几种角连锁织物结构的设计

单晶晶，马 菲，许 鹤，靳雯雯

(1.中原工学院纺织学院，河南郑州450007;2.际华三五零九纺织有限公司，湖北汉川431616)

0 引言

随着纺织复合材料的广泛应用，对其性能等各个方面的要求也在不断提高，致使人们对起增强作用的纺织品研究不断深入，主要表现为增强材料体结构从零维、一维、二维发展到现在的三维。目前先进复合材料主要是指以三维纺织品作为增强相的复合材料，三维纺织增强复合材料具有二维纺织复合材料无可比拟的优势，如比强度高、比模量大、特殊力学耦合性好，可设计性好，生产成本低，易于实现等，同时克服了层状结构复合材料层间强度低、易冲击损伤等缺点［1－2］。因此作为复合材料增强材料的三维织物组织结构的设计值得研究。由于角连锁织物是一种在普通织机上比较容易织造的平板状立体三维织物，通过组织设计可以达到预期的结构稳定性、压缩性、强度和织物厚度，因此，在国内外平板型增强复合材料上广泛应用［3］。

许多专家教授对角连锁三维织物组织结构的设计及其特点进行了研究:顾平教授在多重纬角连锁三维织物组织结构的设计基础上，给出了共纬和空口结构的角连锁三维织物组织结构的特点和设计方法，同时提出一种带喷射口的多重纬角连锁三维织物组织结构［4］;杨彩云教授归纳了12种常用的正则角连锁三维织物组织结构［5］;可见，角连锁织物组织的设计灵活多变，种类繁多，且各类角连锁织物间存在交叉且可以相互转化，目前仍没有系统的分类。而织物组织结构对三维纺织复合材料力学声学等性能有很大的影响，因此，有必要对角连锁织物组织结构进行系统分类，阐明不同种类织物组织的特点，以便于对其增强的复合材料进行力学、声学等性能的研究。本文在前人研究的基础上，对三维角连锁织物组织进行了简单的归纳总结，同时根据前人的经验，拓展了一种带喷射口的角连锁三维织物组织结构。(三维角连锁织物包括普通平板状三维角连锁织物和异形件角连锁三维织物，由于异形件角连锁三维织物复杂多变，本文只探讨普通角连锁织物结构。)

多重角连锁机织物采用两个系统的纱线交织而成，所以可以在普通织机上织制。由于纬纱在打纬力的作用下容易形成重叠，实际应用中以多重纬角连锁结构为多［4－7］。本文提到的角连锁织物如无特殊说明均指多重纬角连锁织物。

1 角连锁织物结构的设计

1.1 按照经纱接结的层数设计

1.1.1 角连锁贯穿接结织物结构设计

角连锁贯穿接结织物中的每一根接结经纱均通过织物的整个厚度方向，使整个织物成为一个牢固的整体结构。如图1为四层正则角连锁贯穿接结织物组织结构:

图1 四层正则角连锁贯穿接结织物组织结构

1.1.2 角连锁分层接结织物结构设计

角连锁分层接结织物结构中的各根经纱均没有贯穿整个织物组织层数，假设织物总层数为n，各根经纱没有贯穿n层织物组织，而是每m层之间相互接结(m＜n)，最终将整个n层织物接结为一个整体。角连锁分层接结织物结构可以分为以下三类:

(1)k层斜交角连锁结构设计

图2 k层斜交角连锁织物结构(k=2、3)

(2)k层正交角连锁织物结构设计

图3 k层正交角连锁织物结构(k=2)

(3)k层疏松正交角连锁结构设计

图4 K层疏松正交角连锁结构(k=2)

1.2 按照织物组织是否带有衬垫纱设计

衬垫纱分为衬垫经纱和衬垫纬纱，衬垫纱不参与交织只是分别平行于织物的经、纬向，起到增加织物厚度和面密度的作用。

1.2.1 带有衬经的角连锁织物结构设计

图5 带有趁经的角连锁织物结构

1.2.2 带有衬纬的角连锁结构设计

图6 带衬纬的角连锁织物结构

1.3 按照实口、空口和共纬设计

针对角连锁贯穿接结织物的特点将其分为三类。

1.3.1 实口角连锁织物结构设计

实口角连锁结构是指在经纬纱交织过程中每个经纱交织口中有且仅有一根纬纱。

图7 实口角连锁织物结构

1.3.2空口角连锁织物结构设计

空口角连锁结构是指在经纬纱交织过程中形成纬纱空缺的经纱交织口［8］。

图8 空口角连锁织物结构

1.3.3 共纬角连锁织物结构设计

共纬角连锁结构是指在经纬纱交织过程中形成一个经纱交织口中存在两根或者两根以上纬纱的组织结构。

图9 共纬角连锁织物结构

1.4 按照是否具有空心结构设计

1.4.1 不带喷射口的角连锁织物结构设计

1.1～1.3中提到的角连锁三维织物组织结构均为不带喷射口的角连锁三维织物组织结构。

1.4.2 喷射口角连锁织物结构设计

顾平教授在多重纬角连锁三维机织物结构设计中给出一种带喷射口的多重纬三维机织物，杨彩云教授在三维机织空心结构复合材料的研究中也给出了相同结构的圆形中空板结构。(如图10)［4，9］在此基础上以此类推，不难发现，所有角连锁织物结构均可通过改变经纱交织规律而形成喷射口结构(如图11)。

图10 带喷射口角连锁织物结构

图11 喷射口角连锁织物结构

由此总结出，在角联锁织物结构的基础上，通过改变经纱的交织规律，从而形成一列沿经纱方向与纬纱平行，且形状大小相同的通道，即喷射口角联锁织物结构［9－10］。其结构图如图11所示，两种喷射口角连锁织物结构中的a部分均表示连接喷射口部分的角连锁织物结构，b部分表示形成喷射口部分的角连锁织物结构。

2 各三维角连锁织物结构之间的相互关系

本文四种角连锁三维织物组织结构并不是相互独立，它们之间相互交叉。角连锁分层接结织物结构中的k层斜交角连锁结构、k层正交角连锁织物及k层疏松正交角连锁结构均属于正则角连锁织物结构;实口角连锁织物结构、空口角连锁织物结构及共纬角连锁织物结构均属于贯穿角连锁织物结构;所有不带有喷射口的角连锁织物结构都可以通过改变部分交织规律而转换成带有喷射口的角连锁织物结构。

3 结语

本文对三维角连锁织物组织结构进行研究，指出不同种角连锁织物组织结构的特点，并在前人研究的基础上，设计了带喷射口的角连锁织物组织结构，并阐明了不同类别下角连锁织物组织之间的相互关系。希望能为以后角连锁织物组织的设计提供参考。

［1］夏晓明，宋之聪.功能助剂［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［2］刘淑萍，刘让同.三维织物结构设计［J］.纺织科技进展，2006，29(6):42 －46.

［3］杨小侠.角连锁结构三维织物的设计［J］.棉纺织技术，2011(9):4－7.

［4］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.

［5］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，2005，31(5):53 －58.

［6］蔡陛霞.织物结构与设计［M］.北京:中国纺织出版社，2004:138－139.

［7］顾平.织物组织与结构学［M］.上海:东华大学出版社，2010:152－155.

［8］许鹤，马菲，单晶晶.两种三维织物结构的设计［J］.成都纺织高等专科学校学报，2015，32(3):70－73.

［9］杨彩云，李文璋，王磊，等.三维机织空芯结构复合材料的研究［J］.纤维复合材料，1996(4):10－14.

［10］陈思霞，眭建华.3－D机织异型件角连锁接结结构设计探讨［J］.苏州大学学报，2011，29(4):60 －65.