CN104790115A - 一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，编织顺序依次为：圆管→圆管与翻边连接处→翻边；圆管与翻边连接处采用递减式衬纬法，随着递减式衬纬操作的进行，参与编织的经纱数量随之逐渐减少。本发明圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，织物仿形精度高，可实现净尺寸成型；可实现圆管与翻边以一定角度连接时的整体成型；织物经向、纬向纤维均连续；可实现圆管与翻边各种连接角度的编织；织物均匀性易于控制；以本发明中所述编织方法织造出的立体织物具有纤维连续性强、可设计性强、均匀心好等优点，以其制作的复合材料具有高强度、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。

Description

一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法

技术领域

本发明涉及一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，属于立体织物中异型织物的编织领域。

背景技术

异型织物属于新材料技术领域。异型织物增强的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。目前对异型织物的需求日益增加，其应用领域越来越广泛。

由于异型织物整体成型的难度比较大，因此，目前，主要采用将各部件分别成型然后再拼接的方式来成型，这种方式虽然简单易操作，但机械性能非常有限；虽然也有少许整体成型的异型织物的相关报道，但适用形状非常有限，名称为《改变参与纱锭数量制备拐角预成型体的方法》的专利中所介绍的预成型体为三维四向或四向以上结构，所适应的形状特征为“圆形+圆形”、“方形+方形”或“圆形+方形”，并不适于“圆管+翻边”型织物的成型，而“圆管+翻边”型织物在航天或化工等领域的需求却越来越多，因此，急需开发一种具有良好机械性能的“圆管+翻边”型织物的整体成型方法。

发明内容

为了解决现有技术中异型织物整体成型难度大、目前尚无圆管加斜翻边层连结构织物的编织方法的问题，本发明提供一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，包括以下几点：

1)织物形状特征：织物由圆管和翻边两部分组成，圆管与翻边的连接处所在的面与圆管的长度方向不垂直，即圆管与翻边的连接处为不与圆管长度方向垂直的椭圆形；

2)圆管加斜翻边层连结构织物编织顺序依次为：圆管→圆管与翻边连接处→翻边；

3)圆管及圆管与翻边连接处的编织方向为竖直方向，圆管与翻边连接处编织完成后，

织物编织方向调整为所需的翻边方向，完成翻边的编织；

4)根据圆管与翻边连接处的高度h和纬纱密度w设定圆管与翻边连接处有n个分割面，量取每个分割面中的弧长，即第1个分割面中的弧长为L₁，第2个分割面中的弧长为L₂……依次类推，第n个分割面中的弧长为L_n，高度h的单位为mm，纬纱密度w的单位为根/cm，分割面数量n的计算方法如下：

……………………………………………………(公式1)

5)圆管与翻边连接处采用递减式衬纬法，随着递减式衬纬操作的进行，参与编织的经纱数量随之逐渐减少，经纱列数N_n的计算方法如下，其中，经纱列数N_n的单位为列：

……………………………………………………(公式2)

上述，Ln为弧长，单位为mm；J为经纱密度，单位为根/cm。

上述1)中，圆管与翻边的连接处的形状相当于是将圆管以不垂直于圆管长度方向切了一刀所形成的形状，因此为具有一定高度的椭圆形，椭圆形的高度(也即圆管与翻边连接处的高度h)指将圆管竖直放置，连接处椭圆上最高点与最低点之间的距离；当圆管竖直放置，分割面为从圆管与翻边的连接处某点横切(与竖直方向垂直)所形成的面，即圆管与翻边的连接处在同一水平面(与竖直方向垂直)上的两点与同一水面上圆管外径所形成的面，第一分割面为一圆，其余均为弧段与连接弧段两端点的直线所形成的面，分割面的弧长即为前述弧段的长度，圆管与翻边连接处的n个分割面为横向且相互平行。

上述在圆管与翻边连接处的编织是伴随着经纱数量和纬纱长度的同时衰减进行操作的，经纱数量的衰减可根据上述公式计算得到，而纬纱长度的衰减则可根据芯模尺寸来定。

上述制备方法实现了圆管与翻边带角度连接，以层连结构成型的整体制备方法，具有仿形性精度高、纤维连续性好、织物均匀性高等优点，且以该织物制作的复合材料的力学性能显著提高。

为了进一步保证所得产品的连续性、均匀性和机械性能，递减式衬纬法采用了“S”式往复引纬方式。

优选，圆管加斜翻边层连结构织物的织物结构采用层联结构。立体织物中层联结构织物具备特殊的结构，用其增强的复合材料具有高强度、高模量、高损伤容限、耐冲击、抗分层和抗疲劳等综合性能，显著提升了武器的性能；且层联结构织物具有均匀性好、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。

为了能进一步保证织物的内型面尺寸，圆管加斜翻边层连结构织物的编织过程中以芯模为内芯。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，织物仿形精度高，可实现净尺寸成型；可实现圆管与翻边以一定角度连接时的整体成型；织物经向、纬向纤维均连续；可实现圆管与翻边各种连接角度的编织；织物均匀性易于控制；以本发明中所述编织方法织造出的立体织物具有纤维连续性强、可设计性强、均匀心好等优点，以其制作的复合材料具有高强度、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为实施例1中层联结构示意图。

图2为实施例1中层联结构设备运动规律图，(a)为初始位置，(b)为设备状态二。

图3为实施例1圆管加斜翻边织物示意图。

图4为实施例1中圆管与翻边连接处分割面分布示意图(侧视图)。

图5至图14为实施例1中各分割面的圆弧长度(顺序依次为从第一个分割面到第十个分割面)。

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

圆管加斜翻边层连结构织物的形状特征为圆管与翻边连接，织物外径Φ60mm，厚度(2.5～3.0)mm，连接区高度40mm。工艺参数设计如下：织物采用层联结构；经纱密度(10.0±0.5)根/cm，纬纱密度(2.5±0.2)根/cm；经纱层数7层、纬纱层数8层。根据织物连接处的高度尺寸、经纱密度、纬纱密度和织物图纸，并通过公式(1)计算得到分割面的数量为10，即圆管与翻边连接处需编织10纬，通过公式(2)计算得到经纱列数与所对应的分割面如表1所示。

表1圆管与翻边连接处参与编织经纱数量列表

上述圆管加斜翻边层连结构织物的具体编制方法包括如下步骤：

1.织物采用层联结构；

2.编织过程中以芯模为内芯进行编织；

3.设备初始状态均为高列比低列高2个纱锭位置；

4.由圆柱起始编织位置向翻边端开始编织；

5.按照工艺设计要求中的纬纱密度要求逐层引入纬纱，采用逆时针方向逐列依次引入纬纱；

6.设备处于初始状态下，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2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8个间隔，即第8层纬纱；第1层纬纱至第8层纬纱连续，即完成了当前一纬编织；

7.完成步骤6后，将设备按层联结构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；

8.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第8个间隔(如图2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7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6个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔，即第8层纬纱)；第1层纬纱至第8层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织；

9.完成步骤8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；

10.按层联结构的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤6至步骤9进行循环操作；每两纬为一个循环；

11.依上述方法编织，当编织到图和图5中所示的点1时，开始编织圆管与翻边连接处；

12.此时设备处于初始状态下，按表1中第1纬参与编织的经纱数量，将188列经纱进行编织，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8个间隔，即第8层纬纱；第1层纬纱至第8层纬纱连续，即完成了当前一纬编织；

13.完成步骤12后，将设备按层联结构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(实施例中将高列此时比低列低2个纱锭位置设定为状态二)；

14.设备状态二下，按表1中第2纬参与编织的经纱数量，将158列经纱进行编织，缺口面30列经纱不参与编织，将纬纱由引纬起始位置引入第8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7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6个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔，即第8层纬纱；第1层纬纱至第1层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织；

15.完成步骤14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；

16.按层联结构的运动规律完成设备列向的错位后，按步骤12至步骤16和表1进行循环操作；每两纬为一个循环；

17.当完成表1第10纬编织后，即完成了圆管与翻边连接处的编织；

18.安装翻边底部模具后，按工艺要求增加5层经纱后，开始翻边的编织；

19.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8个间隔，即第8层纬纱；第1层纬纱至第8层纬纱连续，即完成了当前一纬编织；

20.完成步骤19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；

21.设备状态二下，将纬纱由引纬起始位置引入第8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7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6个间隔，即第3层纬纱；依次引入纬纱至第1个间隔，即第8层纬纱；第1层纬纱至第8层纬纱连续，即又完成了当前一纬编织。

22.完成步骤21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；

23.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；按照工艺要求的数量进行加纱，每两纬进行一次加纱操作；

24.当翻边宽度达到尺寸要求时，即完成了织物的编织，将织物整理下样。

上述所得织物采用树脂传递模塑工艺方法(RTM)进行复合成型，并按照国家标准GB/T1447-2005进行力学性能测试，结果如表2所示：

表2力学性能数据对照表

Claims (4)

1.一种圆管加斜翻边层连结构织物的制备方法，其特征在于：包括以下几点：

1)织物形状特征：织物由圆管和翻边两部分组成，圆管与翻边的连接处所在的面与圆管的长度方向不垂直，即圆管与翻边的连接处为不与圆管长度方向垂直的椭圆形；

2)圆管加斜翻边层连结构织物编织顺序依次为：圆管→圆管与翻边连接处→翻边；

3)圆管及圆管与翻边连接处的编织方向为竖直方向，圆管与翻边连接处编织完成后，织物编织方向调整为所需的翻边方向，完成翻边的编织；

4)根据圆管与翻边连接处的高度h和纬纱密度w设定圆管与翻边连接处有n个分割面，量取每个分割面中的弧长，即第1个分割面中的弧长为L₁，第2个分割面中的弧长为L₂……依次类推，第n个分割面中的弧长为L_n，高度h的单位为mm，纬纱密度w的单位为根/cm，分割面数量n的计算方法如下：

$n=\frac{\mathrm{hw}}{10}$ ……………………………………………………(公式1)

5)圆管与翻边连接处采用递减式衬纬法，随着递减式衬纬操作的进行，参与编织的经纱数量随之逐渐减少，经纱列数N_n的计算方法如下，其中，经纱列数N_n的单位为列：

$N_n=\frac{L_n\×1}{10}$ ……………………………………………………(公式2)

上述，Ln为弧长，单位为mm；J为经纱密度，单位为根/cm。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：递减式衬纬法采用了“S”式往复引纬方式。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：圆管加斜翻边层连结构织物的织物结构采用层联结构。

4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：圆管加斜翻边层连结构织物的编织过程中以芯模为内芯。