建立线圈结构模型和力学模型来对织物力学性能进行进一步的分析研究。4．本课题的主要任务如何在电脑横机上进行三维纬编针织物的编织，但尚未要求织物的具体规格。在本课题的基础上，下一步可以考虑织物的规格要求进行编织研究。 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附录：两种三维针织物的程序文件1．Y形管道织物的程序文件CCMS303TC．y-CHXlE12／USER26．09．200210：35JSAV5．18SIRIXSINTRALCUSEDREPEATSWITCH#80—999AUTOSINTRALRSI=OC2Xl／1Xl／TUBULARCRSl50=2Xl／1=1Xl／2=TUBULARCRSl8=SYSTEMNUMBERFOR2Xl／1Xl／TUBULAR／ELASTICTHREADNPCommentNETNET—TUBULAR1Xl／2Xl／TUBULARTRANSITl0NSTRUCTURE／FRONTSTRUCTURE／REARLINKOFFPICKUPAFTERPRESSOFFPICKUPAFTERPRESSOFFSETUPROWSSETUPROWSSETUPROWSSETUPROWSSETUPROWSSETUPROWSRSl5=0STARTF：S-VERSION：IF#83<20PRINT／AUTOSINTRALVERSION???／T-BRKMSFBEG：!_WM—ANFAN6：WMFlMSEC=O．6FENDYGl：2=D／I=G4=G：CLEFTIRIGHT-57●23406坫埔均抛扰毖孙孔撕●20406，89加儿挖¨M垢m"坞盯∞n弛∞弘踮强卵明∞蚰虬蛎∞够∞∞肌娩日眈∞阻 2=DDRAWTHREADI4=GIl=GRIBCOL叫RRIBCOLOUR1=l一40PM：301：F1：SENI=30l一340SEN2=O一0SEN3=O一0SEN4=0—0A=521—560100IFRSl5=0F：$一ANFANG一2X1：101IFRSl5=1F：$一ANFANG一1X1：102IFRSl5=2F：$一ANFANG—SCH：103PA：501：JAl1：FA：104Y一1A：=．：Y一2A：=T：Y一4A：=Y：105JAI=IS04(1100—1lOO)F：卜SINTRAL一1：106F：$-YG—HOME：107END108C一～⋯一一一⋯⋯一SIRIXSINTRAL～一一⋯一一一一109FBEG：!-SINTR,^_L一1：llO<>S：H(5)-H(6)：Y：=T：VOSXW／dI’lWSOC1504112REP*37113<A(5)-0：Y：=．：SXC1502114>>S：0一Y(6)：Y：=．：SXC1500115REPEND116<A—o／<1一>0一Y：Y：=．S／=YS：SX1岬2WSlC1354117REP*4118>>S：<1一>A(5)一0／<卜>O—Y(6)：Y：=．S／=YS：SXC1350119<A—o／<1一>0一Y：Y：：．S／=YS：SXC1346120REPEND121>>S：0一％Z／<1一>A一0：Y：=YS／=．S：SXC1318122REP*3123<O—Y(6)／<1一>A(5)一0：Y：=．S／=YS：SXC1314124>>S：O—Y／O～Y：Y：=YS／=．S：SXC1310125<A-0／<1一>0一Y：Y：=．S／=YS：SXC1306126>>S：A一0／<1一>A一0：Y：=YS／=．S：SXC1302127REPEND128<0一Y／<1一>A—Y：Y：=．$／=YS：SXC1266129>>S：O—Y／O—Y：Y：=YS／=．S：SXC1262130<A—o／<1一>0一Y：Y：=．S／=YS：SXWMF3C1258131>>S：A-o／A一0：Y：：Ys／=．S：SXC1254132REP*1858．CFC∞％盯够∞加饥他他∞趴g；∞ 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致谢我要郑重声明感谢的是：我的导师龙海如教授，在我研究生的学习期间和论文工作期间，他给予了我悉心细致的指导和多方面的关心，尤其对我的论文课题工作付出了极大的辛劳，特别是他在国外期间，仍经常通过email对我的论文提出详细的修改意见。而且龙老师严谨求实、认真细致的治学精神和平易近人的为人原则，都将对我今后的学习和生活产生积极的影响；我的另一位导师王文祖老师，他对我的课题和学习也提供了很多的帮助和指导。另外，在本课题的进行过程中，针织系的胡红教授和张翠英老师以及我周围的其他老师和同学都给过我热心的指导和帮助，这些都是我所衷心铭谢不能忘记的! 本文作者在学期间发表的文章：《三维针织物在电脑横机上的编织工艺探讨》已被《山东纺织科技》接收，将于2003年第1期发表。