CN104532451B - 一种2.5d非同步异向异型立体织物的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法，包括：2.5D非同步异向异型立体织物形状特征为：构件中间形状为管状，在管状两端延伸出几何形状，采用2.5D结构；设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向的中心线作为起始编织位置，设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向上一端为A端，另一端为B端，由起始编织位置开始向A端编织，即一次成型，A端完成编织后再由起始位置向B端编织，即二次成型；2.5D非同步异向异型立体织物B端开始编织时，须先采用补偿式衬纬工艺填补因反向二次成型造成起始位置处的三角形低密度区。本发明所得的2.5D非同步异向异型织物整体成型，具有均匀性好、纤维体积分数较高等特点。

Description

一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法

技术领域

本发明属于织物编织领域，具体涉及一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法。

背景技术

异型结构立体织物属于新材料技术领域，其具有形状复杂、尺寸多变等特点，其增强复合材料具有高强度、高模量、高损伤容限、断裂韧性好、耐冲击、不易分层和抗疲劳等一系列优点，已成为复合材料技术的研究热点。异型结构立体织物复合材料能够满足高性能复合材料减重的要求，可实现材料轻质小型化以及优异的力学性能。目前在国内对异型织物的需求日益增加，其应用领域越来越广泛。

但现有技术中存在构件型面复杂的异型结构立体织物用传统编织方法无法直接成型或成型后织物存在均匀性差、尺寸精度差、甚至无法使用等问题。

发明内容

为了解决现有技术中面复杂的异型结构立体织物用传统编织方法无法直接成型或成型后织物存在均匀性差、尺寸精度差、甚至无法使用等问题，本发明提供了一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法。

为解决上述技术问题，本实发明采用如下技术方案：

一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法，包括：

(1)2.5D非同步异向异型立体织物形状特征为：构件中间形状为管状，在管状两端延伸出几何形状，呈对称或非对称分布；

(2)2.5D非同步异向异型立体织物结构采用2.5D结构；

(3)2.5D非同步异向异型立体织物编织过程中以芯模为内芯，保证2.5D非同步异向异型立体织物的内型面尺寸；

(4)设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向的中心线作为起始编织位置，设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向上一端为A端，另一端为B端，由起始编织位置开始向A端编织，即一次成型，A端完成编织后再由起始位置向B端编织，即二次成型；

(5)2.5D非同步异向异型立体织物B端开始编织时，须先采用补偿式衬纬工艺填补因反向二次成型造成起始位置处的三角形低密度区：

立体织物厚度不同，须根据纬纱密度设计三角形低密度区的引纬层数和

纬数；三角形低密度区的引纬纬数M的计算方法分别见公式1和公式2：

$c=\frac{\mathrm{\δ}}{14}$ ………………………………………………(公式1)

M＝c×w…………………………………………(公式2)

上述c为三角形边长；M为边长c内的纬数，需四舍五入取整；δ为织物厚度，单位为mm；w为纬纱密度，单位为根/cm；

根据纬纱密度w，得出每纬的花节长度为1/w，当c<(1/w)时，三角形区域可以忽略，即不需要采用补偿式衬纬工艺进行填补；

当c≥(1/w)时，三角形区域需采用补偿式衬纬工艺进行填补，三角形低密度区的引纬层数N_n的计算方法分别见公式3至公式6：

$N_1-N_j\&times;\frac{1}{M}$ …………………………………………(公式3)

$N_2-N_j\&times;\frac{2}{M}$ …………………………………………(公式4)

$N_1-N_j\&times;\frac{1}{M}$ …………………………………………(公式5)

…

$N_n-N_j\&times;\frac{n}{M}$ …………………………………………(公式6)

N_n为三角形低密度区的引纬层数，需四舍五入取整；N_j为织物经纱层数；M为边长c内的纬数，需取整为最相邻的偶数；M≥n≥1，且n为1至M的整数；

(6)对公式3至公式6结果进行优化，优化结果为：

N₁＝N₂，取N₂值；N₃＝N₄，取N₄值；……N_n-1＝N_n，取N_n值。

上述步骤6的优化，使相邻两引纬层数相等，进一步方便了织物的织造。

上述制造方法可实现型面复杂、单向一次成型法无法编织的异型织物的整体成型。

本发明所得的2.5D非同步异向异型织物属于立体织物范畴，具有均匀性好、纤维体积分数较高、复合后经加工单元结构完整、纱线连续、工艺参数可控、可仿形性强等优点。其整体编织成型是本发明的技术关键。

上述(1)中的几何形状为翻边。

根据立体织物仿形设计要求确定结构为2.5D结构。

以芯模仿形编织，以保证织物的内型面尺寸和形状。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

与现有技术相比，本发明2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法：(1)可实现直线形，且直线两端延伸出其它形状的异型立体织物的整体成型；(2)立体织物整体纤维连续性优良；(3)立体织物成型过程中均匀性易于控制、尺寸精度高；(4)以本发明编织方法织造出的立体织物具有高强度、高模量、高损伤容限、耐冲击、抗分层和抗疲劳等综合性能，可广泛应用于立体织物领域中异型类织物的编织。

附图说明

图1是H形带翻边管状立体织物示意图(对称型)，图中，A为立体织物长度方向的中心线，即起始编织位置；B为一次成型方向；C为二次成型方向；D为圆柱；F为大翻边；E为小翻边。

图2是H形带翻边管状立体织物示意图(类对称型)，图中，G为圆柱，H为下斜翻边，I为上斜翻边，J为一次成型方向，K为二次成型方向，O为上斜翻边I的拐点,P为下斜翻边H的拐点。

图3是三角形低密度区图，图中，L为因反向二次成型造成起始位置处的三角形低密度区，a、b、c为三角形的三条边，θ为织口角度。

图4是2.5D结构运动示意图，图中，1～9为经纱层间间隔，①～⑨为经纱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：H形带翻边管状立体织物(对称型)

结合图1、图3和图4说明如下：设定织物圆柱、大翻边厚度为1.8mm，小翻边厚度为3.0mm，圆柱、大翻边经纱层数为8层，小翻边增加5层经纱，经向密度为10.0根/cm，纬向密度为2.0根/cm。

根据公式1、公式2计算得出：三角形边长c＝0.13mm，小于(1/w＝1/2)，三角形区域可以忽略，即不需要采用补偿式衬纬工艺进行填补。

设定立体织物长度方向的中心线为起始位置，如图1所示，起始位置以下部分为B段织物(沿B向)，起始位置以上部分为C段织物(沿C向)。具体工艺实施步骤如下：

1.织物采用2.5D浅交弯联结构。

2.编织过程中以芯模为内芯进行编织。

3.拴纱时，按工艺设计的要求量取经纱长度，悬挂于芯模上方的挂纱环，上半部分的经纱预留于C段织物的编织。

4.设备初始状态均为高列比低列高2个纱锭位置，因此经纱层间有(8+1)层间隔(如图4所示)，即可引入9层纬纱。

5.由起始编织位置向B方向开始编织B段织物(如图1所示)。

6.按照工艺设计要求中的纬向密度要求逐层引入纬纱，采用顺时针方向逐列依次引入纬纱。

7.设备初始状态下，任意设定某两列经纱之间为引纬起始位置，将纬纱由引纬起始位置引入第1个间隔(如图4所示)，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第9个间隔，即第9层纬纱；第1层纬纱至第9层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

8.完成步骤7后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

9.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第9个间隔(如图4所示)，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第8个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第7个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔(即第9层纬纱)；第1层纬纱至第9层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

10.完成步骤9后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

11.按2.5D浅交弯联的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤7至步骤10进行循环操作；每两纬为一个循环。

12.依上述方法编织，当编织长度达到圆柱1/2长度时，安装翻边底部模具后，按工艺要求增加5层经纱后，开始翻边E的编织。

13.设备初始状态下，任意设定某两列经纱之间为引纬起始位置，将纬纱由引纬起始位置引入第1个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第14个间隔，即第14层纬纱；第1层纬纱至第14层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

14.完成步骤13后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

15.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第14个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第13个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第12个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔(即第14层纬纱)；第1层纬纱至第14层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

16.完成步骤15后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

17.按2.5D浅交弯联的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤13至步骤16进行循环操作；每两纬为一个循环；按照工艺要求的数量进行加纱，每两纬进行一次加纱操作。

18.当翻边E宽度达到尺寸要求时，即完成了B段织物的编织，将织物整理下样。

19.完成B段织物编织后，拆除翻边底部模具；连同芯模取下织物，将织物垂直旋转180度，使C段垂直向下。

20.将C段预留的经纱与设备对应的位置进行连接，即二次拴纱。

21.完成步骤20后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

22.完成步骤21后，将纬纱由引纬起始位置引入第1个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第9个间隔，即第9层纬纱；第1层纬纱至第9层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

23.完成步骤22后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

24.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第9个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第8个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第7个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔(即第9层纬纱)；第1层纬纱至第9层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

25.完成步骤24后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

26.按2.5D浅交弯联的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤22至步骤25进行循环操作；每两纬为一个循环。

27.依上述方法编织，当编织长度达到圆柱1/2长度时，安装翻边底部模具后，开始翻边F的编织，依旧按步骤22至步骤25进行循环操作，每两纬为一个循环；按照工艺要求的数量进行加纱，每两纬进行一次加纱操作。

28.当翻边F宽度达到尺寸要求时，即完成了B段织物的编织，将织物整理下样。

29.完成上述步骤后，即完成了织物的编织。

实施例中假设经纱层数为8层，对于织物厚度较厚、经纱层数较多的织物，须根据纬纱密度，用公示1至公式6计算三角形低密度区的引纬层数和纬数。

实施例2：H形带翻边管状织物示意图(类对称型)

结合图2、图3和图4说明如下：设定织物厚度均为12mm，经纱层数为20层，经向密度为9.5根/cm，纬向密度为3.0根/cm，下斜翻边与圆柱夹角为88度。

根据公式1、公式2计算得出：三角形边长c＝0.86mm，大于(1/w＝1/3)，三角形区域需要采用补偿式衬纬工艺进行填补；根据公式3至公式6计算得出：M＝2.57取整后为3，N₁＝6.7取整为7、N₂＝13.3取整为13。因此三角形低密度区的引纬层数为13层、纬数为2纬。由于下斜翻边与圆柱夹角为88度，接近90度，忽略不计，编织方法同直翻边的编织方法。

设定织物长度方向的中心线为起始位置，如图1所示，起始位置以下部分为J段织物(沿J向)，起始位置以上部分为K段织物(沿K向)，具体工艺实施步骤如下：

1.织物采用2.5D浅交弯联结构。

2.编织过程中以芯模为内芯进行编织。

3.拴纱时，按工艺设计的要求量取经纱长度，悬挂于芯模上方的挂纱环，上半部分的经纱预留于K段织物的编织。

4.设备初始状态均为高列比低列高2个纱锭位置，因此经纱层间有(20+1)层间隔(参照图4所示)，即可引入21层纬纱。

5.由起始编织位置向J方向开始编织J段织物(如图1所示)。

6.按照工艺设计要求中的纬向密度要求逐层引入纬纱，采用顺时针方向逐列依次引入纬纱。

7.设备初始状态下，任意设定某两列经纱之间为引纬起始位置，将纬纱由引纬起始位置引入第1个间隔(参照图4所示)，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第21个间隔，即第21层纬纱；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

8.完成步骤7后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

9.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第21个间隔(参照图4所示)，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第20个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第19个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔(即第21层纬纱)；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

10.完成步骤9后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

11.按2.5D浅交弯联的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤7至步骤10进行循环操作；每两纬为一个循环。

12.依上述方法编织，当编织长度达到圆柱1/2长度时，安装翻边底部模具后，开始翻边H的编织，依旧按步骤6至步骤9进行循环操作，每两纬为一个循环；按照工艺要求的数量进行加纱，每两纬进行一次加纱操作。

13.当翻边H宽度达到尺寸要求时，即完成了J段织物的编织，将织物整理下样。

14.完成J段织物编织后，拆除翻边底部模具；连同芯模取下织物，将织物垂直旋转180度，使K段垂直向下。

15.将K段预留的经纱与设备对应的位置进行连接，即二次拴纱。

16.完成步骤15后，开始三角形低密度区的编织。

17.完成步骤16后，设备处于初始状态，将纬纱由引纬起始位置引入第9个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第10个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第11个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第21个间隔(即第13层纬纱)；第1层纬纱至第13层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

18.完成步骤17后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

19.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第21个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第20个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第19个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第9个间隔(即第13层纬纱)；第1层纬纱至第13层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

20.完成步骤19后，即完成了三角形低密度区的编织。

21.完成步骤20后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

22.完成步骤21后，将纬纱由引纬起始位置引入第1个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第21个间隔，即第21层纬纱；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

23.完成步骤22后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

24.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第21个间隔，即第1层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，将纬纱引入第20个间隔，即第2层纬纱；当纬纱引入一层回到起始位置时，再将纬纱引入第19个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔(即第21层纬纱)；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

25.完成步骤24后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后设备状态与初始状态相同，即高列此时比低列高2个纱锭位置。

26.按2.5D浅交弯联的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤21至步骤24进行循环操作；每两纬为一个循环。

27.依上述方法编织，当编织长度达到斜翻边拐点O时，每2纬在芯模斜边边缘分别使用一根定位针固定纬纱，纬纱在圆弧面围绕两根定位针之间来回引纬；参与来回引纬的经纱数量(列)＝斜面圆弧长度×经纱密度，取整且为偶数。

28.来回引纬具体方法如下：设备起始状态下，由定位针1作为起始位置，将纬纱由纬起始位置引入第1个间隔，即第1层纬纱；围绕定位针2后再反向将纬纱引入第2个间隔，即第2层纬纱；当纬纱回到定位针1时，围绕其再反向将纬纱引入第3个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第21个间隔，即第21层纬纱；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

29.完成步骤28后，将设备按2.5D浅交弯联的运动规律进行列向错位，错位后即初始状态下的高列此时比低列低2个纱锭位置，设定此状态为状态二。

30.设备状态二下，由定位针2将纬纱由纬起始位置引入第21个间隔，即第1层纬纱；围绕定位针1后再反向将纬纱引入第20个间隔，即第2层纬纱；当纬纱回到定位针2时，围绕其再反向将纬纱引入第19个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔，即第21层纬纱；第1层纬纱至第21层纬纱连续，即完成了当前一纬编织。

31.依上述方法编织，每完成一纬编织，下一纬参与编织的经纱数量比前一纬减少4列，即将前一纬参与编织经纱的边缘各2列留出不参与来回引纬编织。

32.当来回引纬到达斜面尖角时，连同芯模取下织物，将织物旋转至斜面与地面平行，安装翻边底部模具后，开始斜翻边I的编织，依旧按步骤21至步骤24进行循环操作，每两纬为一个循环；按照工艺要求的数量进行加纱，每两纬进行一次加纱操作。

33.当翻边I宽度达到尺寸要求时，即完成了I段织物的编织，将织物整理下样。

34.完成上述步骤后，即完成了立体织物的编织。

实施例中织物结构为2.5D浅交弯联，浅交直联结构上述制造技术同法可以实施。

Claims (3)

1.一种2.5D非同步异向异型立体织物的制造方法，包括:(1)2.5D非同步异向异型立体织物结构采用2.5D结构；(2)2.5D非同步异向异型立体织物编织过程中以芯模为内芯，保证2.5D非同步异向异型立体织物的内型面尺寸；其特征在于：还包括：

(3)2.5D非同步异向异型立体织物形状特征为：构件中间形状为管状，在管状两端延伸出几何形状，呈对称或非对称分布；

(4)设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向的中心线作为起始编织位置，设定2.5D非同步异向异型立体织物长度方向上一端为A端，另一端为B端，由起始编织位置开始向A端编织，即一次成型，A端完成编织后再由起始位置向B端编织，即二次成型；

(5)2.5D非同步异向异型立体织物B端开始编织时，须先采用补偿式衬纬工艺填补因反向二次成型造成起始位置处的三角形低密度区：

立体织物厚度不同，须根据纬纱密度设计三角形低密度区的引纬层数和纬数；三角形低密度区的引纬纬数M的计算方法分别见公式1和公式2：

………………………………………………(公式1)

M＝c×w…………………………………………(公式2)

上述c为三角形边长；M为边长c内的纬数，需四舍五入取整；δ为织物厚度，单位为mm；w为纬纱密度，单位为根/cm；

根据纬纱密度w，得出每纬的花节长度为1/w，当c<(1/w)时，三角形区域可以忽略，即不需要采用补偿式衬纬工艺进行填补；

当c≥(1/w)时，三角形区域需采用补偿式衬纬工艺进行填补，三角形低密度区的引纬层数N_n的计算方法分别见公式3至公式6：

…………………………………………(公式3)

…………………………………………(公式4)

…………………………………………(公式5)

…

…………………………………………(公式6)

N_n为三角形低密度区的引纬层数，需四舍五入取整；N_j为织物经纱层数；M为边长c内的纬数，需取整为最相邻的偶数；M≥n≥1，且n为1至M的整数；

(6)对公式3至公式6结果进行优化，优化结果为：

N₁＝N₂，取N₂值；N₃＝N₄，取N₄值；……N_n-1＝N_n，取N_n值。

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于：(3)中的几何形状为翻边。

3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：以芯模仿形编织，以保证织物的内型面尺寸和形状。