CN103696097B - 一种多向织物及其织造成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多向织物及其织造成形方法。该多向织物由X-Y平面纱线、Z向纱线和热熔粘合丝组成，Z向纱线与X-Y平面纱线垂直且无交织，X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向；热熔粘合丝成网状分布于多向织物的上下表面，将织物上下表面的X-Y平面纱线和Z向纱线粘接在一起，从而将各层纱线约束成一个整体，构成多向织物。该多向织物的织造成形方法包括以下步骤：（1）设计并布置导纱杆阵列和绕纱杆阵列；（2）缠绕热熔粘合丝和X-Y平面纱线；（3）引入Z向纱线；（4）熔化热熔粘合丝；（5）剪断多余的Z向纱线、X-Y平面纱线和热熔粘合丝，完成多向织物的织造。

Description

一种多向织物及其织造成形方法

技术领域

本发明涉及一种新型多向织物及其织造成形方法，属于三维织造技术领域。该方法主要用于织造大型、复杂、高纤维体积分数的多向织物，可显著降低织造成形时间，节省人力。

背景技术

多向织物中纱线的方向数是3或3以上，内部纱线大多是处于伸直状态。多向织物作为增强体材料用于制作先进复合材料，已成功用于航空、航天、船舶、轨道交通等高技术领域，具有良好的发展前景。

目前多向织物主要是通过机织工艺、三维编织工艺和细编穿刺工艺来实现。中国专利CN1068607A公开了一种采用机织工艺织造三轴向正交立体织物的织造方法，通过多臂机构控制综框运动形成多层移动的梭口，采用两根以上引纬针双侧交替引纬，Z向纱分上、下两层，也由综框控制。采用该方法织造的织物宽度可达20mm-100mm，但其X-Y平面纤维的方向只有0°和90°两种。这种方法难以实现大厚度织物的织造成形，织造过程中纤维受到的机械损伤也较大。中国专利CN1851083A公开了一种封顶三维织物及其织造方法，该方法首先织造封顶三维织物的顶部，并预留一定长度的经纱和纬纱，顶部织造完成后，再利用织物顶部预留的经纱和纬纱织造织物身部。该方法同样难以实现大厚度织物的织造成形。细编穿刺工艺是采用钢针阵列逐层穿刺碳纤维平纹织物或缎纹织物，达到要求织物厚度后，再用碳纤维束逐根替代钢针，形成三向正交结构。细编穿刺工艺可以实现大厚度织物的织造，但目前尚无自动化成型设备，完全依赖工人手工操作，劳动强度大，生产周期长，产品质量不稳定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型多向织物及其织造方法。该织物特别适用于作为先进复合材料的增强体，具有纤维取向多、纤维体积分数高、Z向纤维体积含量高、各部分纤维体积含量均匀性好、整体性能优良等特点；该织造方法具有织造周期短、操作简单、织造成本低、适应性强等优点。

本发明所述的多向织物由X-Y平面纱线、Z向纱线和热熔粘合丝组成，Z向纱线与X-Y平面纱线垂直且无交织，X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向，织物上下表面的热熔粘合丝将X-Y平面纱线和Z向纱线粘接成一个整体，构成多向织物。

所述X-Y平面纱线至少由2个方向的纱线构成。

所述X-Y平面纱线和Z向纱线为碳纤维、石墨纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维中的至少一种。

所述X-Y平面纱线和Z向纱线选择同一种类纤维，或者选择不同种类纤维。

所述热熔粘合丝为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维等纤维中的至少一种。

所述热熔粘合丝呈网状分布于多向织物的上下表面。

所述热熔粘合丝的直径是X-Y平面纱线所用纱线直径的10%-15%。

本发明所述多向织物的织造成形方法，具体包括以下工艺步骤：

(1)   根据多向织物中纱线的排布要求设计导纱杆阵列和绕纱杆阵列；

(2)   将导纱织造板和绕纱织造板组装在一起，再将导纱杆布置在导纱织造板上，将绕纱杆布置在绕纱织造板上；

(3)   使用绕纱器将热熔粘合丝缠绕在导纱杆阵列和绕纱杆阵列上，形成网状结构；

(4)   X-Y平面纱线的缠绕：使用绕纱器将纱线经过导纱杆间隙按照要求角度逐行缠绕在平行排列的两根绕纱杆上，直至X-Y平面纱线缠绕至织物要求的层数后，重复步骤（3），然后将Z向纱线挂在导纱杆阵列的钩纱槽上；

(5)   将导纱织造板下移，直至由导纱杆阵列携带的Z向纱线贯穿织物的整个厚度；

(6)   Z向纱线贯穿织物整个厚度后，将织物上下表面的热熔粘合丝熔化，熔化的热熔粘合丝将Z向纱线和织物表面的X-Y平面纱线粘接在一起；

(7)   将Z向纱线从导纱杆阵列的钩纱槽上取下，然后剪断上下表面多余的Z向纱线；

(8)   沿绕纱杆处剪断多余的X-Y平面纱线和热熔粘合丝，将多向织物从绕纱织造板上取下，完成多向织物的织造。

所述导纱杆表面光滑，横截面形状为圆形，长度根据多向织物厚度设计，顶端设有钩纱槽。

所述绕纱杆表面光滑，绕纱杆横截面为圆形，绕纱杆长度根据多向织物厚度设计。

所述导纱杆阵列的形状根据多向织物的外形确定，可以是正方形、矩形、圆形、三角形、环形、六边形、八边形及其他不规则形状。

所述绕纱杆根据多向织物中X-Y平面纱线的方向排布。

所述导纱杆根据多向织物中Z向纱线的位置排布。

所述导纱织造板和绕纱织造板是可以组装在一起，也可以分离。

通过设计不同高度的导纱杆阵列和绕纱杆阵列，得到不同的纱线层数，实现异形截面形状的多向织物织造。

与现有技术相比，本发明所设计的多向织物及其织造方法具有以下显著优点：

（1）X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向，可设计性强；

（2）X-Y平面纱线在织物内部呈伸直状态，且织造过程中纱线不受摩擦，纱线最大限度的保持了原有的力学性能；

（3）织造过程中可将所有Z向纱线一次性完全引入到多向织物的结构当中，显著降低了织造周期；

（4）采用导纱杆引入Z向纱线，操作简单，Z向纱线含量高，特别适合于织造大厚度织物；

（5）采用热熔粘合丝固定整个织物结构，操作简单，成本低。

附图说明

图1是本发明多向织物的一种实施例（方形多向织物）的织造板结构示意图；

图2是导纱杆阵列和绕纱杆阵列的三维视图；

图3是本发明多向织物的侧向结构示意图；

图4是本发明多向织物的一种实施例（方向多向织物）中热熔粘合纤维缠绕方式示意图；

图5是本发明多向织物的一种实施例（方形多向织物）中0°方向纱线缠绕示意图；

图6是本发明多向织物的一种实施例（方形多向织物）中45°方向纱线缠绕示意图；

图7是本发明多向织物的一种实施例（方形多向织物）中90°方向纱线缠绕示意图；

图8是本发明多向织物的一种实施例（方形多向织物）中135°方向纱线缠绕示意图；

图9是热熔粘合丝和纱线缠绕完成后的侧向示意图；

图10是导纱杆阵列携带Z向纱线下移示意图；

附图标记

A-导纱板；  B-绕纱板；  C-绕纱杆阵列；  D-导纱杆阵列；  1，2-X-Y平面纤维；  3-Z向纱线；  4，5-热熔粘合丝。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明做进一步的阐述说明。以下实施例仅用于说明而不是用于限制本发明的范围。此外，本领域技术人员在阅读了本发明阐述的内容后可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样用于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明设计的一种多向织物，其特征在于该织物由X-Y平面纱线、Z向纱线和热熔粘合丝组成。织物的侧向结构如图3所示，Z向纱线与X-Y平面纱线垂直无交织，X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向。热熔粘合丝呈网状分布于多向织物的上下表面，将织物上下表面的X-Y平面纱线和Z向纱线粘接在一起，从而将各层纱线约束成一个整体，构成多向织物。

实施例：织造方形多向织物

该织物X-Y平面纱线包括0°度方向纱线、45°度方向纱线、90°方向纱线和135°方向纱线，方形截面。X-Y平面纱线均为3K T300碳纤维纱线，Z向纱线为6K T300碳纤维纱线。热熔粘合纤维选用10Tex 聚丙烯纤维。X-Y平面纱线的纱线层数为220层，其中0°方向纱线、45°方向纱线、90°方向纱线和135°方向纱线的层数均为45层。每束Z向纱由3根6K纤维组成，Z向纱线含量为20%。织物的长度为200mm，宽度为200mm，厚度为120mm。

具体实施步骤：

（1）    根据方形多向织物中纱线的排布要求设计导纱杆阵列和绕纱杆阵列：导纱杆直径4mm，相邻导纱杆间距6mm，高度150mm，导纱杆阵列呈正方形排布；绕纱杆直径1mm，高度150mm；

（2）    将导纱织造板和绕纱织造板组装在一起，再将导纱杆布置在导纱织造板上，将绕纱杆布置在绕纱织造板上，如图1所示；

（3）    使用绕纱器将聚丙烯纤维沿0°方向和90°方向缠绕在绕纱杆阵列和导纱杆阵列上，如图4所示；

（4）    使用绕纱器将碳纤维纱线依次沿0°、90°、45°和135°方向经过导纱杆间隙逐行缠绕在平行排列的两根绕纱杆上，如图5、图6、图7、图8所示，按照此顺序缠绕45次；

（5）    X-Y平面纱线压实至120mm厚度；

（6）    使用绕纱器将聚丙烯纤维沿0°方向和90°方向缠绕在绕纱杆和导纱杆上，如图1所示；

（7）    在每根导纱杆的钩纱槽上悬挂3根6K碳纤维纱线；

（8）    导纱织造板下移，同时使导纱杆携带Z向纱线下移155mm；

（9）    将织物上下表面的聚丙烯纤维熔化，熔化的热熔粘合丝将Z向纱线和织物表面的X-Y平面纱线粘接在一起；

（10）  将Z向纱线从导纱杆的钩纱槽上取下，然后剪断织物上下表面多余的Z向纱线；

（11）  沿绕纱杆处剪断多余的X-Y平面纱线和聚丙烯纤维，将织物从织造板上取下，完成方形多向织物的织造。

Claims (12)

1.一种多向织物织造成形方法，其具体工艺包括如下步骤：

a)      根据多向织物中纱线的排布要求设计导纱杆阵列和绕纱杆阵列；

b)      将导纱织造板和绕纱织造板组装在一起，再将导纱杆布置在导纱织造板上，将绕纱杆布置在绕纱织造板上；

c)      使用绕纱器将热熔粘合丝缠绕在导纱杆阵列和绕纱杆阵列上，形成网状结构；

d)      X-Y平面纱线的缠绕：使用绕纱器将纱线经过导纱杆间隙按照要求角度逐行缠绕在平行排列的两根绕纱杆上，直至X-Y平面纱线缠绕至多向织物要求的层数；

e)      X-Y平面纱线缠绕至织物要求的层数后，重复步骤c，然后将Z向纱线挂在导纱杆阵列的钩纱槽上；

f)       将导纱织造板下移，直至由导纱杆阵列携带的Z向纱线贯穿织物的整个厚度；

g)      Z向纱线贯穿织物整个厚度后，将织物上下表面的热熔粘合丝熔化，熔化的热熔粘合丝将Z向纱线和织物表面的X-Y平面纱线粘接在一起；

h)      将Z向纱线从导纱杆阵列的钩纱槽上取下，然后剪断织物上下表面多余的Z向纱线；

i)  沿绕纱杆处剪断多余的X-Y平面纱线和热熔粘合丝，将多向织物从绕纱织造板上取下，完成多向织物的织造； 

由上述织造成形方法得到的多向织物由X-Y平面纱线、Z向纱线和热熔粘合丝组成，Z向纱线与X-Y平面纱线垂直且无交织，X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向，热熔粘合丝呈网状分布于多向织物的上下表面。

2.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述导纱杆表面光滑，横截面形状为圆形，长度根据多向织物厚度设计，顶端设有钩纱槽。

3.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述绕纱杆表面光滑，绕纱杆横截面为圆形，绕纱杆长度根据多向织物厚度设计。

4.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述导纱杆阵列的形状根据多向织物的外形确定，可以是矩形、圆形、三角形、环形、六边形、八边形。

5.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述绕纱杆根据多向织物中X-Y平面纱线的方向排布。

6.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述导纱杆根据多向织物中Z向纱线的位置排布。

7.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述导纱织造板和绕纱织造板是可以组装在一起，也可以分离。

8.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于通过设计不同高度的导纱杆阵列和绕纱杆阵列，得到不同的纱线层数，实现异形截面形状的多向织物织造。

9.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述X-Y平面纱线至少由2个方向的纱线构成。

10. 根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述X-Y平面纱线和Z向纱线为碳纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、高分子聚乙烯纤维中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述X-Y平面纱线和Z向纱线选择同一种类纤维，或者选择不同种类纤维。

12.根据权利要求1所述的一种多向织物织造成形方法，其特征在于所述热熔粘合丝的直径是X-Y平面纱线所用纱线直径的10%-15%。