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经编技术及产品的开发应用

日期:2008-06-13

       现代材料科学、机械加工和特种高新技术产品的发展,促进了经编机械设备及经编产业用纺织品的开发和应用研究。世界上先进国家对高性能特种纺织品及其织造设备的开发研究和推广应用,使经编纺织品的应用领域拓宽到新材料工业领域。同时,新型纺织机械设备的设计制造也得到了迅速的发展。化学纤维技术的发展,使产业用纺织品采用的原料发生了极大变化,出现了高强度涤纶纤维、碳纤维、石英纤维、碳化硅纤维、硼纤维、芳纶纤维(Kevlar)、高强度聚乙烯纤维 (Polyethylene)以及高性能玻璃纤维等高性能新型纤维材料。这些新型纤维材料具有高强度、高模量、耐腐蚀及耐高温等性能。由这些材料复合成型后,可制成高性能经编复合材料,具有重量轻、耐疲劳、结构稳定、抗腐蚀、耐高温等优异性能。这些纺织复合材料可用于飞机、航天器、车船壳体,也可用于防弹材料及建筑工程、建筑物加固补强、土木工程等方面,使经编产品进入了传统的材料工业领域及新材料的高技术领域,从而愈来愈受到人们的关注和青睐。此外,经编产业用纺织品在医用绷带、医用护套、人造脏器以及医用防护服等领域也大有发展前景。
 
 1 产业用经编纺织品的结构
 
  近十几年来,经编织物以其生产速度快、设计灵活性好、性价比高等众多优点,在产业用纺织品领域得到了举世瞩目的快速发展,使传统的服用经编产品获得了新的生机和活力。此外,随着经编产业用纺织品的发展以及市场对产业用纺织品性能要求的日益提高,又出现了许多新型经编结构,它们有的具有极好的机械力学性能,有的具有卓越的可成形性能,有的则赋予了产品特殊的功能。这些新型经编产品在产业用材料领域及高新技术产品应用领域具有非常广阔的发展前景。
 
  新型的经编产业用织物大体上可以分为两大类,即经编轴向织物和经编间隔织物。
 
  (1)经编轴向织物
 
  经编轴向织物中的经纬衬纱呈伸直状态,衬纱不屈曲,因此,它与传统的机织物相比更能够充分利用高性能纱线的力学潜能。
 
  (2)经编间隔织物
 
  经编间隔织物是两片平面织物在垂直方向由纤维或纱线连接织成的织物。织物的表层和底层之间形成空隙(间距)是间隔织物的主要特点。间隔织物具有独特的加工性能,对于柔软的纤维材料,间隔织物很容易被压缩,这样在树脂固化前,织物自身能适应铸模外形而产生形变,实现良好成形。
 
  2经编特种纺织品的开发和应用
 
  (1)建筑材料
 
  经编轴向织物的结构特点使其具有优异的力学性能,它同普通机织物结构相比,在织物密度相同的情况下,由于其衬纱呈平行伸直状态,因此,可以充分利用高性能碳纤维的高强高模力学潜能。而普通机织物中的纱线由于呈屈曲状态,因此,对纱线自身力学潜能的利用率下降,而且这种屈曲程度越显著,利用率越低。因此,经编轴向织物在篷面建筑及建筑物加固补强方面有着广泛的应用。
 
  新型篷盖布在建筑业被称作第五种建筑材料,用做新型顶部构架材料,特别是大面积大跨度建筑物的顶盖材料。
 
  经编轴向织物加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚,基础研究及应用开发相对薄弱,但该技术在发达国家应用的成功经验已经使越来越多的研究机构、建筑部门投入到此领域的研究之中。尤其是从上世纪90年代末到本世纪初,该技术在我国得到了广泛重视和深入研究,相关的制造公司、研究机构不断增多,应用实例层出不穷,给建筑补强领域带来了无限的商机和广阔的发展空间。我国拥有巨大的建筑市场,在近百亿平方米的建筑物、大量的构筑物、隧道、桥梁以及涵洞结构中,混凝土结构占有非常大的份额,而许多这类结构由于长期使用、老化、意外事故、设计原因以及施工缺陷等因素,造成结构开裂、安全性能降低、抗震性能减弱、承载力不足等问题,急需有效、耐用、施工简便的高新材料及加固修补的施工技术。由于经编轴向织物加固修补混凝土结构技术与其他加固技术相比具有效率高、补强效果好、耐腐蚀、重量轻、施工方便、不增加结构尺寸等优点,具有极大的研究推广应用价值及潜在的巨大社会、经济效益。
 
  (2)航空航天材料
 
  航空航天是首先应用经编复合材料的领域。可用于卫星的支架、桁条;飞机的机门、机翼和舱内材料等。美国麦道公司制造的机翼使用轴向经编碳纤维织物,该机翼称为“黑翼”。
 
  (3)造船及汽车材料
 
  船舶工业是目前经编复合材料应用最大的市场,已用于制造游艇、海岸救生艇、军用舰艇和渡轮等。渔船也是很大的应用领域。玻璃钢渔船的价格是木船价格的 1.5倍,但是玻璃钢渔船比木船的捕鱼量增加35%,维修费减少65%、产值提高27.4%,使用寿命提高一倍以上。我国现有渔船80万条,99%为木船,木船寿命只有10年,我国每年用于更新维修的木材达3×106 m3,如改用玻璃钢渔船,全年需玻璃钢近2×105 t,其中70%的为经编复合材料,这将是一个很大的市场。
 
  汽车工业也是一个很大的应用领域,美国的复合材料领域中汽车工业用量占1/4,其中轿车占63.8%,所以轿车是未来经编复合材料应用的主要领域之一。国内这方面的工作也已开展,如用经编织物制备了130卡车车门,2020SY吉普车车顶及切诺基吉普车的后举升门等。汽车工业中使用玻璃钢材料可以大大减轻车身重量,汽车每减重100 kg,100 km节油达0.3 L,而且防振、低噪声、耐腐蚀、少维修,但其最大的好处是投资少,利于汽车转型。一套汽车金属模具设备达上亿元,其中模具费为几千万元,而玻璃钢模具只要几万元,非常适合我国国情,目前我国玻璃钢汽车已经过了2.5×104 km考验。
 
  (4)个体防护材料
 
  经编轴向织物在开发防弹头盔及防弹衣方面也颇具潜力。其中,经编双轴向机构(0°/90°,±45°)及单轴向结构织物很有应用前景。
 
  (5)土工材料
 
  把经编轴向经编织物作为增强骨架,加入经编轴向土工格栅、非织造布以及橡胶材料,可以制成一种高性能快速生成路面材料。法国、美国及日本在经编土工材料的开发和应用方面已经有了二十多年的历史,取得了巨大的社会效益和经济效益。而用单轴向经编织物制成的玻纤复合板材,利用玻纤的毛细管渗透原理,可以作排水系统,使水顺着复合板材的长度方向流走,可以比传统的水管系统更快地降低地表水,而且无需维修。
 
  3医用经编织物产品开发和研究
 
  医用纺织品是具有极好开发前景的产业用纺织品之一。产品开发需医疗部门和纺织领域跨学科协作开发,内容涉及生物医疗、新材料、纺织加工等领域。有的产品应用量大、面广,如弹力医用绷带类。有的产品技术含量高,不仅具有极高的经济效益,而且社会效益也受到关注,例如人造血管、人造心脏瓣膜以及用于人工透析的人工肾脏等。这里着重讨论经编医用纺织品的开发和研究。
 
  (1)医用绷带类
 
  经编产品以其柔软、轻薄、弹性好、易于成形等优点,在医用绷带类产品方面大有发展前景。由于人体的表面为三维曲面(尤其是头部),因此,传统的机织产品用作人体绷带受到很多限制,使用不便。而经编产品在这方面的应用却颇具优势。
 
  (2)医用护套类
 
  经编双针床织物具有很好的弹性和可塑性,在体育用品及医用防护方面有着广泛的用途。比如各种护腰、护膝、护腿、护肘、护踝、护脚等等。
 
  (3)人造脏器类
 
   高性能精密经编设备的发展,使经编产品在人造血管方面的应用成为可能。就心脏瓣膜结构而言,通过对不同纺织品进行的多项试验表明,经编结构织物最符合要求。经编心脏瓣膜选用的纱线为由ICI(英国帝国化学工业公司)提供的医疗级涤纶长丝,使用了可用的最低细度(77.7 dtex)。织物结构采用了经斜-编链结构,这种基于编链和四针经平组织结合的典型结构保证了织物在纵向和横向上都有着优异的稳定性。
 
  (4)经编防护服
 
  经编织物在医用防病毒服、防辐射服、防紫外线服等方面也有着广泛的应用。SARS疫情的突如其来,给我国人民带来了严重的灾难,但同时也促进了科研部门对医用防护服面料的开发。传统的医用防护面料大多采用非织造布产品,生产的服装及口罩等基本上为“用即弃”型产品,科技含量不高,而且存在二次污染的严重问题。利用机织面料可以开发比较高档的防护服产品,但其断裂伸长率及过滤效率却很难满足我国于2003年4月29日发布的GB19082-2003标准。但对于经编面料来说,由于其柔软、轻薄、弹性好等优点恰好能够满足标准要求。经编防护服集防病毒、抗菌、防水透湿及抗紫外线功能于一身,是一种可以多次使用的高档医用防护服面料。
 
  4结束语
 
   经编产业用织物已经进入了材料工业领域,在飞机、造船、汽车、航空航天、建筑、土工材料、医用材料等领域大有发展前景。其中,经编轴向织物在开发高性能先进复合材料方面颇具优势。

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