多轴向经编织物

取向经编织物(三)多轴向经编织物

多轴向织物（Multiaxial Warp knitting，简称为MWK）在0o 、90o和±θ方向都衬有增强纱线，θ可以在30o～90o之间变化，多层纱片由经平组织或编链组织绑缚在一起。因此多轴向织物是一种多层织物。纤维铺设在面内不同方向（衬纱系统）以及沿厚度方向（绑缚系统），形成由纤维束构成的三维网络整体结构。

一、结构与性能

现在这种具有工程技术特色的多轴向衬纱结构在全球范围内越来越引起人们的极大兴趣，其使用范围越来越广，尤其是在过去的三年内。但是多轴向织物的定义和描述还是最近刚刚提出来的。

这种多轴向衬纱织物定义为：―一种由针织系统或化学粘合剂固定在一起的基布，由一层或多层平行伸直的纱线层组成，每层纱线可以排列在不同的方向。每层纱线的密度可以不同，并可以与纤维网、胶片、泡沫或其它材料结合在一起。衬纱（warps）可以与横向平行或交叉。这种多轴向衬纱织物可以在带有纬纱衬入系统（平行的或交叉的纬纱衬入）的经编机生产或由化学粘合剂粘结而成。‖

在实际过程中，在定义纱层的结构时经常出现一些误解。新标准规定：―一种纺织结构，由一层或多层平行伸直的纱线层组成，每层纱线可以排列在不同的方向。每层纱线的密度可以不同，并可以与纤维网、胶片、泡沫或其它材料结合在一起。各个纱层的取向方向由产品的方向决定。生产方向定义为0°，根据ISO/DIS 1268-1使用正负方向角来定义纱层取向的方向（90°为最大角）。纱层的方向定义如下：介于0°和90°之间的纱层用该纱层的方向与0°之间的夹角并加上+或–来表示。如果纱层排列在系统坐标轴的正象限，则用―+‖表示；如果纱层排列在系统坐标轴的负象限，则用―–‖表示，如图10-3-1。纱层可以与横向平行或与横向成一定角度衬入。―根据这个定义，描述纱层结构时只能有一种标准的统一的描述。描述参数包括结构中纱层的次序（第一层衬纱为层和结构中的第一层）和纱层取向的方向（+/–）。采用正号或负号定义衬纱的方向（如+45°/–45°）已经使用多年，这次制定标准时也就沿用了这种方法。

（一）结构

图10-3-2为一种典型的多轴向经编织物的结构图。它包含四个衬纱系统（分别为衬经纱、衬纬纱和两组斜向衬纱）和一个绑缚系统。和双轴向织物一样，四组衬纱平行伸直排列形成四个纱线层，由编织线圈绑缚在一起，图中地纱组织为编链组织。按照上述的规定，四组衬纱的衬入次序和方向为：0°/90°/+45°/–45°。

（二）性能

1．拉伸性能

多轴向经编织物的特点在于整体性能好、设计灵活、拉伸性能和抗撕裂性能好，特别是沿厚度方向纱线的增强，大大提高了层间性能，克服了传统层合板层间性能差的弱点。织物面内任意方向上的拉伸强度和拉伸模量可以通过衬纱的强度和衬入方向进行计算。织物可以按需要设计成面内拉伸各向同性或各向异性。当θ=±45o时，织物可以近似认为面内拉伸各向同性。

2．双斜向织物的成型性能

对于图10-3-3的经编双斜向织物（±45o）来说，当+45o的衬纱顺时针旋转，而同时–45o的衬纱逆时针旋转时，经平绑缚组织沿纬向将受拉伸长，沿经向将缩短。经平组织沿纬向具有很大的延展性。这种双斜向织物在成型过程中衬纱沿纬向产生集束现象，这是这种织物变形的一个重要特点。另一种情况，当+45o的衬纱逆时针旋转，而同时–45o的衬纱顺时针旋转时，经平绑缚组织沿经向将受拉伸长，而沿纬向将缩短。但经平绑缚组织沿经向的延展性却

很小，使这种双斜向织物（±45o）在成型过程中易于沿纬向集束。对这种织物进行半球冲压后，织物无起拱现象产生，说明这种双斜向织物（±45o）具有较好的成型性能。

3．剪切性能

双轴向经编织物和机织物在斜向外力（与织物经向呈45°）或平行剪切力的作用下是不稳定的。而在多轴向经编织物中由于引入了两组对角线纱线，这样织物的剪切变形便受到抑制，因此，多轴向经编织物具有良好的剪切性能。

二、生产设备及工艺

（一）生产设备

卡尔迈耶公司生产的Multiaxial多轴向经编机，它是一种高技术经编机，带有几个系统的纱线衬入系统。

（二）生产工艺

1．原料

衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如涤纶（PET），锦纶（PA），丙纶（PP），高压聚乙烯纤维（HD-PE），高强锦纶，玻璃纤维（GF），碳纤维（CF）和凯夫拉（Kevlar）纤维。可以是低捻度的柔性短纤纱，也可以是无捻的高性能长丝。用作增强纱线时，一般采用高性能无捻长丝，有时为了便于织造，纱线可以稍加捻。纱线一般较粗，最粗可达约2500tex。地纱通常采用价格低廉的普通纤维，纱支一般为160dtex左右。如产品沿厚度方向的性能要求较高，则使用便于成圈的高性能纤维，如高强涤纶等。单根纱线的密度以及它们的取向角可以随载荷的类型而变化。

2．组织

通常使用的衬纱角度为-45 °、90 °、+45°和0°，可以按织物的用途任意变化。如衬纱角度为-45 °、0 °和+ 45°、0°或-45 °、90°和+45°，则可以形成三轴向经编织物；如果只在-45 °和+45°方向上衬入纱线，则可形成双斜向经编织物。这就使得材料具有一定的各向异性，即材料只在受力点和受力方向上得到增强。编织纱（及绑缚系统）通常采用经平组织或编链组织。编制纱的存在提高了层间的剪切强度和各个方向上的尺寸稳定性，将分层的可能降低到最低程度，使第三方向也就是Z 方向得到了增强。编织原理如图10-3-4。

3．工艺举例

多轴向经编织物（一）

（1）机器参数

机型：Multiaxial多轴向经编机；机号：F5；幅宽：50"；带有纬纱衬入系统和纤维网衬入装置

（2）原料（基布）

斜向衬纱+45：6000dtex玻璃纤维粗纱

衬纬纱90°：6000dtex玻璃纤维粗纱

斜向衬纱-45°：6000dtex玻璃纤维粗纱

经编纱：140dtex涤纶710

（3）组织

地组织：编链

织入顺序：纤维网/+45°/90°/-45°//

（4）织物参数

缝迹长度：2.5mm；织物克重：1130g/m2

多轴向经编织物（二）

（1）机器参数

机型：Multiaxial多轴向经编机；机号：F5；幅宽：50"；带有纬纱衬入系统和纤维网衬入装