CN105088510B - 一种多轴向混编编织物的生产方法 - Google Patents
一种多轴向混编编织物的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多轴向混编编织物的生产方法，步骤一：第一层0°经纱制备；步骤二：第二层0°经纱～第N层0°经纱制备；N为自然数，≥2；步骤三：第N+1～N+N层纬纱制备；且任意一层纬纱与经编机的工作台之间的角度为‑90°～+90°，所述相同角度的纬纱为一层或者多层相同或者不同材质的纬纱；步骤四：捆绑线制备；步骤五：将步骤一至步骤四制备的材料进行铺放、混编得到多轴向混编编织物；步骤六：切割、收卷。本发明的方法能确保混编织物各区域内纤维的均匀分布和厚度的一致性，实现复合材料性能和成本的可设计性，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种多轴向混编编织物的生产方法。
背景技术
风能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生资源，备受世界各国的关注。风电的价格和风机功率成反比，风机功率越大，单位发电成本越低。风机的输出功率P和风轮直径D的平方成正比，即P＝0.3×D2。增加风轮直径，风机输出功率将按指数函数增加。随着现代风电技术的发展及日趋成熟，风力发电机组研究沿着增大单机容量、减轻单位千瓦质量、提高转换效率的方向发展。为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架(塔架净空标准)，叶片必须具有足够的刚度。既要减轻叶片的质量，又要满足强度与刚度要求，有效的办法是采用碳纤维增强。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优异性能，其比强度是GFRP的2倍，比模量是GFRP的3倍。单CFRP在刚度较高的同时，必然存在韧性相对较低的缺陷。且碳纤维价格比玻纤昂贵，采用100％碳纤维织造叶片成本过高，目前国内外主要是碳纤和玻纤混合使用。
混杂纤维复合材料能够有效的弥补单一纤维增强复合材料所存在的缺点，是复合材料将来的发展趋势之一。玻纤与碳纤体积比为2的混杂纤维复合材料(HFRP)的断裂应变比CFRP高30％～50％；玻璃纤维复合材料的模量一般较低，但如引入50％的碳纤维作为表层，复合成夹芯形式，其模量可达到碳纤维复合材料的90％；玻璃纤维复合材料疲劳寿命为非线性递减，如引入50％的碳纤维，其疲劳寿命将转变为线性递减，其循环应力也有较大的提高。
因此，将碳纤维和玻璃纤维混杂使用，特别是在坯布编织的时候均匀使用，协调匹配，令各自发挥其性能优势，相互取长补短，不仅可以提高综合性能，还能减轻重量、降低成本、提高经济效益。
现有普通的多轴向混编经编织物均为单层面内混铺，在高性能纤维复合材料行业中，纤维和树脂的均匀分布是影响复合材料性能的关键因素之一，由于经编织物经密、原料规格的限制和不同材料不同密度的特性，若要得到单层混编经编织物面内不同纤维材料的同等厚度，则混编经编织物的可设计性将受到很大的限制，因此产品将很难低成本工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种能确保混编织物各区域内纤维的均匀分布和厚度的一致性，实现复合材料性能和成本的可设计性，降低生产成本的多轴向混编编织物的生产方法。
实现本发明目的的一种多轴向混编编织物的生产方法包括以下步骤：
步骤一：第一层0°经纱制备；
步骤二：第二层0°经纱～第N层0°经纱制备；N为自然数，≥2；
步骤三：第N+1～N+N层纬纱制备；且任意一层纬纱与经编机的工作台之间的角度为-90°～+90°，所述相同角度的纬纱为一层或者多层相同或者不同材质的纬纱；
步骤四：捆绑线制备；
步骤五：将步骤一至步骤四制备的材料进行铺放、混编得到多轴向混编编织物；
步骤六：切割、收卷。
所述第一层0°经纱、第二层0°经纱～第N层0°经纱、第N+1～N+N层纬纱选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或尼龙纤维；所述经纱和纬纱材质相同或者不同，所述各层0°经纱的材质相同或者不同；所述各层纬纱的材质相同或者不同。
所述步骤一中和步骤二及步骤三中，第一层0°经纱、第二层0°经纱～第N层0°经纱、第N+1～N+N层纬纱的制备方法为：根据单层纤维面的密度设计要求，结合所选纤维的规格，计算出所需的纤维头份；当0°经纱或者纬纱采用某些纤维(如碳纤维)时，在展纤预定型设备上进行单向预定型纤维带的制备。
所述步骤一中和步骤二，将制备好的某些纤维(如碳纤)单向预定型纤维带收卷在两边有档盘的经轴上，将装好单向预定型纤维带的经轴放置在经轴架上退绕；将某些纤维(如玻纤)在放置在经纱架上通过各道瓷眼穿过送经罗拉进入编织区；所述步骤三中，将制备好的某些纤维(如碳纤)单向预定型纤维带收卷在两边有档盘的轴上，放置在纬纱架上退绕；将某些纤维(如玻纤)在放置在纬纱架上通过铺纬小车铺设。
所述步骤一中和步骤二及步骤三中，退绕时采用机械式拉簧摩擦带控制或电子式恒力矩控制张力。
所述步骤二，第二层0°经纱～第N层0°经纱的制备方法为：非同类纤维放置在经纱纱架上，按产品性能要求进行外圈退绕或内圈退绕；根据0°纤维面密度设计要求，结合纤维的规格，计算出所需的纤维头份，将纤维从送经罗拉上包覆，通过送经罗拉辊的转速进行张力控制；所述步骤三中，第N+1～N+N层纬纱制备方法为：非同类纤维分别放置在纬纱纱架上，按纤维进行性能要求进行外圈退绕或内圈退绕，根据不同角度纬纱纤维面密度的设计要求，结合纤维规格，计算出所需纤维头份，将纤维穿过纬纱瓷眼到纬纱张力片进行张力控制。
所述步骤四中，捆绑线的制备方法为，将捆绑线纤维放置在纱架上通过整经机进行盘头经轴的制备，或者通过纱线张力器对单根纱架上的捆绑线进行张力控制。
所述步骤五中，将步骤一到步骤四制备的材料进行铺放，用机械式或电子式方式控制铺放张力，在双轴向经编机或者多轴向经编机或缝编机上混合编织。
采用了上述技术方案后，本发明带来了以下的有益效果：(1)本发明打破了传统的单层面内铺设的方式，对0°经线采用两层或两层以上相同或者不同的纤维进行单向铺设，对纬纱也采用两层或者两层以上相同或者不同的纤维进行各个角度的单向铺设，每个角度可以是一层或者两层或者多层，最后再进行混编而成，因此可以实现两种或两种以上的不同材料的铺设，确保混编织物各区域内纤维的均匀分布和厚度的一致性，不同0°经纱纤维层或者纬纱纤维层的克重可在30-3000克/m2范围内任意调整，从而实现了复合材料性能和成本的可设计性，前期准备好各层纤维，最后一次性编织，可以省去至少一次的编织成本；而且分层张力可以单独控制，织物性能大大提高。
(2)本发明的经向纤维层数和纬纱纤维层数可以任意设定，材质也可以根据需要进行选择，因此可以根据编织布的使用场合的要求来确定纤维的材质和纤维的层数和克重。
(3)本发明的经纱、纬纱的制备方法、张力的控制方法都有多种，可以根据实际情况选择。
具体实施方式
(实施例1)
本实施例的一种多轴向混编编织物的生产方法，包括以下步骤：
步骤一：第一层0°经纱制备；第一层为150g/m2、600tex、600头玻璃纤维；
步骤二：第二层0°经纱制备；第二层：12k、800tex、32头碳纤维，由于碳纤维的断裂伸长率低，因此需要用专用展纤设备将圆形的碳纤维变成一个薄薄的平面，即需要先展纤；将制备好的单向预定型纤维带收卷在两边有档盘的经轴上，将装好单向预定型纤维带的经轴放置在经轴架上退绕；退绕时采用机械式拉簧摩擦带控制或电子式恒力矩控制张力；
步骤三：第三～第六层纬纱制备；第三层：﹢45°，300g/m2、300tex、90头玻璃纤维；第四层：﹢45°，12k、800tex、10头碳纤维(需要先展纤、如步骤二所示制备单向预定型纤维带)；第五层：﹣45°，12k、800tex、10头碳纤维(需要先展纤)；第六层：﹣45°，300tex、90头玻璃纤维；非同类纤维分别放置在纬纱纱架上，按纤维进行性能要求进行外圈退绕或内圈退绕，将纤维穿过纬纱瓷眼到纬纱张力片进行张力控制；
步骤四：捆绑线制备；将捆绑线纤维放置在纱架上通过整经机进行盘头经轴的制备，或者通过纱线张力器对单根纱架上的捆绑线进行张力控制；
步骤五：将步骤一至步骤四制备的材料进行铺放，用机械式或电子式方式控制铺放张力，在双轴向经编机或者多轴向经编机或缝编机上混合编织；
步骤六：切割、收卷。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多轴向混编编织物的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：第一层0°经纱制备；第一层为150g/㎡、600tex、600头玻璃纤维；
步骤二：第二层0°经纱制备；第二层为12k、800tex、32头碳纤维；
步骤三：第三～六层纬纱制备；第三层：﹢45°，300g/㎡、300tex、90头玻璃纤维；第四层：﹢45°，12k、800tex、10头碳纤维，先展纤且制备成单向预定型纤维带；第五层：﹣45°，12k、800tex、10头碳纤维，先展纤；第六层：﹣45°，300tex、90头玻璃纤维；
步骤四：捆绑线制备；
步骤五：将步骤一至步骤四制备的材料进行铺放、混编得到多轴向混编编织物；
步骤六：切割、收卷；
所述步骤一中和步骤二及步骤三中，第一层0°经纱、第二层0°经纱、第三～六层纬纱的制备方法为：根据单层纤维面的密度设计要求，结合所选纤维的规格，计算出所需的纤维头份；当0°经纱或者纬纱采用碳纤维时，在展纤预定型设备上进行单向预定型纤维带的制备；
所述步骤三中，第三～六层纬纱制备方法为：非同类纤维分别放置在纬纱纱架上，按纤维进行性能要求进行外圈退绕或内圈退绕，根据不同角度纬纱纤维面密度的设计要求，结合纤维规格，计算出所需纤维头份，将纤维穿过纬纱瓷眼到纬纱张力片进行张力控制；
所述步骤一中和步骤二，将制备好的单向预定型纤维带收卷在两边有档盘的经轴上，将装好单向预定型纤维带的经轴放置在经轴架上退绕；
所述步骤一中，退绕时采用机械式拉簧摩擦带控制或电子式恒力矩控制张力。
2.根据权利要求1所述的一种多轴向混编编织物的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，将制备好的单向预定型纤维带收卷在两边有档盘的轴上，放置在纬纱架上退绕。
3.根据权利要求2所述的一种多轴向混编编织物的生产方法，其特征在于：所述步骤二及步骤三中，退绕时采用机械式拉簧摩擦带控制或电子式恒力矩控制张力。
4.根据权利要求1所述的一种多轴向混编编织物的生产方法，其特征在于：所述步骤四中，捆绑线的制备方法为，将捆绑线纤维放置在纱架上通过整经机进行盘头经轴的制备，通过纱线张力器对单根纱架上的捆绑线进行张力控制。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种多轴向混编编织物的生产方法，其特征在于：所述步骤五中，将步骤一到步骤四制备的材料进行铺放，用机械式或电子式方式控制铺放张力，在双轴向经编机或者多轴向经编机或缝编机上混合编织。
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