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产业用针织结构纺织品应用(4): 纺织张拉膜

已有 2033 次阅读 2016-10-25 20:12 |系统分类:科研笔记

产业用针织结构纺织品应用(4)

——纺织张拉膜

 

在技术圈里,纺织张拉膜被视为第五种建筑材料,并肩有水泥、玻璃、木头和金属。它们被用作屋顶材料、遮光板、天花板或墙壁元素(图1)。织物增强结构还能用于帆船等水上运动。

这些特别定制的功能性能纺织品能满足建筑和运动领域严格的要求,很多特性都能在生产过程中被整合到一起。此文中的多轴向经编技术提供了很大的潜能。

此经编技术通过加入额外的加工阶段用来生产拥有特殊性能的纺织品。这种优化的潜能结构在各种负载和压力下都异常坚固,也能使用轻质的张拉膜。更重要的事,多轴向经编技术使各种加工工艺想结合变成了可能,从而降低了成本。因此,对于合并张拉膜构造、剪切乃至包装到生产过程都变得切实可行。

德累斯顿科技大学的纺织机械和高性能材料技术学院(ITM)开展了一项研究项目,为了研发高强度张拉膜的综合生产技术。

最初情形及目标

当建筑领域使用张拉膜时,机织物最初作为结构纺织载体/1,2/倍使用。经编织物也能用作张拉膜增强结构/3-5/。由向织物,也被称为基布和镶嵌面料。增强结构应在包含一些综合生产阶段的过程中制作出来,展示的特性针对终端使用。最后,多轴向纺织品适用于涂层和层压,这样才能用作建筑或者帆船膜。

多轴向经编及时的进一步发展

卡尔迈耶马里莫纺织机械有限公司研发的双轴向和多轴向婧编辑用于ITM开展的项目中。研究着重于一下附加模块

·用于修改纺织品来对应特殊载荷力的模块(经纱和衬入条带)

·合并送经的模块

·综合机器涂层模块

·机器切割模块

改良系统是研究工作的一部分,它使额外的纱线在530mm的工作付款内融入到各种基础结构中(图2.控制系统能够让纱线沿着后续的负载方向进行铺设(图3)。出了增强纱线,项目还关注研究条带型纱线。该纱线由独立的带边盘的纱筒提供,随后零度衬纬到经编增强织物中。这一系统简化了格栅状条带型纱线的生产。另一方面,厚实的条带型纱线需要传送系统将条带的边沿交叠铺设。层状材料的喂纱系统在14024/c多轴向经编机上使用额外的纱架(图4)。在随后终端使中,两个连续轨道上的纱筒横向移动,让条带铺设方向与受力方向一致。在生产铺纬样品时,需要用到合适的驱动和控制系统结构。把条带铺到已形成的纱层上(图5),用第二纱线系统将其固定。逐层铺设随后被运到编织区域进行缝编。

实验材料

增强纱线主要是碳纤维和玻璃纤维,通常用于张拉膜的生产。高强度聚乙烯长丝拥有高分子(超高分子聚乙烯),主要用于生产帆船张拉膜,也用于研究。

出了正常的涤纶外,高性能长丝还用作成圈纱。成圈纱样品有超高分子聚乙烯纱线、加捻碳纤维和合股玻纤维纱线。

样品的生产

依据不同的应用,厚实或开放式的双轴向和多轴向经编织物由纱线制作而成,额外的纱线被并入特定部位来局部增强织物(图6)。铺设条带的实验显示了铺纬装置应尽可能靠近缝编点。这里需要更多的研究。

总之,有可能通过改变结构参数,得到与预期最终用途有相关特性的基布。比如,为成圈纱选择正确的材料确保增强纺织品的厚度足够结实(Z方向)。

增强纱线、层状排列和铺设角度,以及结构和线圈长度,是其他被修改的因素。

增强纺织品的结构与性能间的关联建立在每单位区域的重量、厚度和应力/应变特性上。

对建筑和帆船的张拉膜样品进行深加工

在建筑领域中,建筑纺织载体主要是聚氨酯(PU),随后涂上聚氯乙烯(pvc)。实验中用到了Linencoater LC 24 涂层机。当在机器上涂层时,我们发现在织物生产过程中,布边结合了张拉膜或是无纺布生产的增强条带,能改善操作可靠性(图7+8)。项目团队也能使用ITM多功能涂层和加工机器。欧诺个压膜机来生产帆船张拉膜,将纺织基布两面都涂上聚醚砜(PES)张拉膜。图9和图10展示的事挑选的张拉膜型样品。

展现样品结构的特性

张拉膜的特性主要由它们的应力/应变性能决定。建筑领域张拉膜样品的单轴向和双轴向张力测试显示,在90°时最大张力强度值为7750N/50mm。结果在建筑张拉膜的典型范围内。原则上,他们建议样品结构可作为载体基布用于建筑领域。同理,张拉膜也能用在帆船中。这样一来,最大张力强度值就在市售张拉膜的平均范围内。

因为双轴向张力测试,张拉膜可设定各种各样的张力条件,因此使用测试设备能模拟实际的负荷/加压情景。这些调查形式给实际张拉膜的使用和总的结构评估提供了重要数据。它们因此被频繁地作为展示张拉膜特性的一种方式。

其他测试用来决定样品单元面积的重量、厚度、耐撕裂度、不透水性、弯曲度、裂解力和屈饶开裂性。还进行了假如基板的基础测试,尤其通过缝纫、焊接和粘合剂。

人们开始推荐更好的张拉膜类型用于建筑和帆船领域,还制定了结构/性能关系。张拉膜生产商也能获得数据。

观察结果和联动工艺

在结合加工阶段,涂层系统通过修改整合到经编机上,因此预涂层剂能够应用到织物表面。该涂层能稳固结构,改善耐滑性。因为涂层涂到纺织品上时,纺织品出于紧绷状态,用于未来加工步骤的优异纱线安排能保留到最后的生产结构中。这很可能在锁喉的负荷/加压过程成为负荷转化的优势。

总的来说,面料成产和涂层阶段的结合产生了很多优势。由于处理工序和结构纺织载体的压力减少,因此缩短了时间,降低了成本,并充分利用了纱线资源。然而,只有当多轴向经编技术模块基础方面被扩展,才能充分利用所有的潜能。涂层模块是需要被整合的主要加工单元。根据张拉膜的终端用途,涂层模块使用在底漆和最后涂层中,例如通过使用刮片。她还能与干燥模块相结合但是成本会超过盈利。关于这种整合加工生产的优劣讨论得出的结论是,这种决策仅能视为产品的功能。研究项目的结果应该提供一些关于做决策的初步帮助。接下来的研究将侧重于把切割模块集成到面料的形成过程中。已经构思了一些概念。可行的理论方案是以使用一种额外的储存设备或者中级切割装置和最后的切割阶段为基础的。因为在项目中使用了一些独一无二的切割机,因此研究团队取得了满意的结果,这给未来的加工整合工作奠定了重要基础

汇总与展望

结果表明使用双轴向和多轴向纺织品作为张拉膜结构载体是很有潜能的。机会最初取决于很多可能性,使纺织结构尽可能地满足特殊终端使用的要求。在项目中,研发人员生产了各种各样的经编载体,或涂层或层压,这些都取决于终端使用。这使得高性能张拉膜能作为纺织建筑和帆船领域的样品材料。

其他在商业船只和车辆生产中的应用也脱颖而出。此结果还能用于增强塑料和混凝土。

1:曼谷机场屋顶使用张拉膜的例子

2:改良的操作装置用来引入额外的增强纱线

3:融入额外增强纱线过程的例子

4:碳纤维纱线的送经

5:条带铺设90°玻璃纤维层

6:用于建筑纺织载体的结构样例a)厚实的4层玻璃纤维经编织物(b)开口4层超高分子聚乙烯经编织物(c)有超高分子聚乙烯成圈纱的2层玻璃纤维经编织物(d2层包含100%超高分子聚乙烯的经编织物

7:合并张拉膜带

8Linecoater LC 24上的涂层

9:聚氨酯-聚氯乙烯涂层样品用作建筑张拉膜

10:聚醚砜分层张拉膜样品用作帆船

参考文献

/1/K.-M.Koch (Ed):Bauen mit Membranen(张拉膜建筑),Munich:Prestel Verlag, 2004.   ISBN3-7913-3048-9

/2/K.-M.Koch:Renaissance im Bauen mit Membranen(建筑纺织品的文艺复兴).In:Knecht,p.(Ed):Technische Textilien.Reihe Edition Textil.Frankfurt am Main:Deutscher Fachverlag GmbH,2006.ISBN-3-87150-892-6,S.175-191

/3/http://www.engtex.com/index.php,(27.09.2013)

/4/http://www.banntex.de/produkte.html(21.01.2014)

/5/http://www.dynatex.be/index.php?lang=de,(16.12.2013)

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来源:《经编实践》2014120-22

 



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