1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 多轴向经编织物的研究与开发 所在学院 专业班级 纺织工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘要： 随着我国国民经济的快速发展，各产业部门对材料提出的要求也越来越高，原先的单一材料已逐渐不能满足实际需求。而多 轴向经编 针织物以其高强高模轻质的特点， 为织物增强复合材料的发展注入了新的活力，已被广泛应用于航空、航天、交通运输、化工、建筑材料、体育、娱乐、广告、医疗卫生等各个领域。文章介绍了经编多轴向织物的生产技术，包括经编复合材料的结构特点，生产设备与使用原料。并对经编多轴项织物的结构和性能进行分析，主要针对由经编玻纤材料制成的风机
2、叶片用产品进行性能测试和分析，以优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需求。 关键词： 多轴 向 织物 经编复合材料 玻纤织物 风机叶片 II Research and Development of Multiaxial Warp knitting Abstract: With the rapid development of Chinas national economy, the industrial sectors demands on the material more and more, the original single material can not mee
3、t the actual demand gradually.The multi-axial warp knitted fabric with its characteristics of high strength high modulus lightweight, fabric-reinforced composite materials to inject new vitality, has been widely used in aviation, aerospace, transportation, chemicals, building materials, sports, ente
4、rtainment, advertising, health and other fields. This paper introduces the multi-axial warp knitted fabric production technology, including warp the structural characteristics of composite materials, production equipment and use of raw materials. Multiaxial warp knitting fabric and item analysis of
5、the structure and performance, mainly for the warp fan blades made of fiberglass materials, performance products for testing and analysis, to optimize the production process parameters, enable the production of glass fiber fabric to meet the leaves, after the production needs. Key words: Multiaxia W
6、arp knitting Composite warp Fiberglass fabric Fan Blade III 目 录 1 绪 论 . 5 1.1 概述 . 5 1.2 多轴向经编技术的发展 现状、成果及动态 . 5 1.2.1 生产设备情况 . 5 1.2.2 应用的领域 . 6 1.2.3 复合技术的发展 . 6 1.3 多轴向经编织物 的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点与目标 . 6 1.3.1 课题的研究内容 . 6 1.3.2 研究方法 . 6 1.3.3 技术路线 . 7 1.3.4 研究难点 . 7 1.3.5 预期达到的目标 . 7 2 多轴向经编织物的生
7、产工艺 . 8 2.1 多轴向编织原理 . 8 2.2 多轴向经编织物的原料 . 8 2.2.1 玻璃纤维的介绍 ： . 8 2.2.2 玻璃纤维的种类和 特性 . 9 2.2.3 玻璃纤维的一般性质 . 9 2.3 多轴向经编织物的结构和性能 . 11 2.3.1 结构特点 . 11 2.3.2 多轴向经编织物的性能 . 12 2.4 多轴向经编织物的生产设备 . 12 2.4.1 生产设备 . 12 2.5 多轴向经编织物的编织工艺 . 13 2.5.1 原料 . 13 2.5.2 组织 . 13 2.5.3 工艺流程 . 14 2.6 工艺举例 . 14 2.6.1 三轴向经编织物 .
8、14 2.6.2 带有纤网的三轴向经编织物 . 14 3 多轴向经编织物 性能测试分析 . 16 3.1 概述 . 16 3.2 多轴向经编织物 的 拉伸性能 . 16 3.2.1 拉伸 性 能 实验的基本流程 . 16 3.2.2 实验仪器 . 16 3.2.3 测试数据分析 . 16 3.3 多轴向经编织物撕裂性能 . 20 3.3.1 测试设备 . 20 3.3.2 撕裂性能 实验的基本流程 . 20 3.3.3 测试数据分析 . 20 3.4 本章小结 . 21 4 总结与展望 . 22 参考文献 . 23 致 谢 . 错误 !未定义书签。 5 1 绪 论 1.1 概述 多轴向 经编技
9、术是一种新型的多头纬编织技术。它是从国外 20 世界 70 年代后期发展起来的一种新型制造技术。由于现代纺织技术的发展和对纺织品要求不断提高，该技术在 90 年代得到广泛的研究和推广应用。近年来，我国调整产业发展方向，鼓励企业开发新能源，风能最为一种可再生的清洁能源，越来越受到政府和高新企业的重视。而制造风力发电叶片 对材料具有严格的要求，传统的材料已不能满足其生产要求。 以往，纺织材料增强体多采用机织方格布，由于传统机织物组织结构中的纱线处于弯曲状态，使得高性能纤维机织物中由于传统机织物组织结构中的纱线处于弯曲 状态，使得高性能纤维机织物中纤维性能不能充分发挥，影响复合材料的性能。然而，经编
10、多轴向织物是由多层伸直且平行排列的纱线层 (常加入短切毡 )利用经编结构的组织绑缚在一起而形成的，这类织物经树脂浸渍固化后可得到所需的复合材料，它的出现一改以前针织物纤维含量及模量低的缺点，并且很好地解决了机织物由于屈曲效应导致的纤维性能不能充分发挥的问题，使复合材料的性能得到进一步的提高。 多轴向经编技术在产业用领域，特别是在复合材料领域还是一个相对较新的课题，在发达国家，此技术的应用已比较广泛，在我国则起步较晚，但是该技术在国内 外已引起广泛的重视，表现出巨大的发展潜力。今年，国家制定十二五规划，鼓励企业开发新能源 。而风能作为一种可再生的清洁能源，必将在国内得到进一步的研究与发展，市场潜
11、力相当巨大。所以，对多轴向经编技术，尤其是对该技术的关键一多轴向经编织物编织工艺的研究，具有深远的意义。它能在很大程度上提高多轴向经编织物的经济效益，扩大多轴向经编织物的应用领域，表现出重要的学术价值和广阔的商业前景。 1.2 多轴向经编技术的发展 现状、成果及动态 1.2.1 生产设备情况 多轴向经编针织物的生产设备主要是使用了多轴向的 铺纬机构，该机构铺设的纱线各自平行，且纱线层能根据不同用途的需要以各种不同密度排列。纱线从纬纱架上引出后经过铺纬机构，由伺服电机驱动的铺纬机构将纱线垫放到位于左右两侧的衬纬纱传送链的钩子里，再通过传送链将纱线传送到编织区，与衬经纱、捆绑纱线等形成所需要的多轴
12、向经编织物。目前国内的多轴向经编机主要有利巴公司的 CopcentraMAX 3 CNC 系列机型以及 Karl Mayer(卡尔迈耶 )公司的 Malimo Multiaxial、 RS2(3)MUSU、 RS2(3)MSUS-V 等机型。 6 1.2.2 应用的领域 以高性能纤维为原料的多轴向经编针织物与树脂复合后可以作为骨架材料，其性能好于传统的机织物，与传统的金属材料相比，以多轴向织物为基布的复合材料在一定程度上比金属具有更好的性能。例如使用碳纤维为原料的经编复合材料就比金属材料更加坚固，更加耐高温、耐腐蚀，而且大大减轻了质量，因此，多轴向经编复合材料常用于船舶游艇的制造、风力发电机的
13、叶片，航天航空和汽车工业等领域。 1.2.3 复合技术的发展 在复合材料中，多轴向经编针织物的性能要想得到充分的发挥，后整理工艺也是十分重要的。经过涂 层和树脂整理的多轴向复合材料其各项性能有了很大的提高，不但克服了纱线滑移使产品结构更稳定，而且增加了产品的耐磨、耐腐蚀等一些化学性能。后整理工艺的发展，以及相关产品的性能完善，也必将会大幅度地提高经编复合材料的性能。 1.3 多轴向经编织物 的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点与目标 1.3.1 课题的研究内容 多轴向织物（ Multiaxial Warp knitting，简称为 MWK）在 0 、 90 和 方向都衬有增强纱线，
14、可以在 30 90 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。主要研究多轴向玻纤织物的生产工艺（原料、组织）及产品的以下内容： （ 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 =45 时，织物可以近似认为面内
15、拉伸各向同性。 （ 2）撕裂 性能 多轴向经编织物增强柔性复合材料由于在基布中引入了两组斜向的 45 纱线辅助承受拉伸 载荷，使其撕裂强力得到成倍加强：在做梯形法撕裂测试时，在纵向承载纱被逐根拉断的过程中，捆绑纱也逐步将拉伸载荷转移到两组 45 纱线上，并造成这两组纱线在试样平面内旋转。受力 三角区中的裂口也由最初的很小锐角逐渐转变为较大的钝角，从而有效的阻止多轴向经编织物结构图了裂口的横向延伸，增加了撕裂强度。 1.3.2 研究方法 本 课题 的 研究主要采用 实验法 、 观察法 、 比对法 方法。 对于不同原材料及组织所制成的产品，将采用比对法。对于工艺设备及工艺流程的研究，将7 采用观察
16、法。 对于 产品性能的 研究，将采用 实验法 。 1.3.3 技术路线 （ 1） 系统查阅多轴向织物技术研究相关的国内外文献和标准，进行搜集、整理、加工，撰写文献综述。 （ 2） 进行毕业实习，通过实习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，主要开展风机叶片用产品的性能测试和研究，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生 产的需要。 1.3.4 研究难点 该课题的研究在国内尚处于起步阶段，可参考的文献资料不是很多，而搜索的外文文献资料更是少之又少。学校也没有必要的设备来完成一些实验数据的测试，实验的原材料很难小量购买到。另外由于自己即将
17、工作，没有很多时间去研究论文。当然，我都会尽力去克服这些困难，抓紧时间，争取尽快完成这篇论文，并且做到保质保量。 1.3.5 预期达到的目标 对经编多轴向织物的结构和性能进行分析，介绍经编多轴向织物的生产技术，并对不同产品性能分析比较。进行毕业实习，通过实 习，了解和熟悉多轴向玻纤织物技术参数和生产工艺，对不同用途的玻纤制品的性能进行测试和分析，优化生产工艺参数，使生产的玻纤织物能满足后道叶片生产的需要。 8 2 多轴向经编织物的生产工艺 2.1 多轴向编织原理 多轴向经编 (Multi axial Warp Knitted，简称为 MWK)织物由经纱 (0 )纬纱 (90 )和轴向纱 (0
18、)组成，衬纱角度 (0 在 -200 +200 之间变化 )可按织物的用途进行变化。在编织过程中，用于编织的纱线在成圈机构的作用下，穿过整个织物， 在厚度方向将所有预先铺设好的承载纱精确地束缚在一起，如图所示： 图 2-1 从图 2-1可以看出，在编织过程中，可以把纤网和 MWK织物有效结合起来，纤网的加入能够控制织物的很多物理性能，如强度和伸长，同时也可以改变织物的覆盖系数、密度、透气率、透水率、刚度、厚度和初始抗撕裂阻力，提高了织物的抗撕裂性能，减少了织物中纱线的滑移，使得 MWK织物和纤网的优点都能体现出来。此外，在 MWK织物的生产过程中，通过束缚纱和承载纱将纤网连结起来，而不是 刚性
19、地胶合在一起，这就允许 MWK纤网结构有许多形式，使设计者拥有更大的设计空间。 2.2 多轴向经编织物的原料 经编多轴向织物的原料范围十分广，衬纱通常采用力学性能良好的高性能纤维，如玻璃纤维 (GF)，碳纤维 (CF)、 Kevlar纤维、超高分子量聚乙烯纤维 (UHMW PE)等 J，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。同时，单
20、根纱线的密度以及它们的取向角可随 载荷的类型而发生 变化。 随着多轴向经编技术的发展，很多厂家对原料的要求越来越高。用于风力发电机叶片的原料，由于碳纤维的价格是玻璃纤维的 10倍左右，目前叶片增强材料仍以玻璃纤维为主。现对玻纤做一下详细介绍 2.2.1 玻璃纤维的介绍 ： 9 通常玻璃是以二氧化硅为主要成分，加入各种金属氧化物或碳酸盐 ,经高温熔融 ,在未析出结晶时即被急剧冷却凝固而成的无定形物质。分子结构以硅 为核心，周围有四个氧原子，组成 Si04的四面体，形成无规则三维网络结构，在网络间隙中以弱键力结合有各种金属离子，这就是玻璃的基本骨架。 2.2.2 玻璃纤维的种类和特性 玻璃纤维有许
21、多种类，分述如下 , （ 1） E一玻璃纤维 这 种玻璃纤维也叫无碱纤维，指化学成分中碱金属氧化物含量为 0-2%的铝硼硅酸盐玻璃纤维。其特点是具有良好的电绝缘性、耐老化性和机械强度，可以长期使用。 (2)C一玻璃纤维 这种玻璃纤维也称耐化学玻璃纤维，它含碱，耐酸性好，可用作酸性液体过滤及耐酸容 器用纤维增强复合材料的增强材料。 (3)A一玻璃纤维 这种 玻 璃纤维与平板玻璃、玻璃瓶等成分相同，耐老化性差，耐酸性比 C一玻璃纤维差。 (4)L一玻璃纤维 这种 玻 璃 纤维含铅量高，主要用于放射性的屏蔽。 (5)5一玻璃纤维 这种玻璃纤维是为提高玻璃纤维拉伸强度而被开发的，与 E-玻璃纤维相比较
22、，比重小 20%，拉伸强度高 35%，弹性模量高 20%0 (6)YM-3-1-A一玻璃纤维 这种玻璃纤维具有高的弹性模量，可用作高弹性模量的纤维增强复合材料的增强材料。 (7) 耐碱性玻璃纤维 这种玻璃纤维用于增强水泥制品，可作为石棉代替品。 2.2.3 玻璃纤维的一般性质 玻璃纤维的性质和一般玻璃没什么不同，但是玻璃纤维是通过极细直径的喷嘴于熔融状态下急速拉伸，成为瞬间来不及结晶的急冷固化物。它的一般性质如下 9。 (1）吸湿性小。 (2）尺寸稳定性好。 (3) 耐热性好，不燃烧。 (4) 耐老化性好。 (5) 电气绝缘性好。 (6) 耐药品性好。 (7) 弹性模量高，是完全弹性体。 (8
23、) 拉伸强度大，延伸率小。 10 (9) 剪切强度、耐磨损性差。 为了比较玻璃纤维和其它普通纤维力学性能的差异，已经有研究者采用 HD021电子单纱强力仪和 F-Meter Winder R1083型纱线动态摩擦系数仪分别测试了玻璃纤维纱线、棉纱、毛睛混纺纱线和涤纶长丝的拉伸强力、断裂伸长率以及与金属表面间的动摩擦系数 测试结果如表 2-1 所示。 表 2-1 纱线种类 线密度（ tex） 断裂强度 （ N/tex） 断裂伸长率 （ %） 动摩擦系数 玻纤纱线 A 144 0.57 2.17 0.62 玻纤纱 线 B 150 0.78 3.29 0.42 玻纤纱线 C 24X6 0.50 2.
24、21 0.48 纯棉纱线 26 0.23 5.10 0.22 毛腈混纺纱线 70 0.12 14.31 0.18 涤纶长丝 21.2 0.36 20.45 0.39 不难发现，玻璃纤维纱线和普通纤维纱线相比，有较高的断裂强度，但断裂伸长率比较小，这也表明其弹性、延伸性较差。即便玻璃纤维纱线的表面经过石蜡等处理，然而动态摩擦系数仍然较大。三种规格的玻璃纤维纱线的捻度不同，其摩擦系数也不同，从中可以看出，在一定范围内 ，玻璃纤维纱线的摩擦系数随着捻度的提高而降低。此外，由其他学者所做的关于不同纱线的弯曲性能的比较，可以知道玻璃纤维纱线的弯曲刚度很高。加上摩擦系数较大和天生的脆性，使其表面粗糙、较硬、而且不耐扭折，这就使得玻璃纤维纱线的编织非常困难。 表 2-2几种纱线的弯曲性能比较 纱线种类 线密度（ tex） 比较刚弯度（ NXmm2/tex 棉纱 58.8 0.918 涤纶长丝 62.6 1.25 腈纶长丝 58.8 1.41 中捻玻璃纤维股线 150 6.78 本试验在测试玻璃纤维纱线的拉伸强力时，采用 GB/T7 690.3-2001。在纱线拉伸过程中，发现纱线会在夹头之间打滑或者被夹头夹断，为了克服这一缺点，通常将纱线两端用树脂粘结固定，树脂块不需太大，只要能插入夹头中就可以，并注意树脂块的位置在试样夹持距离以外。图 2-1是玻璃纤维纱线 A的典型的拉伸曲线图。
