高模量纤维针织编织过程的研究

摘要

高模量纤维因其本身独特的理化性能，而成为复合增强材料的首选原料。近年来，针织结构本身的弹性、能量吸收性及可成形性越来越受到人们的青睐。高模量针织复合增强材料具有广阔的应用前景。然而，高模量纤维的高强度高模量特性和针织结构的编织工艺过程造成了使用高模量纤维顺利完成针织线圈结构的编织难度很大。国内外学者们已对高模量纤维(主要是玻璃纤维)的针织编织性能做了一些研究，而对碳纤维和高强聚乙烯纤维的针织编织性能研究的参考文献较少。本课题针对高模量纤维特别是碳纤维在针织编织成圈过程中线圈形态的变化，编织工艺参数优化等方面的内容进行研究。
　　 本研究结合材料力学弯曲理论和纺织材料物理，探讨了纱线的弯曲性能；分析了针织编织成圈过程：研究了纱线弯曲性能对针织编织成圈过程的影响。在此基础上提出了通过观察测量编织成圈过程中纱段弯曲极小值的变化规律来研究纱线的针织编织性能。
　　 在本研究中选用碳纤维、高强聚乙烯纤维、不锈钢单丝和普通毛纱四种纱线为原料，在机号为E7的手动横机上分别编织三种不同弯纱深度值的纬平针组织和1×1罗纹组织。利用数码相机静态拍摄特定织针的编织成圈过程得到图片，采用Matlab图像处理和多项式拟合程序得到各种纱线在不同编织工艺参数下各个阶段线圈圈干曲率半径值，得到高模量纱线线圈圈干曲率半径随针织针头所在位置的变化曲线。从分析纱线特性、弯纱深度和组织结构三个方面比较分析纱线线圈圈干曲率半径的变化规律，得出纱线特性和弯纱深度是影响高模量纤维编织性能和编织过程的结论，其中纱线的抗弯刚度和摩擦因数是纤维特性中影响高模量纱线能否编织的关键因素：组织结构对高模量纱线的针织编织性能也有影响，且因纱线种类的不同其影响程度有所不同。
　　 本研究通过对高模量纤维针织编织过程的分析和探讨，为进一步优化高模量纤维的针织编织工艺，改进织物性能，为高模量纤维在纬编针织结构增强复合材料中的应用打下基础。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 高模量纤维的特点及应用

1.2 针织物的发展及特点

1.3 高模量纤维针织编织性能的研究概述

1.3.1 高模量纤维编织性能已有的研究

1.3.2 高模量纤维的编织工艺难点

1.3.3 高模量纤维针织编织性能的影响因素

1.3.4 高模量纤维编织性能的评价

1.3.5 改进高模量纤维针织编织性能的方法

1.4 本课题研究的意义、内容及方法

1.4.1 本课题研究的意义

1.4.2 本课题研究的内容及方法

第二章 碳纤维纬编针织物编织工艺的研究

2.1 碳纤维及纱线性能

2.1.1 碳纤维的制备及结构

2.1.2 碳纤维的分类及性能

2.1.3 碳纤维的力学性能

2.2 织物组织结构的选择及性能分析

2.2.1 纬平针组织

2.2.2 罗纹组织

2.3 手动横机编织工艺的选择

2.3.1 编织设备

2.4 编织工艺参数的选择

2.4.1 给纱张力

2.4.2 对成圈机件表面的要求

2.4.3 弯纱深度

2.4.4 牵拉力

第三章 弯曲理论

3.1 经典力学弯曲理论

3.1.1 纯弯曲的概念

3.1.2 纯弯曲时梁横截面上的正应力

3.1.3 表征材料弯曲变形的物理量

3.2 纱线的弯曲性能

3.2.1 纱线弯曲理论

3.2.2 纱线弯曲变形的测量方法与理论研究

3.2.3 影响纱线弯曲性能的因素

3.3 手动横机针织过程分析

3.3.1 手动横机编织成圈时三角的协同作用

3.3.2 手动横机针织成圈过程分析

第四章 图像处理技术研究高模量纤维的编织过程

4.1 数字化图像处理技术在针织上的应用

4.2 图像处理与分析方法可行性探讨

4.2.1 图像处理与分析方法的设计思路

4.2.2 图像处理与分析方法的可行性分析

4.3 图像处理与分析法研究高模量纱线线圈圈干曲率半径

4.3.1 图像的摄录

4.3.2 图像预处理

4.3.3 图像二值化

4.3.4 二值形态学细化操作

4.3.5 曲线拟合

4.3.6 计算圈干曲率半径

4.4 高模量纤维针织编织过程的实验设计

4.4.1 实验材料和图像获取装置

4.4.2 编织工艺

4.4.3 线圈圈干曲率半径的获得步骤

4.5 实验结果和分析

4.5.1 用图像表示的针织成圈过程

4.5.2 对纱线线圈曲率半径的分析

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢