CN103031651A

CN103031651A - 厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法

Info

Publication number: CN103031651A
Application number: CN2012105865028A
Authority: CN
Inventors: 朱建勋; 郭洪伟; 张立泉; 朱梦蝶; 唐亦囡
Original assignee: Sinoma Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Nanjing Fiberglass Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2012-12-30
Filing date: 2012-12-30
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2032-12-30
Also published as: CN103031651B

Abstract

本发明涉及一种厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，包括以下步骤：1）将封顶织物依靠芯模中心开始编织成型，在编织芯模的外部编织织物，由纵横交错的2对或4对纱线交织1个或2个编织结构循环形成方顶；2）将形成方顶交织的纱线作为经纱，在每层经纱之间逐层引入纬纱。以方顶为中心，纬纱缠绕编织形成同心圆，多个编织循环后形成圆顶。3）完成圆顶编织后，开始织物由厚顶封顶织物向圆锥体薄壁织物转化编织，在转化过程织物编织直径不断加大，通过经向增加经纱列数实现编织直径加大，且保持经纱密度一致。本发明简化了复杂封顶织物的成型制造工艺，使封顶增强织物的内部纤维分布均匀，增强织物的成型效果良好，达到净尺寸仿形编织成型。

Description

厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法

技术领域

本发明涉及一种厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法。

背景技术

立体织物增强体是高性能复合材料的关键组分，在复合材料中起着增加强度、改善性能的作用，在很大程度上决定了复合材料的综合性能。

当前，型面为标准封顶、回转体（圆柱、圆锥、圆台等）的复合材料增强织物大多采用整体编织方法制造。采用整体编织法制造的增强织物整体性好，纤维分布均匀，用其制作的复合材料力学性能和电性能优异，在航空航天领域得到广泛应用。

随着科技的不断发展，复合材料的型面越来越复杂，其中，封顶织物变厚度截锥体的复合材料使用得越来越多，这就需要对制造出的封顶变厚度截锥体织物进行复合。

但是采用现有的整体编织法编织增强织物时存在织物尺寸仿形精度不高，织物内外密度不均匀等质量缺陷，需要复合成型之后进行机加保证增强体材料的尺寸精度，因此在整体编织法编织增强体织物时，根据织物的几何形状采用厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法可以有效提高增强体织物仿形精度和织物整体均匀性，特别是净尺寸织物的编织成型仿形编织方法尤其重要。

发明内容

本发明提供一种厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，可以采用整体编织法编织成型。

所述厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，包括以下步骤：

1）将封顶织物依靠芯模中心开始编织成型，在编织芯模的外部编织织物，由纵横交错的2对或4对纱线交织1个或2个编织结构循环形成方顶；

2）将形成方顶交织的纱线作为经纱，在每层经纱之间逐层引入纬纱。以方顶为中心，纬纱缠绕编织形成同心圆，多个编织循环后形成圆顶；

3）完成圆顶编织后，开始织物由厚顶封顶织物向圆锥体薄壁织物转化编织，在转化过程织物编织直径不断加大，通过经向增加经纱列数实现编织直径加大，且保持经纱密度一致；织物由厚顶变薄壁过程通过以下3种方法实现：

①减层操作，即减少经纱层数（设经纱层数为n，n≥2），将表面一层经纱剪断，使经纱层数减少为n-1层；

②合股操作，即将三层2股的经纱通过合并操作变为2层3股的经纱；

③减细操作，即将合股经纱（经纱股数为m）减少1股或a股（a≤m-1）。

通过上述三种编织方法实现织物由厚顶封顶织物向圆锥体薄壁织物转化。

封顶织物增强体所使用的原材料为现有技术，如石英纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、无碱玻璃纤维、高强玻璃纤维、低介电玻璃纤维、高模量玻璃纤维、玄武岩纤维、高密度聚乙烯纤维、芳纶纤维的一种或几种。

增强织物的编织结构采用现有技术，如浅交直联、浅交弯联、浅交直联+法向、浅交弯联+法向、正交三向的一种或几种。

封顶增强织物的厚度为现有技术，一般为0.5mm～110mm，封顶增强织物在复合材料中的纤维体积含量一般为30%～55%。

本发明的优点是方顶向圆顶转化制备是根据罩体几何尺寸变化，设计导入环向纱的制备是从里层向外层依次导入。圆顶向封顶转化制备是根据罩体几何尺寸变化，设计不同线密度的经纱空间分布，研究经纱空间几何形态的堆积状态与纬纱相交织，通过内表面经纱合股并层、外表面减细以及两者相结合技术形成封顶构建。该技术是将纱线密度细度发生改变，不会破坏织物的单元结构，改变前后的织物密度均匀。圆锥体的薄壁向圆柱体厚壁转化通过纬向加层工艺和经向加列工艺技术，与截锥体天线罩织物的成型制备工艺方法相同，实现从工作区相连接区厚度的转化。在编织过程中，根据2.5D结构及编织工艺特点，对厚顶采取由点到面、由小面到大面逐点分散加纱的编织成型工艺形成方顶变圆顶转变，设计径向导入环向纱（即纬纱）、不同线密度经纱的合股、并层和减细、纬向加（减）层以及经向加列的工艺制备技术，实现方顶变圆顶、圆顶变封顶、封顶变圆锥体、圆锥体再变圆柱体型面的相互转化。该编织成型方法可提高封顶织物的仿形精度，织物具有整体均匀性、结构完整性和纤维连续性的优点。

附图说明

图1为本发明方顶转化为圆顶编织过程俯视示意图；

图2为本发明方顶转化为圆顶编织过程侧视示意图；

图3为本发明内表面纱线合股示意图；

图4为本发明外表面纱线减细示意图；

图5为本发明环向减层示意图；

图6为本发明最外减纱示意图；

图7为本发明封顶形成示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1：研制如图6所示封顶变厚度玻璃纤维增强织物，织物顶部厚度为50mm，封顶直径30mm，由封顶渐变厚度过渡到圆锥体，圆锥体部分厚度为5mm，直径70mm。封顶织物工艺参数设计如表1所示。

表1封顶织物工艺参数表

封顶织物具体编织操作步骤如下：

⑴在操作平台固定织物编织芯模；选取规格为480Tex的玻璃纤维在芯模顶部进行方顶起头编织操作，纵横交错4对纱线交织成方顶，为了达到顶部厚度50mm，方顶铺层纵横交错4对纱线，经纱层数为30层，纤维径向导入环向纱使方顶形成圆顶，环向纱规格为480Tex的玻璃纤维，环向纱的密度为5根/cm。其成型编织如图1、图2所示。

⑵圆顶继续编织，在封顶织物的顶部根据封顶几何尺寸形状的变化，设计经纱密度为10根/cm，根据圆顶直径的增加，在不同线密度的经纱空间位置分布均匀补齐经纱，外层经纱线密度为480Tex，经纱层数20层，内层经纱线密度为240Tex，经纱层数为10层，补齐经纱挂在纬纱上进行生根，依此方法保证织物内外经纱密度均匀为10根/cm，同时保证织物由圆顶转化成封顶织物。

⑶在封顶织物编织过程中，实现变厚度成型编织操作，靠近成型芯模的织物内层进行经纱层与层之间合股操作如图3所示，经纱层数的合股、并层使纬纱层数减少，达到织物厚度渐变变薄的目的。

⑷封顶织物变厚度编织继续进行，随着织物直径的增大，除了径向加纱之外，直径由30mm过渡到70mm，进行外层经纱减细如图4，环向减层操作如图5所示，达到封顶织物向锥体部分过渡编织成型，同时实现厚度的渐变，织物厚度由50mm渐变为5mm。

⑸在编织过程中使织物紧贴模具编织成型，保证其内部的贴模性，采用整体编织法编织玻璃纤维增强织物。

检测成型后的玻璃纤维增强织物：织物顶部厚度为51mm，由封顶渐变厚度过渡到圆锥体，圆锥体部分厚度为5mm，直径80mm；织物经纱密度10根/cm，织物纬纱密度5根/cm，表明采用本方法研制的石英纤维封顶增强织物纤维分布均匀，整体成型效果良好。

实施例2：研制封顶变厚度石英纤维增强织物，织物顶部最大厚度为40mm（即起始方顶厚度），封顶直径20mm，由封顶渐变厚度过渡到圆锥体，圆锥体部分厚度为20mm，锥角为15°。织物原材料为石英纤维190Tex，方顶部分经纱层数为30层，经纱外5层为石英纤维190Tex×4股合股纱线，中间9层为石英纤维190Tex×3股合股纱线，内9层为石英纤维190Tex×2股合股纱线；锥体部分经纱为24层；纬纱均为石英纤维190Tex×7股合股纱线。

（1）在操作平台固定织物编织芯模。

（2）织物采用2.5D浅交弯联结构。

（3）方顶起头编织操作，纵横交错4对（每对经纱包含一高列和一低列，高列比低列高出两个纱锭位置）纱线交织成方顶，每列经纱均按照外5层为石英纤维190Tex×4股合股纤维，中间9层为石英纤维190Tex×3股合股纤维，内9层为石英纤维190Tex×2股合股纤维的规律进行布纱。

（4）完成步骤（3）的操作后，此时设备处于初始状态，由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。

（5）完成步骤（4）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。

（6）步骤（4）至步骤（5）为一个循环，依此循环继续编织，完成2个循环的编织。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（7）完成步骤（6）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按图3所示将内表面1、2、3层经纱进行合并，即将内表面第2层经纱的2股分开，分别与内表面第1层和内表面第3层的2股经纱合并，使内表面第1层和内表面第3层均变为3股合股的经纱，再将内表面第1层经纱上移1层至第2层的纱锭上。此时，经纱层数减少1层，即29层。

（8）完成步骤（7）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（9）完成步骤（8）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按图3所示将内表面3、4、5层经纱进行合并，即将内表面第4层经纱的2股分开，分别与内表面第3层和内表面第5层的2股经纱合并，使内表面第3层和内表面第5层均变为3股合股的经纱，再将内表面第1、2、3层经纱均移至上1层纱锭处。此时，经纱层数减少1层，即28层。

（10）完成步骤（9）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（11）完成步骤（10）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按图3所示将内表面5、6、7层经纱进行合并，即将内表面第6层经纱的2股分开，分别与内表面第5层和内表面第7层的2股经纱合并，使内表面第5层和内表面第7层均变为3股合股的经纱，再将内表面第1、2、3、4、5层经纱均移至上1层纱锭处。此时，经纱层数减少1层，即27层。

（12）完成步骤（11）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（13）完成步骤（12）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按图6所示，将外第4、5层经纱剪去1股，由190Tex×4股合股纱线变为3股合股纱线。

（14）完成步骤（13）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（15）完成步骤（14）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按照图5所示，将外第1层经纱剪去，此时经纱层数为26层。

（16）完成步骤（15）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（17）完成步骤（16）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按照图5所示，将外第1层经纱剪去，此时经纱层数为25层。

（18）完成步骤（17）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（19）完成步骤（18）的操作后，将设备进行列向错位运动，使设备恢复初始状态。按照图5所示，将外第1层经纱剪去，此时经纱层数为24层。

（20）完成步骤（19）的操作后，将设备进行列向错位运动，高低列状态与初始状态相反，依旧由下向上将经纱层间逐层打开，引入纬纱。在此步骤中按照工艺参数要求，以常用的加纱工艺进行列向加纱，以满足经纱密度一致性的要求。

（21）完成步骤（20）的操作后，即完成了厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织。后续

锥段的编织以常用的编织方法完成即可。

Claims

1.厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，其特征在于，方顶厚度由封顶最大厚度尺寸和选取纱线的层列数决定，方顶厚度工艺参数之间的关系计算方法如下列公式（1）、（2）、（3）所示；

式中：V_f-方顶部分的体积含量，V_纤维—方顶部分计算单元内纤维的总体积，V_计算单元-方顶部分选取的计算单元的体积，H_厚-方顶部分的厚度，N_层-方顶部分的总层数，J_经—方顶部分的经密，W_纬—方顶部分的纬密。

3.如权利要求1或2所述的厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成型方法，其特征在于，封顶织物的变厚度范围值为0.5mm～110mm。