CN101949077A - 复合材料立体管状结构件的纺织成型装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，分线盘、导纱板及推梭器安装在主转盘上，所述的分线盘上开有底槽、顶槽、安装凸台和安装孔，所述的上方跑道、下方跑道、筘板组成梭子轨道，所述的下方跑道位于主转盘处，所述的梭子安装在梭子轨道中，梭子上安装有与推梭器接触的推梭轮，所述的筘板竖直、均匀排列在梭子轨道中，每两个筘板之间有筘槽。经纱在分线盘上的底槽与顶槽的作用下形成梭口，然后梭子从梭口中通过完成纬纱以及垂纱的引入，并与经纱形成交织，从而获得管状结构正交机织组织。本发明可解决现有立体管状织物生产方法的成本较高、生产速度较慢、生产连续性较差的问题。

Description

复合材料立体管状结构件的纺织成型装置及其方法

技术领域

本发明属于复合材料的三维纺织成型技术领域，特别是涉及一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置及其方法。

背景技术

管状结构件是工程中广泛应用的基本构件，轻质纤维增强复合材料管状结构件相比于金属管状结构件具有更高的比刚度与比强度，且疲劳性能优异，耐腐蚀性能好，其应用已扩展到国民经济的多个领域，如制作各种结构支架、输送管道、衬套、罩壳、超耐高温隔热管等产品，在能源输送、环境保护、化学化工、航空航天、生物化工、医学等多个领域有着广泛的应用前景。

复合材料的三维纺织成型方法在织物结构中引入厚度方向上的纤维，并与每层的纤维形成交织，形成一个不分层的整体结构。虽然三维成型的纤维增强复合材料面内性能受纤维扭曲影响而比层压结构略有降低，但其厚度方向的性能却大大地增强，并具备更好的抗疲劳性、减震能力、较高的抗破坏安全性能、及更长的使用寿命。

立体管状结构件的三维纺织成型方法有多种，有三维编织二步法和四步法技术、纤维预固化植入技术(自动机织)、圆织机成型技术等。这些技术也可同时应用于制作形状较复杂的三维纤维预成型件，然而这些技术的生产成本较高，生产速度较慢，生产连续性较差，并在通常情况下需要依赖于芯模，故主要适用于单件小批量生产；而对于管状结构件这种系列化、批量化生产的基础结构件而言，上述方法就显得较难胜任。以美国专利US5,337,647、US4,719,837和US6,439,096为例，这三个专利都是主要基于三维编织二步法和四步法，利用载纱器在新设计的轨道中按规律运行并获得三维织物结构件。然而由于编制过程中每一根纤维纱线需要一个载纱器进行驱动，所以编织大型结构件时需要大量的载纱器；同时，为了使每个载纱器在运动过程中保持较低的负载和较高的速度，载纱器的载纱量就受到了很大的限制；另外，当一个载纱器的纱线使用完毕后，为了避免后续连续停机更换其他纱管，就不得不将所有载纱器的纱管一起更换，这样便造成了大量的换管、接头的工作量，且难以保证纱线接头的质量，从而造成产品的生产连续性降低，产品的可靠生产长度也因此降低。目前可用于管状及筒状机织物连续生产的设备主要为圆织机，根据成型方法的不同可分为凸轮式(如中国专利200520068888.9)和分线盘式(也称开口轮式，如英国专利GB1,351,059)，这两类圆织机主要用于生产如编织袋、消防水龙带等单层管状及筒状织物，开口动作单一，只能实现经纱与纬纱的简单交织，无法用于生产立体管状织物。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，以解决现有技术中生产成本较高，生产速度较慢，生产连续性较差的问题。

本发明对圆织机分线盘的分线规律进行重新设计，与经纱(轴向方向的纤维)总数形成周期配合，通过梭子的输送完成纬纱(周向方向的纤维)以及垂纱(径向方向的纤维)的引入，并与经纱形成交织，从而获得管状结构正交机织组织。具体表现为，经纱从经轴架引出，穿过张力调节装置、筘片及梭子跑道后由尺码环出引出到收卷机构，织造时圆织机主转盘水平旋转，推梭器、分线盘安装于主转盘上，分线盘前安装有导纱条，推梭器、分线盘和导纱条随主转盘一起旋转；分线盘上开有线槽，根据线槽所处的位置分为顶槽和底槽，当主转盘转动时导纱条将经纱引导至分线盘顶槽的高度并释放，若经纱释放时分线盘槽口为顶槽，则经纱留在顶槽槽口内，经纱被握持在高位；若经纱释放时分线盘槽口为底槽，则经纱进入底槽槽口内，经纱被握持在低位，经纱的高位与低位间形成一个开口通道，即为梭口；分线盘在经纱的带动下能够实现自转，经纱根据顶槽、底槽的设计分布确定其握持位置；同时推梭器随主转盘旋转并推动梭子在圆织机跑道中作圆周运动，梭子前方装有梭刀，梭子前进时梭刀从经纱形成的织口中穿过，将织口继续扩大，然后梭子从扩大后的梭口中穿过，梭子上安装有纱管，纱管上的纱线随梭子引入经纱织口，与经纱形成交织。利用分线盘的线槽设计与经纱数量的配合，梭子引入的一组纱线在织物周向圆柱面内与经纱形成交织，该纱线为纬纱；梭子引入的另一组纱线在织物径向厚度方向与经纱形成交织，该纱线为垂纱。引入织口后的纬纱及垂纱由于梭子的牵伸自然地向尺码环的内径处将经纱束紧，形成织物组织。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，包括主机和经纱架，其中主机包括机座、电机、输入齿轮、大齿轮、尺码环、主转盘、梭子、上方跑道、下方跑道、筘板、分线盘、导纱板及推梭器，所述的分线盘、导纱板及推梭器安装在主转盘上，所述的分线盘上开有底槽、顶槽、安装凸台和安装孔，所述的上方跑道、下方跑道、筘板组成梭子轨道，所述的下方跑道位于主转盘处，所述的梭子安装在梭子轨道中，梭子上安装有与推梭器接触的推梭轮，所述的筘板竖直、均匀排列在梭子轨道中，每两个筘板之间有筘槽。

所述的电机设置在机座底部，所述的输入齿轮由电机驱动，并与大齿轮啮合实现传动，并由大齿轮驱动，所述的经纱架设置在主机的两边，其中设置有导辊及张力控制组件。

所述的分线盘由安装凸台轴向安装定位。

一种使用复合材料立体管状结构件的纺织成型装置的纺织方法，所述的经纱(轴向方向的纤维)分别通过分线盘上的底槽与顶槽时会形成梭口，然后梭子从梭口中通过完成纬纱(周向方向的纤维)以及垂纱(径向方向的纤维)的引入，并与经纱形成交织，从而获得管状结构正交机织组织。

包括以下步骤，

a.所述的主机动力由电机输入，通过输入齿轮传动大齿轮，从而带动推梭器和分线盘一起转动；

b.所述的推梭器推动梭子在梭子轨道中前进；

c.所需加工的经纱经过导辊及张力控制组件进行传送及张力控制，然后穿过筘板，并从尺码环内穿过引出，分线盘在经过经纱时将经纱分开成上下两部分并形成梭口，梭子梭口并将其扩大，纬纱或垂纱纱管安装在梭子上，随梭子一起穿过开口，完成一次纱线交错。所述的步骤b中所述的推梭器推动安装于梭子上的推梭轮，推动梭子随主转盘一起前进。所述的步骤c中的经纱沿主机呈圆周径向分布，经纱从每两个筘板之间的筘槽中穿过。所述的步骤c中，所述的梭口形成过程具体为，主转盘前进时经纱被导纱板带到分线盘上方，经纱落下，分别落入底槽或顶槽中，同时分线盘在经纱的作用下沿逆时针方向旋转，不断使新的经纱落入更多的槽口中，进入底槽和顶槽的经纱分别被分线盘握持在低处和高处，形成梭口。

一种使用复合材料立体管状结构件的纺织成型装置所制备的立体管状结构件，所述的立体管状结构件由经纱、纬纱及垂纱组成，其中，经纱在组织内沿轴向分布；纬纱在组织内沿周向呈螺旋形分布；垂纱在组织内沿径向分布。

有益效果

立体管状纺织结构件的生产过程中经纱可以实现纱筒架连续供纱。纬纱与垂纱用完时也只需要对对应的梭子进行换纱管接头处理，停车换管接头的时间较三维编织法等管状结构件成型方法大大缩短，生产连续性大大提高。同时获得的立体管状结构件具有近于正交的经纱、纬纱、垂纱组织形态，织物面内及厚度方向力学性能可靠。

附图说明

图1是本发明的整机机构原理示意图；

图2是本发明的关键成型部件机构原理示意图；

图3是分线盘零件的结构正视图；

图4是分线盘零件的结构剖面图；

图5是单层管状织物所使用的分线盘形状；

图6是2层管状织物所使用的分线盘形状；

图7是3层管状织物所使用的分线盘形状；

图8是4层管状织物所使用的分线盘形状；

图9是5层管状织物所使用的分线盘形状；

图10是立体管状织物径向截面组织示意图。

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。

实施例1

如图1所示，主机1主要由机座2、电机3、输入齿轮4、大齿轮5、主转盘20、梭子30、上方跑道12、下方跑道13、筘板14、分线盘21、推梭器25、尺码环6等组成。经纱16由经纱架7进行连续供给。经纱16经过导辊及张力控制组件8进行传送及张力控制，然后穿过筘板14，并从尺码环6内穿过引出。经纱16沿主机1呈圆周径向分布。在主机1中，大齿轮5、推梭器25和分线盘21安装在主转盘20上，动力由电机3输入，通过输入齿轮4传动大齿轮5，从而带动推梭器25和分线盘21一起转动；转动时推梭器25推动梭子30在上方跑道12、下方跑道13和筘板14所组成的梭子轨道11中前进，同时分线盘21在经过经纱时将经纱16分开成上下两部分及形成开口，然后梭子30穿过经纱16形成的梭口并将其扩大，纬纱或垂纱纱管32安装在梭子30上，随梭子30一起穿过开口，这时便完成一次纱线交错。依此原理连续进行，由于张力作用纱线在尺码环6处收紧，形成立体管状织物9从上方引出。

图2所示为本发明的关键成型部件机构原理。图2中梭子30安装在上方跑道12、下方跑道13和筘板14所组成的梭子轨道11中，推梭器25、分线盘21和导纱板24安装在主转盘20上，随主转盘20一起运动。推梭器25推动安装于梭子30上的推梭轮33，推动梭子30随主转盘20一起前进。经纱16从每两个筘板14之间的筘槽15中穿过，连接到图1中的尺码环6。主转盘20前进时经纱16被导纱板24带到分线盘21上方，随后经纱16落下，分线盘21上开有底槽22和顶槽23，经纱16落下时分别落入底槽22或顶槽23中，同时分线盘21在经纱16的作用下沿图示逆时针方向旋转，不断使新的经纱16落入更多的槽口中，进入底槽22和顶槽23的经纱16分别被分线盘16握持在低处和高处，从而形成梭口，然后梭子30也顺着进入梭口，通过前方的梭刀31将梭口扩大。纬纱或垂纱纱管32安装在梭子30上，随梭子30一起穿过梭口，从而把纬纱或垂纱引入梭口中，形成立体管状织物结构件。

在图3所示为分线盘的零件结构图。分线盘21零件所含有的主要特征为底槽22、顶槽23、安装凸台26和安装孔27。底槽22和顶槽23的分布是根据织物组织形态设计的，分别用来握持经纱并形成开口。安装凸台26用于分线盘21的轴向安装定位；安装孔27用于分线盘21在转轴上的安装。

图5-图9所示为不同厚度(1-5层)管状组织结构对应的分线盘形状示意图，图5为单层管状织物所使用的分线盘形状；图6为厚度为2层的管状织物纬纱梭所对应的分线盘形状；图7为厚度为3层的管状织物纬纱梭所对应的分线盘形状；图8为厚度为4层的管状织物纬纱梭所对应的分线盘形状；图9为5层的管状织物纬纱梭所对应的分线盘形状。以上分线盘的形状对应着使用便可获得相应的立体管状结构件织物组织形态。

图10所示为立体管状结构件的组织径向截面示意图，本图例为3层厚度27组经纱所构成的组织，图中第一层经纱101、第二层经纱102和第三层经纱103在组织内沿轴向分布；第一层纬纱104、第二层纬纱105和第三层纬纱106在组织内沿周向呈螺旋形分布，每组纬纱与所对应的那组经纱互相交织成型；垂纱107在组织内沿径向分布，将各层的经纱纬纱所形成的交织连结成一个不可分的整体。三种纱线呈现近于正交的组织结构，对立体管状织物厚度方向的性能起加强的作用。

Claims (9)

1.一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，包括主机(1)和经纱架(7)，其中主机(1)包括机座(2)、电机(3)、输入齿轮(4)、大齿轮(5)、尺码环(6)、主转盘(20)、梭子(30)、上方跑道(12)、下方跑道(13)、筘板(14)、分线盘(21)、导纱板(24)及推梭器(25)，其特征在于：所述的分线盘(21)、导纱板(24)及推梭器(25)安装在主转盘(20)上，所述的分线盘(21)上开有底槽(22)、顶槽(23)、安装凸台(26)和安装孔(27)，所述的上方跑道(12)、下方跑道(13)、筘板(14)组成梭子轨道(11)，所述的下方跑道(13)位于主转盘(20)处，所述的梭子(30)安装在梭子轨道(11)中，梭子(30)上安装有与推梭器(25)接触的推梭轮(33)，所述的筘板(14)竖直、均匀排列在梭子轨道(11)中，每两个筘板(14)之间有筘槽(15)。

2.根据权利要求1所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，其特征在于：所述的电机(3)设置在机座(2)底部，所述的输入齿轮(4)由电机(3)驱动，并与大齿轮(5)啮合实现传动，并由大齿轮(5)驱动，所述的经纱架(7)设置在主机(1)的两边，其中设置有导辊及张力控制组件(8)。

3.根据权利要求1所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型装置，其特征在于：所述的分线盘(21)由安装凸台(26)轴向安装定位。

4.一种使用如权利要求1所述的复合材料立体管状结构件的纺织成型装置的纺织方法，其特征在于：经纱(轴向方向的纤维)分别通过分线盘(21)上的底槽(22)与顶槽(23)时形成梭口，然后梭子(30)从梭口中通过完成纬纱(周向方向的纤维)以及垂纱(径向方向的纤维)的引入，并与经纱形成交织，从而获得管状结构正交机织组织。

5.根据权利要求4所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型方法，其特征在于：包括以下步骤，

a.所述的主机(1)动力由电机(3)输入，通过输入齿轮(4)传动大齿轮(5)，从而带动推梭器(25)和分线盘(21)一起转动；

b.所述的推梭器(25)推动梭子(30)在梭子轨道(11)中前进；

c.所需加工的经纱(16)经过导辊及张力控制组件(8)进行传送及张力控制，然后穿过筘板(14)，并从尺码环(6)内穿过引出，分线盘(21)在经过经纱时将经纱(16)分开成上下两部分并形成梭口，梭子(30)梭口并将其扩大，纬纱或垂纱纱管(32)安装在梭子(30)上，随梭子(30)一起穿过开口，完成一次纱线交错。

6.根据权利要求5所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型方法，其特征在于：所述的步骤b中所述的推梭器(25)推动安装于梭子(30)上的推梭轮(33)，推动梭子(30)随主转盘(20)一起前进。

7.根据权利要求5所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型方法，其特征在于：所述的步骤c中的经纱(16)沿主机(1)呈圆周径向分布，经纱(16)从每两个筘板(14)之间的筘槽(15)中穿过。

8.根据权利要求5所述的一种复合材料立体管状结构件的纺织成型方法，其特征在于：所述的步骤c中，所述的梭口形成过程具体为，主转盘(20)前进时经纱(16)被导纱板(24)带到分线盘(21)上方，经纱(16)落下，分别落入底槽(22)或顶槽(23)中，同时分线盘(21)在经纱(16)的作用下沿逆时针方向旋转，不断使新的经纱(16)落入更多的槽口中，进入底槽(22)和顶槽(23)的经纱(16)分别被分线盘(16)握持在低处和高处，形成梭口。

9.一种使用如权利要求1所述的复合材料立体管状结构件的纺织成型装置所制备的立体管状结构件，其特征在于：所述的立体管状结构件由经纱、纬纱及垂纱组成，其中，经纱在组织内沿轴向分布；纬纱在组织内沿周向呈螺旋形分布；垂纱在组织内沿径向分布。

Images