杨振威-论文 - 图文

毕业设计（论文）

题目名称： 玄武岩多层过滤织物的开发设计 院系名称： 国际教育学院 班 级： gj纺织072 学 号： 200790014224 学生姓名： 杨振威 指导教师： 陈守辉

2011 年 6月

论文编号：200790014224 玄武岩多层过滤织物的开发设计

Development and Design of Multi-layer Filter

Basalt fiber Fabric

院系名称： 国际教育学院 班 级： gj纺织072 学 号： 200790014224 学生姓名： 杨振威

指导教师： 陈守辉

2011 年 6 月

摘 要

玄武岩纤维作为一种新型高性能纤维以其优势的性价比和卓越的品质越来越受到人们的重视，特别是在高温烟气过滤方面的领先优势越来越明显。然而织物过滤效果不仅与织物的材料有关还与织物的组织类型，织物的厚度和纤维在织物中的排列方式有关。本实验以玄武岩纤维为原料通过对角度联锁、接结多层和三维正交三种常见厚型组织不同层数和厚度的小样织造来寻找玄武岩多层织物的织造难点和解决办法，通过设计工艺参数和织物实际测量参数之间的比较来进一步修正了玄武岩多层织物的上机工艺参数。通过对这几种织物的拉伸性能、透气性能和摩擦性能的测试来比较它们在高温过滤材料方面的优势。测试结果显示不同组织之间的测试结果差异较大，三种组织各有优缺点，综合评价三种组织，多层接结织物以其经纬向承载能力均匀、织造过程对经纱的损伤最小，尺寸稳定性优越，可能成为未来多层玄武岩过滤织物的主要应用组织。

关键词：玄武岩纤维，多层织物，经纱张力，经纱损伤

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Abstract

Basalt fiber as a new type of high-performance fiber with its superior quality cost-effective advantage takes more and more attention, particularly in terms of high temperature gas filtration lead more and more evident. However, filtration fabrics and fabric of the material is not only relevant but also the organization with the fabric type, fabric thickness and fiber arrangement in the way the fabric. In this experiment, basalt fiber as raw material point of view through the interlock fabric, stitching multi-layer fabric and three common three-dimensional orthogonal fabric thick fabric layers and the thickness of different samples to find the basalt layers woven fabric weaving difficulties and solutions , through the design process parameters and measured parameters of the fabric comparison between the basalt layers further amended the technical parameter of fabric. Through the tensile properties for these types of fabric, breathable performance and friction test to compare their performance in high temperature filter material advantages. Test results show that the test results between different tissues are quite different advantages and disadvantages of three fabrics, comprehensive evaluation of three fabrics, stitching fabric layers in their uniform bearing capacity of the warp and weft, warp weaving process on the damage the smallest size stability of the location, could become the next multi-layer fabric of the main application of basalt fabric filter.

Key words:basalt fiber,multilayer fabric,warp tension,the warp injury

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目 录

摘 要 ............................................................................................................... 1 ABSTRACT ....................................................................................................... 2 绪 论 ............................................................................................................... 3 第1章 玄武岩纤维的特点及其织物的研究现状 ................................................ 5 1.1玄武岩纤维的特点 .................................................................................. 5 1.2玄武岩纤维的品种和发展现状 ................................................................ 5

1.2.1 玄武岩产业用无捻粗纱 ................................................................. 5 1.2.2 玄武岩织造用有捻纱线 ................................................................. 6 1.2.3 玄武岩短切纱 ............................................................................... 6 1.3 玄武岩纤维在高温过滤上的应用 ............................................................ 7 1.4常见玄武岩高温过滤材料 ....................................................................... 8

1.4.1玄武岩机织物过滤材料 .................................................................. 8 1.4.2玄武岩针织物过滤材料 .................................................................. 9 1.4.3玄武岩非织造过滤材料 .................................................................. 9 1.5 多层织物的设计方法和上机特点 ............................................................ 9

1.5.1 多层接结织物的设计方法和上特点 ............................................... 9 1.5.2 三维正交织物的设计方法和上机特点 ......................................... 12 1.5.3 角联锁织物的设计方法和上机特点 ............................................. 13 1.6玄武岩纤维织造特点和改进方法........................................................... 13 1.7 本章小结 ............................................................................................. 15 第2章 玄武岩多层织物的设计 ....................................................................... 16 2.1 实验方案 ............................................................................................ 16 2.2 三种多层织物的设计 ........................................................................... 16

2.2.1角度联锁组织 .............................................................................. 16 2.2.2 三维正交组织 ............................................................................. 17 2.2.3 多层接结组织 ............................................................................. 19 2.3 相关参数的确定及计算 ........................................................................ 20 2.4预期织造过程中的困难 ......................................................................... 21 2.5 本章小结 ............................................................................................. 22 第3章 玄武岩多层织物的上机织造 ................................................................ 23 3.1原料的选取 ........................................................................................... 23

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3.2 织造的工艺流程 ................................................................................... 23

3.2.1整经 ............................................................................................ 23 3.2.2钉纹板 ......................................................................................... 23 3.2.3穿棕、穿筘 调整经纱张力均匀 ................................................... 24 3.2.4织造 ............................................................................................ 24 3.2.5下机 ............................................................................................ 25 3.3 织造过程中出现的问题及解决方法 ...................................................... 25

3.3.1穿综穿筘时纱线直接断裂 ............................................................ 25 3.3.2经纱调整不均匀 .......................................................................... 26 3.3.3织造过程中布边纱线断裂 ............................................................ 26 3.3.4经纱张力上紧下松 ....................................................................... 27 3.3.5织造过程个别经纱张力出现不匀 ................................................. 27 3.3.6提综过程造成经纱断裂 ................................................................ 27 3.4 本章小结 ............................................................................................. 28 第4章 玄武岩多层织物的测试与分析 ............................................................ 29 4.1 织物规格的测试与计算 ........................................................................ 29

4.1.1经纬密的测定 .............................................................................. 29 4.1.2织物厚度测定 .............................................................................. 31 4.1.3经纬向织缩的测定与计算 ............................................................ 31 4.1.4平方米克重的测定 ....................................................................... 32 4.1.5 织物紧度的计算 ......................................................................... 33 4.1.6织物拉伸强度的理论值计算 ........................................................ 34 4．2织物力学性能测试 ............................................................................. 35

4.2.1织物的拉伸性能测试 ................................................................... 35 4.3织物透气性测试.................................................................................... 37 4.4测试结果的对比与分析 ......................................................................... 37

4.4.1织物基本参数的对比分析 ............................................................ 37 4.4.2织物测试性能的对比分析 ............................................................ 38 4.5本章小结 .............................................................................................. 39 第5章 总结与结论 ......................................................................................... 40 参考文献 ......................................................................................................... 41 致 谢 ............................................................................................................... 42

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绪 论

1.课题研究的背景

近年来, 由于现代工业的快速发展和环保要求日益提高, 工业过滤的需求日益增大, 除尘器过滤能力严重不足。我国对火电厂等大气污染行业的大气排放标准不断更新,对于高温过滤材料提出了更加严格的要求。当前应用于高温过滤材料的纤维主要有以下几种: PPS(聚苯硫醚)、P84(聚酰亚胺)、PTFE (聚四氟乙烯)和玻璃纤维, 这几种纤维所能抵抗的温度都不超过400℃ , 在实际生产中许多情况需要过滤材料可以承受远远高于400℃的温度。玄武岩纤维的使用温度范围为-269℃～700℃ , 最高使用温度在860℃～900℃ , 具有突出的耐温性能, 完全可以担此重任。上述几种主要耐高温纤维的价格昂贵, 不符合国情需要, 而玄武岩纤维价格合理, 性价比高, 是未来高温过滤材料的首推材料。

2.课题研究的意义

目前国内外已经有许多机构已经开始着手研究玄武岩纤维的各种性能和应用，并取得了可喜的成就，玄武岩纤维的生产和加工工艺已经得到了很大的改善，其各种优异的综合性能必将在未来的高温过滤领域里发挥极大的作用，获得广泛的应用，而过滤效果的好坏不仅与纤维材料有关还与织物的组织结构有很大的关系，目前市场上用于高温过滤的机织物品种主要以平纹、斜纹、方平等单层织物为主，而单层组织在过滤时空气透过织物的路径是直线贯通的，过滤作用主要体现在纤维吸附作用，过滤效率低下，相对来说空气透过多层织物时的路径受到层与层之间的相互遮挡而使路径弯曲，理论上可以大幅提高过滤效率，因此对玄武岩多层织物的开发织造及其性能的研究显得十分必要。

3.主要研究内容

（1）学习并掌握多层织物的设计方法，比较不同设计方法的特点；

（2）根据玄武岩纤维的特性和过滤材料的要求，设计出三种多层组织的三层和五层

织物的上机图和上机工艺；

（3）根据设计的上机工艺和上机图织造相应的玄武岩多层织物；

（4）根据对下机后织物的各项参数的测定，来进一步修正原始的设计参数； （5）对得到的几种多层织物的一些必要性能进行测试，并结合织物组织对测试结果

进行分析和评价。

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4.本论文的章节安排

第1章介绍了玄武岩纤维的特点和玄武岩过滤材料的发展现状，多层织物的设方法和上机特点，以及玄武岩纤维在织造过程中的注意事项

第2章对实验方案进行了设计，分析了几种多层织物的结构特点，设计出了角度联锁、多层接结、三维正交三种组织的三层和五层结构上机图。计算了大部分可控的工艺参数，预设了部分不可控制的工艺参数，并预测了织造难度和实验结果。

第3章对前面设计好的六块试样进行织造，在织造过程中发现问题解决问题，并对这些问题加以分析，分为偶然性问题和技术性问题，以便为以后的玄武岩织造提供技巧和帮助。

第4章对下机后的织物进行了简单的参数测定和性能测试，通过参数的测定来判断第2章所设计的工艺参数的可靠性，并对原来设计的工艺参数进行修订。通过织物性能的测定来判断织造过程中对纱线的损伤程度，也可以为其是否适用于过滤材料提供参考。

第5章对整个实验进行了分析与总结，对实验过程中的一些违反常理的偶然情况进行了原因分析，得到了部分有效结论。

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第1章 玄武岩纤维的特点及其织物的研究现状

1.1玄武岩纤维的特点

(1)力学性能

玄武岩纤维具有较高的拉伸强度和弹性模量，但剪切模量和剪切强度很低，不能打结和平角折叠[1]。 (2)高热稳定性

玄武岩纤维为非晶态物质,可以在600℃高温下使用,由玄武岩纤维制成的过滤材料可以在400℃～650℃温度区间内对压力为245MPa 的空气进行过滤，可以在-270℃的环境下连续工作[2]，这是其他高性能纤维所无法比拟的 。 (3)高的耐腐蚀性与化学稳定性

玄武岩纤维在酸、碱性溶液中具有独一无二的化学稳定性。玄武岩纤维的耐酸性和耐碱性均比铝硼硅酸盐纤维好[3] (4)高温下强力增加

连续玄武岩纤维有一个很有趣的特性也是很适合做滤料的特性就是它会在160至250度区间内强力增加10%—30%[4]。 （5）不变形

连续玄武岩纤维的断裂伸长率很小，几乎不变形，尤其是在高温下的尺寸稳定性特别好，这也使得用它做的滤袋更加可靠。玄武岩纤维伸长率仅为2%左右[5]，这一特性足以保证使其设计制作长径比大的滤袋具有足够的抗拉强度和尺寸稳定性能。 （6）玄武岩纤维滤料的容尘量很低[6]

由于玄武岩纤维表面很光滑，单纤维直径很细，比表面积大，截面是规整的圆柱状，使得由它织造成的织物的过滤精度很高，同时透过表层进入织物里的粉尘颗粒也不会在滤料内部停留，会被排放出去，滤料不会被堵塞。

1.2玄武岩纤维的品种和发展现状

1.2.1 玄武岩产业用无捻粗纱

玄武岩纤维无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品，分：内退和外退产品。玄武岩纤维不仅具有与高技术纤维相媲美的高强度、高模量和抗冲击的性能，而且耐高温、耐光性极佳，尤其是与树脂结合的界面粘接强度更高。因此，玄武岩纤维是可用于防弹防护的纤维材料[7]。

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此外，玄武岩纤维在复合材料中具有抗拉、抗压、刚度和耐疲劳均衡等优点。无捻粗纱如图1所示

图1-1 玄武岩无捻粗纱

1.2.2 玄武岩织造用有捻纱线

玄武岩纤维纺织纱是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和并股而成的纱线，单丝直径一般有14μm,11μm, 9μm,7μm,6μm等，加捻的玄武岩线一般采用三股加捻单纱相互合股而成，主要产品规格有45tex ，100tex，145tex，200tex，240tex等，纺织纱大体上可分为织造用纱和其他工业用纱；织造纱是以管纱、奶瓶形筒子纱为主。有捻玄武岩纤维如图1-2所示

图1-2 玄武岩有捻线

1.2.3 玄武岩短切纱

玄武岩纤维短切纱是用连续玄武岩纤维原丝短切而成的产品。纤维上涂有（硅烷）浸润剂。所以玄武岩纤维短切纱是增强热塑性树脂的首选材料，目前玄武岩短

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切纱还大量应用在针刺毯方面，制成玄武岩高温过滤毯捕尘率高于一般织造滤料;自身的透气性好,阻力低;生产流程简单,产品成本低，目前几乎全部使用线密度为2 dtex的玄武岩短切纤维。玄武岩短切纱如图1-3所示

图1-3 玄武岩短切纱

1.3 玄武岩纤维在高温过滤上的应用

玄武岩纤维具有耐热、耐酸碱、绝缘性及化学稳定性等特征。且生产原料易取价廉,储存丰富。工业生产无“三废”排放。玄武岩纤维因为其优秀的性价比和突出的耐温性能、超高温特性,突出的拉伸强度,突出的化学稳定性,必将在高温烟气除尘行业中占有强有力的地位,赢得广阔的市场。受高温烟气工况条件的限制, 一般的纤维不适合作高温烟气过滤材料, 目前用于高温烟气过滤的材料主要有芳纶、玻璃纤维、聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚四氟乙烯等高性能纤维。常见的滤料材料性能对照如表1-1所示[8]。

目前来说,从性价比方面来考虑玄武岩纤维是最理想的高温烟气过滤材料。减少初期投资和运行费用。玄武岩纤维价格稍高于玻璃纤维, 低于其他高性能纤维。玄武岩纤维与其他纤维的性价比如表1-2 。如美国Nebraska电厂利用玄武岩纤维滤料袋式除尘,滤料在200℃～240℃连续运行寿命可达7 ～10 年。如俄罗斯利用玄武岩纤维滤料,烟气从120℃提高到260℃处除尘,总投入减少30% ,操作费用减少20%，还可以带来相应的副产品,经济效益显著[9]。随着大气环境治理的进一步深化和废气排放标准逐渐与国际接轨,钢铁、冶金、建材、热电厂、垃圾焚烧、煤炭、水泥、化工等行业的高温烟尘(很多过滤温度都超过200℃)除尘都将逐渐改用耐高温滤料。由于耐高温滤料属于易损件,平均2～3年就要更换,因此其消费量将急剧增加。目前仅5%的企业采用耐高温滤料,消费量就有500 t/ a。长期以来我国产业用

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有机耐高温滤料一直依赖进口,市场被欧、美、日等国家和地区所垄断,技术被其封锁,国产耐高温滤料的开发成功和投产将打破这种局面。对其进行研究和开发,将带为国家来巨大的社会效益、经济效益和环保效益。 表1-1 耐高温过滤纤维材料品种与性能 过滤用纤维品种 聚四氟乙烯PTFE 玻璃纤维 GF 聚苯硫醚 PPS 聚酰亚胺 P84 对位芳纶 PMIA

密度g/cm3 2.1 2.54 1.37 1.41 1.38

强度cN/dtex

断裂伸长 %

回潮耐折率 % 性 0 0 0.6 4 6.5

好 差 好 好 好

耐酸极限氧碱性 指数 好 好 好 酸好 碱差 一般

100 - 34 40 30

耐氧安全使用化性 温度 ℃ 好 好 差 好 差

250 240 190 260 180

0.8～1.8 19～140

- 3.2 3.3

3～4 40 19～21

3.1～4.5 22～32

表1-2 几种过滤材料的性能价格对比表

纤维品种 玄武岩纤维 E 玻璃纤维 芳纶1313 聚苯硫醚 聚酰亚胺 聚四氟乙烯

密度 / kg cm- 3 2.6-3.0 2.5-2.6 1.38 1.35 1.35-1.41 2.1-2.3

拉伸时断裂 应力/ MPa 2300-3200 1500-2700 500-800 280-360 200 15-34

耐温性 / ℃ 700 260 180 190 195 260

耐化学性 好 耐碱一般 耐酸一般 好 耐碱一般 好

价格 / 元 k g- 1

38 17 200 56 1000 短纤400

1.4常见玄武岩高温过滤材料

1.4.1玄武岩机织物过滤材料

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织造滤料具有如下特点：强度和耐磨性好,能承受较大压力和过滤磨啄性粉尘;适于制成大直径、长滤袋;易形成平整和较光滑表面或薄型柔软的织物，有利于滤袋的清灰。与非织造滤料(如针刺毡)相比，织造滤料生产工艺流程长，生产成本较高， 同样滤速情况下,滤料本身的阻力较大。织造滤料只有在形成粉尘层后,才能阻挡较小颗粒物,滤尘清灰后,捕尘率会明显下降。与针织过滤材料相比尺寸稳定性好，过滤效果好，除尘率高。机织过滤材料最大的优势就是结构稳定性高，使用寿命长[10]。市面上常见的玄武岩机织过滤面料有平纹组织，斜纹组织，缎纹组织和方平组织等，而这些简单的基础组织在厚度上很难增加，只有通过调整纱线粗细和上机参数来改变织物的厚度，调整范围有限造成最终织物的过滤效果受限。 1.4.2玄武岩针织物过滤材料

针织滤料具有如下特点：织物蓬松丰厚毛羽较多对灰尘的捕集效果好，在同样滤速情况下,滤料本身的阻力较小，但是尺寸稳定性较差，表面毛羽多的特点也给清灰带来了一定的难度，目前使用的范围已经很窄成衰减趋势。 1.4.3玄武岩非织造过滤材料

常见的非织造过滤材料是针刺毡滤料，针刺毡滤料中的纤维通常使用线密度为2 dtex的短纤维呈立体交错排列,这种结构既有利于形成粉尘层,清灰后也不存在直通的孔隙,捕尘效果稳定,因而捕尘率高于一般织造滤料;自身的透气性好,阻力低;生产流程简单,产品成本低[11]。但是玄武岩纤维高强高模的特点给针刺毯的加工带来了较大的困难，再加上玄武岩纤维本身表面特别光滑，相互间抱合力差造成针刺毯的结构稳定性差使用寿命短，过滤材料的使用后其成本高。

1.5 多层织物的设计方法和上机特点

1.5.1 多层接结织物的设计方法和上特点

利用多组经纬线分别进行交织, 并以一定的方式进行接结而形成的多层结构能用于制织一定厚度的织物。根据接结方法的不同可以分为以下几种结构[12]：

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图1-4 自身单向自身接结结构图

（1）单向自身接结多层结构——由上层经线与下层纬线或由上层纬线与下层经线进行交织而形成的上接下或下接上的单向接结结构。结构图如图1-4所示 （2）双向自身接结多层结构——除了织物最上和最下两层只进行单向接结最上层只进行上接下, 最下层只进行下接上接结或不进行接结以外, 中间各层均要对其上、下的两层进行双向接结。结构图如图1-5所示。

图1-5 双向自身接结结构图

（3）附加线接结多层结构——各层经纬线分别交织, 各层间的接结由专门的接结线来进行。根据附加线的接结形式不同, 又可分为单层间接结和多层间接结。采用附加线接结的多层厚型织物, 由于采用专门的纱线进行织物层间接结, 因此各层上的纱线不存在织缩不匀的问题。结构图如图1-6所示。

图1-6自身双向接结结构图

（4）多层自身紧密接结结构——除了织物最上和最下两层中的各一根纱线是正常交织外，其余纱线均匀的与相邻层上的纬纱进行接结，接结点数量大且分布均匀，织物组织结构紧密厚度方向积累速度快，织物的厚度较厚实，经纱张力均匀。结构稳定，不易脱散。

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图1-7 自身紧密接结结构图

为了获得结构平整、均匀的多层织物, 并使织造能够顺利地进行, 必须在结构设计时注意以下几个问题：

（1）各层间接结点尽量交错分布，一般来说, 在接结点处由于纱张张力的作用, 织物结构较为紧密, 厚度也较非接结处小,如果将各层上的接结点配置在同一位置上, 则会造成织物的明显不平整和结构不均匀, 而使各层上的接结点交错分布则能克服上述缺陷。在实际中可在各层选用相同的接结组织而将接结组织的起始点位置错开排列。为使接结点均匀分布, 接结组织的循环最好与织物层数相配[13]。 （2）各纱线上接结点尽量均匀分布，由于参与接结和不参与接结的纱线织缩不同, 在自身接结的多层结构中, 为了避免由纱线织缩相差过大而造成织物的不平整以至引起织造困难，应该使接结点均匀散布在各纱线上。

（3）同一纱线上接结点距离尽量大，在自身接结的多层结构中, 从总体上来看所有纱线上的接结点总是无法保证都是相等的,使通过适当的配置使上而不层的所有经线都参与接，但由于这两层只进行单向接结, 接结次数只能达到中间各层经线接结次数的一半。同一纱线上接结点的距离越大, 由于接结而产生的织缩变化就越小纱线交织角小于和纱线进行接结的频率均会对参与接结和不参与接结的纱线织缩不匀率产生影响, 而接结频率的影响更为明显, 随着接结循环的增大, 织缩不匀显著下降, 当接结循环大于10时, 织缩不匀已不明显。

综上所述，接结经纱的接结点要分布均匀，并且每根经纱上的接结次数应该尽可能一致，接结点之间的距离要尽可能增大，这样才可以达到经纱张力均匀，织物

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表面平整。各层的基础组织结构应较相似,经纬纱交织次数和平均浮长尽可能接近,否则会因组织差异过大而造成织缩不同,使织造困难。结构组织紧密稳定，织物的厚度方向不容易积累，织造时同样的层数比其它两种组织所用的综框书多，织造难度一般。

1.5.2 三维正交织物的设计方法和上机特点

三维正交织物,经纱和纬纱之间没有交织关系, 只是靠缝经把地经、纬纱缝合在一起[14], 它完全突破了传统的多层织物的概念（三维正交织物结构见图1-8）。用三组纱线互成90度交织形成三维结构往往需要采用特种织机。这种织物的厚度可以任意增加而形成块状织物, 但是这种结构对织机的特殊要求而使其推广受到限制。

图1-8 三位正交组织结构示意图

经分析发现，虽然局部看来三组纱线互成90度垂直相交，但是织物不是很厚的话，从整体来看三组纱线是沿两个方向延伸的，改造后仍可使用普通织机织制，在实践中图中水平方向的纱线和垂直方向的纱线分别用两个经轴控制，将垂直于纸面方向的系统纱线作为纬纱来制造三维织物。

在三维正交机织物中, 三个系统的纱线呈正交状态配置, 组成一个整体, 这有利于充分利用纱线的固有特性, 也可以提高在外力作用下的尺寸稳定性。这种结构最突出的特点是纱线弯曲少、多呈平直状态排列、纤维强力损伤小, 在受到外力作用时每根纤维几乎均匀承载、均匀变形, 比二维织物力学性能发挥得更完全[15]。它的缺点是：经纱与纬纱间没有交织关系, 只靠缝经将它们缝合在一起, 纱线在织物中的稳定性差, 织物下机后受到弯曲时, 经纬纱易产生相对移动, 织物较松散, 难以达到较高的纤维体积含量；织物的整体性差, 一旦织物表面的缝经被磨断,织物就会很容易脱散解体。

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三维正交织物在织造时经纱的分布较为复杂，由于送经量不同必须使用双轴或缝经用筒子架送经，对设备要求较高，织物的耐冲击性和受力承载能力较大，织物在厚度方向容易积累，但结构稳定性差，缝经磨断后织物很容易解体。 1.5.3 角联锁织物的设计方法和上机特点

角联锁织物是利用多根经纱和多根纬纱形成重叠而得到的厚型机织物，由于在实际操作中角联锁结构交易获得，因此常被采用。三层角联锁结构示意图如图1-9所示:

图1-9 角联锁结构示意图

在织造多层角联锁组织时要采用Rj= n+1的角联锁结构, 获得每个叉口中均有一根纬线的均匀结构的经线过渡方法有2n-1, 而其中又以每次过渡层数不超过2 为最佳[16]。织物的结构相对稳定，在厚度方向积累速度一般，织造时各根经纱送经量一致，张力均匀容易控制，织造难度最小。

1.6玄武岩纤维织造特点和改进方法

由于玄武岩长丝在织机上织造时要经受综丝、钢筘等的反复摩擦以及五大运动所施加的拉伸、弯曲和冲击等作用, 未经改性的玄武岩长丝单丝间抱合力差, 在剧烈的织造过程中, 相邻丝会相互缠绕,引起丝束松散, 造成开口不清织造无法进行。

玄武岩长丝纤维在加工过程中易出现起毛、起球、磨断、折断等现象,大大损伤纤维强力。单丝间抱合力差,在剧烈的织造过程中, 相邻丝相互缠绕, 丝束松散,开口不清, 织造困难。在整个织造过程当中,最突出的问题有两个。一个是玄武岩纤维模量高弹性变形小（见图1-10）,织造张力难以施加和控制均匀；另一个是纤维单丝细而脆,耐磨性差,容易断裂而造成纱线体发毛。

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图1-10玄武岩纤维拉伸应力应变曲线

为此,要顺利实现玄武岩纤维纱的织造加工,须从两方面严格控制[17]。一是织前上浆,要从玄武岩纤维的无机特性出发,选择配制合适的浆液,严格控制上浆质量,提高纱体的耐磨性;另一方面是织造过程中加大对经纱的控制,如合理吊综、改变张力施加方式、变速或被动送经、合理打纬等,使经纱织造张力尽量均匀,无论综平与开口,均呈等张力伸直状态,从而保证织造的顺利进行。由于玄武岩连续纤维高模低伸耐磨性差，单丝之间抱合力差易脱散的特性,须对织造工序中的某些环节进行改进,方能使织造顺利进行下去。 (1)综框调整

多层织物织造时,相同布幅内的经纱排列密度要远大于单层织物,相互间摩擦作用也严重得多。而玄武岩纤维作为一种无机纤维和玻璃纤维有许多相同的性能和织造特点,其耐磨性较差。为了减少相互之间的摩擦,可以改变各综框的吊综高度,使各层经纱相错开。这样在综平和开口时,各层经纱自然分开,机前经纱发生窜位和相互摩擦的情况大为改观。 (2)张力调节

普通纤维纱的织造是依靠织造张力,由经纱的弹性伸长而张开梭口,而玄武岩纤维属高模量纤维,弹性伸长很小,所以在织机开口综框上升时,经纱必须同时从织轴处送出一定长度的经纱。这样,在综平时就会出现经纱张力过松,经纱和织物均呈松弛状态而无法继续织造。为此,我们将经轴端经纱由完全固定改为半固定,即将各根经纱在经轴处用橡皮条与一定重量的金属块扎在一起,绕过经轴悬于空中。这样,无论综框提起与落下,所有经纱均呈等张力伸直状态。经纱依靠布轴的卷取而同步送出。 (3)经纱分层

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由于织物层数较多, 所以在机经密很大, 经纱重叠现象严重, 开口过程中, 出现经纱粘连、相互摩擦、纠缠的情况, 在织造玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维时情况尤为严重。为此, 我们在后梁前方加装了分层定位装置, 使不同层的经纱分别通过各自的通道, 使经纱在送入综眼之前就已经分层。 (4)投纬打纬

由于玄武岩纤维单纤细而脆、不耐磨,因而在打纬时不宜进行强打纬[18]。同时在织造时,有时会因为某些单根经纱的扯拉松动,造成整个织造面的不平整,开口不清晰,这时就要及时停车,对经纱进行重新调整固定。

1.7 本章小结

通过分析和对比发现玄武岩纤维是一种非常适合做高温过滤的纤维材料，而这种材料很有可能就是未来高温过滤材料的发展方向，研究开发的潜力很大。通过对比三种不同玄武岩过滤织物的优缺点，可以确定针织物的各种指标都不是特别适合制作高温过滤袋，机织物与非织造过滤材料相比，虽说在成本上高于非织造材料，但是过滤效果好、清灰容易、使用寿命长、后期成本低等优势可以算是高温过滤袋的最理想原料。随着国家对高温烟气排放要求的不断提高，要求单位体积废气中所含的颗粒数量不断降低，对过滤袋所用材料的滤尘强度提出了更高的要求，而提高滤尘强度的最直接办法就是改变织物的组织增加织物的厚度，所以本实验选取了三种常见的厚型织物组织——多层接结组织、三维正交组织和角度连锁组织来织造玄武岩纤维高温过滤织物。

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第2章 玄武岩多层织物的设计

2.1 实验方案

整个织造实验可分为个步骤进行:首先是组织图的设计,由于我们原来没有接触过这几种厚型复杂织物的设计,对这种组织的的了解不足,所以在这个过程中要查阅资料结合所学的基础知识掌握这些组织,然后在艺匠纸上画出三种组织的上机图,分别画出3层、5层、共六个上机图。第二步,对所绘制的上机图进行认真检查后,按照所绘上机图在小样机上用涤纶缝纫线进行试织,在试织过程中检查设计图有无重大问题以及织造中容易出现的问题。第三步，选择既定的玄武岩纤维材料在小样机上制造简单的斜纹组织，这样不仅可以提前发现这种材料织造时容易出现的问题以便真正织造多层织物时注意和避免这些问题，也可以寻找一些这种材料织造的技巧，还可以将织造的斜纹织物跟多层织物一样进行测试形成对比。第四步,选择既定的玄武岩纤维材料在小样机上正式织造三种多层织物。

2.2 三种多层织物的设计

2.2.1角度联锁组织

角联锁组织的设计相对简单是利用多根经纱和多根纬纱形成重叠而得到的厚型机织物组织,在设计的过程中主要是要注意经纱循环数Rj要等于纬纱重数Rw+1,这样的结构经纱交织均匀,织物结构稳定，不会出现有两根或者两根以上的经纱共口的现象出现。纬纱在织物组织结构中是交错排列的,经纱沿纬纱的间隙斜向上下贯穿整各组织。三层和五层角联锁组织的纱线在组织中的交织规律分别如图2-1和图2-2所示。

图2-1 三层角联锁结构图 图2-2 五层角联锁结构图

角联锁组织上级图的绘制比较简单，只是组织循环纱线数目较大，上级图图形比较狭长，上机的时候所需钉制较长的纹板。为了穿棕的方便在绘制穿棕图时可以

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采用顺穿法，这样也可使纹板图的绘制更加方便，纹板图可以直接按照组织图的规律原封不动的绘制到纹板图上，这样不仅提高了效率也减少了发生错误的几率。绘制上机图时由于组织循环特别长容易出现错误，为了避免错误可以根据角联锁组织的特点进行检查，由于角联锁组织的各根纱线的交织方式是完全一致的，所以在绘制完毕后进行检查时可以延组织图的每个竖行观察组织点的规律，例如角联锁三层规律是5上1下、1上5下构成一个循环，五层的规律是9上1下、2上1下、1上2下、1上9下、1上1下、1上1下构成一个循环，在确保其中一根经纱的交织规律无误以后就可以依它自身的这种规律来进行检查了。三层和五层角联锁组织的上机图如图2-3和图2-4所示。

图2-3 三层角联锁上机图

图2-4 五层角联上机图

2.2.2 三维正交组织

三维正交织物的经纱由地经和缝经两种，缝经不断地弯曲充当Z向的纱线，三组纱线互成90度垂直相交(图2-5、图2-6即为三层和五层正交组织的结构图)，地经纱和缝经纱的送经量不同，因此用一个轴织造时会逐渐出现张力不匀现象，故需要两个织轴来控制不同的送经量。

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图2-5三层三维正交结构图 图2-6五层三维正交结构图

因此，增加了在小样织机上织造的难度，为了避免这种不匀的产生，就必须采用双轴送经，即缝经和地经分别用两个经轴来控制，根据缝经和地经送经量的需求单独送经，这样可以保证织造的顺利进行。

在经纱接结的正交织物中，纬纱层数比地经层数多1，不同运动规律的经纱数与经纱层数相等，加上两种不同运动规律的接结经纱，因此上机需要的综框总页数为地经层数加2。由于织物层数较多, 所以织物的经密很大, 经纱重叠现象严重, 开口过程中, 出现经纱粘连、相互摩擦、纠缠的情况,为了减少织造时经纱的交错对纱线产生的摩擦可以将引纬顺序设计为从上到下，在从下到上的规律进行，以图2-6中的五层结构为例，即按照从1～5再从6～10的顺序引纬。在确定经纬纱层数目时，应尽可能用较少的经纱层数交织更多的纬纱层，这样可使织造时使用的片数减少，是织造更加顺利。为了穿棕的方便在绘制穿棕图时可以采用顺穿法，这样也可使纹板图的绘制更加方便，纹板图可以直接按照组织图的规律原封不动的绘制到纹板图上，这样不仅提高了效率也减少了发生错误的几率。按照这些方法原则，就可以设计出三维正交织物上机图。图2-7和图2-8即分别为三层三维正交和五层三维正交上机图，图中组织图当中的左侧数前两根经纱表示缝经的交织规律，三层的交织规律为3上3下，五层的交织规律为5上5下，经过实际推算这里缝经的交织规律与层数相同，即七层为7上7下，九层为9上9下??。从第三根经纱开始表示地经的交织规律，第一根地经在该根中间有两个经组织点，其余为纬组织点，第二根地经在该根中间有四个经组织点，其余为纬组织点，规律是地经的经组织点全部分布在中间，个数等于地经的序列数×2。

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图2-7 五层三维正交组织上机图 图2-8三层三维正交组织上机图

2.2.3 多层接结组织

经过综合考虑和几种接结方式的对比和比较，最终选用的多层接结组织为自身紧密接结的接结方式，这种接结方式与其他接结方式相比，结构更加简单，组织循环纱线数少，所织得的织物结构紧密，厚度方向积累速度快，织物的厚度较厚实，结构稳定性高，纱线不容易脱散，经纱张力均匀织造方便[19]。除了织物最上和最下两层中的各一根纱线是正常交织外，其余纱线均匀的与相邻层上的纬纱进行接结，接结点数量大且分布均匀。图2-9和图2-10即为多层紧密接结的结构示意图。

图2-9 三层紧密接结结构图 图2-10 五层紧密接结结构图

多层接结组织上机图的绘制比较麻烦，在意匠纸上画出表、中和里层经纬纱的位置。以图11中三层组织的上机图为例1 和4 、2 和5 、3 和6 分别表示表、中、

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里三层的经纱,一和四、二和五、三和六分别表示表、中、里三层的纬纱。在表示表、中、里层组织经纬纱的方格里,用“■”代表表层组织的经浮点,中层和里层的组织点暂时不画;用“●”表示中层组织的经浮点,里层组织点暂时不画;用“▲”表示里层组织的经浮点。表层组织的经纱要浮在中层组织的纬纱之上,表层组织和中层组织的经纱要浮在所有的里层组织的纬纱之上,用“／”表示这些位置。用“ 。”表示上接下的接结点，即表示在织造下层时上层经纱随下层经纱一起下沉。用“·”表示下接上的接结点，即表示这里的下层经纱在织造上层时随上层经纱提起。这样一个完整的三层组织就被绘制出来。然后依次画出穿棕图和纹板图构成完整的上机图。五层七层的组织图可以以此类推，这里不再赘述。图2-11和图2-12所示即为三层和五层紧密接结组织的上机图。

图2-11 三层紧密接结组织上机图 图2-12五层紧密接结组织上机图

2.3 相关参数的确定及计算

三种组织分别织制三层和五层各两块，一共六块小样，各织物的总经根数、经密、幅宽等试样规格均相同，这样便于数据的比较和分析。表中每块织物试样的总经根数均是按照如下计算方法进行计算的：

(1) 总经根数的计算

总经根数 = 布身每筘穿入数*筘号*幅宽*（1+织缩）/10 公式(2-1) 总经根数 =幅宽*经密 公式(2-2) 已知小样织机的筘号为74齿/10cm，设计小样的筘幅为36cm，每个筘齿里面穿入4根经纱，织缩预设为1%来计算则：

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总经根数 = 74*36*4*(1+1%)/10=1078.3根，为了达到每个筘齿里面穿入4根经纱且达到整循环的要求，可以取1080根经纱，即总经根数为1080根

(2)经密的计算

若玄武岩织物的纬向织缩很接近1%的话根据公式2-2可以计算出织物的经密： 经密 = 总经根数*10/幅宽 = 1080*10/36=300 (根/10cm) (3)整经长度的估算

经纱缩率 aj=(Loj-Lj)/Loj*100% 公式(2-3) 纬纱缩率 aw=(Low-Lw)/Low*100% 公式(2-4) 式中：

Loj（Low）—试样中经（纬）纱伸直后的长度 Lw（Lw）—试样的经（纬）向长度

多层织物的经纱缩率一般较大，这里设多层织物的经纱缩率为7%来计算，设计织物的长度为2米，有公式可得：

经纱长度Loj = Lj/(1-aj) = 2.15 米

由于在小样机上织造时车头和车尾都会出现一部分长度的纱线不能用于有效织造而浪费，综合考虑之后将整经长度设计为3米

由于以上计算过程中均涉及到经纱织缩或纬纱织缩的经验数值，所以，以上计算值均为估算值，织物的最终参数要等到试样的测试结果出来以后以实际测试结果为准。

2.4预期织造过程中的困难

(1)多层织物随着层数的增加经纱密度会增加到很大，这样会给布边的设计织造过程带来很大的麻烦。

(2)玄武岩丝束内的的长丝抱合力很差，而而单丝的强力比较低在织前准备和织造的过程中，单丝容易被破坏断裂，并在丝束表面形成大量长毛羽给织造过程带来麻烦，甚至影响成品的质量指标和外观风格。

(3)在织造过程中难免出现经纱断头的现象，但是由于玄武岩纤维长丝的抗弯折能力特别差，不能用普通纱线那样打结的方法来接头。

(4)由于玄武岩纤维是高模量纺织材料，受到拉伸时伸长特别低，织造过程可能造成经纱在开口和棕平之间的张力差异过大，棕平时张力过小造成打纬困难，开口时张力过大损伤经纱甚至造成部分经纱被拉断的后果。

(5)缺乏对多层接结织物特别是玄武岩长丝多层接结织物的实际织造经验。

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(6)织造过程中遇到的其他问题。

2.5 本章小结

本章主要介绍了玄武岩多层织物织造前的一些理论、设计等准备工作，通过对三种组织结构的分析，最终为每种组织选择了一种最为合理的组织结构，并绘制出了这三种组织三层和五层的组织结构图以及上机图。通过简单的计算，得到了总经根数、经密、整经长度等一些织造时必备的工艺参数，最后还预期了实验过程中会遇到的困难。

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第3章 玄武岩多层织物的上机织造

在织物组织上机图和上机工艺参数确定以后，还要选择合适的原料在合适的织造设备才能顺利进行织造，设计的合理与否也只能在实际织造中得到检验。

3.1原料的选取

玄武岩纤维不仅具有与高技术纤维相媲美的高强度、高模量和抗冲击的性能，而且耐高温、耐光性极佳。再加上玄武岩纤维表面十分光滑，在过滤烟尘的时候阻力特别小，再加上单根纤维的线密度很低，单丝直径可以达到6μm一下，纤维越细对烟尘的吸附捕集能力越强。目前能够用于机织的玄武岩纤维主要有两种，一种是又捻玄武岩线是由多根玄武岩纤维原丝经过加捻和并股而成的纱线，单丝直径一般有14μm,11μm, 9μm,7μm,6μm等，加捻的玄武岩线一般采用三股加捻单纱相互合股而成，产品一般以管纱、奶瓶形筒子纱为主。另一种是玄武岩无捻粗纱，是用多股平行原丝或单股平行原丝在不加捻的状态下并合而成的玄武岩纤维制品。有捻玄武岩纤维相对于无捻玄武岩纤维耐磨性较好、织造容易、织物表面光洁平整，但是纤维加捻以后纤维间抱合力增大，纤维集合体捕集烟尘颗粒的有效比表面积下降，同时纤维间空隙减小、透气性降低，另外纤维加捻以后纤维的强度利用系数降低，并最终影响织物的强力性能。玄武岩无捻粗纱的织造难度会随着单纤维直径的降低而增大。综合对比分析后本实验拟使用100tex无捻玄武岩粗纱（单丝直径9μm）完成织造。

3.2 织造的工艺流程

3.2.1整经

根据第2章上机工艺的计算结果需要整经长度为3m，总经根数为1080根，因此应该选用整经长度为3米的整经板，整经圈数为整经根数的一半共540圈。纱线在一个来回中需绕成“∞”形状，这样经纱排列有序且不易缠结，便于分纱和整经。绕纱时，纱线张力要均匀，摩擦要少，尽量避免经纱起毛，以减少织造过程中纱线粘连造成开口不清的麻烦。 3.2.2钉纹板

按照上机图上的纹板图在纹板上依次植入纹钉。安装完后应再检查一遍，以防有错误，给后道工序带来不便。在确定安装准确无误后，把纹板装到小样织机上。

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在织机上装好纹板，检查织机是否正常工作，综框是否按照设计的要求依次提起，提起的方式是否和纹钉插入的方式完全一致。如发现问题，及早查找原因消除隐患，直到提综无误为止。

3.2.3穿棕、穿筘 调整经纱张力均匀

穿综、穿筘的任务是把织轴上的经纱按织物上机图的规定，依次穿过综丝和钢筘。穿综、穿筘是织前经纱准备的最后一个工序。穿综、穿筘是一项十分细致工作，任何错穿、漏穿等都直接影响织造工作的顺利进行，增加停机时间和产生织物外观疵点。为了控制张力均匀，我们在穿综、穿筘时通过分绞棒将后部纱线理顺，然后再把经纱穿过综丝和钢筘。将纱线按照正确的方式依次穿过综丝和钢筘后开始玄武岩纤维织造过程中最为关键的一个步骤就是调整经纱张力均匀，由于我们条件有限，没有整经机只好手工整经，这样一来经纱的张力就很难控制均匀。在加上玄武岩纤维本身密度较大，我们整经的跨度又长，几乎三米的经纱全部悬在卷布辊和经轴之间，纤维在自重的作用下开始下沉，这样更是加剧了经纱张力的不匀，也给经纱张力的调节带来难度。而玄武岩纤维高模低伸的特性也给经纱张力的均匀程度提出了更高的要求，这种低弹性材料几乎没有任何自调匀整的能力。为了解决这个问题，我们将所有的经纱分成若干个条带，调整的时候首先对每一个条带内部的经纱张力调节均匀后用胶带粘牢，再用绳子系紧，最后把这些条带之间的张力再调整均匀并系在卷布辊上。 3.2.4织造

（1）开口

在织机上，经纬纱交织是形成机织物的必要条件。要实现经、纬纱的交织必须把经纱按一定的规律分成上、下两层，形成能供引纬器、引纬介质引入纬纱的通道——梭口，待纬纱引入梭口后，两层经纱根据织物组织要求再上下交替，形成新的梭口，如此反复循环，这就是经纱的开口运动，简称开口

[20]

。经纱的开口运动是由

开口机构来完成的。开口机构不仅要使经纱上下分开形成梭口，同时还应根据织物组织规律所决定的提综顺序，控制综框（经纱）升降的次序，使织物获得所需的组织结构。

（2）引纬

在织机上，引纬器将纬纱引入到有经纱开口所形成的梭口中。通过引纬，纬纱得以和经纱实现交织，形成织物。由于玻璃纤维不耐摩擦，引纬时应减少手与纱线的摩

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擦，我们用涤纶纱线作为边纱，减少了玄武岩纤维纱线的断头，加快了织造的效率。 （3）打纬

在织机上，依靠打纬机构的钢筘前后往复摆动，将一根根引入梭口的纬纱推向织口，与经纱交织，形成符合设计要求的织物的过程称为打纬运动。通过打纬运动，使纬纱与经纱交织，近而形成织物。打纬力要均匀，打纬时要细心，如果有纱线发生断头，便会和纱线纠缠在一起，影响开口，因此必须及时发现，随时接断头。并且要时刻注意提综情况，及时解决问题，以免造过多的织疵。

由于玄武岩纤维不耐弯折打结更易断头，对于这种材料出现断头时，我们应特殊对待，可以用502将其粘接在一起，或用固体胶粘接后晾干。但那样稍微有些会影响外观，我们对于严重的断头采取换纱线的方法。 3.2.5下机

织完所有要求的织物后，将经纱全部剪断，将织物从卷布辊上面取下，用胶水将剪开的两端粘上，以防在以后的携带保管和使用过程中纱线脱散。最后把经纱清理干净，以备下次织造使用。通过以上几个步骤，即可获得我们所需要的织物。在通过卷纬和送经我们就可以得到一定长度的织物了。见图3-3所示：

图3-3小样织造200cm×36cm三层接结织物

3.3 织造过程中出现的问题及解决方法

六种组织在织造过程中遇到了一些共同的问题经过反复的实验和改造最终解决了这些问题，使得织造过程能够顺利进行。 3.3.1穿综穿筘时纱线直接断裂

由于玄武岩纤维的模量高，材质硬而脆，剪切模量低的特性使其不能打结或者

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平角折叠，当穿综钩拉着一根纱线的中间拉过综丝眼时，纱线弯折且局部受到综丝和穿纱钩的剪切，造成纱线断裂或者局部切断。经过观察分析和实际操练发现纱线断裂的根本原因不在于拉伸和弯曲，关键在于剪切对纱线造成的伤害。同样道理穿筘时纱线直接断裂的原因和穿综时纱线断裂的原因是一致的，是穿筘刀和钢筘的直角切割纱线造成的，都是一个直角压在了一个平面上，并且恰好把纱线夹在中间，当这个直角和这个平面发生相对移动时将纱线切断。避免这种情况发生的方法就是正确使用穿纱钩和穿筘刀，使用穿纱钩时一定要把钩的开口向下使用，且穿纱钩和穿筘刀都要很自然的顺着综丝眼和筘齿的方向拉出。 3.3.2经纱调整不均匀

玄武岩纤维织造过程中最为关键的一个步骤就是调整经纱张力均匀，由于我们条件有限，没有整经机只好手工整经，这样一来经纱的张力就很难控制均匀。在加上玄武岩纤维本身密度较大，我们整经的跨度又长，几乎三米的经纱全部悬在卷布辊和经轴之间，纤维在自重的作用下开始下沉，这样更是加剧了经纱张力的不匀，也给经纱张力的调节带来难度。而玄武岩纤维高模低伸的特性也给经纱张力的均匀程度提出了更高的要求，这种低弹性材料几乎没有任何自调匀整的能力。经纱张力不匀会对后面的织造带来巨大的困难，开口不清、经纱间相互缠结等问题都是织造过程中的重要缺陷。为了解决这个问题，我们将所有的经纱分成若干个条带，调整的时候首先对每一个条带内部的经纱张力调节均匀后用胶带粘牢，再用绳子系紧，最后把这些条带之间的张力再调整均匀并系在卷布辊上。 3.3.3织造过程中布边纱线断裂

在织造过程中边纱受到较多的摩擦，容易造成纱线的解体断裂，而中间层的纱线相对受到的外力作用较小，所以经纱的损伤较小。为了解决这一问题我们将边纱的两个筘齿中的纱线换成涤纶缝纫线，问题得到解决。但是当织造完成织物下机以后出现严重的卷边现象，影响织物的外观风格。经过分析发现：造成这种现象的主要原因是涤纶缝纫线的弹性远高于玄武岩纤维，织造时存在上机张力布面表现为平整，当下机后失去张力的情况下涤纶缝纫线会发生收缩回弹，而玄武岩纤维几乎不发生收缩现象，因此造成布面不平整。因此将边纱换成缝纫线的方法不合理。经过反复摸索发现纬纱的张力对边纱的影响很大，当纬纱的张力较大时布面的织缩会增大，这种情况下钢筘打纬时边纱被撑开较大距离，这时纬纱与筘齿之间的挤压力和摩擦力都会急剧增大，而这种摩擦力正是导致边纱断裂的主要原因。实践操作表明

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减少纬纱的张力可以减少织物的织缩，降低打纬时边纱与筘齿之间的挤压力和摩擦力，从而减少了筘齿对边纱的损伤，当织缩小于2%时，边纱断裂的问题可以得到解决。

3.3.4经纱张力上紧下松

在织造过程中出现上层经纱张力过大，下层经纱相对松弛，造成布面上下层组织的变形，同时下层经纱的松弛给织造工作带来了困难。究其原因是上层经纱被提起时纱线走过的路径为折线，下层没有被提起的经纱为直线，上层经纱走过的距离大于下层经纱。解决的办法是：在综框的后面将下层的经纱吊起一定高度(如图3-4所示)这样可以使上下层经纱在开口时走过的路径大致相等。

图3-4 提高综框后面的经纱

图3-5 将个别松弛的纱线系起来

3.3.5织造过程个别经纱张力出现不匀

在织造过程中个别经纱会出现松弛造成开口不清，给引纬造成困难，使织物表面不平整甚至造成疵点，影响外观。这种情况下可以将这些松弛的纱线统一整理到织轴附近，用绳子将它们与张紧的纱线系在一起（见图3-5），这样可以使所有的纱线松紧一致、张力相同。 3.3.6提综过程造成经纱断裂

当经纱张力较大时提综过程中纱线路径由于开口而增大，由于玄武岩纤维高模量、低伸长的特性，此时纱线的张力会急剧增大，再加上部分经纱的张力不匀，个别纱线本身综平时就处于紧张状态，提综时这些经纱就会因受力过大而断裂。

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为了改变这种情况，可以用两根较长的涤纶加捻的绳子将经纱拉住（如图3-6所示），这样有捻的涤纶绳子可以赋予几乎没有弹性的玄武岩长丝一定的表观弹性。在动力织机上可以采用在织轴上加设弹力装置的方法来达到同样的效果。

图3-6 用加捻的涤纶绳子将经纱拉住

3.4 本章小结

本章介绍对玄武岩多层织物进行了上机织造，在织造过程中发现了一些玄武岩纤维织造的特点和方法，也从中发现了很多问题，并想办法解决了这些问题。有一些解决的办法还不是很成熟，有些方法仅仅可以在小样机上实现，在大型织机和规模生产中还不能直接使用，但这种解决问题的方法可以为规模生产提供改进的方向。玄武岩纤维的织造过程中要特别注意控制经纱张力的均匀，经纱张力的均匀是顺利完成织造的关键。由于玄武岩纤维不能使用常规打结的方法接头，只能用胶粘接头，操作十分麻烦，所以在织造过程中最怕出现的问题就是经纱断头，然而玄武岩纤维最大的问题就是经纱断头，而边纱的断头最为严重，解决这一问题方法就是降低纬纱张力，减少织缩。

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第4章 玄武岩多层织物的测试与分析

产品的性能直接关系到产品的用途，产品的质量决定产品的价值。多层织物的性能是否优越？有无重大负面问题？实际质量和理论质量之间有多大差距？织造过程中对纤维其强度的损伤有多大？这些都要通过实际的测试结果来反映。多层玄武岩织物下机以后经过简单的整理后开始测定三种织物经纬密、厚度等基本参数，再按照先做不破坏性试验后做破坏性试验的原则对织物的力学性能和透气性能进行测试。

4.1 织物规格的测试与计算

4.1.1经纬密的测定

由于多层织物的组织复杂，结构紧密，层与层之间相互遮挡给织物经纬密的测量带来困难，为了能够正确的测量出织物的经纬密度，本次试验不采用传统的照布镜法测量织物的经纬密，而是采用数织物组织循环数，再把10cm内的组织循环个数再乘以经向或纬向组织循环纱线数的方法进行测量。为了能够准确的找到纱线循环的经组织点，我们用用显微镜观察了三种织物中纱线的循环规律并拍摄照片。见图4-1所示，测量的时候不够正循环的取估度数值，测量结果见表4-1。

表4-1几种玄武岩织物的经纬密测量数据

10cm经纱纬向 组织循环个数

三层三维正交 三层角度连锁 三层表里接结 五层三维正交 五层角度连锁 五层表里接结

75 75 50 50 50 30

10cm纬纱经向 组织循环个数

40 26.3 40 16 15.4 47.5

经纱纬向组织 循环纱线数

4 4 6 6 6 10

纬纱经向组织 循环纱线数

6 12 6 10 30 10

根据这些数据利用公式：

PJ =MJ×RJ 公式（4-1） PW=MW×RW 公式（4-2）

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式中：

PJ（PW）—经（纬）密

MJ（MW）—10cm经（纬）纱纬向组织循环个数 RJ（RW）—经纱（纬纱）纬（经）向组织循环纱线数 可以计算出几种玄武岩织物的经纬密。计算结果见表4-5

a. 玄武岩三层接结经向 b. 玄武岩三层接结纬向

c. 玄武岩角联锁经向 d. 玄武岩角联锁纬向

e. 玄武岩三维正交经向 f. 玄武岩三维正交纬向

图4-1几种玄武岩织物的纱线交织规律

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4.1.2织物厚度测定

厚度的测量采用螺旋测微器测量的方法进行测量的，由于螺旋测微器的测量夹头面积很小，为了避免织物在测量时被局部压缩造成测量误差，首先用玻璃片将布面从正反面夹持住，再用螺旋测微器测量包括两面的玻璃片在内的总厚度，最后再单独测量两个玻璃片的厚度，用总厚度减去两个玻璃片的厚度就得到织物的厚度，每块布都从不同的5个部位进行测量，并最终计算出平均值和厚度不匀率，测量结果见表4-2

表4-2 几种玄武岩多层织物的厚度测量数据

单层斜纹组织 三层三维正交 三层角度连锁 三层表里接结 五层三维正交 五层角度连锁 五层表里接结 位置1 0.560 0.620 0.700 0.672 1.240 1.740 1.245 位置2 0.560 0.625 0.718 0.674 1.243 1.744 1.246 位置3 0.562 0.625 0.712 0.672 1.250 1.744 1.249 位置4 0.565 0.622 0.706 .0.672 1.247 1.738 1.236 位置5 0.563 0.623 0.712 0.670 1.249 1.734 1.249 平均值 0.562 0.623 0.710 0.672 1.246 1.740 1.245 CV%值 0.377459 0.340501 0.964072 0.243005 0.337706 0.24383 0.428798 4.1.3经纬向织缩的测定与计算

经纬向织缩的测量 采用拆纱测量的方式，实验的试样规格均为20cm×20cm，在每种组织试样的不同部位选出的5根纱线，小心地将织物的经纬纱线从组织中拆出，并将拆出的纱线在拉直的这状态下测量其长度，通过五个纱线试样测量求平均值，测量结果见表4-3。

根据公式：

经纱缩率 aj=(Loj-Lj)/Loj*100% 公式（4-3） 纬纱缩率 aw=(Low-Lw)/Low*100% 公式（4-4） 式中：

Loj（Low）—试样中经（纬）纱伸直后的长度 Lw（Lw）—试样的经（纬）向长度 计算出织物的经纬向缩率，计算结果见表4-3。

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表4-3 几种玄武岩多层织物供计算织缩的经纬纱长度测量值（单位：mm）

组织

单层斜纹组织

三层三维正交

三层角度连锁

三层表里接结

五层三维正交

经、纬纱 试样1 试样2 试样3 试样4 试样5 平均值 CV%值 织缩% 经纱 纬纱 缝经 地经 纬纱 经纱 纬纱 经纱 纬纱 缝经 地经 纬纱

五层角度连锁

五层表里接结

经纱 纬纱 经纱 纬纱

206 202 221 201 203 216 204 212 202 224 201 204 217 206 214 203

207 202 224 201 202 214 203 213 201 226 201 203 222 203 213 202

206 203 223 202 203 218 204 214 204 219 201 203 218 203 216 203

207 201 225 201 203 219 204 213 204 227 200 203 220 205 214 203

205 201 224 201 201 215 204 214 201 228 200 204 223 205 215 206

206 202 223 201 202 216 204 213 202 225 205 203 220 204 214 203

0.84 0.84 1.52 0.45 0.89 2.07 0.46 0.84 1.52 3.56 0.55 0.54 2.55 1.34 1.14 1.52

3.0 0.9 10 0.6 1.2 7.6 1.9 6.2 1.2 11 0.3 1.7 9.1 2.4 6.7 1.7

4.1.4平方米克重的测定

由于我们的布样有限，不能单独裁样进行测量，只能将用于做力学实验的布样在裁剪成单个布样之前进行称重，再测量这些布样的面积来计算得到织物的平方米克重，测量结果见表4-4。

表4-4玄武岩多层织物的重量和尺寸

布样尺寸

2(cm) 布样重量(g)

单层斜纹组织 441 17.73

三层三维正交 889 49.18

三层角度联锁 765 46.95

三层表里接结 874 48.70

五层三维正交 279 28.41

五层角度联锁 284 44.35

五层表里接结 384 47.55

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由于布样的大小不均匀，布样小的误差可能会增大，但计算结果可以反映实际值。计算结果见表4-5。

表4-5 几种玄武岩织物的基本参数测定值统计

单层斜纹组织 三层三维正交 三层角度连锁 三层表里接结 五层三维正交 五层角度连锁 五层表里接结

平均厚度mm 0.562 0.623 0.710 0.672 1.246 1.740 1.245

经密 根/10cm 300 300 300 300 300 300 300

纬密 根/10cm 116 240 316 240 160 462 475

平方米克重

g/m2

402 553 614 557 1017 1560 1238

经纱线密度

tex 100无捻 100无捻 100无捻 100无捻 200有捻 200有捻 100无捻

纬纱线密度

tex 100无捻 100无捻 100无捻 100无捻 200有捻 200有捻 200无捻

4.1.5 织物紧度的计算

根据经纬密度和纱线的线密度可以计算出织物的紧度，计算公式： d=0.03568

Nt 公式（4-5） PEj = Pj×dj 公式（4-6） Ew = Pw×dw 公式（4-7） E = Ej+Ew-0.01Ej×Ew 公式（4-8） 式中：

dj(dw)—纱线视为圆形截面时的经纱（纬纱）直径 Nt—纱线的公制特数

P—纱线材料的体积质量 Pj（Pw）—织物的经密（纬密） Ej（Ew）—织物的经向（纬向）紧度 E—织物的总紧度

玄武岩纤维的密度P=2.75g/cm3,三层织物纱线的线密度为Tt=100tex。五层织物纱线的线密度为200tex，计算结果见表4-6。

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表4-6 三种织物的紧度计算结果

组织

纱线直径d(mm)

0.210 0.210 0.210 0.210 0.304 0.304 0.304

经向紧度Ej

63 63 63 63 91.2 91.2 63

纬向紧度Ew 24.36 50.4 66.36 50.4 48.64 140.4 144.4

总紧度E 72.0 81.6 87.5 81.6 95.5 104 116

单层斜纹组织三层三维正交 三层角度连锁 三层表里接结 五层三维正交 五层角度连锁 五层表里接结

4.1.6织物拉伸强度的理论值计算

由于织物在织造过程中经纬纱线受到不同程度的损伤，织物的实际强度要比理论强度低一些，再加上织物在受到拉伸破坏时，织物内部承载拉伸的纱线断裂的不同时性也会造成测量结果中的织物强度值降低，这里仅做理论值计算，以便与测试部分饿实际测量值形成对比。计算方法：

DJ = 0.1PJ×KJ 公式(4-9) DW = 0.1PW×KW 公式(4-10) 式中：

DJ(DW)——织物经向（纬向）的理论拉伸强度（N/cm） PJ(PW)——织物的经向（纬向）密度(根/10cm) KJ(KW)——经纬向单纱断裂强力（N）

经测定100tex单纱的平均断裂强力为45N，根据已经测算出的经纬纱密度进行计算可得到织物的理论拉伸强度，计算结果见表4-7。

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表4-7 织物的理论强度计算

单层斜纹组织 三层三维正交 三层角度连锁 三层表里接结 五层三维正交 五层角度连锁 五层表里接结

经密（根/10cm） 300 300 300 300 300 300 300

纬密（根/10cm） 116 240 316 240 160 462 475

经纱强力（N） 45 45 45 45 90 90 45

纬纱强力（N） 45 45 45 45 90 90 90

经向理论强纬向理论强度（N/cm） 度（N/cm）

522 1350

1080 1350

1422 1350

1080 1350

1440 2700

4158 2700

4275 1350

4．2织物力学性能测试

由于测试时间较为紧张，测试部分仅对三层玄武岩织物进行了简单的测试，三种三层组织的基本参数见表4-5所示。 4.2.1织物的拉伸性能测试

对每种织物的拉伸性能测试中对织物的经向和纬向测试次数均为三次，试样的尺寸为330mm×50mm，有效夹持距离为200mm，整个实验在INSTRON-5582型微机控制电子万能试验机上进行的，几种三层玄武岩织物的经向拉伸实验统计结果对比曲线图见图4-2、纬向拉伸实验统计结果对比曲线图见图4-3所示。

图4-2 三层玄武岩织物经向拉伸实验统计结果对比曲线

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图4-3 三层玄武岩织物纬向拉伸实验统计结果对比曲线

4.2.2织物的耐磨性能测试

几种玄武岩织物的耐磨损性能的测试在Y522型织物磨损测试仪上进行，预加压力为250g。以织物被完全被磨破时磨头的平均转数来衡量织物的耐磨损能力，平均转数越多表示织物的耐磨损性能越好。耐磨损性能测试结果对见图4-4。

玄武岩纤维织物耐磨损性对比8007006005004003002001000三维正交织物角联锁织物多层接结织物织物组织平均转数

图4-4 几种玄武岩多层织物的耐磨性对比

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4.3织物透气性测试

本次实验是在全自动织物透气率测试仪上进行的，通过对同一种织物样本的不同部位进行测试，记录测试结果并计算平均值，得到一种织物的平均透气率。其他织物的平均透气率的测试方法以此类推。实验测试结果见图4-5。

不同玄武岩织物透气率对比160140透气率平均值（mm/s）120100806040200斜纹多层接结织物类别角联锁三维正交图4-5 几种不同玄武岩织物的透气性对比 4.4测试结果的对比与分析

4.4.1织物基本参数的对比分析

对织物本身基本参数的测定结果显示：当织物层数较低时，角联锁织物的纬密比其他两种组织都大，但随着层数的增加，多层接结组织的纬密增加的更快，在其他条件一定的情况下五层接结的纬密和厚度开始超过角联锁组织位居第一。在厚度方向上积累较快，平均厚度也比其他两种组织更厚一些。这些多层组织在厚度方面明显比单层的斜纹组织厚得多，同样纱线规格情况下三层织物的厚度均在0.7mm左右，五层织物的厚度都在1.2mm以上，远大于斜纹组织的0.56mm。

在织缩方面,几种织物的经向织缩都明显大于纬向织缩，多层织物的织缩大于单层织物的织缩，且随着组织层数的增大，经纬向的织缩都呈现出增加的趋势，多层接结织物的经纬纱织缩随着织物层数的增加变化不大，三层和五层的经向织缩在6.5%左右，纬向织缩在1%左右，而角联锁组织和三维正交组织的织缩随层数的增加增大的速度较快，三层角联组织的经向织缩在7%左右，纬向织缩在1.5%左右，五层

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角联组织的经向织缩在9%左右，纬向织缩在2%左右；三层三维正交织物的缝经织缩在10%左右，地经几乎没有弯曲在0.5%左右，纬向织缩在1%左右，五层三维正交织物的缝经织缩在11%左右，地经几乎没有弯曲在0.5%左右，纬向织缩在1%左右。三维正交织物的缝经不匀率系数CV%较大，说明缝经的织缩不均匀，织缩的变异系数较大，织缩的大小较难控制。由于不同组织、不同层数的织物经纬向织缩差异较大，只有三层角联锁和多层接结组织的经向织缩以及三维正交和多层接结纬向织缩基本吻合预设的织缩，对于与测定结果不符的组织设计时要对织物的织缩预设值进行适当修正。修正结果以实测数据为准。 4.4.2织物测试性能的对比分析

拉伸试验测试结果显示多层接结织物经纬向强度均匀，经向强度略大于纬向强度，角联锁织物的纬向强度大于经向强度主要是角联锁织物中的纬密比经密大的原因造成的。包括三层接结织物纬向的强度小于角联锁织物的原因都与角联锁织物的纬密大于多层接结织物的纬密有关。其实自本次试验中最能说明问题的试验为经向拉伸和经向撕裂试验，因为三种织物的经密完全相同，从最终的试验测试数据上通过简单的计算就可以得到织物的经纬向强力利用系数，也可以直接看出织物的强度利用系数的大小比较，还可以看出织造过程对经纱强度的损伤程度。三种织物的经纬向强力利用系数见表4-8。

表4-8 三种织物的经纬向强力利用系数

三维正交 角度连锁 表里接结

经向理论强纬向理论强经向测量强纬向测量强经向强度利度（N/cm） 度（N/cm） 度（N/cm） 度（N/cm） 用系数

1350 1350 1350

1080 1422 1080

560 670 780

900 1110 860

0.415 0.496 0.578

纬向强度利

用系数 0.833 0.781 0.801

很显然，三层接结织物的经向强度利用系数最大，纬向强力利用系数仅次于三维正交，织造过程对纱线的损伤最小。是较为合适织造多层织物的一种组织。

在尺寸稳定性方面，可以从图4-2和图4-3的对比中可以上看出，在受到同样大小的拉伸应力时，织物的经向应变大于纬向应变，说明织物的纬向尺寸比经向尺寸更稳定。从图4-2中三种组织织物的经向拉伸应力-应变曲线上可以看出，在同样大小的拉伸作用力下，三维正交织物的伸长量最小，尺寸稳定性最好，角联锁织物的伸长变形最大，尺寸稳定性最差。

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在耐磨性方面，三维正交织物的耐磨性明显优于其他两种组织的织物，这与我们理论分析和预期的结果不符，本来三维正交织物由于容易解体耐磨性应该是最差的，而多层接结织物的经纱没有完全贯穿织物的上下表面，应该耐磨性最好的，这可能这与实验样品的组织紧密程度有很大关系，由于我们所使用的布样是手工织造的，打纬力量和纬纱密度难以控制，给测试实验带来了很多不确定因素，这些不确定因素可能会影响测试结果的可靠性。

在透气性方面，除单层斜纹组织以外，透气性最好的是角度连锁组织，对于纬密较大透气性又这么好的织物来说，特别适合用于制做高温烟气过滤袋的材料，因为在过滤强度一定的条件下透气性愈好的织物过滤效率越高，动力消耗的成本越低。

4.5本章小结

本章对下机后的织物进行了简单的参数测定和性能测试，通过参数的测定来判断第2章所设计的工艺参数的可靠性，并对原来设计的工艺参数进行修订，力争能为以后的玄武岩多层织物的织造提供可靠的参数。多层组织在厚度方面明显比单层的斜纹组织厚得多，同样纱线规格情况下三层织物的厚度均在0.7mm左右，五层织物的厚度都在1.2mm以上，远大于斜纹组织的0.56mm。织缩方面，三种织物的纬向织缩都在1%左右，经向织缩差异较大。通过织物性能的测定来判断织造过程中对纱线的损伤程度和织物的尺寸稳定性等，也可以为其是否适用于过滤材料提供参考。测试结果显示，织物的纬向尺寸比经向尺寸更稳定，三维正交织物的伸长量最小，尺寸稳定性最好，角联锁织物的伸长变形最大，尺寸稳定性最差。三层接结织物的经向强度利用系数最大，纬向强力利用系数仅次于三维正交，织造过程对纱线的损伤最小。

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第5章 总结与结论

本课题经过对玄武纤维角度联锁、多层接结、三维正交三种多层织物的产品设计，上机织造，性能测试，并经过和单层斜纹组织以及这三种组织之间的对比可以得到以下结论：

(1)多层组织在厚度方面明显比单层的斜纹组织厚得多，同样纱线规格情况下三层织物的厚度均在0.7mm左右，五层织物的厚度都在1.2mm以上，远大于斜纹组织的0.56mm；

(2)织物的经向织缩都明显大于纬向织缩，多层织物的织缩大于单层织物的织缩，且随着组织层数的增大，经纬向的织缩都呈现出增加的趋势，三种织物的纬向织缩都在1%左右，经向织缩差异较大

(3)三种组织的织物的总紧度都很高。三层织物的总紧度都在80以上，五层的总紧度都在100以上。平方米克重也较高，三层织物的平方米克重都在550g/cm2以上，五层织物都在1200g/cm2以上。这两项指标都达到了袋式除尘过滤材料的国家标准；

(4)角度连锁组织在几种多层织物中透气性最好，对于这种纬密较大透气性又好的织物来说，特别适合用于制造高温烟气过滤袋的材料；

(5)多层织物设计和织造中要特别注意减少对经纱的损伤,从三种织物的强力利用系数来看，织造过程对经纱的损伤较大，经向的强力利用系数都很低，最低的是三维正交织物的强力利用系数仅为41.5%，最好的是多层接结织物强力利用系数才57.8%。三种织物的纬向强力利用系数较高，都在80%左右。

(6)织物的纬向尺寸比经向尺寸更稳定，在同样大小的拉伸作用力下，三维正交织物的伸长量最小，尺寸稳定性最好，角联锁织物的伸长变形最大，尺寸稳定性最差，多层接结织物介于两者之间尺寸稳定性较好。

因实验条件有限，本实验还存在着一些不足之处，主要有以下方面： (1)由于实验条件有限，织造过程在半自动手工小样织机上进行的，手工整经是织物的经纱张力不够均匀，打纬、卷曲、送经等都受到人工因素的影响而不能精确控制，并最终造成纬密得不到合理控制，给测试实验和分析增加了难度。

(2)测试部分，特别是力学测试部分缺乏与单层织物的对比，使多层织物的的优势不能在对比中得到很好的体现。

(3) 原料的选取没有进行自测，完全按照供应商提供的参数进行设计和计算，原料的实际参数缺乏实验依据。

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中原工学院本科毕业设计（论文）

致 谢

这次毕业设计，我是在陈守辉老师耐心和精心的指导下，顺利并圆满地完成的。陈守辉老师不仅指导了我的课题研究，而且言传身教。她认真严谨的作风，科学求实的态度、广博熟练的专业知识，勤劳热情的工作作风，使我受益匪浅。在此，表示深深的谢意和敬意！

在我设计设计和织造的过程中，得到了李新娥、何奕中、郑天勇和任毅老师的大力支持和无私的帮助；在试样测试过程中，得到了实验室尹燕芬老师、张明老师等各位老师的帮助。还有很多老师，他们的执着精神，他们的研学作风，他们的科学态度，对我影响极大，对我以后的学习和生活都将产生深远的影响。在此，我向他们表示衷心的感谢！

另外我还要感谢我们同组的王首、刘普洋、谢凤婉和苗夏四位同学以及服装学院冯倩倩同学在织造和测试实验过程中对我的帮助！

最后，再一次对所有帮助过我的老师和同学们致以最衷心的感谢！

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致 谢

这次毕业设计，我是在陈守辉老师耐心和精心的指导下，顺利并圆满地完成的。陈守辉老师不仅指导了我的课题研究，而且言传身教。她认真严谨的作风，科学求实的态度、广博熟练的专业知识，勤劳热情的工作作风，使我受益匪浅。在此，表示深深的谢意和敬意！

在我设计设计和织造的过程中，得到了李新娥、何奕中、郑天勇和任毅老师的大力支持和无私的帮助；在试样测试过程中，得到了实验室尹燕芬老师、张明老师等各位老师的帮助。还有很多老师，他们的执着精神，他们的研学作风，他们的科学态度，对我影响极大，对我以后的学习和生活都将产生深远的影响。在此，我向他们表示衷心的感谢！

另外我还要感谢我们同组的王首、刘普洋、谢凤婉和苗夏四位同学以及服装学院冯倩倩同学在织造和测试实验过程中对我的帮助！

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