CN103061003B - 一种新结构立体织物及其编织方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新结构立体织物，由三维多向结构和2.5D浅交弯联结构组合而成，所述三维多向结构是三维四向以上的结构。本发明结构设计的关键技术为两种结构之间纤维的互相交缠，实现纤维在织物中的连续性编织。可以现进行三维多向结构的编织，再进行2.5D结构的编制，也可以先进行2.5D结构的编制，再进行三维多向结构的编制。本发明立体织物的成型工艺可靠性高、方便易行、纤维取向复杂、纤维体积含量可设计性强、纤维之间连续多，提出了解决复杂承力构件复合材料用立体织物增强体材料的途径之一。
Description
技术领域
本发明涉及一种一种新结构立体织物及其编织方法，该立体织物由三维多向结构和2.5D结构组合而成，属于立体织物编织技术领域。
背景技术
Mh高性能纤维在三维空间多方向连续排布、相互交缠，形成的纤维织物称为立体织物，作为增强体用于制作先进复合材料。复合材料的增强体形状结构及其品质基本决定了复合材料性能。其中增强体的性能主要取决于纤维取向。以立体织物作为增强体的复合材料已成功应用于航空、航天等高技术领域，具有很好的发展前景。
专利文献《一种多向预成型制件的三维整体编织方法》（CN1827887A）中介绍的一种多向三维整体编织物采用的织物结构是四步法三维四向、五向或五向以上的三维结构。
专利文献《2.5维整体编织多通管织物的编织方法》（CN101503838A）中介绍的一种2.5维整体编织物采用的织物结构是2.5维浅交弯联结构。
针对受力复杂构件，即不同部位受力不同的构件，单一织物结构不能满足其使用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高、方便易行、纤维取向复杂、纤维体积含量可设计性强、纤维之间连续多的新结构立体织物及其制备方法，用该制备方法成型的新结构立体织物力学性能跟踪性强。
本发明所述新结构立体织物，由2.5D浅交弯联结构和三维多向结构组合而成。
上述2.5D浅交弯联结构和三维多向结构通过纤维之间的互相交缠组合而成，所述三维多向结构是三维四向以上的结构。
本发明所述新结构立体织物的编织，可采用如下两种方法之一：
方法一：首先进行三维多向结构编织，在织物成型的四个侧面中选择任意一个侧面，当纱线运行至该侧面时预留若干纤维，根据织物尺寸计算预留纤维长度、根据2.5D浅交弯联结构需要的纤维线密度计算预留纤维股数和根数，再继续进入织物内部编织，直至三维多向结构织物编织完成；其次进行2.5D浅交弯联结构编织，将三维多向结构中预留的纤维作为2.5D浅交弯联结构中的经纱，纬纱根据设计要求植入，即形成所述新结构立体织物。
方法一中，首先将三维四向结构中预留的纤维作为2.5D浅交弯联结构中的经纱，根据织物中2.5D结构的总长度确定预留纤维长度，根据织物中2.5D结构的经纱的股数和根数，确定是否新增或减少纤维股数和新增纤维根数。
方法二：首先进行2.5D浅交弯联结构编织，根据织物尺寸计算预留纤维长度和三维多向结构需要的纤维线密度计算预留纤维股数和根数，确定预留经纱长度和股数，直至2.5D浅交弯联结构织物编织完成；其次进行三维多向结构编织，将2.5D浅交弯联结构中预留的纤维作为三维多向结构中编织纱，即形成一种新结构立体织物。
方法二中，首先将2.5D浅交弯联结构结构中预留的纤维作为三维多向结构中的编织纱，根据织物中三维多向结构的总长度确定预留纤维长度，根据织物中2.5D结构的经纱的股数和根数，确定是否新增或减少纤维股数和新增纤维根数。
与现有技术相比，本发明显著优点是：
（1）本发明提出由正交三向结构和三维多向结构组合的新结构设计，实现了立体织物性能与构件受力情况一一对应的设计，特别是满足复杂承力构件设计。
（2）实现了三维多向结构与2.5D浅交弯联结构的无缝连接，保证了整体织物中纤维的连续性，达到了织物结构可靠、力学性能好等要求。
（3）本发明提出将三维多向结构中工艺参数与2.5D浅交弯联结构中工艺参数进行分解对应，实现织物参数的可设计性。
附图说明
图1是本发明新结构立体织物中三维四向结构单胞图。
图2是本发明新结构立体织物中2.5D浅交弯联结构单胞图。
图3是本发明新结构立体织物中三维四向结构纤维预留图。
图3中，1为同束纤维中预留纤维，2为同束纤维中直接参与编织纤维。
图4是本发明新结构立体织物中2.5D浅交弯联结构成型示意图。
将预留纤维设计为经纱，根据设计进行2.5D浅交弯联结构设计。首先将已成型三维四向结构织物固定，将预留纤维作为经纱，梳理整齐，根据设计要求可增加部分经纱，再植入纬纱成型，达到设计织物体积含量要求后，重复上述步骤，直至达到最终设计值。
图5是本发明新结构立体织物由三维五向结构和正交2.5D浅交弯联结构组合的成型图。
图6是本发明新结构立体织物中三维五向结构单胞图。
图7是本发明新结构立体织物由正交2.5D浅交弯联结构和三维五向结构组合的成型图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例来描述本发明的细节。
实施例1：织物采用三维四向结构与2.5D浅交弯联结构组合的新结构。
参照图1、图2、图3、图4、图5，本发明新结构立体织物以3K纤维一股纤维为原材料，编织100mm×100mm×20mm平板织物为例，首先采用四步法三维编织工艺，先编织一段100mm×50mm×20mm织物，根据2.5D浅交弯联结构经纱长度要求进行纤维预留编织。当纤维运动至织物右侧面（设定为预留纤维面），预留纤维长度大于60mm，股数一股，根数250根，再合股进入织物内部编织，达到设计的织物外形尺寸时，再编织一段织物，即完成新结构织物中三维四向结构部分，如图3所示。
根据设计要求，固定好已成型的三维四向结构织物，然后将三维四向结构中预留纤维作为经纱，根据织物体积密度要求增加部分经纱或者直接编织，以纤维体积含量为45%为例，需要增加125根经纱，再以纤维体积含量为30%为例，不需要增加经纱，再引入纬纱，打纬成型。重复上述操作，逐纬完成纤维编织，如图4、图5。
实施例2：织物采用2.5D浅交弯联结构与三维五向结构组合的新结构。
参照图2、图6、图7，本发明新结构立体织物3K纤维一股纤维为原材料，编织100mm×100mm×20mm平板织物为例，首先按照2.5D浅交弯联结构成型工艺完成织物中2.5D浅交弯联结构编织，编织织物尺寸100mm×50mm×20mm，预留经纱，一股纤维，90mm长，250根。
根据设计要求，固定好已成型的2.5D浅交弯联结构织物，然后将2.5D浅交弯联结构中预留纤维作为编织纱，根据织物体积密度要求增加部分编织纱或者直接编织，以纤维体积含量为45%为例，需要增加125根编织纱，再以纤维体积含量为30%为例，不需要增加编织纱，按照三维五向编织要求的工艺参数，逐步完成纤维编织，如图7。
Claims (6)
1.一种新结构立体织物，其特征在于该织物由2.5D浅交弯联结构和三维多向结构组合而成，前述2.5D浅交弯联结构和三维多向结构通过纤维之间的互相交缠组合而成；前述互相交缠的方式是：
先进行三维多向结构编织，预留若干纤维作为2.5D浅交弯联结构中的经纱，以实现2.5D浅交弯联结构和三维多向结构之间的互相交缠组合；或，
先进行2.5D浅交弯联结构编织，预留纤维作为三维多向结构中的编织纱，以实现2.5D浅交弯联结构和三维多向结构之间的互相交缠组合。
2.根据权利要求1所述的新结构立体织物，其特征在于所述三维多向结构是三维四向以上的结构。
3.权利要求1或2所述新结构立体织物的编织方法，其特征在于首先进行三维多向结构编织，在织物成型的四个侧面中选择任意一个侧面，当纱线运行至该侧面时预留若干纤维，根据织物尺寸计算预留纤维长度、根据2.5D浅交弯联结构需要的纤维线密度计算预留纤维股数和根数，再继续进入织物内部编织，直至三维多向结构织物编织完成；其次进行2.5D浅交弯联结构编织，将三维多向结构中预留的纤维作为2.5D浅交弯联结构中的经纱，纬纱根据设计要求植入，即形成所述新结构立体织物。
4.权利要求3所述的新结构立体织物的编织方法，其特征在于首先将三维多向结构中预留的纤维作为2.5D浅交弯联结构中的经纱，根据织物中2.5D结构的总长度确定预留纤维长度，根据织物中2.5D结构的经纱的股数和根数，确定是否新增或减少纤维股数和新增纤维根数。
5.权利要求1或2所述新结构立体织物的编织方法，其特征在于首先进行2.5D浅交弯联结构编织，根据织物尺寸计算预留纤维长度和三维多向结构需要的纤维线密度计算预留纤维股数和根数，确定预留经纱长度和股数，直至2.5D浅交弯联结构织物编织完成；其次进行三维多向结构编织，将2.5D浅交弯联结构中预留的纤维作为三维多向结构中编织纱，即形成所述新结构立体织物。
6.权利要求5所述的新结构立体织物的编织方法，其特征在于首先将2.5D浅交弯联结构中预留的纤维作为三维多向结构中的编织纱，根据织物中三维多向结构的总长度确定预留纤维长度，根据织物中2.5D结构的经纱的股数和根数，确定是否新增或减少纤维股数和新增纤维根数。
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