CN103088546B - 一种新结构立体织物的编织方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新结构立体织物及编织方法，该立体织物由三维多向结构与正交三向结构组合而成，通过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。其编织方法是首先进行三维四向结构编织，同时在某个侧面预留若干纤维。其次进行正交三向结构编织，以预留纤维为正交三向结构中的一向纤维，完成多结构立体织物的编织。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，是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

一种新结构立体织物的编织方法

技术领域

本发明涉及一种新结构立体织物的编织方法，该立体织物由三维多向结构和正交三向结构组合而成，即该织物包含两种单胞结构，属于立体织物编织技术领域。

背景技术

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。

正交三向织物的专利有美国专利US4038440、US4001478、US3955602和中国专利CN1068607A。美国专利US4038440、US4001478、US3955602公开了一种正交三向织物的制造方法，在纤维的矩阵中铺放另两个方向的纤维最终成型正交三向织物，成型的织物外形有矩形和回转体等；中国专利CN1068607A公开了一种三轴向正交三向织物的新的织造方法，用织物织造正交三向织物，织物宽度可达100mm。

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。

对于受力复杂构件，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正交三向结构、三维多向结构两种单胞结构组合而成，进一步的是正交三向结构与三维多向结构通过纤维之间的互相交缠组合而成。

上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：

编织方法一：首先进行三维四向结构的编织，在织物成型的四个侧面中选择任意一个侧面，当纤维运动该侧面时预留若干纤维，根据织物尺寸计算预留纤维长度、根据正交三向结构需要的体积密度计算预留纤维股数和根数，再继续进入织物内部编织，直至三维四向结构编织完成；其次进行正交三向结构编织，将三维四向结构中预留的纤维作为正交三向结构中的一向，其它向根据设计要求植入相应纤维，即形成一种新结构立体织物。

编织方法二：首先进行正交三向结构编织，根据织物尺寸计算预留纤维长度和三维五向结构中体积密度计算预留纤维股数和根数，直至正交三向结构织物编织完成。其次进行三维五向结构编织，将正交三向结构中预留的纤维作为三维五向结构中的编织纱，即形成一种新结构立体织物。

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正交三向结构的无缝连接，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）本发明提出将三维四向结构中工艺参数与正交三向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正交三向结构单胞图。

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三维四向结构编织立体织物立体图。

图4中，右侧为预留纤维。

图5是本发明新结构立体织物中正交三向结构成型示意图。

图5中，3为已成型三维四向结构织物，4为三维四向结构预留纤维，5为Z向钢针。

图6是本发明新结构立体织物中正交三向结构将钢针置换为纤维的示意图。

图7是本发明新结构立体织物由三维四向结构和正交三向结构组合的成型图。

图8是本发明新结构立体织物中三维五向结构单胞图。

图9是本发明新结构立体织物中正交三向结构纤维预留图，其中X向为预留纤维。

图10是本发明新结构立体织物由正交三向结构和三维四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正交三向结构组合的新结构。

参照图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7，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。

将三维四向结构部分预留的纤维进行整理，分为行、列并整行、整列系住，共计10行，25列，为植入钢针矩阵作准备。

根据设计要求，排列钢针矩阵，间距为2mm×2mm，然后将三维四向结构部分的行数定位正交三向部分的X方向，列数定位正交三向的Z方向（根据实际情况设计）。首先植入Y向纤维，再植入X向纤维，根据织物纤维体积含量要求，除去三维四向结构部分预留的纤维，适当增加若干股X向纤维，即为一层纤维层。根据工艺设计要求，确定每层纤维层贡献的织物厚度，当三维四向结构部分列数预留的纤维列与列之间间距大于每层纤维层时，在三维四向结构部分列数预留的纤维列与列之间增加若干纤维层，达到织物纤维体积含量要求，进行加压成型，即完成三维四向结构部分一行预留的纤维编织。以纤维体积含量为45%为例，需要增加一层纤维层，再以纤维体积含量为30%为例，不需要增加纤维层，重复上述操作，逐层完成纤维编织。

新结构织物正交三向结构部分X向、Y向编织完成后，进行Z向置换，即将钢针逐根抽去，然后植入纤维。所有钢针都置换为纤维后，多结构立体织物就完成了编织，如图7。

实施例2：织物采用正交三向结构与三维五向结构组合的新结构。

参照图2、图8、图9、图10，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，根据设计要求，编织100mm×50mm×20mm正交三向结构织物，排列2mm×2mm钢针矩阵，首先植入Y向纤维，再植入X向纤维，根据织物外形尺寸预留X向纤维或Y向纤维，一股纤维，90mm长，25根，即为一层纤维层。根据工艺设计要求，确定每层纤维层贡献的织物厚度，进行加压成型。重复上述操作，逐层完成纤维编织。编织完成后，共计预留250根。新结构织物正交三向结构部分X向、Y向编织完成后，进行Z向置换，即将钢针逐根抽去，然后植入纤维。所有钢针都置换为纤维后，多结构立体织物中正交三向结构就完成了，如图9。

根据设计要求，固定好已成型的正交三向结构织物，然后将正交三向结构中预留的X向纤维或Y向纤维作为三维五向结构中编织纱，根据织物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10。

Claims (4)

1.一种新结构立体织物的编织方法，该织物由正交三向结构、三维多向结构两种单胞结构组合而成，其特征在于首先进行三维四向结构编织，在织物成型的四个侧面中选择任意一个侧面，当纤维运动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和正交三向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，直至三维四向结构织物编织完成；其次进行正交三向结构编织，将三维四向结构中预留的纤维作为正交三向结构中的一向，其它向根据设计要求植入相应纤维，即形成所述新结构立体织物。

2.一种新结构立体织物的编织方法，该织物由正交三向结构、三维多向结构两种单胞结构组合而成，其特征在于首先进行正交三向结构编织，在铺设X向纤维或Y向纤维时预留若干纤维，根据织物尺寸计算预留纤维长度和三维五向结构中编织纱密度计算预留纤维股数和根数，直至正交三向结构织物编织完成；其次进行三维五向结构编织，将正交三向结构中预留的纤维作为三维五向结构中编织纱，即形成所述新结构立体织物。

3.根据权利要求1或2所述的新结构立体织物的编织方法，其特征在于三维多向结构是三维四向以上的结构。

4.根据权利要求1或2所述的新结构立体织物的编织方法，其特征在于由正交三向结构与三维多向结构通过纤维之间的互相交缠组合而成。

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