CN104005172A - 一种混杂三维编织预制件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混杂三维编织预制件的制备方法，包括：根据预制件横截面尺寸与纱线粗细选择各类纱线的数量，并确定每个锭子上的各类纱线的数量；根据预制件横截面形状，对锭子进行排列，挂纱时，在每个锭子上对不同纱线进行均匀混杂；根据四步法三维编织工艺进行编织，编织时每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，直至预制件长度到达所需长度。本发明避免了挂纱、编织前将不同纤维混杂制成混纺纱，操作简单，减少了工序，有利于降低生产成本，同时，本发明中每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，可以实现不同纱线在预制件横截面上的均匀、稳定分布。

Description

一种混杂三维编织预制件的制备方法
技术领域
本发明涉及三维编织预制件技术领域，特别是涉及一种混杂三维编织预制件的制备方法。
背景技术
在混杂三维编织预制件中含有两种或两种以上的纤维，其为多功能材料的制备提供了一个重要途径；同时，由于三维编织增强体的结构具有高度整体性，其抗冲击、耐疲劳、不封层。上述特点使得混杂三维编织预制件在航空航天、国防军工以及汽车等领域有着广泛应用，如直升机螺旋桨叶、卫星桁架接头、导弹防热罩以及新型轻质轿车车身等。
目前，制备混杂三维编织预制件的方法主要有：1、纱线内纤维混杂法，即将不同纤维混杂制成混纺纱，然后再利用混纺纱线进行三维编织的方法。本方法的主要缺点是：在挂纱、编织之前，需要先将不同纤维进行混杂以制得所需混纺纱，增加了工序，提高了生产成本，且纤维在纱线中混杂的均匀性难以控制与表征。2、锭子分组挂纱混杂法，即依设计将载纱锭子分成若干组，挂纱时，同一组锭子上挂相同纱线，不同组锭子之间所挂纱线种类亦不相同。本方法的缺点是：不同纱线在预制件横截面上难以做到均匀分布，不同纱线在预制件横截面上的混杂分布难以保持稳定，这些缺点是由四步法编织工艺所决定的，难以克服。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供一种混杂三维编织预制件的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种混杂三维编织预制件的制备方法，包括以下步骤：
(1)根据预制件横截面尺寸与纱线粗细选择各类纱线的数量，并确定每个锭子上的各类纱线的数量；
(2)根据预制件横截面形状，对锭子进行排列，挂纱时，在每个锭子上对不同纱线进行均匀混杂；
(3)根据四步法三维编织工艺进行编织，编织时每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，直至预制件长度到达所需长度。
当预制件横截面形状呈方形时，所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)每行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离；
(32)每列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离；
(33)每行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离，此时的运动方向与步骤(31)时的运动方向相反；
(34)每列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离，此时的运动方向与步骤(32)时的运动方向相反；
(35)重复步骤(31)-步骤(34)，直至预制件长度到达所需长度。
当预制件横截面形状呈圆形时，所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)每圆周行上的载纱锭子沿周向交替运动一个锭子距离；
(32)每径向列上的载纱锭子沿径向交替运动一个锭子距离；
(33)每圆周行上的载纱锭子沿周向交替运动一个锭子距离，此时的运动方向与步骤(31)时的运动方向相反；
(34)每径向列上的载纱锭子沿径向交替运动一个锭子距离，此时的运动方向与步骤(32)时的运动方向相反；
(35)重复步骤(31)-步骤(34)，直至预制件长度到达所需长度。
所述步骤(2)中挂纱时，每个锭子上挂四根纱线，所述四根纱线分为两种类型，以均匀间隔分布的方式排列。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明直接在锭子上将不同纱线进行混杂排列，避免了挂纱、编织前将不同纤维混杂制成混纺纱，操作简单，减少了工序，有利于降低生产成本；本发明中每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，可以实现不同纱线在预制件横截面上的均匀、稳定分布。本发明适用范围广，对单纱、股线等各种形式的编织纱均可适用，且不受预制件横截面形状的限制。
附图说明
图1是方型编织工艺下混杂编织时的锭子挂纱示意图；
图2是方型编织工艺下混杂编织时的编织示意图；
图3是圆型编织工艺下混杂编织时的锭子挂纱示意图；
图4是圆型编织工艺下混杂编织时的编织示意图；
图5是混杂矩形梁的立体形状示意图；
图6是混杂空心圆柱梁的立体形状示意图；
图7是混杂T形梁的立体形状示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种混杂三维编织预制件的制备方法，以四步法三维编织工艺为基础，控制纱线的排列与运动规律，使得不同纱线在预制件横截面内混杂均匀且分布稳定，挂纱时在每个锭子上对不同纱线进行均匀混杂，编织时每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变。具体步骤如下：
(1)根据预制件横截面尺寸与纱线粗细选择各类纱线的数量，并确定每个锭子上的各类纱线的数量；
(2)根据预制件横截面形状，对锭子进行排列，挂纱时，在每个锭子上对不同纱线进行均匀混杂；
(3)根据四步法三维编织工艺进行编织，编织时每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，直至预制件长度到达所需长度。
如图1和图2所示，为方型编织工艺下混杂编织时的锭子挂纱示意图与编织示意图，图中挂纱时，将锭子在编织机地盘上排列成方形，每个锭子3上挂四根纱线，其中第一种纱线挂1两根，第二种纱线2挂两根，并等分间隔排列；编织时，第1步每行锭子沿行方向交替移动一个锭子距离，第2步每列锭子沿列方向交替移动一个锭子距离，第3步、第4步锭子移动方向分别与第1步、第2步相反，经上述四步，完成一个机器循环。
如图3和图4所示，为圆型编织工艺下混杂编织时的锭子挂纱示意图与编织示意图，图中挂纱时，将锭子在编织机地盘上排列成圆形，每个锭子3上挂四根纱线，其中第一种纱线挂1两根，第二种纱线2挂两根，并等分间隔排列；编织时，第1步每圆周行锭子沿周向交替移动一个锭子距离，第2步每径向列锭子沿径向交替移动一个锭子距离，第3步、第4步锭子移动方向分别与第1步、第2步相反，经上述四步，完成一个机器循环。
下面以具体的混杂编织预制件为例，来进一步阐述本发明。
实施例1：
如图5所示，为一个混杂矩形梁的立体形状示意图，采用T700-12k碳纤维1与1200tex高强玻纤2编织该矩形梁的混杂预制件。第一步，根据预制件横截面尺寸与纱线粗细，计算各类纱线的数量，设计每个锭子上的各类纱线的数量与排列，选择336根碳纤维纱线、336根玻璃纤维纱线来用于编织，其中每个锭子上含有2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线；第二步，根据预制件横截面形状与尺寸，设计三维编织机底盘上载纱锭子的排列形式和行、列数，将各类纱线按第一步的设计结果悬挂于各载纱锭子上，将载纱锭子按12行、12列的形式排列于编织机底盘上，其中在每个载纱锭子上悬挂2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线，纱线以等分间隔的形式排列；第三步，根据四步法方型三维编织工艺进行编织，第1步使相邻行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离，第2步使相邻列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离，第3步、第4步中载纱锭子的运动方向分别与第1步、第2步相反，经过上述四步运动，完成一个编织循环，编织时每个锭子上的碳纤维纱线、玻璃纤维纱线的数量与排列保持不变；第四步，依据第三步所述的编织方法继续进行后续编织，直至预制件长度到达所需长度，得到宽度约为2cm，厚度约为2cm的矩形梁混杂预制件。
实施例2：
如图6所示，为一个混杂空心圆柱梁的立体形状示意图，采用T700-12k碳纤维1与1200tex高强玻纤2编织该空心圆柱梁的混杂预制件。第一步，根据预制件横截面尺寸与纱线粗细，计算各类纱线的数量，设计每个锭子上的各类纱线的数量与排列，选择432根碳纤维纱线、432根玻璃纤维纱线来用于编织，其中每个锭子上含有2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线；第二步，根据预制件横截面形状与尺寸，设计三维编织机底盘上载纱锭子的排列形式和行、列数，将各类纱线按第一步的设计结果悬挂于各载纱锭子上，将载纱锭子按2个圆周行、72个径向列的形式排列于编织机底盘上，其中在每个载纱锭子上悬挂2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线；第三步，根据四步法圆形三维编织工艺进行编织，第1步使相邻圆周行上的载纱锭子沿周向交替运动一个锭子的距离，第2步使相邻径向列上的载纱锭子沿径向交替运动一个锭子的距离，第3步、第4步中载纱锭子的运动方向分别与第1步、第2步相反，经过上述四步运动，完成一个编织循环，编织时每个锭子上的碳纤维纱线、玻璃纤维纱线的数量与排列保持不变；第四步，依据第三步所述的编织方法继续进行后续编织，直至预制件长度到达所需长度，得到外周长约为13.6cm，厚度约为5mm的空心圆柱梁混杂预制件。
实施例3：
如图7所示，为一个混杂T形梁的立体形状示意图，采用T700-12k碳纤维1与1200tex高强玻纤2编织该T形梁的混杂预制件。第一步，根据预制件横截面尺寸与纱线粗细，计算各类纱线的数量，设计每个锭子上的各类纱线的数量与排列，选择278根碳纤维纱线、278根玻璃纤维纱线来用于编织，其中每个锭子上含有2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线；第二步，根据预制件横截面形状与尺寸，设计三维编织机底盘上载纱锭子的排列形式和行、列数，将各类纱线按第一步的设计结果悬挂于各载纱锭子上，将载纱锭子在编织机底盘上排列成T形，其中翼板部分载纱锭子按2行、24列的形式排列，包含74个锭子，筋板部分载纱锭子按22行、2列的形式排列，包含65个锭子，其中在每个载纱锭子上悬挂2根碳纤维纱线、2根玻璃纤维纱线；第三步，根据方型三维编织工艺进行编织，首先编织翼板部分，第1步使翼板区域内相邻行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离，第2步使翼板区域内相邻列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离，第3步、第4步中载纱锭子的运动方向分别与第1步、第2步相反，然后编织筋板部分，第5步使筋板区域内相邻行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离，第6步使筋板区域内相邻列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离，第7步、第8步中载纱锭子的运动方向分别与第5步、第6步相反，经过上述八步运动，完成一个编织循环，编织时每个锭子上的碳纤维纱线、玻璃纤维纱线的数量与排列保持不变；第四步，依据第三步所述的编织方法继续进行后续编织，直至预制件长度到达所需长度，得到翼板宽度约为4cm、厚度约为5mm，筋板宽度约为5mm、厚度约为3.5cm的T形梁混杂预制件。

Claims (4)

1.一种混杂三维编织预制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据预制件横截面尺寸与纱线粗细选择各类纱线的数量，并确定每个锭子上的各类纱线的数量；
(2)根据预制件横截面形状，对锭子进行排列，挂纱时，在每个锭子上对不同纱线进行均匀混杂；
(3)根据四步法三维编织工艺进行编织，编织时每个锭子上的各类纱线的数量与排列保持不变，直至预制件长度到达所需长度。
2.根据权利要求1所述的混杂三维编织预制件的制备方法，其特征在于，当预制件横截面形状呈方形时，所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)每行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离；
(32)每列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离；
(33)每行上的载纱锭子沿行方向交替运动一个锭子的距离，此时的运动方向与步骤(31)时的运动方向相反；
(34)每列上的载纱锭子沿列方向交替运动一个锭子的距离，此时的运动方向与步骤(32)时的运动方向相反；
(35)重复步骤(31)-步骤(34)，直至预制件长度到达所需长度。
3.根据权利要求1所述的混杂三维编织预制件的制备方法，其特征在于，当预制件横截面形状呈圆形时，所述步骤(3)包括以下子步骤：
(31)每圆周行上的载纱锭子沿周向交替运动一个锭子距离；
(32)每径向列上的载纱锭子沿径向交替运动一个锭子距离；
(33)每圆周行上的载纱锭子沿周向交替运动一个锭子距离，此时的运动方向与步骤(31)时的运动方向相反；
(34)每径向列上的载纱锭子沿径向交替运动一个锭子距离，此时的运动方向与步骤(32)时的运动方向相反；
(35)重复步骤(31)-步骤(34)，直至预制件长度到达所需长度。
4.根据权利要求1所述的混杂三维编织预制件的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中挂纱时，每个锭子上挂四根纱线，所述四根纱线分为两种类型，以均匀间隔分布的方式排列。
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