交叉转动式径向缩胀管织物及其制备方法与用途与流程
本发明属于纺织品设计及管织物织造技术领域，涉及在拉伸作用下沿细长直圆管内外壁发生回折抽拔运动时的高抽拔顺滑性且低拉伸伸长率的管织物及其成形技术。
背景技术：
目前，针对管织物成形的技术及加工工艺多有报道，对制备方法及制备工具也有一定研究，管织物的应用范围也包括化学化工、能源输送、航空航天、生物医用等众多领域，但相关研究多集中在机织、针织、编织成形的传统结构管织物，对具有变结构功能的管织物研究较少，尤其在拉伸作用下沿细长直圆管内外壁发生回折抽拔运动时的高抽拔顺滑性且低拉伸伸长率的管织物及其成形技术，而由交叉线交叉转动产生径向缩胀的管织物及其制备方法就更无研究。
有专利已经制备出具有径向弹力收缩的管状织物，该织物为一种机织管状织物，织物的经纱选用细旦芳纶长丝、pbo或芳纶和pbo的混纤纱作为经纱，并对经纱进行100～300捻/m的加捻，纬纱选用芳纶长丝或pbo长丝包覆氨纶弹力纱的复合纱，以平纹组织为基础组织设计，织造的管状织物的管壁厚度为0.2～0.3mm，自然内径范围可从14mm扩张到22.5mm。所织造的管状织物具有较高纵向强度和模量，并具有阻燃耐高温的特性，具有纵向无弹力变形量，强度高、耐高温、耐拉力和耐化学腐蚀的特点，不需要经过后道处理，尺寸稳定、弹性持久、表面平整、手感柔软，适合高温等作业条件下使用，弥补了现有管状织物径向弹力差的缺陷(黄玉东，李艳伟，刘丽，傅宏俊，宋元军，黎俊，王彩凤，一种具有径向弹力收缩管状织物的制备方法，发明专利，申请号：201210290417.7，申请日：2012年08月15日，申请公布号：cn102776649a，申请公布日：2012年11月14日)。也制备出高强细径超薄的管状织物，解决了现有管状织物制备方法不能实现管状织物的口径小、管壁薄，且不能满足在特殊条件下对织物所需轻质且抗超强拉力的要求问题。选用细旦pbo长丝作为管状织物的经纱和纬纱，并对经纱进行加捻，纬纱不加捻。所述的制备方法可实现超薄细径管状织物的规格化、尺寸稳定化、连续化，其产品适应性好，生产效率高，且具有耐强拉力、耐高温、阻燃、耐化学腐蚀的特点(黄玉东，李艳伟，刘丽，傅宏俊，宋元军，黎俊，王彩凤，一种高强细径超薄管状织物的制备方法，发明专利，申请号：201210278973.2，申请日：2012年08月07日，申请公布号：cn102767028a，申请公布日：2012年11月07日)，这些专利技术所述的范畴尽管有涉及径向弹力收缩及高强细径超薄的管状织物及制备方法，但均未涉及本发明所提供的具有径向缩胀功能的管织物，尤其未涉及本发明所提供的一种交叉转动式径向缩胀管织物及其制备方法。
机织管状复合材料已经被广泛应用于非开挖翻衬式管道修复技术中，作为一种修复深埋地下受损管道的优质技术，该技术能够很好地避开直接开挖路面所造成的施工工序多，工期长，成本高，破坏路面，阻塞交通，浪费资源等缺陷。实施过程中，预先将灌浸有树脂粘结剂的内衬管(即管状机织物复合材料)的一端翻转固定于地面的局部开挖处，然后通过气压或水压推力推动内衬管的另一端不断向管道内部翻衬，以便使其贴附于受损管道的内壁，最终使内衬管以管中管的形式衬于受损管道的内部，完成对受损管道的修复。管状机织复合材料无接缝，整体性及密封性良好，织物结构均匀，周向厚度一致，强力高，翻衬时受力均衡，没有应力过度集中，机械施工容易，修复效果好，为此，有专利已经将内衬管设计为一次成型的管状机织物(顾佐，王瑞，董久樟，邓新华，马崇启，曹国权，袁兢，张淑洁，管道修复用内衬管，实用新型专利，申请号：200920097021.4，申请日：2009年06月09日，授权公告号：cn201531710u，授权公告日：2010年07月21日；张大群，郎荣良，曹井国，刘瑶，一种用于管道翻转法修复的复合材料，实用新型专利，申请号：201520082925.5，申请日：2015年02月05日，授权公告号：cn204472039u，授权公告日：2015年07月15日)。这些专利技术所述的范畴仅涉及外推力作用下管状机织复合材料(内衬管包括在本发明范围内)的使用，但均未涉及本发明所提供的具有径向缩胀功能的管织物，尤其未涉及本发明所提供的一种交叉转动式径向缩胀管织物及其制备方法。
径向顺应性是测试人造血管与宿主血管相适应的、因血压变化而产生的膨胀及收缩性能，是临床医学中的一个重要指标，其性能优劣取决于血管几何形态和血管壁本身的机械性能。不同人体部位的血管、同一血管在不同压力条件下以及平滑肌不同状态下的径向顺应性都不相同。有报道已经开始研究管状织物的径向顺应性问题，以期应用于医学领域(j·l·埃亨，p·g·阿克尔，包括增强微型带的血管内导管，发明专利，申请号：200880119737.8，申请日：2008年12月04日，授权公告号：cn101888871b，授权公告日：2013年02月13日；丁辛，陈莹，李毓陵，王璐，高洁，赵学谦，一种可改善径向顺应性的纺织人造血管，发明专利，申请号：200910197649.6，申请日：2009年10月23日，授权公告号：cn101803964b，授权公告日：2011年12月14日；j·g·休斯顿，r·g·胡德，p·a·斯通布里奇，管状导管，发明专利，申请号：201080052130.x，申请日：2010年11月17日，授权公告号：cn102711663b，授权公告日：2015年04月22日；j-m·海德，绑带环及由轴向裁剪的管状织物制造该绑带环的方法，发明专利，申请号：201210336445.8，申请日：2012年09月12日，申请公布号：cn102995215a，申请公布日：2013年03月27日；s·奥尼申科，r·德斯皮格拉雷，具有平的或压扁的细丝的中国式指套，发明专利，申请号：201280060961.0，申请日：2012年10月24日，申请公布号：cn103987992a，申请公布日：2014年08月13日；刘必前，何敏，张海军，李青峰，陈亮，葛均波，一种高强度、高弹性、可降解人工心血管支架及其制备方法，发明专利，申请号：201310198816.5，申请日：2013年05月27日，申请公布号：cn103272289a，授权公告日：2013年09月04日)。这些专利技术所述的范畴仅涉及针对小口径管状织物的压、剪、收缩性、膨胀性等方面的研究，但均未涉及本发明所提供的具有径向缩胀功能的管织物，尤其未涉及本发明所提供的一种交叉转动式径向缩胀管织物及其制备方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种在拉伸作用下沿细长直圆管内外壁发生回折抽拔运动时的高抽拔顺滑性且低拉伸伸长率的管织物及其成形技术。
为了达到上述目的，本发明提供了一种交叉转动式径向缩胀管织物，其特征在于，为采用对称交叉线编织的方式稳定经纱形成的能够径向缩胀的无纬纱编织的管状织物。
优选地，所述的管织物编织成形时两交叉线之间的交叉角θ的取值范围为90°～120°；所述的交叉角θ与经纱和交叉线之间的编织角
优选地，所述的经纱采用高模量(一般情况下，模量高于200cn/dtex)的线弹性弱捻长丝纱或无捻长丝。
优选地，所述的交叉线采用低摩擦系数(一般情况下，摩擦系数在0.01～0.30之间)的刚性无捻长丝。
优选地，所述的经纱的断裂伸长率不超过7％。
优选地，所述的经纱的弹性伸长率不超过10％，从而保证管状织物在轴向的最大伸长量不超过10％。
优选地，当所述的管状织物包覆于圆管外壁时，在拉伸作用下沿圆管外壁和内壁发生回折抽拔运动时，在圆管外壁上交叉线在交叉点处发生交叉角θ1变小(θ1＜θ)的交叉转动，管织物径向膨胀，膨胀率不超过10％。
优选地，当所述的管状织物包覆于圆管外壁，所述的管状织物过圆管端头，弯曲折返入内壁作抽拔运动时，交叉线以交叉点为圆心发生交叉角θ2变大(θ2＞θ)的交叉转动，而交叉线本身几乎不发生弯曲，但管织物产生径向收缩，收缩率不超过10％。
本发明还提供了上述的交叉转动式径向缩胀管织物制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
步骤1：准备经纱、交叉线及织造设备，所用的织造设备为圆编织机；
步骤2：将经纱以一定的经密平行排布于所用的圆编织机上；
步骤3：采用对称交叉线编织的方式将交叉线以相同但反向的螺旋角
本发明可作为细长带状采样关键部件及样品收集袋，用于空间技术、地质考察、考古发现的小块状固体岩、土样的地层钻探采样和样品收集。
本发明可用于现有管状织物制备中无法实现在拉伸作用下沿细长直圆管内外壁有回折抽拔时的高抽拔顺滑性且低拉伸伸长率管织物的编织成形。
本发明利用交叉线在径向受顶胀和挤压力作用时的交叉转动来加强细管状织物(管织物)的径向膨胀或收缩，而不影响径向纱线的伸长，即管织物的径向胀缩与径向变形无关，亦即本发明不用径向变形来达到管织物的径向胀缩，可保证抽拔管织物时的低拉伸伸长率，同时可实现高抽拔顺滑性。
本发明采用对称交叉线编织的方式稳定经纱，而在交叉点处可自由转动。经纱采用高模量的线弹性弱捻或无捻长丝纱，不发生弹性收缩或在可控范围内，从而保证管织物在轴向的低伸长或很小伸长量；交叉线采用光滑低摩擦系数的刚性无捻长丝，以利于交叉转动而无明显弯曲。制备方法是采用圆编织机。经纱以一定的经密平行排布；交叉线以一定螺旋角交叉、顺次地与经纱编织成管状织物。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
②该管织物结构精巧稳定、性能高韧高模、制备方便；
②具有高抽拔性及低拉伸伸长率；
③作为采样部件及样品收集袋使用时，具有较高的取样率，原始层理信息能够得到较好的保持，且不出现掉样现象。
附图说明
图1交叉转动式径向缩胀管织物立体图
图中，1-管织物，11-交叉线；12-经纱；13-交叉点；2-圆管；21-圆管外壁；22-圆管内壁
图2(a)交叉转动式径向缩胀管织物平面图；(b)受顶胀力作用后的管织物平面图；(c)受挤压力作用后的管织物平面图；(d)交叉线交叉转动径向缩胀原理图
图中，1-管织物；11-交叉线；12-经纱；13-交叉点；
图3交叉转动式径向缩胀管织物受到的抽拔力-时间(f-t)曲线图
表1交叉转动式径向缩胀管织物及常规管状织物在最大抽拔力处受的拉伸力值、织物厚度及径向应变的变化情况表
表中，fmax-管状织物受到的最大抽拔力；δfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物最大抽拔力的下降率；to-管状织物自然状态下的厚度；tfmax-管状织物在最大抽拔力处的厚度；δtfmax-管状织物在最大抽拔力处的厚度回落率；δtfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的厚度改善率；εjfmax-管状织物在最大抽拔力处的径向应变；δεjfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的径向应变改善率；εlfmax-管状织物受抽拔作用后的拉伸变形率；δεlfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物受抽拔作用后的拉伸改善率。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
以下所述实施例原材料及设备得到国家重点研发计划(2016yfc0802802)资助。
实施例1
如图1所示，一种交叉转动式径向缩胀管状织物，为采用对称交叉线11编织的方式稳定经纱12形成的能够径向缩胀的无纬纱编织的管状织物1。
所述的管状织物1编织成形时两交叉线11之间的交叉角θ的取值为90°；由于交叉角θ与两交叉线11螺旋线的螺旋角
管状织物1的经纱12采用模量为763.15cn/dtex的线弹性弱捻kevlar长丝纱，断裂伸长率不超过7％，；交叉线11采用表面光滑摩擦系数为0.12的刚性无捻nomex长丝。
如图2所示，管状织物1的特点是：
①经纱12的弹性伸长率不超过10％，从而保证管状织物1在轴向的最大伸长量不超过10％；
②当所述的管状织物1包覆于圆管外壁时，在拉伸作用下沿细长直圆管2外壁21和内壁22发生回折抽拔运动时，在圆管2外壁21上交叉线11在交叉点13处发生交叉角θ1变小(θ1＜θ)的交叉转动，管状织物1径向膨胀，膨胀率不超过10％；
③当所述的管状织物1包覆于圆管外壁，所述的管状织物1过圆管2端头，弯曲折返入内壁22作抽拔运动时，交叉线11以交叉点13为圆心发生交叉角θ2变大(θ2＞θ)的交叉转动，而交叉线11本身几乎不发生弯曲，但管状织物1产生径向收缩，收缩率不超过10％。
所述的交叉转动式径向缩胀管状织物的制备方法，具体步骤包括：
步骤1：准备经纱12、交叉线11及织造设备，所用的织造设备为圆编织机；
步骤2：经纱12以180根/10cm的经密平行排布于所用的圆编织机上；
步骤3：采用对称交叉线编织的方式将交叉线11以相同但反向的螺旋角(45°，-45°)相互交叉、顺次地与经纱12进行编织以稳定经纱，得交叉转动式径向缩胀管状织物。
实施例2
如图1所示，一种交叉转动式径向缩胀管状织物，为采用对称交叉线11编织的方式稳定经纱12形成的能够径向缩胀的无纬纱编织的管状织物1。
管状织物1采用对称交叉线11编织的方式稳定经纱12，从而构成可径向缩胀的管状结构织物。
管状织物1编织成形时两交叉线11之间的交叉角θ的取值为100°；由于交叉角θ与两交叉线11螺旋线的螺旋角
管状织物1的经纱12采用模量为763.15cn/dtex的线弹性弱捻kevlar长丝，断裂伸长率不超过7％；交叉线11采用表面光滑摩擦系数为0.17的刚性无捻pbo长丝。
如图2所示，管状织物1的特点是：
①经纱12的弹性伸长率不超过10％，从而保证管状织物1在轴向的最大伸长量不超过10％；
②当所述的管状织物1包覆于圆管外壁时，在拉伸作用下沿细长直圆管2外壁21和内壁22发生回折抽拔运动时，在圆管2外壁21上交叉线11在交叉点13处发生交叉角θ1变小(θ1＜θ)的交叉转动，管状织物1径向膨胀，膨胀率不超过10％；
③当所述的管状织物1包覆于圆管外壁，所述的管状织物1过圆管2端头，弯曲折返入内壁22作抽拔运动时，交叉线11以交叉点13为圆心发生交叉角θ2变大(θ2＞θ)的交叉转动，而交叉线11本身几乎不发生弯曲，但管状织物1产生径向收缩，收缩率不超过10％。
所述的交叉转动式径向缩胀管状织物的制备方法，具体步骤包括：
步骤1：准备经纱12、交叉线11及织造设备，所用的织造设备为圆编织机；
步骤2：经纱12以200根/10cm的经密平行排布于所用的圆编织机上；
步骤3：采用对称交叉线编织的方式将交叉线11以相同但反向的螺旋角(40°，-40°)相互交叉、顺次地与经纱12进行编织以稳定经纱，得交叉转动式径向缩胀管状织物。
实施例3
如图1所示，一种交叉转动式径向缩胀管状织物，为采用对称交叉线11编织的方式稳定经纱12形成的能够径向缩胀的无纬纱编织的管状织物1。
管状织物1采用对称交叉线11编织的方式稳定经纱12，从而构成可径向缩胀的管状结构织物。
管状织物1编织成形时两交叉线11之间的交叉角θ的取值为120°；由于交叉角θ与两交叉线11螺旋线的螺旋角
管状织物1的经纱12采用模量为763.15cn/dtex的线弹性弱捻kevlar长丝，断裂伸长率不超过7％；交叉线11采用表面光滑摩擦系数为0.21的刚性无捻pi长丝。
如图2所示，管状织物1的特点是：
①经纱12的弹性伸长率不超过10％，从而保证管状织物1在轴向的最大伸长量不超过10％；
②当所述的管状织物1包覆于圆管外壁时，在拉伸作用下沿细长直圆管2外壁21和内壁22发生回折抽拔运动时，在圆管2外壁21上交叉线11在交叉点13处发生交叉角θ1变小(θ1＜θ)的交叉转动，管状织物1径向膨胀，膨胀率不超过10％；
③当所述的管状织物1包覆于圆管外壁，所述的管状织物1过圆管2端头，弯曲折返入内壁22作抽拔运动时，交叉线11以交叉点13为圆心发生交叉角θ2变大(θ2＞θ)的交叉转动，而交叉线11本身几乎不发生弯曲，但管状织物1产生径向收缩，收缩率不超过10％。
所述的交叉转动式径向缩胀管状织物的制备方法，具体步骤包括：
步骤1：准备经纱12、交叉线11及织造设备，所用的织造设备为圆编织机；
步骤2：经纱12以200根/10cm的经密平行排布于所用的圆编织机上；
步骤3：采用对称交叉线编织的方式将交叉线11以相同但反向的螺旋角(30°，-30°)相互交叉、顺次地与经纱12进行编织以稳定经纱，得交叉转动式径向缩胀管状织物。
如图3所示，将以上3个实施例所述的交叉转动式径向缩胀管状织物与常规管状织物在管状织物抽拔顺滑仪上进行抽拔力测试，可得管状织物受到的抽拔力-时间(f-t)曲线图。结合以下5个公式，重点分析交叉转动式径向缩胀管状织物及常规管状织物在最大抽拔力处受的拉伸力值、织物厚度及径向应变的变化情况，求得相关参数的下降率、回落率或改善率，具体数据指标见表1。
与常规管状织物相比，本发明所述管织物最大抽拔力的下降率δfmax@的计算公式为：
式中，fmax0-常规管状织物受到的最大抽拔力；fmax@-本发明所述管织物受到的最大抽拔力。
包括本发明在内的，与自然状态下的织物厚度相比，管状织物在最大抽拔力处的厚度回落率δtfmax的计算公式为：
式中，to-管状织物自然状态下的厚度；tfmax-管状织物在最大抽拔力处的厚度。
与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的厚度改善率δtfmax@的计算公式为：
式中，tfmax0-常规管织物在最大抽拔力处的厚度；tfmax@-本发明所述管织物在最大抽拔力处的厚度。
与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的径向应变改善率δεjfmax@的计算公式：
式中，εjfmax0-常规管织物在最大抽拔力处的径向应变，εjfmax@-本发明所述管织物在最大抽拔力处的径向应变。
与常规管状织物相比，本发明所述管织物受抽拔作用后的拉伸改善率δεlfmax@的计算公式为：
式中，εlfmax0-常规管状织物受抽拔作用后的拉伸变形率，εlfmax@-本发明所述管织物受抽拔作用后的拉伸变形率。
显然，如图3与表1所示，与常规管状织物相比，交叉转动式径向缩胀管织物的最大抽拔力均下降了50％以上，拉伸改善了35％以上。由此证明，管织物的抽拔阻力显著减小，织物通过圆管的顺滑性提高，而且织物的伸长变形减小，尺寸更为稳定。
表1
表1交叉转动式径向缩胀管织物及常规管状织物在最大抽拔力处受的拉伸力值、织物厚度及径向应变的变化情况表
表中，fmax-管状织物受到的最大抽拔力；δfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物最大抽拔力的下降率；to-管状织物自然状态下的厚度；tfmax-管状织物在最大抽拔力处的厚度；δtfmax-管状织物在最大抽拔力处的厚度回落率；δtfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的厚度改善率；εjfmax-管状织物在最大抽拔力处的径向应变；δεjfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物在最大抽拔力处的径向应变改善率；εlfmax-管状织物受抽拔作用后的拉伸变形率；δεlfmax@-与常规管状织物相比，本发明所述管织物受抽拔作用后的拉伸改善率。
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