两种三维织物结构的设计

许 鹤，马 菲，单晶晶

(中原工学院纺织学院，河南郑州450007)

0 引言

常见的三维织物包括角联锁织物和正交织物两种，由于角联锁织物与正交织物可以在小样织机上织造与加工，且加工方法简单，且将该织物制得的复合材料与其它材料相比，在结构与性能方面，拥有强度高，抗分层能力强，质量轻等优点［1－3］，因此，近年来该织物组织的运用领域较为广泛，尤其是在产业纺织品方面上的运用。因此，灵活多变的三维织物组织结构设计方法，显得尤为重要。

本文对两种三维结构进行了研究，利用推导出的新的空口角联锁结构经纬纱循环关系，以及经纬纱交织规律，设计出四层一列空口、四层两列空口、四层三列空口，并以四层三列空口角联锁为例，利用CAD软件给出了四层三列空口角联锁织物组织结构图绘制方法，然后根据其结构图，再利用Excel画出相应的三列空口角联锁组织的上机图。同样的方法根据正交结构经纬纱关系及其交织规律设计出四层正交结构图，并给出了设计正交上机图的方法，根据上机图在小样织机上既可以生产加工。因此可以根据实际的需要选择相的三维组织结构。

1 角联锁织物组织的设计

1.1 实口角联锁结构图的设计

基本的角联锁组织包括实口角联锁和空口角联锁两种。实口角联锁是在经纬纱交织过程中经纱交叉口中有且仅有一根纬纱织入而形成的结构，该结构在实际生产运用的较多，且在顾平教授在《织物结构与设计学》书中比较常见，且在该书中给出了实口经纬纱循环关系式［4－5］，可以根据经纬纱关系以及经纬纱交织规律设计实口角联锁。设计出的实口角联锁如图1所示:

图1 四层实口角联锁

1.2 空口角联锁结构图的设计

对于空口角联锁结构的设计方法在《织物结构与设计学》书中以及相关文献比较少见，是由于空口角联锁是经纬纱在交织过程中，需满足经纱交叉口中存在纬纱空缺的现象，且该组织有运用到新的角联锁结构经纬纱关系如下［6］:

上述关系式中N代表织物组织的层数，Rj、Rw分别为经纬纱循环数，T为空口的列数。

以四层三列纬角联锁为例设计四层空口纬角联锁方法如下:

(1)首先确定织物的层数为4，N=4;

(2)其次确定空口数目为3，即为T=3;

(3)然后确定经纬纱循环数，经纱循环数为Rj=N+1+T=4+3+1=8;Rw=Rj*N=N(N+1+T);

(4)最后根据经纬纱循环数，设计出结构图如图2所示。

多层空口角联锁的设计方法与上述设计方法相同，因此不再叙述，图3为设计出的结构图(a)与结构(b)分别为四层一列、与四层两列角联锁结构图。

图2 四层空口角联锁结构图

图3 四层空口角联锁结构图

1.3 空口角联锁织物结构图的绘制方法

空口角联锁结构图的绘制方法有多种，本文提出了一种可以借助于CAD软件来完成其结构图绘制。同样以四层三列空口角联锁为例来分析，具体步骤如下:

第一步:确定经纬纱数目，根据1－1、1－2公式计算，经纱为Rj=N+1+T=4+1+3=8;纬纱的数目为Rw=N(N+1+T)=4(4+1+3)=32，由此设计的四层三列空口角联锁经纱数目为8根，纬纱的数目为32，由此可知，需画出4行8列。

第二步:打开CAD，在工作界面画圆，画圆并选择圆(圆的大小，根据需要而定)，然后选择修改菜单下的矩形阵列，在命令框中输入计数(cou)，确定，再输入8列，行数为4，按回车，根据需要将行列间距大小调整相等(本文输入行列间距为300)，如图4所示:

图4 四层三列空口角联锁结构图绘制

第三步:为了能够捕捉线段的中点，采用线段连接第一列元素，并对第一列上下的两个元素延长相等线段。复制第一列元素中的线段形成的直线到第二列，同法第三列到第八列。

第四步:根据图1中的经纱规律，捕捉第一列第一个元素上方线段的中点，顺次连接，选中右侧斜线段复制到左侧与左侧斜线段相连，在锐角处倒圆角(圆角大小根据情况而定，文中大小为100)，得到图形(如图5所示)。

图5 四层三列空口角联锁结构图绘制

第五步:复制第一根经纱，选择合适的基点，得到第三根，第四根等，修剪多余部分得到图1(c)，即为四层三列空口(如图6所示)。CAD画图方法较多，本文给出了其中一种绘制角联锁结构图的方法，同样可以根据该方法可以绘制其它三维织物组织结构图。

图6 四层三列空口结构图的绘制

1.4 空口角联锁织物上机图的设计

角联锁织物上机图是在其结构图的基础上，通过结构图经纬纱交织规律，利用Excel表格设计画出与其对应的上机图。同样以四层三列角连联锁为例进行设计，方法如下:

第一步:打开Excel，绘制表格，方法如下:ctrl+a全选表格，然后选择格式菜单中的的行高、列宽分别设置为列宽为8和0.8。

第二步:组织图设计，根据图3经纬纱数，选择8列、32行，然后选择格式菜单中的单元格，选择边框，选择内、外边框，根据经纬纱交织规律画出对应的组织图。

第三步:组织图上方一行的设计，选中上方一行，选择填充颜色为无，在格式菜单中选择格式单元格，选择外边框。

第四步:穿筘图的设计是在上方一行的上方设计，选中两行，选择内外边框，根据实际需要填充颜色。

第五步:穿综图的设计，在穿筘图的上方再隔一行，采用顺穿的方法，方法同第三步。

第六步:纹板图的设计，在上机图右上角向右隔两列，复制组织图，选择粘贴即可得到。

第七步:对于不需要部分选中，选择填充颜色无，边框选择无，输入数字即可以得到上机图(如图7所示)。

2 三维正交织物设计

2.1 正交织物设计

正交织物作为三维织物的一种，该织物可由两组或两组以上的纱线系统构成，根据交织的不同，正交织物可以分为间体正交与整体正交，文中没有特殊说明，均为整体正交。正交织物与角联锁织物不同的是正交织物是由三个轴向的纱线互相垂直而形成，在形成过程中保证了其结构。

正交织物的设计同样需根据经纬纱循环关系，而经纬纱循环关系需根据正交经纬纱循环关系如下［7］:

上述关系式中N代表正交织物组织的层数，Rj、Rw分别为经纬纱循环数，其中地经为N－1;缝经为2。

同样以四层正交织物为例设计其方法如下:

(1)首先确定织物的层数为4，N=4。

(2)其次确定经纱数目为5，纬纱数目为2N。

(3)最后根据经纬纱循环数及交织规律设计出结构图如图8所示:

图8 四层正交织物经向剖面图(F:缝经;D:地经)

2.2 正交织物上机图的设计

正交织物上机图的设计，根据缝经与地经两根经纱的交织规律，确定经纬纱之间的关系，利用1.4设计角联锁上机图的方法，进而可以设计出与四层正交织物对应的上机图，在普通织机上既可以生产织造，如图9所示:

图9 四层正交织物上机图(F:缝经;D:地经)

3 结论

本文主要对两种三维组织进行了研究，给出了设计角联锁以及正交两种结构的设计方法。角联锁组织是三维组织中一种较有规律的组织，该组织包括实口角联锁以及空口角联锁，根据该结构中的经纬纱的循环关系以及经纬纱的交织规律设计得到织物组织结构图，然后，可借助于CAD软件绘制结构图，再进一步利用Excel画出相对应的上机图，完成了对角联锁结构的设计过程。同样的方法设计出了正交组织的结构图，以及相对应的上机图。研究表明:若一种组织中的经纱交织规律发生变化，将导致组织结构变化，最终形成新组织，进而可以灵活的设计更多的不同的三维组织结构，为以后的生产应用提供更大的选择空间。

［1］易洪雷，丁辛.三维机织复合材料的力学性能研究进展［J］.力学进展，2001(31):161－171.

［2］易洪雷，丁辛.三维纺织预成型件织物［J］.高科技纤维与应用，2001，26(3):32 －34.

［3］唐予远，李虹，章伟，等.三维机织多孔复合材料的横向冲击力［J］.纺织学报，2010，31(2):44 －49.

［4］顾平.织物组织与结构学［M］.上海:东华大学出版社，2010:146－155.

［5］聂建斌，卢世燕.角联锁三维机织物的设计与生产［J］.棉纺织技术，2005，33(2):72 －75.

［6］许鹤，唐予远，马菲，等.空口角联锁织物组织结构探讨，上海纺织科技，2015，43(4):27－28.

［7］顾平.多重纬角联锁三维机织物结构设计［J］.上海纺织科技，2002，30(4):24 －26.