[发明专利]一种多层筒形织物的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及纺织品领域，更具体地，涉及一种多层筒形织物的设计方法。

背景技术

可扁平软管是采用环编织物作为增强层，并且增强层内部或内外双层覆胶的正压输送软管。该类软管的结构特点是其增强层由圆织机经纬交织而成，组织结构较为致密，耐压强度好，同时管体具有优越的柔软性，可折叠或盘卷，包装体积小，使用轻便。

早期可扁平软管的典型产品是仅内层衬膜的消防软管，随着工业技术的发展，可根据要求进行双面涂胶。由于该类软管具有重量轻、易操作、展开撤收迅速等特点，可扁平软管已经广泛应用于消防、农业灌溉、军事后勤、城市应急供排水、煤炭和矿山等领域。近年来，随着可扁平软管在应急抢险领域的广泛应用，对软管能够进行大输送流量的需求越来越强烈。

提高软管的输送流量主要有增加软管口径和提高软管输送压力两种方法。但是，口径的增加会明显增加软管的展开和撤收工作量，并且也会使运输体积急剧增加。因此，提高软管输送压力会直接提高输送流量，是一种十分有效的方法。

从可扁平软管的结构来看，可扁平软管由内胶层、增强层(骨架层)和外胶层组成。内胶层起到密封作用，增强层(骨架层)耐受压力，外胶层起到保护增强层的作用。影响软管强度的主要因素是增强层，增强层是由经纬纱交织而成的环形结构，经纱承受纵向拉伸强度，纬纱承受压力。

提高软管的工作压力，可通过两种途径实现：一是选用合适的增强纤维，充分利用纤维的性能特点；二是设计合适的组织结构，提高纤维的力学效率，发挥纤维的综合性能。在增强层纤维方面，对于输送压力的承担者的管状织物增强层，其材料选择主要选用高强聚酯纤维、脂肪族聚酰胺纤维，有的采用芳族聚酰胺纤维。在增强层组织结构的设计方面，最早采用的是单层平纹组织结构或单层斜纹组织结构，后来有的采用双层组织结构。

更具体地，在增强层纤维方面，中国专利CN201120213993采用了选用特殊材料来制造增强层，提出了增强层采用玻璃纤维、碳纤维、芳香族聚酰胺纤维(如凯夫拉纤维)来提高软管的承压强度。虽然这三种纤维具有较高的强度，可以用较少的用纱量得到强度很高的软管增强层，有利于减小软管的厚度和降低其单位质量。但是这三种纤维的耐弯折疲劳性均很差，即随着纤维弯折次数的增加，纤维强度会显著降低，导致承压强度降低。因为，软管贮存时处于扁平状态，管壁边缘弯曲成很小直径的半圆，软管增强层纬纱内侧长期处于弯折状态。软管内部承压使用时，软管随地形变化处于弯曲受力状态，软管外侧经向纤维处于拉伸状态，内侧纤维收到压缩弯折，就要求使用时软管的弯曲半径不能过小，理论计算表明对于口径100mm的软管，弯曲半径小于10m时，增强层内侧纤维将受到压缩；同时，纤维的耐弯折性差，造成其耐屈曲疲劳性也很差，尤其是处于受力状态时，其耐屈曲次数急剧下降。相关研究表明，对凯夫拉纤维施加5.0g/D的拉力时，屈曲不到500次就有断裂的可能，而软管使用时存在较高弯折频率，会对其强度造成很大伤害。

在织物组织结构设计方面，有别于更早出现的单层平纹组织结构，中国专利CN03246732.X提出了采用斜纹组织结构以提高承压强度，相对于平纹组织结构，斜纹组织结构的浮点数更少，承压强度更高。但是，单层结构的承压强度在后来的实际应用中越来越不满足需要。

因此出现了采用两次编织或两层增强层装套的方式作为软管增强，以进一步提高承压强度。中国专利CN102108582 A提出了采用一次编织出双层平纹组织结构的软管增强层，两层之间采用额外的经纱进行连接形成整体结构。相对于单层结构，双层平纹组织结构的软管增强层中每层厚度减小了近50％，每层经纬纱的交织角更小，纬纱编织方向与受力方向的夹角更小，其承压强度也更高，但是该种结构采用经纱接结的方式连接两增强层，这种结构由于接结线为经纱，每层的组织结构采用平纹结构，相比斜纹结构力学效率更低，经纱的增加会造成纬纱产生过多的屈曲，增加纬纱方向交织角，降低承压强度；此外，经向位置相对固定的接结线也使两层的经纱相对叠加，导致双层厚度较大，软管的柔软度较差。

发明内容

本发明针对上述现有技术中所存在的不足之处，提出一种设计方法，通过该设计方法设计出结构合理、提高承压强度的筒形织物，以适用于当前的应用需求。

本发明提出一种多层筒形织物的设计方法，包括：用多个增强层来组成该多层筒形织物；对于每个增强层，选用高柔韧性、高强度的增强纤维作为织物的经纱和纬纱；对于每个增强层，提高单位体积增强层的容纱量；对于每个增强层的经纱和纬纱的每股结构，降低单股纱线的细度；将相邻的增强层采用纬纱接结形成整体结构。