碳纤维及复材在纺织产业中的应用——从常州十大优势产业看碳纤维的应用二

发布时间: 2022-02-06

常州的碳纤维产业有着较好的基础,有目前国内两家主业为碳纤维的上市公司之一的中简科技就是常州的企业,其他相关的碳纤维产业链上的企业也较多。常州也是包括石墨烯、碳纤维等先进碳材料产业发展起步最早的城市之一,综合发展水平领跑全球,并形成了南有石墨烯、北有碳纤维的产业格局。2020年,江苏常州新型碳材料集群成功入围国家先进制造业集群,2020年常州市委常委、常务副市长梁一波表示,常州是长三角重要的先进制造业基地,工业体量已超1.3万亿元。他说,常州目前正在建设具有全球竞争力的新型碳材料产业集群,努力打造国际知名、全国领先的“东方碳谷”。

受常州市科技局生产力发展中心委托,我们对常州及周边的碳纤维产业发展做了调研,梳理出来常州10个优势产品,并对碳纤维在这十个产业中的渗透性应用做了探讨。常州在历史上纺织业就比较出名,唐宋起,常州的棉麻丝绸,而晋陵绢作为稀有之物,就闻名天下。唐朝大诗人元稹有诗云:新妆巧样画双蛾,谩里常州透额罗。这里的透额罗说的就是常州的丝绸当年就可以做的“轻、薄、透”。近代工业化的发展就是从纺织业开始的,上个世纪初常州纺织业经历了土纺土织、手工织场、机织...随后纺纱厂、染织厂、布厂等纷纷建立,到上世纪30年代,常州市有各类纺织企业100多家,逐步成为常州市的支柱产业,也是全国除上海以外纺织工业实力较强的城市之一。此外常州的纺织机械也较为发达,多个厂家生产剑杆织机和经编机。剑杆织机主要是为解决引纬方法而设计,包括刚性、柔性及可伸缩式的引纬方式。1844年开始出现无梭织机,柔性剑杆织机起始于1925年,二战后,50年代至60年代实现商品化生产,并逐步取得显著进步,剑杆织机引纬率达到1500m/min以上。剑杆织机是应用最为广泛的无梭织机,它除了具有无梭织机高速、高自动化程度、高效能生产的特点外,其积极引纬方式具有很强的品种适应性,能适应各类纱线的引纬,加之剑杆织机在多色纬织造方面也有着明显的优势,可以生产多达16色纬纱的色织产品,所以在机织工艺中剑杆织机有着重要的地位。图片

梭子和剑杆杆是碳纤维复合材料在纺织机械中应用较早的形式。木制的投梭棒每根重达1.2kg,而碳纤维杆的重量仅有0.1kg;木梭的频率约为120-130次/分,碳纤维复合材料杆的频率至少能提高一倍;木梭的使用寿命仅有6个月,而碳纤维复合材料杆的使用寿命长达6-8年。

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用一组或几组平行排列的纱线,于经向喂入机器的所有工作针上,同时成圈而形成针织物,这种方法称为经编,织物称为经编织物,而使用的机械就是经编机。经编机的主要成圈机件有织针、导纱针、沉降片和压板(用于钩针机)。织针整列地装在针床上,随针床一起运动。导纱针装在条板上组成梳栉。经纱穿过导纱针的孔眼,随梳栉一起运动而绕垫在针上,通过织针、沉降片等成圈机件的相互配合运动而织成织物。

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随着编织效率的提高,经编机很多部件的轻量化也越来越重要,因此多个部件采用碳纤维复合材料。

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        剑杆机织和经编的区别

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其他例如:在喷水孔室,转数为1700rpm,杼宽达2m,为了抑制长大杼的变形,在综片框上采用了轻质、高刚性的碳纤维复合材料。织布机缠线器的卷芯通常是钢管,插入纸管后,加气压则产生小突起,成为固定纸管的结构,但是缺陷是重量大。用碳纤维复合材料管替代后,重量减轻很多,插到直管上,无论是织布机的安装作业还是从卷好的织物中取下的人力作业都轻松很多。

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而在纺织机械中,有很多罗拉和导轮机构。

罗拉作为纺织机械中主要的运转部件之一,对纺织机械的整体设备性能影响很大,对产品的质量和稳定性都有着直接的作用力。传统的纺织机用罗拉多数是钢制的,钢制罗拉的重量大、设备能耗高,为了满足提速的需求还要不断增加壁厚,从而引发一系列的弊端。采用碳纤维罗拉则能同时满足重量轻、速度快、刚度好、变形小、能耗低等多种需求。传统的纺机设备用导轮主要是纯尼龙导齿轮,由于强度低、抗疲劳性差、使用周期短,维护费用高,但是采用碳纤维增强尼龙制作的传动导轮导电性强,防静电效果好,降低火灾等事故的发生几率;强度大、韧性好,抗拉强度接近于屈服强度,对冲击、应力震动有较强的能量吸收能力;耐磨、自润滑效果好,减少油污,耐疲劳性好,使用寿命可以提高一倍;重量轻、噪声小,噪声比铸铁齿轮低30%,能耗降低20%,耐腐蚀,能抵御汽油、油脂、酒精、弱碱等的侵蚀。笔者曾经在某生产防弹衣的企业工作,传统导轮在芳纶、高强高模PE摩擦下,三个月就要更换,而改成碳纤维增强尼龙,寿命可以达到一年。

目前碳纤维材料应用还只是局限于体积小或者数量少的零部件上,在这些部位碳纤维材料的价值并没有得到凸显,与此相比,碳纤维应用则是近几年来纺织机械轻量化应用最有潜力的方向之一。