緯編間隔織物及其吸聲性能的研究

周甘霖 李紅霞 (天津工業大學紡織學部，天津，300387)

噪聲污染已成為當今世界性環境問題，同水污染和大氣污染一起被稱為三大污染［1］。一方面，噪聲危害人們的聽力系統，影響身心健康，干擾人們正常的工作、學習和休息;另一方面，當噪聲特別大時，會損傷儀器設備和建筑結構，影響其使用年限。紡織材料疏松、多孔的特性適合用作吸聲降噪材料，已有大量應用。目前對于紡織材料吸聲性能的研究主要集中于非織造材料，但是采用非織造技術生產的紡織品外觀設計比較困難，影響非織造吸聲材料的使用范圍。相比而言，針織技術可以生產出具有一定花型的吸聲織物，并具有很好的懸垂性和全成型性，但針織物稀薄時吸聲性能較差。因此，為了提高吸聲性能，應加大針織物的密度和厚度［2-3］。緯編間隔織物是采用緯編針織技術，用紗線或織物連接生產的兩塊獨立織物。相比經編間隔織物，其編織工藝簡單、設計靈活，可以全成型編織。由于緯編間隔織物結構的特殊性，它不僅具有良好的透氣性、抗壓彈性、導濕吸濕性、抗老化性、抗水洗性等，還具有良好的吸聲效果。

1 紡織纖維的吸聲機理

紡織纖維織物結構疏松、多孔，有摩擦接觸點。當聲波經過織物時，纖維孔隙內的空氣衰減聲波;同時纖維的孔隙結構促使聲波反射和振動，引起纖維及紗線的機械振動，使得部分聲能轉化成熱能，造成聲能減弱。高頻聲波加快了空氣質點的振動速度，加速纖維孔隙內的空氣與環境熱交換的進行，也加快了纖維及紗線的振動，使聲能衰減。因此紡織纖維具有良好的高頻吸聲性能［4-6］。

材料吸收的聲能與入射到材料上的總聲能之比叫吸聲系數(α)，其計算式如式(1)所示。

式中：Ei——入射聲能;

Ea——被材料或結構吸收的聲能;

Er——被材料或結構反射的聲能;

r——反射系數。

吸聲系數α的值為0～1，α＞0.2的材料被認為具有吸聲使用價值;α越大，說明纖維材料的吸聲效果越好。間隔織物的吸聲性能通常采用駐波管法測量。

2 緯編間隔織物的編織生產工藝

緯編間隔織物的生產可采用圓機和橫機(包括兩個系統的織針，且織針是帶有可變化的針踵針)。緯編間隔織物編織時，兩片獨立的織物和中間層可以選用不同的原料或同一種原料。目前國際上的緯編間隔織物較多采用橫機生產。研究［7-8］表明，在緯編間隔織物的編織過程中，上針盤與下針筒之間的距離(或前后針床之間的距離)、彎紗深度、給紗張力、牽拉張力等參數對織物的正常編織起著非常重要的作用。此外，紗線種類和織物結構，以及織物的后整理對間隔織物的性能也有重要的影響。

2.1 圓機編織生產

圓機編織的間隔織物具有以下優點［7］：織物的縱橫向都具有彈性;通過選針進行提花編織，織物花型圖案更加豐富多彩;根據需求品種變化較快，生產效率較高。目前編織的間隔織物厚度一般為1.5～5.5 mm。生產圓型緯編間隔織物時，針盤和針筒均采用高低踵針。兩片獨立織物的常用連接方式有兩種：一種是連接紗在針筒針和針盤針上都集圈，此方法要求在圓機的兩個針床上均進行集圈，這種集圈方式不僅可以確保連接紗正確地位于織物內，以連接兩片獨立的織物，而且還使得連接紗連接到織物中，從而減小織物的手感粗糙度;另一種是連接紗在針盤針上編織而在針筒針上集圈。例如連接紗在同一系統的針盤針和針筒針上集圈，6個成圈系統編織緯編間隔織物時，其方式可以為［9］：在第1、第4路，連接紗在針筒和針盤的低踵針或高踵針上集圈;在第2、第5路，編織反面的紗線在針盤低踵針或高踵針上成圈;在第3、第6路，編織正面的紗線在針筒低踵針或高踵針上成圈。

2.2 橫機編織生產

橫機編織間隔織物時，通常可以用紗線或者織物來連接兩片獨立的表層織物。當用紗線連接兩片獨立織物時，受前后針床距離限制，編織的間隔織物厚度比用織物層連接的小。當用織物層連接兩片獨立織物時，織物層與織物所成角度不同，有垂直的、傾斜的或其他形式的。為了提高間隔織物的強度，通常需要使用多功能電腦橫機，可以進行選針、移圈、針床橫移等來滿足設計要求。多功能電腦橫機可編織具有一定厚度和所要求形狀的三維全成型間隔織物的外層和交連層，常見的有球體、盒體、錐體、管狀、三通和凹凸結構［10-11］。例如編織矩形芯結構的間隔織物如圖1所示［11］，其編織步驟如下：

(1)編織兩塊獨立的織物F1和F2，用間隔針在兩個針床上分別編織，織物長度n1根據需要而定;

(2)用前針床的全部織針編織一行連接線圈C1;

(3)使用前后針床上的交替針編織連接織物層L，織物長度n2根據間隔織物的厚度需要而定;

(4)將連接織物L的最后一行線圈C2移到后針床的針上，在該針床上編織完第一步，然后開始下一編織循環。

圖1 橫機生產間隔織物的編織圖

3 緯編間隔織物的吸聲性能

3.1 緯編間隔織物的吸聲原理及研究現狀

緯編間隔織物是纖維的集合體，其吸聲原理如圖2所示［12］。當聲波入射到織物表面時，一部分透射到織物內部，由于紡織材料多孔，纖維內滯留的空氣對聲波起著濾波作用，衰減高頻聲波;同時間隔織物夾層纖維孔隙中的靜止空氣與纖維產生力的作用(如摩擦力、黏滯力)而產生熱能，使得部分聲能被吸收;此外，聲波與織物發生受迫彎曲和波動，在纖維材料內傳播。這些方式都損耗聲能，剩余的聲能則透出織物，另一部分聲波則在織物表面反射。

圖2 織物吸聲原理示意圖

TILAK等［3］研究了緯編間隔織物的吸聲性能，該織物結構為兩片獨立的平針織物，連接層為復絲，通過復絲集圈連接兩片獨立織物。試驗得出：隨著緯編間隔織物孔隙和密度的降低，織物的吸聲性能提高，且織物密度對吸聲性能的影響比厚度更重要;當聲波頻率高于2 000 Hz時，表層使用普通復絲編織的間隔織物具有較好的吸聲效果;當表層改用棉氨包芯紗時，織物可降低1 000～2 000 Hz的噪聲。胡紅等［13］把復絲連接上下兩層的緯編間隔織物和單絲連接上下兩層的網孔間隔織物組合制得吸聲織物，試驗得出：該材料在低頻且寬頻范圍有較好的吸聲效果;間隔織物的吸聲性能受織物表面結構、厚度、連接紗種類及連接方式的影響。陳小燕等［14］選用的織物以錦氨包芯紗作為間隔紗，試驗得出：當增加織物厚度后，隨著間隔紗隔針數的增大織物的吸聲系數提高;當增加編織表面織物的彎紗深度，織物表層密度變小使得流阻減小，因而吸聲系數減小;當織物厚度增加，提高間隔紗線密度使得流阻增加，吸聲系數增加。緯編間隔織物吸聲系數的提高可通過增加織物厚度(減小編織表層織物時線圈的彎紗深度、提高間隔紗線密度)、增加間隔針針數和減小織物表面孔隙率來實現。

3.2 緯編間隔吸聲織物的應用

緯編間隔織物的吸聲性能與織物結構有關，包括厚度、表層孔隙率、體積質量，還與選用的原料和織物后整理相關。在設計織造緯編間隔吸聲織物時，應根據實際需要綜合考慮。例如設計緯編間隔織物時可采用一面緊密、一面稀松的方法，當聲波入射到稀松表層后，經過間隔層從緊密層透出，聲波得到衰減，從而達到吸聲效果［15］。

間隔織物在吸聲方面應用的最大領域是汽車。在汽車結構中需使用吸聲材料的部位有發動機罩、車頂罩、座椅和內飾件。傳統的汽車吸聲材料如海綿、鋁箔復合材料、棉毯、毛氈都存在或多或少的問題，如不能同時滿足隔聲、吸聲、防震的要求，或自重大，或不耐水，或無阻燃性能等［16］。緯編間隔織物經過選用合適的原料、結構及后整理，不僅能夠滿足吸聲隔聲的要求，而且具有很好的壓縮彈性、透氣透濕性、結構穩定性、可回收性的特點，還可以達到耐水、阻燃、減震等效果。此外，可開發帶有花紋圖案的間隔織物，在滿足車內裝飾需求的同時，還能給消費者提供舒適的乘車環境，生產的織物質量輕，節約成本。

在裝飾領域，間隔織物具有較好的吸聲隔聲性、結構整體性和成型性［17］，可用于裝飾室內墻壁和天花板，不僅可以美化居室，還可以吸收聲波;同時還能保持室內光線明亮，給人們營造良好的居住環境。此外，緯編間隔織物的成型性可以減少在使用中的裁剪次數，有利于貼附在墻壁和天花板上。

4 結語

緯編間隔織物的編織生產工藝簡單，可設計性強。圓機生產可選針進行提花編織，花型圖案豐富多彩;橫機特別適合編織三維全成型間隔織物。緯編間隔織物特有的結構使得其具有較好的吸聲性能。目前我國汽車和房地產行業處在高速發展階段，為緯編間隔織物的應用提供了廣闊市場。隨著紡織新材料、針織新技術和織物后整理新方法的不斷應用，緯編間隔織物的使用范圍將更加廣泛。

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