CN101529003A - 三维表面编织 - Google Patents

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Abstract

一种用于直接制造具有二维壁且具有角的三维结构的新型编织方法，其无需在两条棱线之间进行缝合或其他组装。通过将纬纱线(24)转变成经纱线以制成至少一个面来进行编织。该方法特别适于编织用于角配件型的复合结构的加强件。

Description

三维表面编织
技术领域
本发明涉及由根据不同平面形成的二维壁所构成的致密件的单程(single-pass)编织。根据本发明的方法(工艺)使得能够生产直接按照三维形式排列的平幅织物(flat fabric)。由于根据本发明的方法，在制造编织有包括一个以上的三面角类型的多个壁的元件时，可以省去缝合或其他接缝手段。
本发明具体用来制造带有一个以上的封闭角(closed corner)的折叠部(fold)，以及用来编织脆性和/或磨损性纤维，尤其用来编织用在复合材料的加强纤维中的纤维，诸如碳纤维。
背景技术
从古代时就已经采用编织，以便基于以细线形式构成的纤维来制造织物。无论是机械化和自动化的方法还是其用于被称为“工业用”纺织品的用途，例如，用作复合材料的加强，目前的编织方法是基于与以前相同的基础，因而经历了最小程度的进展。
事实上，所有编织的纺织品都包括被分成两类的细线的交织：“经纱线”是平行于织物的织边的细线，并且它们按照已知为“织法”的布局与一系列垂直的“纬纱线”互锁。最简单的织法也由这样的交替组成：其中每条纬纱线都相继在经纱线的上方和下方穿过，从一条纬纱到另一条纬纱具有偏置(“平织”)。
为了进行诸如图1中所示的编织1，首先经纱线2卷到相同的支撑物(“织机卷轴(loom beam)”3)上，其彼此平行且在一定宽度上对应于织物1的宽度；在脆性材料的情况下，“经纱轴架”用于使得该操作容易进行，但具有相当大的体积。纬纱线4将在经纱线2之间穿过，每次穿过都对应于一次“投梭(pick)”。根据投梭向量的类型，可以制备经纱线2的网2′(例如通过压平(dressing))，从而增大其机械阻力，尤其是对于摩擦力而言的。
通过在网2′中形成“编织梭口”5(即，通过使某些经纱线2相对于彼此升高或降低)来方便每个投梭穿过，从而产生有角度的穿行空间5。为了产生编织梭口5，经纱线2返回到综线(heald)6，这些综线将经历垂直于来自织机卷轴3的网2′的移动。不同的机构(纺纱机、提花机)根据所需的织法而产生编织梭口。
纬纱4的插入可以利用不同的方法来完成。传统的旧式方法包括使梭子7越过网而投射，梭子是保持纬纱管(pirn)8的工具，纬纱管8包含一卷特定长度的纬纱线4。
每次投梭穿入编织梭口中时，其齿中卡有经纱线2的梳子9使这些经纱线填充在已经形成的织物1上，同时驱动综线6，以根据织法产生另一个编织梭口5。
尤其是对于工业用的织物，所需的复合物(solicitationscomplex)需要更相应的厚度，例如，获得良好的耐压性或抗分层性。
传统的叠加(其中纺织品被分成彼此不相连的平行层)仅解决了第一个问题。因此，已开发出所谓的“三维”编织方法，其中由编织操作所得到的产品包括按照空间的三个方向设置的细线的交织。尤其是，
Figure A20078003997200071
方法编织具有多层交织的玻璃及碳纤维，其可以用来制造飞行器的前缘外壳等等。
对于形式更复杂的织件(pieces)，可以采用这样的编织：其使得织件直接以中空形式形成在适合的心轴上。更简单地，已开发出圆形编织机，其使得能够生产管状结构；然而，这种解决方案仅适于没有显著的角、且为麻袋型的圆筒形形式。
因此，对于大多数具有二维壁的三维形态，实际上使其结构变平(有时通过提花织机)，然后使其展开以变得致密。这种方法需要成形缝合。
例如，在航空领域，开发出复合结构来替代盒式结构(也以“盒子”的名称而公知)的通常为金属的元件。然而，为了汇合，需要“加强角”(或者“角配件”)，其几何形状似乎很简单：图2A中所示的典型的角配件10包括例如三个基本上平坦的二维壁12、14、16，在角18的位置处形成直角棱柱角(corner cube angle)(半立方体型的)。然而，在现有机器上仅能由图2B中所示的“平坦”形式的壁、并借助于至少两个面之间的缝合来制造该结构10的加强的纺织初步成品。
现在，在或多或少是脆性的元件上进行缝合，引起的问题是机械特性不适于航空学。此外，由于没有确保根据不同平面的纤维连续性，故没有完全实现加强功能。事实上，甚至对于盒子式的复合结构，角配件是由金属支撑物制成。
发明内容
本发明的一个目的是消除现有编织方法的这种缺陷，并且使得能够生产至少包括一个棱角的编织的一体件。尤其是，实现用于角配件的加强折叠型结构，其几何结构接近于具有三个或更多的现有正交平面的金属座架的几何结构：确保了加强纺织纤维在两个相邻平面之间的连续性。
与在编织中的用法不同，根据本发明，投梭可同时用作纬纱线和经纱线。这种新颖的编织技术确保了在构成三维折叠部的不同面之间的经纱线连续性和纬纱线连续性。
根据本发明，一旦编织好第一面，将根据纬纱线的非直线插入，同时在分别由初级经纱线和次级经纱线形成的两个网上进行编织：细线最初作为纬纱(插入的细线)，此后作为经纱(形成编织梭口的细线)。
鉴于其一个方面，因此本发明涉及物品的编织方法，通过排列包括封闭角的表面壁来获得三维形态(即，提取自六面体的形态)的物品，该方法允许编织线在各壁之间以及在角位置处具有连续性。
根据本发明，选择出待编织的提取自六面体的结构的第一面，以进行初始编织，并且将经纱线的对应网设置在适当位置，正常进行编织，除了使插入的纬纱线在网的一侧或者甚至两侧上延伸的事实之外，从而形成作为次级经纱线的细线网。
一旦编织好第一面，将在最初的网上并且在第二网上进行编织，其中改变投梭的方向以形成角。将按照第一面的两侧、三侧或四侧插入投梭。平行于投梭的穿过，使第一面相对于由经纱线的网所形成的平面偏置，例如，通过在接近于棱线、且优选地与用于源自平行六面体的结构的这一平面垂直的表面上的推力来使其降低。每次实现偏置时，投梭均围绕第一面形成一个完整的“圈”，如果可能，从完成第一面的编织开始实现偏置。
例如，编织和偏置的实例可以根据所有的定向和织法来完成，尤其是，对于直角的平织，以及对于竖直偏置，特别地如果选择三面角，则使得编织具有细线连续性的直角棱柱角。优选地，对于编织整个物品来说，纬纱线都是连续的。
在另一方面中，本发明涉及一种通过前述方法制得的初步折叠部(elementary fold)。更一般地，本发明涉及这样的编织的初步折叠部，其包括通过棱线彼此相连的至少三个面以形成封闭角，并且其编织纬纱在各面中并且在棱线的位置处(优选地平行于棱线)是连续的，并且对于编织整个物品来说，纬纱线都是连续的。
根据本发明的折叠部可以是直角棱柱角，并且尤其是在树脂的注入之后用作用于制造复合角配件的加强纺织品；其还可以是半平行六面体，例如，将其切开可以产生三面角，该三面角用作用于角配件的加强。同样地，本发明涉及这样的角配件。
附图说明
参照附图并根据以下的描述，本发明的其他特征和优点将被更清晰地显现，仅以举例说明方式给出附图和描述，它们不是限制性的。
图1示意性地示出了传统的编织过程，已经对其进行了描述。
图2A和图2B以分解视图示出了角配件的形态，它们是展平形式的。
图3A至图3E示出了根据本发明实施例的编织的各步骤。
图4A和图4B示出了根据本发明的编织的两种替代方案。
图5示出了通过根据本发明的编织所获得的另一个物件。
具体实施方式
根据本发明，可以制造三维编织折叠部，其在折叠部的每个相邻面之间具有细线连续性。这尤其允许在仅有编织步骤的情况下形成一个以上的角。
根据本发明的方法基于已编织好的织件2在编织步骤中相对于经纱线的网2′的偏置；偏置优选沿垂直于网的方向执行，对于水平编织有利的是向下的。
在优选的实施例中，根据本发明的方法涉及编织图2中所示的角配件10，即，编织包括三个正交平面12、14、16的直角棱柱角，这三个正交平面按照长度分别为X、Y、Z的三条棱线(ridge)10x、10y、10z相连，这三条棱线汇合于汇合点或角18处，形成三条轴线x、y、z的共端点。这种形式对应于包括与三面角的三个面相对应的三个矩形部分12、14、16的正方形，其为平整的并通过按照棱线10z“裂开”。显然地，可以选择其他角。
为了进行编织，选择三个面中的一个面来进行初始编织：放置经纱线22的网20以形成正方形的这个部分，例如按照平面xy的面12：网20的宽度X对应于一条棱线10x的宽度。有利地，网20由单根连续的经纱线22形成。
首先进行编织以形成第一面12：图3A。根据织法，并且当示出为直角的情况下，将(“初级”)纬纱线24相继插在经纱线22的上方和下方；这有利地通过形成适合的编织梭口来完成。
然而，从该步骤开始，形成另外两个面中的一个16。因此，并不是在网20边界位置处停止使用纬纱线24来形成第一面12，而是使它们沿着比连接另外的面14、16的棱线10z的长度要长的长度d的一侧延伸；纬纱线24的延伸部分接合至框架(frame)26，有助于将其保持在适当位置。有利地，相同的纬纱线24用来编织整个第一面12，并且纬纱线24通过钩子28接合至框架26，纬纱线在钩子周围回转。
结果是图3B中所示的形态，其包括在平面xy上的直角编织的第一面12，该第一面被经纱线22环绕，其按照轴线x定向且具有预定长度，并且该第一面沿着第二侧延伸长度d且由纬纱线24环绕，其按照轴线y定向且与经纱线22正交。有利地，使用相同的纬纱线24，并且在每个端部的位置处具有连续性，即在框架26的位置处以及与将来的棱线10y相对的面12的自由边缘的位置处具有连续性。
因此，同时编织另外的两个面14、16：形成与正方形的第二部分16相对应的第二网30的“初级”纬纱线24从这里开始被视为是“次级”经纱线：当处于“初级”经纱22的网20上的同时，将由“次级”投梭在该网30上进行编织。
为了形成角18和“浮凸(in relief)”棱线10z，平行于另外两个面14、16的编织，第一面12相对于网20、30的平面xy具有偏置。有利地，这个步骤通过在覆盖至少第一面12的棱线10x、10y的边缘的表面(且优选地第一面的整个表面)上的推力来完成。编织的缩减(即，每厘米的细线的数目)导致降低深度，例如，每厘米缩减4条细线时，降低深度1/4厘米。这允许在编织时最优化地设置沿方向z操作的细线。
偏置包括与第一面12及网20、30的平面xy正交的分量，并且该分量可在次级投梭穿过之前或者一旦次级投梭已穿过时完成。例如，如图3C中所示，在第一种情况下，次级投梭32插入到形成在两个网20、30的一个中的编织梭口中，此处具体地形成在第一经纱线22之间，沿投梭所在的方向投梭达到两个网之间的角18的位置。优选地，使用与用于形成面12的细线24相连的相同的纬纱线32。尽管不是必须的，但一旦穿过该第二面14就可以填充(cram)投梭32。
由于在棱线10z和角18的位置处需要折叠部的两个面14、16之间具有连续性，因此纬纱线32在第一次穿过后具有足以形成次级投梭的剩余长度。事实上，纬纱线32此后与以上述规定角度定位的另一个网30交织。这里，也可以在已经编织的面12上填充投梭32。
在所示框架中继续使第一面12按照轴线z降低，以形成直角棱柱角，仅提供按照轴线z的一个分量，但当然可以对此进行修改。平行地进行投梭32的填充；这是为什么仅在如果需要的情况下才执行两个前述填充的原因：优选地，在投梭32已穿过两个网20、30时填充投梭，从而使细线的规则性最优化，并且一旦完成了高度偏置，则成形就变得理想了。
结果(图3D)是这样的形态：其包括第一面12以及在第一面12的细线22、24中的一个的上方的具有限定角度的编织细线32；因此，形成了两个棱线10x、10y。此外，使得角18闭合，且使垂直的细线32连续：形成第三棱线10z的初步成品。
重复该过程，每次按照经纱缩减量而降低第一面的厚度，以获得直角棱柱角。
应该注意的是，根据一种替代方案，该过程包括高度上的偏置，或者在次级投梭32穿过之前降低经编织的第一面12：例如，在图3B中所示的步骤的位置处，当完成面12的编织时在该面上设置推力装置，使网20、30的面12偏置且偏置高度与编织的缩减量相对应，此后使次级投梭32进入悬垂的网20、30中，因此填充该次级投梭。该实施例可以优选地按照编织梭口的形成模式以及棱线位置处的预定角。
在适当的切开后，得到的结果是图3E中所示的初步折叠部40，其中彼此正交的三个面42、44、46在汇合于角48的三条棱线40x、40y、40z的位置处相连并被编织，编织纬纱50平行于棱线40x、40y、40z，并且纬纱线50在面42、44、46之间是连续的。
在根据本发明的方法中，可以通过在面12的另一侧上继续编织初级经纱线的网20′(图4A)而闭合三个或四个角；也可以相对于最初的网20而形成面对前述网30的次级经纱线的第二网30′(图4B)。
如果形成四个角(图3G)，则可以通过使投梭32′一旦穿过四个面后则自身返回而保留其中一个角18′敞开，或者也可以通过使纬纱遵循相同的方向来闭合这个角18′。
特别地，可以形成包括底部62和三个连续的正交面64、66、68的结构60。这特别地有利于形成角配件10：此后，平行于两个相对的面64、68将所形成的结构60切成两份，从而形成两个顶角70、70′：参见图5。对于具有四个面和一个底部的半平行六面体，提供了相同的选择。
尽管关于直角棱柱角进行了描述，但其他可能性也是可行的。具体地，可以使第一面12倾斜地偏置，以形成彼此非正交的面12、14、16，例如，形成锐角棱锥。也可以在第一面12上不以直角地进行编织。
根据所得到的角40的用途，具体地，当碳纤维细线(carbonthread)用于加强复合结构时，优选地，从编织方法开始到结束，纬纱线24、32是连续的。有利地，在存在包括梭子的插入系统或者基于梭子的系统的情况下，使纬纱的插入机械化，以确保细线的连续性。
类似地，优选的是，对于不同面，每个投梭的填充梳是一体的，从而一旦整个角完成就开始进行操作。因此，纬纱线相对于第一面的平行定向被最优化。
由于根据本发明的方法，制造用于根据图2的角配件10的初步折叠部40，其中尺寸大约是400×220×200mm，并且碳纤维细线包括6000、12000和24000条细丝。
更一般地，根据本发明的方法产生一个角或者多个角，由于非直线插入，因此其细线可以是连续的。这是特别有利的，原因在于现有的三维机器仅产生“致密的”(立方体的、圆柱形的)或成形的形态(T、H、E...)：在此，这是关于产生具有二维壁的三维形态。此外，该系统响应了细线连续性方面的需求。并且，按照轴线z的移动汇合成三维折叠部的形式，因此极大地有助于在其编织步骤中进行制造。

Claims (14)

1.一种用于制造具有二维壁的三维结构(40)的编织方法，所述三维结构包括第一面(42)、第二面(44)和第三面(46)，所述三个面通过汇合于角(48)的三条棱线(40x、40y、40z)彼此相连，并且其中，编织纬纱(50)的细线在所述面(42、44、46)之间是连续的，所述方法包括以下步骤：
a.放置用于编织所述第一面(42)的经纱线的网(20)；
b.用初级纬纱线(24)编织所述网(20)以形成所述第一面(12)，所述纬纱线(24)在所述第一面(12)的边缘上延长，从而形成用于所述第二面(46)的次级经纱线(24)的网(30)，
c.一旦编织了所述第一面，则将次级纬纱线(32)插入到初级经纱线(22)的网(20)中并插入到次级经纱线(24)的网(30)中，以所述顺序进行或者以相反顺序进行，从而获得围绕所述第一面(12)形成角(48)的连续细线(32)，
d.沿包含所述第一面(12)的网(20、30)的法向分量(z)的方向偏置大于或等于由所述次级纬纱线(32)所形成的织物的厚度(12)的距离，
e.重复后两个步骤(c、d)以形成所述第二面和第三面。
2.根据权利要求1所述的方法，包括，一旦编织了所述第一面(12)，并且在插入形成角(18)的所述第二股线(32)之前，在包含所述第一面(12)的网(20、30)的法向分量(z)的方向上偏置大于或等于由所述第二股线(32)所形成的织物的厚度(12)的距离。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述结构(60)包括第四面和第二角，并且其中，在所述第三步骤c.中，通过将所述次级纬纱线(32)插入到初级经纱线的网(20)中、接着插入到次级经纱线的网(30)中、然后插入到所述第一面(12)的另一侧上的初级经纱线的网(20′)中而使所述次级纬纱线(32)形成两个角。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述结构(60)包括另外的面和另外的角，所述方法还包括，在所述第二步骤b.中，使得所述次级纬纱线(24)在所述第一面(12)的另一侧上延伸，并且其中，在所述第三步骤c.中，通过将所述次级纬纱线(32)插入到次级经纱线的网(30)中、接着插入到初级经纱线的网(20)中、然后插入到所述第一面(12)的另一侧上的次级经纱线的网(30′)中，所述次级纬纱线(32)也形成所述另外的角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，按照直角织法进行所述第一面(12)的编织。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述第一面(42)相对于所述网(20、30)的偏置包括至少在所述第一面(12)的棱线(10x、10y)的位置处的且优选地在整个表面上施加的推力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，相对于所述网(20、30)的平面向下以直角施加所述推力。
8.根据权利要求1至7所述的方法，其中，每条纬纱线(24、32)都是连续的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述初级纬纱线(24)与所述第次级纬纱线(32)以及与所述经纱线(20)是整体的。
10.一种初级折叠部(40)，包括至少三个面(42、44、46)，所述三个面通过边缘彼此相连，以形成具有三个相邻棱线(40x、40y、40z)的角(48)，其中，所述三个面(42、44、46)被编织，并且编织细线(50)在所述三个面之间是连续的，并且所述纬纱线是连续的以用于编织整个物件。
11.根据权利要求10所述的折叠部，其中，所述三个面(42、44、46)形成直角棱柱角。
12.根据权利要求10至11所述的折叠部，其中，所述编织纬纱(50)平行于所述棱线(40x、40y、40z)。
13.根据权利要求10至12所述的折叠部，还包括至少一个第四面，所述细线在所述四个面之间是连续的。
14.一种角配件(10)，包括根据权利要求10至13的折叠部以及注入其中的树脂。
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