碳化硅纖維長絲采用機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。此外，與編織、縫合、穿刺等生產(chǎn)方式相比，機織的生產(chǎn)效率更高，能耗更少，成本更低。三維機織物可作為復合材料的預制件，但因碳化硅纖維脆性大 ,織造過程中易出現(xiàn)起毛、斷裂等問題，如何在織機上實現(xiàn)碳化硅纖維長絲預制件的穩(wěn)定生產(chǎn)，成為近年來復合材料研究領域的重要課題之一。

碳化硅纖維長絲織造關鍵技術

碳化硅纖維長絲通過織機可制成復合材料預制件，但碳化硅纖維直徑粗、脆性大、織造過程易起毛、斷裂, 因此織造過程中控制點多、難度大，目前國內(nèi)碳化硅纖維長絲機織物織造還不成熟，主要存在以下幾個方面的問題：

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

（2）上機經(jīng)紗張力控制不均勻，導致緯紗歪扭明顯，嚴重的可能導致斷經(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，布卷成型不良；

（6）布邊設計的不合理，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。

針對以上問題，蘇州賽菲集團組織技術人員進行研究與攻關，主要在以下幾個方面進行改造，基本解決了碳化硅纖維長絲織造過程的關鍵技術問題。

1.整經(jīng)和多經(jīng)軸送經(jīng)系統(tǒng)

整經(jīng)是碳化硅纖維長絲織造的準備階段，其工藝參數(shù)的設定和控制是關鍵。碳化硅纖維斷裂伸長小、彈性低、脆性大，整經(jīng)過程中經(jīng)紗張力過大會出現(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)機架上，實現(xiàn)可持續(xù)送經(jīng)，滿足織造要求。送經(jīng)方式為被動送經(jīng)，依靠織機卷取機構(gòu)實現(xiàn)送經(jīng)，通過氣動控制經(jīng)軸張力，每個經(jīng)軸氣壓控制在0.2M Pa內(nèi)。

蘇州賽菲集團采用的整經(jīng)機可實現(xiàn)整經(jīng)速度 5m /min，不會因速度過快而造成卷繞不勻。采用多經(jīng)軸分批整經(jīng)，每根經(jīng)紗經(jīng)導紗桿牽引通過特制的瓷眼引出，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)過伸縮筘、導紗輥后卷繞在經(jīng)軸上，整個過程中各接觸面光滑。整經(jīng)過程中經(jīng)軸表面平整，卷繞密度合適而均勻，整經(jīng)張力適當且恒定。整個整經(jīng)過程實現(xiàn)張力、排列、卷繞三均勻。

織造工藝流程

2. 專用織造設備的研究

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

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

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

織造過程中，梭子中卷繞所需緯紗，引緯依靠劍桿來回抓取梭子，由于引緯承受張力對邊紗容易造成損傷，需要按照織物組織結(jié)構(gòu)設定邊紗。碳化硅纖維模量高、脆性大，且無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，同時要控制好邊紗根數(shù)等參數(shù)，保證在循環(huán)引緯時順利形成光邊。織造過程中，后梁高低、胸梁位置會影響各層經(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。織機采取被動送經(jīng)，卷取機構(gòu)的選取是控制經(jīng)紗張力的關鍵，一般采取的獨立步進電機傳動、積極式卷取，可實現(xiàn)變緯變密卷取；上下輥夾持配合織機程序卷布，卷取收布另外增設一個電磁感應卷取輥，通過張力桿控制成品布卷取。

織造示意圖

3. 織物結(jié)構(gòu)工藝設計

碳化硅纖維長絲的織造是在織物結(jié)構(gòu)工藝設計的基礎上實現(xiàn)的，大多采用 2.5D 多層織物。2.5D 多層織物設計是通過經(jīng)紗上下移動，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。通過增加經(jīng)緯紗交織的數(shù)目設計出更多角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，例如帶襯經(jīng)、襯緯的角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)等 。

在實際織造時，綜框上下運動易與碳化硅纖維產(chǎn)生摩擦，從而引起起毛、斷裂等現(xiàn)象。因此，在設計織物結(jié)構(gòu)時，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，即在設計角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的時候可以通過考慮更換緯紗的順序來調(diào)節(jié)。