立体织物、三维织物 three dimensional fabric

立体织物three dimensional fabric
立体织物又称三维织物。具有三维空间造型的织物。立体织物按成形技术可分为机织法、针织法、非织造法和编织法4种。  


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《三维机织物》，郭兴峰，PDF www.cuzhiwang.com/thread-7481-1-1.html

立体机织物three－dimensional woven fabric
又称三向织物或三轴向织物。用传统机织原理织造的、具有三维空间的织物，是由经纱、纬纱和垂直于经纬方向的纱交织而成的立体结构织物。立体机织物与传统机织物有以下几点不同：
（1）交织纱线的方向数不同。传统机织物由经纱和纬纱交织而成。织物交织方向数为2，因此也称平面织物。立体机织物由经纱、纬纱和垂纱交织而成。垂纱垂直于经纱，也垂直于纬纱。立体机织物纱线的交织方向数为3或3以上，称为三维织物、三轴向织物、三维正交立体织物或四维、五维织物等。
（2）织物的厚度不同。传统机织物较薄，是单层或多层织物。立体机织物较厚，可达几十层。
（3）织物内纱线曲折情况不同。传统机织物的纱线呈波浪形交织。立体机织物内部纱线大多是挺直的，其表面纱线出现180°转向。
（4）织物形状的复杂程度不同。传统机织物是平面织物，形状简单。立体机织物的断面多呈圆筒形、方形、矩形、T形、工字形等。一般立体织物是与其他材料如：树脂、金属、陶瓷、碳等复合成的高性能复合材料。这种材料常是不加工或少加工的机件。
（5）纤维状态不同。传统机织物的纤维大多是短纤维加捻的纱线，而立体机织物的纤维多数采用不加捻的长丝。为了获得高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特殊性能的高级复合材料，要求采用伸长率低、耐高温、高强度的碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、硼纤维等。
立体机织物的织造可借用传统机织方法，但必须加装某些专用机件，如垂直的纱架、纱筒、纱轴、垂纱引入织物的装置、复杂形状厚织物的输出装置等。由于织物很厚，原有钢筘高度尺寸要加大，打纬机构的运动也希望采用平行打纬，即打纬运动时，钢筘始终保持平行移动。立体织物的引纬机构常用多个引纬器同时将多根纬纱引入经纱层间。对于织造伸长率低、脆性高的碳纤维织物，要采取一系列相应措施。

立体织物纱线体积百分率yarn volume percentage of three－dimensional woven fabric

立体织物内的纱线体积与立体织物体积之比，以百分率表示。在立体织物内并不是所有空间都被纱线所占领，纱线之间有间隙，存在“纱线体积系数”，即所有纱线的体积与立体织物体积之比，用Vy表示；另一方面每根纱线内并不是所有空间都被纤维所占领，其中有间隙，即存在“纱线充填”系数，它是纱线内所有纤维的体积与纱线体积之比。纱线体积系数可以对整个立体织物进行计算，也有忽略表面影响，只对立体织物内部结构进行计算。立体织物的纱线体积百分率是影响织物复合工艺和复合材料性能的重要参数。

立体机织物纤维体积百分率fibre volume percentage of 3D woven fabric
立体织物中纤维体积与整个立体织物体积之比，即纤维的体积含量。它不用于纱线体积百分率。纱线由许多根单纤维组成，从纱线断面放大照片上可看到单纤维之间存在空隙。由于纱线生产过程中的喷丝、集束、卷绕的方式以及在织造中受压情况的不同，纤维间的空隙量也各不相同，因此纤维在纱线中的体积百分率并不是固定值。在立体织物内纤维体积百分率是立体编织物主要性能指标之一。纤维体积系数越高，通常复合材料的性能越好。

立体机织物表层结构surface structure of three－dimensional woven fabric

立体机织物表面的纱线结构。它由纬纱转向和垂纱转向形成。转向纱线把织物内部交错的纱线束缚住，形成一个确定形状的整体。纬纱和垂纱转向的必要条件是：必须有一根张紧状态的纱线供它们转向，转向的纬纱和垂纱就束缚住张紧状态的纱线，张紧状态的纱线又束缚住立体织物内部的纱线。

三维空芯机织物three dimensional hollow woven fabric

    上下两层机织物之间有纱线或织物的纺织品。这些纱线或织物将上下两层织物连成一个整体的同时，还具有某种特殊作用，如支撑、控制高度、形成某种特殊的几何形状等。这类中空双壁织物的制织可将接结双层机织物与管状织物的制织相结合，并进行适当变通而成，即在管状织物的基础上，采用接结纬接结法，将每一根接结纬纱与上下层织物的接结点沿布边方向拉开一定距离，这样接结用的纬纱即可成为上下两层织物之间的连线，上下层两个接结点相隔的距离则成为中空双壁织物的上下层连线的长度。下机后，将上层织物水平移动，使相应的两个接结点重合在一起，再将上层织物垂直向上移动，直到中间的纱线绷直为止，即可得到中空双层壁织物。产品的连线高度、接结点的分布方式、连线密度、所用原料等均可按其最终性能要求加以改变。双壁织物之间根据需要可输送及填充下列物质：

（1）空气及各种气体、液体和胶体态物质；

（2）泡沫、粉尘、砂土及各种颗粒材料；

（3）填充并固化混凝土、树脂、塑胶类物质。三维空芯机织物适用于隔热、隔声领域、市政工程、环境保护、航空航天、建筑业及家具业等方面有广泛的应用。                                                     

三维正交非织造物three dimension orthogonal nonwoven fabric

在两个相互垂直的平面系统的纱线中交替插入纵向系统纱线的立体织物。三维正交非织造物的加工方法是：沿纵向放置好一个系统的纱线（或间隔棒，用完后，间隔棒需抽回并以该系统的纱线取而代之，这种方法称代换法），两个相互垂直的平面系统的纱线交替插入纵向系统纱线内部。在平面纱线放置之前，恰当地安排纵向纱线可生产出各种形状和密度的三维正交非织造物。例如，若纵向纱线上端成集束状，则可制织成锥形三维非织造物。

（1）原始的三维正交非织造物的代换成型法；

（2）三维正交非织造物的直接成型法。

（3）几种三维正交非织造物的几何形状。

（a）矩形；

（b）圆锥形，在x，y，z各个方向的纱线均为单束纱，而（c）在x，y，z各个方向的纱线均为多束纱的矩形构件。正交非织造物是20世纪为满足航空航天工业对复合材料的特殊需要而发展起来的。

代换成型法

直接成形法

立体编织物Three dimensional braided fabric

用编织方法制成的、具有三维空间造型的织物。立体编织物按其横截面的形状来分可分为两大类，第一类的横截面为矩形或矩形组合（如工字形等）；第二类的横截面为圆形，如圆管形、锥筒形立体编织物。立体编织物的主要技术有四步法和两步法。所谓四步法就是纱线的一个运动循环中分为四步。下面以矩形为例叙述这类编织物的编织方法。

第一步，不同行的纱线交替地以不同的方向向左或右运动一个纱线的位置；

第二步，不同列的纱线交替地以不同的方向向上或向下运动一个纱线的位置

；第三步，运动方向与第一步的相反；

第四步，运动方向与第二步的相反。

纱线不断反复上述四个运动步骤，再加上打紧运动和织物输出运动就可完成编织过程。如果是矩形组合的横截面形状，它的基本方法是将复杂的横截面分割为有限个矩形单元，然后成组地编织这些单元。两步编织法采用两组基本纱线，一组是固定不动的纱线，另一组是编织纱线。固定不动的纱线以立体编织物的成型方向（轴向）在结构中基本成为一直线，并按其主体编织物的横截面形状分布。而编织线以一定的式样在固定不动的纱线之间运动，靠其张力束紧固定不动的纱线，稳定立体编织物的横截面形状。在编织过程中，纱线在机器上的排列形式经过两个运动步骤后又恢复到初始状态，故称为二步编织法。

立体编织设备solid braiding equipment

（1）载纱器，其作用是连续供应纱线，在纱线张力松弛时能自动再卷绕较长的纱线，给纱线以适当的张力。体积小而紧凑，成本低。（2）床身导轨，其作用主要是供载纱器下部的轴承滚轮进行两个相互垂直方向的水平运动。

（3）推进器，为推动载纱器在床身导轨内运动的机构，有凸轮机构、连杆机构、步进电动机和汽缸几种形式。

（4）打紧机构，其作用是为了连续生产紧密的编织物而施加打紧的机构，可以由汽缸推动打紧杆，或由步进电动机来推动打紧杆。（5）输出和卷取结构，与传统织机的卷取机构有所类似。

（6）控制系统，由微型计算机、控制面板、气动电磁阀等组成。根据要编织的立体机织物，事先编制相应的软件储存在软盘或硬盘内，操作者通过键盘输入有关数据，如运行速度等。编织机和控制程序就能以所要求的速度自动运行。由软件控制编织运动的次序和速度，直到通过键盘输入停车信号，或者经过预定的编织循环数之后自动停车。自动化的立体编织设备能编织出均匀、连续和成本合理的立体编织物。

内部纱线和表面纱线inside－outside yarn
任何一根纱线在编织物内沿编织长度方向均可交替地成为内部纱线和表面纱线。在立体编织物内任何一个横截面上，纱线都可以分为内部纱线和表面纱线。例如在m×n 立体编织物中（m为行数，n为列数），内部纱线的根数为（mn－m－n）根，而表面纱线的根数为2（m＋n）。