碳化硅纖維長(zhǎng)絲采用機(jī)織的方式織成的織物具有經(jīng)、緯密的均勻性好，變異系數(shù)小，織物參數(shù)可控的優(yōu)點(diǎn)。此外，與編織、縫合、穿刺等生產(chǎn)方式相比，機(jī)織的生產(chǎn)效率更高，能耗更少，成本更低。三維機(jī)織物可作為復(fù)合材料的預(yù)制件，但因碳化硅纖維脆性大 ,織造過(guò)程中易出現(xiàn)起毛、斷裂等問(wèn)題，如何在織機(jī)上實(shí)現(xiàn)碳化硅纖維長(zhǎng)絲預(yù)制件的穩(wěn)定生產(chǎn)，成為近年來(lái)復(fù)合材料研究領(lǐng)域的重要課題之一。

碳化硅纖維長(zhǎng)絲織造關(guān)鍵技術(shù)

碳化硅纖維長(zhǎng)絲通過(guò)織機(jī)可制成復(fù)合材料預(yù)制件，但碳化硅纖維直徑粗、脆性大、織造過(guò)程易起毛、斷裂, 因此織造過(guò)程中控制點(diǎn)多、難度大，目前國(guó)內(nèi)碳化硅纖維長(zhǎng)絲機(jī)織物織造還不成熟，主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1） 織物的經(jīng)密與緯密設(shè)計(jì)不合理，成型結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，外觀不平整；

（2）上機(jī)經(jīng)紗張力控制不均勻，導(dǎo)致緯紗歪扭明顯，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致斷經(jīng)；

（3）緯紗張力不穩(wěn)定，造成布邊疏密不勻、脫邊等不良現(xiàn)象；

（4）開口不清，造成織造斷紗；

（5）卷取纏繞方式不合理，造成布面抖動(dòng)，布卷成型不良；

（6）布邊設(shè)計(jì)的不合理，邊紗的張力大小和施加方式，邊紗的穿入方式控制不合理，造成荷葉邊、卷邊等不良現(xiàn)象。

針對(duì)以上問(wèn)題，蘇州賽菲集團(tuán)組織技術(shù)人員進(jìn)行研究與攻關(guān)，主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行改造，基本解決了碳化硅纖維長(zhǎng)絲織造過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

1.整經(jīng)和多經(jīng)軸送經(jīng)系統(tǒng)

整經(jīng)是碳化硅纖維長(zhǎng)絲織造的準(zhǔn)備階段，其工藝參數(shù)的設(shè)定和控制是關(guān)鍵。碳化硅纖維斷裂伸長(zhǎng)小、彈性低、脆性大，整經(jīng)過(guò)程中經(jīng)紗張力過(guò)大會(huì)出現(xiàn)毛絲、叉絲，因此經(jīng)紗通道要保持全程通暢且足夠光滑，筒子架上的所有絲筒結(jié)構(gòu)緊湊，保持張力恒定。整經(jīng)采用分批整經(jīng)的方法，即將全幅織物所需總經(jīng)根數(shù)分成若干經(jīng)軸，將其放置在多經(jīng)軸送經(jīng)機(jī)架上，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)送經(jīng)，滿足織造要求。送經(jīng)方式為被動(dòng)送經(jīng)，依靠織機(jī)卷取機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)送經(jīng)，通過(guò)氣動(dòng)控制經(jīng)軸張力，每個(gè)經(jīng)軸氣壓控制在0.2M Pa內(nèi)。

蘇州賽菲集團(tuán)采用的整經(jīng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)整經(jīng)速度 5m /min，不會(huì)因速度過(guò)快而造成卷繞不勻。采用多經(jīng)軸分批整經(jīng)，每根經(jīng)紗經(jīng)導(dǎo)紗桿牽引通過(guò)特制的瓷眼引出，且筒子整體按照 V 行排布，保證了絲筒之間不分絞。筒子架上的絲經(jīng)過(guò)伸縮筘、導(dǎo)紗輥后卷繞在經(jīng)軸上，整個(gè)過(guò)程中各接觸面光滑。整經(jīng)過(guò)程中經(jīng)軸表面平整，卷繞密度合適而均勻，整經(jīng)張力適當(dāng)且恒定。整個(gè)整經(jīng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)張力、排列、卷繞三均勻。

織造工藝流程

2. 專用織造設(shè)備的研究

由于碳化硅纖維的特殊性能，織造碳化硅纖維長(zhǎng)絲須采用專用的織造設(shè)備。蘇州賽菲集團(tuán)改進(jìn)的 2.5D 多功能剛性劍桿織機(jī)，采取四梭升降織造，氣缸控制劍桿引緯，且劍桿引緯設(shè)有緩沖裝置。織造工藝流程見圖 1。

織機(jī)采用剛性劍桿，最大限度地避免了布面起毛。其主要特點(diǎn)是不需要任何引導(dǎo)裝置就可將緯紗傳輸?shù)娇椏谥行奈恢?，設(shè)備占地面積小。設(shè)備的核心可調(diào)工藝控制參數(shù)包括：織機(jī)車速、上機(jī)張力、綜平時(shí)間、織造開口等。

由于碳化硅纖維延展性差，故施加張力時(shí)要有適宜的控制點(diǎn)，一方面保證多經(jīng)軸架上氣壓控制穩(wěn)定，在經(jīng)紗分層時(shí)實(shí)施上漿工藝，避免起毛。鋼筘打緯的過(guò)程也會(huì)對(duì)織造產(chǎn)生負(fù)面影響，為減少經(jīng)紗通過(guò)鋼筘時(shí)筘齒磨毛經(jīng)紗，在保證經(jīng)密要求的基礎(chǔ)上要增加穿入數(shù)，減小筘號(hào)。

織造過(guò)程中，梭子中卷繞所需緯紗，引緯依靠劍桿來(lái)回抓取梭子，由于引緯承受張力對(duì)邊紗容易造成損傷，需要按照織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)定邊紗。碳化硅纖維模量高、脆性大，且無(wú)法承受較大的剪切力，因此不能用作邊紗，需選取特定紗代替，同時(shí)要控制好邊紗根數(shù)等參數(shù)，保證在循環(huán)引緯時(shí)順利形成光邊?？椩爝^(guò)程中，后梁高低、胸梁位置會(huì)影響各層經(jīng)紗張力及開口控制，故碳化硅纖維要選取合適的調(diào)節(jié)位置，才有利于纖維的織造。織機(jī)采取被動(dòng)送經(jīng)，卷取機(jī)構(gòu)的選取是控制經(jīng)紗張力的關(guān)鍵，一般采取的獨(dú)立步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)、積極式卷取，可實(shí)現(xiàn)變緯變密卷?。簧舷螺亰A持配合織機(jī)程序卷布，卷取收布另外增設(shè)一個(gè)電磁感應(yīng)卷取輥，通過(guò)張力桿控制成品布卷取。

織造示意圖

3. 織物結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)

碳化硅纖維長(zhǎng)絲的織造是在織物結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，大多采用 2.5D 多層織物。2.5D 多層織物設(shè)計(jì)是通過(guò)經(jīng)紗上下移動(dòng)，與多層緯紗交織，得到角聯(lián)鎖組織 。角聯(lián)鎖包括層間角聯(lián)鎖和貫穿深度角聯(lián)鎖。通過(guò)增加經(jīng)緯紗交織的數(shù)目設(shè)計(jì)出更多角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，例如帶襯經(jīng)、襯緯的角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)等 。

在實(shí)際織造時(shí)，綜框上下運(yùn)動(dòng)易與碳化硅纖維產(chǎn)生摩擦，從而引起起毛、斷裂等現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)織物結(jié)構(gòu)時(shí)，要考慮到提綜順序，保證織造前后兩緯升起、降落的綜框落差不要太大，即在設(shè)計(jì)角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的時(shí)候可以通過(guò)考慮更換緯紗的順序來(lái)調(diào)節(jié)。