CN103173909B - 一种三维整体成型的t形管状机织物的织造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法，它的步骤如下：（1）设计整体纹样；（2）设计管子区域织物结构；（3）设计轮廓线区域组织结构；（4）设计管子外的接结区域组织结构；（5）轮廓线形状设计；（6）利用抽取芯线法；（7）采用Nedgrahics Jacquard CAD设计，包括NedGraphics Texcelle 2008，Loom Editor，Product Creator，Weave Editor组件设计输出织物的轮廓线以及组织结构，导出jc5格式文件后，输入通源电子提花织机，进行织造。本发明能在生产普通片状织物的电子提花织机上织造出三维整体T形管状机织物复合材料骨架,该方法不仅能减少设计时间、便于织造，而且可实现大规模、低成本地生产。

Description

一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法
技术领域
本发明涉及一种在生产普通片状织物的提花织机上织造出三维整体成型T形管机织物，可用作替代塑料和金属管道的纤维增强复合材料的骨架材料，若能结合电子提花织机，采用相关提花软件系统进行设计，更可有效减少设计的时间，节约生产成本。 
背景技术
三维T形管整体结构织物基体的复合材料由于其优越的力学性能、质轻和耐腐蚀性，可替代传统的塑料和金属管件。目前，织造T形管状三维整体成型结构的可能生产方法有短纤维手糊、针织、编织和3D整体机织等法。（1）短纤维手糊法成型方式，由于纤维的取向差而不能有效利用纤维的强度，使织物的强度不够，用途不大；（2）采用3D整体针织物，它的线圈结构受负荷时能产生较大变形，利用其变形大的特点，可制成形状多样的构件，但这类基体制作的复合材料往往刚性不够，不适宜用作承载构件，用途受到限制；（3）采用3D整体编织方法成型，造型灵活，几乎任意形状的织物都可以织造，单方向强力较高，研究成果显著，如现在的卫星桁架系统就是基于编织物，但加工机构复杂，设备必须定制，体积庞大，加工制造成本昂贵；（4）采用3D整体机织物成型方法，由于纱线在经、纬两个方向上基本呈直线状态，两个方向上强力都高，比同类的编织物强力高30%以上，但这种立体结构的织物，理应在3D立体织机上织造，但目前尚无相关设备，即使三维织机开发成功，生产成本也将居高不下；（5）简单采用“压扁-织造-还原”法的多层管状机织物成型法，虽然片状的管子可以生产，但在撑开过程中，由于织物结构没有伸长能力导致接头处起皱而成型不良，无法圆满撑开，如图1所示。 
发明内容
本发明的目的是提供一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法。 
本发明所采用的技术方案是：采用“压扁-织造-还原”法，通过设计能使织物伸长的组织结构和恰当的轮廓线形状来解决T型管织物在撑开过程中起皱的问题。一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法，它的步骤如下： 
（1）设计整体纹样，由三部分组成：管子区域、轮廓线区域和管子外的接结区域；
（2）设计管子区域织物结构，管子区域部分都是上下分离的两层织物，每层可由至少一层经、纬纱相交织而成的带芯线的2/2斜纹纬向表里换层组织，每层均采用2/2斜纹组织，芯线与纬纱的根数数量比为1：2；
（3）设计轮廓线区域组织结构，轮廓线区域组织采用使得芯线浮起在织物正反两面的组织结构；
（4）设计管子外的接结区域组织结构，管子外部分采用与管子交叉区域组织平均浮长相等的四层接结组织；
（5）轮廓线形状设计；
（6）利用抽取芯线法，所述芯线的直径大于基布的纱线直径；
（7）采用Nedgrahics Jacquard CAD设计，包括NedGraphics Texcelle 2008，Loom Editor，Product Creator，Weave Editor组件设计输出织物的轮廓线以及组织结构，导出jc5格式文件后，输入通源电子提花织机，进行织造。
具体步骤如下： 
（1）    抽取芯线法的具有自伸长能力的织物结构设计
设计具有足够伸长能力的织物结构是避免T形管在撑开成型时管子交叉处起皱的关键。图2所示就是达到该要求的一种稳定结构的原理图。织物表面在芯线作用下凸起，将芯线抽取后形成中空结构，织物在水平张力作用下可以被拉长，表明该结构具有伸长能力。图3显示实现该结构的带芯线的织物结构的横截面图，管壁由表里换双层中空结构和夹持在中间的芯线组成，芯线使得织物表面凸起成灯芯条状。当芯线被抽取后，织物将自动伸长。显然，芯线越粗，凸起越大，伸长能力越大；芯线数量不超过一定数量时，芯线数量越多，凸起也越大，伸长也越大，但数量超过一定时，反而因纬纱反拨导致纬密降低，使得伸长变小；纬密越大，单位长度内的空心结构越多，伸长能力也越大，但同时织造难度越大。织造时，由于压扁的管子为空心结构，片状织物由两层管壁组成，因此在实际设计中，管子的结构应该是四层织物。
（2）    T形管交叉处轮廓设计 
两个管子的交叉处轮廓线将相互垂直的两个管子分割开，恰当交叉轮廓线设计有助于芯线被顺利抽取导致织物拱起，管子能被顺利撑开而不起皱。在交叉轮廓线的不同部位，对于织物的伸长能力要求不同，如图4所示。在任意点Q处，平面织造时的织物长度是纵向的直线长度（弦长），而将来要撑开时的织物长度则是管子在此处的弧线长度，伸长倍数f的计算方法图5所示。
显然，f取值范围在1～1.57之间，垂直线段AA1要求织物的最大伸长能力达到57%，而在D点处，不需要伸长，也就是说在交叉区域右侧区域，20%的织物伸长能力仍然不能满足管子成型良好的要求，而在左侧，20%的伸长能力反而过剩。采用的措施求出两管相贯线的平面坐标后，再根据轮廓线内每一点的伸长要求和实际的经向伸长率设计相应的轮廓线，在纵向给予伸长能力补偿，达到顺利撑开的要求。 
（3）      芯线的抽取与T形管的撑开成型 
设计恰当的轮廓线组织，使得芯线形成长浮线，浮起在该区域浮在片状织物的表层（正面和反面）。由于没有同其他组织交织，芯线在结构内基本呈现直线形状。织物下机后，剪断凸出的芯线浮线，能容易抽出芯线，使得织物自身伸长而上凸起拱，形成管状，如图6所示。当放入恰当大小的模具后，T形管可良好成型。
本发明能在生产普通片状织物的电子提花织机上织造出三维整体T形管状机织物复合材料骨架,该方法不仅能减少设计时间、便于织造，而且可实现大规模、低成本地生产。 
附图说明
图1为成型不良而起皱的简单“压扁-织造-还原”设计示意图； 
图2为可以伸长的稳定结构原理图；
图3为带芯线的可伸长的织物结构的横截面图；
图4为伸长倍数要求及计算原理示意图；
图5为伸长倍数计算公式；
图6为芯线抽取后织物自然起拱图；
图7为整体纹样设计示意图；
图8为管子区域织物结构设计与组织图设计原理；
图9为组织图选择（1）管子区域组织图（2）轮廓线区域组织图（3）接结区域组织图；
图10为轮廓线设计原理图（1）管子立体图（2）轮廓线计算；
图11为NedGrahpics软件设计实例纹样；
图12为织机上的片状织物样品；
图13为撑开后的三维整体T形管状织物效果图。
具体实施方式
一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法，它的步骤如下： 
（1）设计整体纹样，由三部分组成：管子区域、轮廓线区域和管子外的接结区域；
（2）设计管子区域织物结构，管子区域部分都是上下分离的两层织物，每层可由至少一层经、纬纱相交织而成的带芯线的2/2斜纹纬向表里换层组织，每层均采用2/2斜纹组织，芯线与纬纱的根数数量比为1：2；
（3）设计轮廓线区域组织结构，轮廓线区域组织采用使得芯线浮起在织物正反两面的组织结构；
（4）设计管子外的接结区域组织结构，管子外部分采用与管子交叉区域组织平均浮长相等的四层接结组织；
（5）轮廓线形状设计；
（6）利用抽取芯线法，所述芯线的直径大于基布的纱线直径；
（7）采用Nedgrahics Jacquard CAD设计，包括NedGraphics Texcelle 2008，Loom Editor，Product Creator，Weave Editor组件设计输出织物的轮廓线以及组织结构，导出jc5格式文件后，输入通源电子提花织机，进行织造。
①整体纹样设计 
由于织物结构复杂，必须在提花机上织造。整体纹样设计如图7所示，由三部分组成：管子区域、轮廓线区域和管子外的接结区域。
②管子区域织物结构设计 
管子区域部分都是上下分离的两层织物，每层可由一层或多层经、纬纱相交织而成的带芯线的2/2斜纹纬向表里换层组织。每层均采用2/2斜纹组织，芯线：普通纬纱的根数数量比=1：2，纵向截面结构图与组织图设计过程如图8和图9（1）所示。通过该设计方案，当芯线被抽取后，织物的伸长能力甚至可以达到25%。
③轮廓线区域组织结构设计 
在这个区域，所有的芯线都浮于织物表面，组织图如图9（2）所示。这样，可非常方便地把浮长线中间的芯线剪断，并抽取基本与基布纱线不交织的芯线。
④管子外的接结区域组织结构设计 
管子外的接结区域看起来是单层织物，如图9（3）所示，主要用于管子部分的固结，使其能形成整体的、不易脱散的T型管。该组织实际选择一个四层表里换层的结接方平组织组织，由于与管子部分的基础组织结构基本相同，交错次数大致相同，有利于保持在一个统一的经纱张力下织造，使得织造顺利进行。
⑤轮廓线形状设计 
由于轮廓线的精确计算非常复杂，本发明仅仅介绍一种简单而又近似的计算方法。若组成T形管如图10（1）的两个管子的半径分别为R1、R2，长度分别是L1和L2，在管子交叉轮廓线的设计思路如图10（2） 所示。步骤如下:
(1)   计算得到展开后的片状织物平面大小（高度和宽度）。
(2)    计算两个柱体的相贯线的三维坐标，得到其在织物平面上的投影曲线A1NA2与坐标轴X的交点N。沿X轴对PN直线段放大1.57倍，得到D点。对于线段A1NA2沿两侧垂直方向放大1.57倍，得到B1和B2点。 
(3)   在点A1和点B1之间找到C1点，满足下列关系式 
其中，h是芯线抽取后的织物的实际伸长率h。同样，得到点A2和点B2之间找到C2点。点C1和点C2关于点P中心对称。
(4)   点B1向左侧作直线到E1点，满足B1E1之间保持8-10根纱线长度，再由E1点向X轴方向作垂线到F1点，使得E1F1=B1C1。同理，得到点E2和F2。 
(5)   过点D、F2和F1作一平滑抛物线。 
(6)   由C1B1E1F1DF2E2B2C2构成的曲线就是近似满足要求的轮廓线。 
⑥芯线的选择与织物其他规格要求 
要求芯线的直径要明显大于基布的纱线直径，最好在2倍以上。若直径相差不大，可以连续投入4根以内的纱线作为芯线。织物每层紧度不高于45%，便于织造顺利进行。
设计与织造实例 
机器设备：
提花机龙头：奇汇2720针电子龙头（实际针数2052针）
织机：通源SGA598型大提花织样机
   整经机：通源纺织机械厂GA193-600型全自动单纱整经机
织物上机规格:
经纱29Tex涤纶，纬纱29Tex涤纶，纬向芯线420Tex锦纶帘子线
经纱设计密度720根/10cm，纬纱设计密度1200根/10cm
设计管子直径分别为6cm，计算总经根数1080根
采用Nedgrahics Jacquard CAD （ProductNT 8.0版本）设计，包括NedGraphics Texcelle 2008，Loom Editor，Product Creator，Weave Editor等组件设计输出织物的轮廓线以及组织结构，设计效果图如11图所示。导出jc5格式文件后，输入通源电子提花织机，进行织造。织物下机芯线抽取后，伸长率约20%。织造片状样品如图12所示。撑开后的三维整体T形管状织物效果如图13所示。

Claims (1)

1.一种三维整体成型的T形管状机织物的织造方法，其特征在于，它的步骤如下：
（1）设计整体纹样，由三部分组成：管子区域、轮廓线区域和管子外的接结区域；
（2）设计管子区域织物结构，管子区域部分都是上下分离的两层织物，每层为至少一层经、纬纱相交织而成的纬向带芯线的2/2斜纹表里换层组织，每层均采用2/2斜纹组织，芯线与纬纱的根数数量比为1：2；
（3）设计轮廓线区域组织结构，轮廓线区域组织采用使得芯线浮起在织物正反两面的组织结构；
（4）设计管子外的接结区域组织结构，管子外的接结区域采用与管子区域组织平均浮长相等的四层接结组织；
（5）轮廓线形状设计；
（6）利用抽取芯线法，所述芯线的直径大于基布的纱线直径；
（7）采用NedGraphics Jacquard CAD设计，包括NedGraphics Texcelle 2008，Loom Editor，Product Creator，Weave Editor组件设计输出织物的轮廓线以及组织结构，导出jc5格式文件后，输入通源电子提花织机，进行织造。
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