产业用经编材料的加工工艺与设备发展现状_柯薇.pdf

应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术50纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1产业用经编材料的加工工艺与设备发展现状作者简介：柯薇，女，1986年生，副教授，主要研究方向为纺织品的数字化设计与开发。通信作者：邓中民，教授，E-mail：。作者单位：武汉纺织大学纺织科学与工程学院。文|柯薇梁艺馨王文邓中民Abstract:The continuous development of fibers and mechanical technology diversify warp-knitted textiles toward more high-tech and functional ones.Warp-knitted textiles have great potential for development due to their designability and wide applications,which gradually become one of the major directions of innovation and development in the technical textile industry.From the perspective of material application,processing technology,and equipment development,the paper introduces the latest applications of warp-knitted technical textiles in the medical,construction,and aerospace industries.Key words:warp-knitted technical textiles;development status;processing technology;equipment development性好、绝缘性好、抗腐蚀性好、阻燃、抗冻、抗裂、加工性能好、易成形等特点，但其性脆、耐磨性较差，可被制成股、束、毡、布等不同形态以适应不同需求，主要用于无捻粗纱织物、玻璃纤维毡片、玻璃纤维织物、玻璃纤维布等。1.3碳纤维碳纤维是一种高强度、高模量的新型纤维材料，主要作为增强材料与陶瓷、炭等制备先进的复合材料，用于工业与民用建筑物、铁路建筑中。碳纤维耐高温性能强，其增强环氧树脂复合材料在现有的工程材料中比强度、比模量最高，且具有密度小、强度高、导热性能好、抗腐蚀能力强、耐摩擦等特点，也是制造航天航空等高技术器材的优良材料。1.4玄武岩纤维玄武岩纤维是由玄武岩制成的一种新型无机环保高性能纤维材料，具有稳定性好、绝缘性能好、抗腐蚀、Development Status of Processing Technology and Equipment of Warp-knitted Technical Textiles摘要：随着纤维和装备技术的不断发展，经编产品品类不断丰富，向着更加科技化、更具功能性的方向发展。经编产品由于可设计性强、应用领域广等特点，发展潜力巨大，逐渐成为产业用纺织品行业创新发展的主要方向之一。文章从材料应用、加工工艺、设备发展等多个方面阐释了产业用经编材料在医疗、建筑、航空航天等领域的最新应用。关键词：产业用经编材料；发展现状；加工工艺；设备发展中图分类号：TS184.3 文献标志码：A1产业用经编原材料1.1高强聚丙烯纤维高强聚丙烯纤维是以丙烯聚合得到的等规聚丙烯为原料纺制而成的合成纤维，具有较高的抗张强度和抗冲击强度以及质量轻、回弹性好、耐磨、耐腐蚀、绝缘性好、导热系数小、不耐热耐光、吸湿性差等特点，广泛应用于产业用纺织品领域，主要用于安全防护网、渔网、绳索、安全带、土工布，还可制成针织品以及长毛绒衣物等。1.2玻璃纤维玻璃纤维是一种无机非金属材料，广泛用作复合材料中的增强材料，具有抗拉强度大、弹性系数高、耐热DOI:10.16481/ki.ctl.2023.01.018应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术52纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1耐高温等多种优异性能。与玻璃纤维相比，玄武岩纤维具有更好的物理机械性能且价格便宜。玄武岩纤维在航空航天、汽车工业领域可用作耐火材料，也可以作为复合材料生产相机三脚架等。而且，在建筑市场上，玄武岩钢筋正在逐步替代传统钢筋材料。1.5聚四氟乙烯纤维聚四氟乙烯纤维是以聚四氟乙烯为原料制得的一种聚烯烃纤维，具有强度高、延伸率高、摩擦系数小、耐腐蚀、不耐磨、易产生静电等特点，聚四氟乙烯纤维所制得的织物具有防污性好、防紫外线、耐化学腐蚀、耐极端温度、可回收等优势。1.6纤维素纤维纤维素纤维是一种源于天然物质的纺织纤维，具有成本相对较低、可再生、生物可降解、环境友好等优点。纤维素纤维的表面很容易被改性，比较容易附着官能团，以具有更加亲水或者疏水的特性，可以应用于纤维素纤维增强水泥基复合材料等。2产业用经编结构2.1经编多轴向针织结构经编多轴向针织物是由一层或者多层伸直且平行的没有经过织造的纱线，利用经编结构组织尽可能地多方向交错而成的，一般在带有衬纬装置的经编机上制得。它可以在纵向、横向或是斜向直接衬入平行纱线，按衬入方向不同分单轴向、双轴向和多轴向 3 种（图 1），且纤维取向角度是可调节的。由于纱线可以按要求平行排列在所需方向上，纱线内部应力为零，从而使织物具有较高的弹性模量，能够共同承受外来载荷，改善织物的拉伸、抗压、抗冲击等力学性能。同时，承受撕裂力的时候，织物产生集束现象，抗撕裂性能良好；纤维中很容易形成通道，减少了浸润渗透压力，渗透性好。特殊的织物内部构造，提高了纱线间的摩擦力，增强了所形成复合材料的层合性。（a）单轴向 （b）双轴向 （c）多轴向图 1经编轴向织物经编多轴向针织结构机械性能优良，可设计性好，具有良好的剪切性能以及尺寸稳定性，在产业用领域具有很大潜力。其可用作树脂复合材料的骨架，广泛用于航天、交通运输、能源技术、建筑、体育休闲、个人防护及土工建筑等方面，发展前景良好。2.2经编间隔针织结构经编间隔织物是一种 3 层结构织物，利用中间的间隔丝在两个表层织物中间呈V形、X形等结构，将上下两个经编织物层间隔开，形成独特的空气层。表层织物和间隔丝层的材料、组织等均可按照具体要求进行改变（图 2）。不同于普通用黏合剂黏合的复合织物，经编间隔织物独特的空气夹层结构使经编间隔织物抗压弹性、透气性、吸湿导湿性、吸音隔音性以及可成型性好，可用作医疗用纺织品、建筑物板材等。此外，可以通过调整经编机前后针床间的隔距来获得不同厚度间隔织物，大隔距间隔织物可用于汽车领域的座椅面料、通风座椅骨架、仪表板或者门板基层等区域。（a）经编间隔织物编织示意图 （b）经编间隔织物图 2经编间隔织物2.3经编网眼针织结构经编网眼针织物结构的成形方式是让相邻线圈纵行在局部失去联系，从而在经编坯布上产生一定形状的网眼。经编网眼是经编的一大特色，成形方法也很多，如梳栉可以空穿，也可以满穿。网眼具有不同的大小、形状、深度，结构也有对称和不对称之分（图 3）。经编网眼织物具有质量轻薄、弹性好、透气、强度高、柔软、纵横向具有一定延伸性、网格形状和尺寸具有可设计性等优点，广泛用于建筑施工处的安全防护网、医疗用各种形状的弹性绷带等。（a）菱形网眼织物 （b）柱形网眼织物图 3经编网眼织物应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术纺织导报 China Textile Leader 2023 No.1533产业用经编纺织品的主要应用领域3.1医疗领域在医疗领域应用的经编纺织品主要包括经编疝修补网片、经编医用绷带、经编人造血管等。经编疝修补网片是一种用于疝气修补的网片，在针织人体修补材料中应用最为成功和广泛。其原材料包括聚酯、膨化聚四氟乙烯、聚丙烯等，以聚丙烯为原料的经编疝修补网能使纤维细胞胶原质和循环组织顺利长入，从而可以使网片与人体充分结合（图 4）。（a）经编疝修补网片 （b）经编疝修补网片结构图 4经编疝修补网片经编医用绷带具有柔软舒适、轻薄、弹性好、硬度高、易于成形等优点，通常采用拉舍尔经编机生产。其中GE282双针床拉舍尔经编机机构简单，调节方便，既能用单针床编织单面织物，又能用双针床编织双面织物，是用于生产医用绷带的良好设备选择之一。经编人造血管柔软有弹性，具有不易卷边、不易脱散、便于手术处理和缝合、尺寸稳定性好等特点，综合了机织人造血管和纬编人造血管的优点，成为临床中使用最多的一种人造血管（图 5）。其一般由双针床多梳栉经编机生产，通过合理设置纱线线密度、织针号数等，可以织造出多种结构形态和尺寸的人造血管。图 5经编人造血管3.2建筑领域经编产业用纺织品具强度高、环境耐受性好等优势，被广泛应用于建筑领域。例如，经编间隔织物在增强构件中应用具有特殊优势，其重量只有砖瓦、水泥等常规构件的 1/30，且强度高，能较好地承受地震等严重破坏力的作用，安装及修补也较为方便；经编顶棚材料是以经编轴向织物作为基布并进行涂层的膜结构材料，其轻巧灵活，便于搬运，结构稳固，可制成城市住宅使用的遮阳和防雨顶罩以及生产仓库、体育馆等建筑的顶面；拉舍尔经编防护网具有表面光滑，网眼大小以及纤维网厚度均可按照实际需要进行调整等优点，广泛用于建筑领域的安全防护网以及手脚架保护网等。3.3航空航天领域经编轴向织物因其经编绑缚系统增加了织物的厚度，因而具有良好的织物整体性，以及抗拉性好、强度高、弹性模量高以及抗剪切性好等优点。研究人员采用经编轴向织物增强复合材料替代传统金属部件作为火箭蒙皮，能够显著减轻飞行器的质量，而航天飞行器质量每减少 1 kg，就可以使运载火箭的质量减轻500 kg，显著降低了能耗，提高了气动性能。4产业用经编设备发展4.1经编机床的轻量化轻量化成为经编机发展趋势之一。研究发现，碳纤维增强复合材料的采用使得高速特里科经编机的梳栉重量减轻25%，刚性以及机器速度大幅度提高，元件的耐高温能力更强，机器速度不会因机号变化而受影响。浙江越剑智能装备股份有限公司在2020年中国国际纺织机械展览会暨ITMA亚洲展览会上展出了一台YJH4M碳素纤维型经编机，该经编机利用碳纤维高强轻质、结构稳定、温差变化小等特征，槽针床、梳栉床和沉降片床均采用大截面、密度小的碳纤维复合型材料，大幅地减轻运动机件的运动惯量和动力负荷，增加了各针床的刚度，提高设备高速运转的稳定性，提升产品质量和生产效率。4.2电子技术应用广泛经编机各单项功能电子化更广泛。相对于采用齿轮副进行啮合的齿轮机构而言，电子齿轮可以完全按照需要，设定不同从轴对同一主轴的跟随速比，并以电子齿轮比（A/B）的形式实现主/从轴间的齿轮耦合，大大简化了机械设计。因为齿轮比均由数字形式表达，对其调整更加精准，轴的同步变速达到了更好的控制效果，齿轮磨损以及间隙误差完全被消除了。目前，电子齿轮技术已经成为现代经编装备实现高性能电子送经、电子牵拉和电子卷取功能的标准配置，使现代经编设备达到高速度、高精度、高效率的要求。应用技术Weaving/Knitting Technology机织/针织技术54纺织导报 China Textile Leader 2023 No.14.3经编CAD技术应用经编CAD系统是用于设计和开发经编针织物的重要工具，具有生产高效性、产品花式多样性以及织物结构灵活性等优点。开发人员首先设计出花纹小样，然后利用扫描仪将花纹小样导入到电脑中，CAD系统会自动进行梳栉的分配以及原料的分配，确定各把梳栉的垫纱运动以及花型数据。CAD软件的使用，可以实现对图片花纹的快速提取以及循环处理，优化了设计人员的工作模式，大大提高了生产效率。4.4经编机的智能化数据管理互联网技术在经编机数据管理上的应用也逐步深入。基于云服务的经编机