CN106400271B - 一种三向斜交织物、其织造装置及其织造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三向斜交织物、其织造装置及其织造方法。三向斜交织物，包括X‑Y平面单元层和Z向纤维束或纤维棒，X‑Y平面单元层有两层以上，Z向纤维束或纤维棒将所有的X‑Y平面单元层连为一体结构，X‑Y平面单元层和Z向纤维束或纤维棒之间的夹角0°～90°可调，三向斜交织物中纤维体积总含量为30％～70％。本发明三向斜交织物可满足各种机械性能要求；织造方法简单，X‑Y平面与Z向纤维束或纤维棒的夹角可设计，并由Z向纤维束或纤维棒将X‑Y平面逐层约束成整体，突破了X‑Y平面与Z向纤维或纤维棒成90°夹角的局限，可实现在0°～90°范围内的变化，拓宽了多向立体织物的应用，可实现任意厚度织物的织造。

Description

一种三向斜交织物、其织造装置及其织造方法
技术领域
本发明涉及一种三向斜交织物、其织造装置及其织造方法，属于织物领域。
背景技术
斜交织物以细编穿刺工艺为基础，通过工艺改进来实现X-Y平面与Z向形成特定的夹角。该类织物可以用于以复合材料制成的承力构件等产品，根据不同产品性能的需求，可设计不同倾斜角度，从而满足产品的需求。然而现有三维编织斜交织物在机械性能方面尚存在不足，且现有工艺难以实现高厚度(≥5cm)织物的织造成型，生产周期相对较长，劳动强度较大。
发明内容
为了解决现有技术中三向斜交织物存在机械性能差、工艺周期长、劳动强度大、无法织造高厚度织物等缺陷，本发明提供一种三向斜交织物、其织造装置及其织造方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种三向斜交织物，包括X-Y平面单元层和Z向纤维束，X-Y平面单元层有两层以上，Z向纤维束将所有的X-Y平面单元层连为一体结构，X-Y平面单元层和Z向纤维束之间的夹角0°～90°可调，三向斜交织物中纤维体积总含量为30％～70％。
本申请中三向斜交指X-Y平面单元层和Z向纤维束(或纤维棒)之间的夹角0°～90°可调。本申请中X、Y、Z指X向、Y向、Z向。
上述三向斜交织物可满足各种机械性能的要求。
为了方便织造，并满足日常所需，X-Y平面单元层为机织布层、无纺布层或纤维束层，Z向纤维束用Z向纤维棒替代。也即本申请即可用Z向纤维束也可用Z向纤维棒。
机织布可以是平纹布、斜纹布、缎纹布、无纬布、多轴向经编布等。
用于织造上述三向斜交织物的织造装置，包括排针装置、等高度模板、楔形模板、钢针、模板位置控制装置、加压辅助装置、第一固定柱和第二固定柱；
排针装置置于第一固定柱和第二固定柱之间，排针装置的上表面与水平面之间的夹角为0°～90°，排针装置的上表面设有等深度的盲孔，钢针有等长度的两根以上，钢针一端置于盲孔内形成m行n列钢针矩阵；
等高度模板的纵截面为矩形长条状，楔形模板的纵截面为直角梯形状，楔形模板的斜边与其长度方向的夹角与排针装置的上表面与水平面之间的夹角相等；等高度模板和楔形模板均有两条以上、且均位于排针装置上方的钢针矩阵内，等高度模板和楔形模板活动连接在模板位置控制装置上，模板位置控制装置滑动安装在第一固定柱和第二固定柱上，模板位置控制装置带动等高度模板和楔形模板上下移动；
加压辅助装置位于等高度模板和楔形模板的上方，加压辅助装置有两个以上、且两两相对地转动连接在第一固定柱和第二固定柱上。
本申请将布层移动的方向，定义为从上到下的方向。上述模板的纵截面指模板使用状态时的竖直方向的切面。
排针装置的上表面与水平面之间的夹角与X-Y平面单元层和Z向纤维束或Z向纤维棒之间的夹角相等。每一套楔形模板和排针装置对应一个角度的三向斜交织物。
等高度模板和楔形模板位于排针装置上方的钢针矩阵内，指等高度模板和楔形模板插在钢针矩阵的行或列内。
两两相对地设置在第一固定柱和第二固定柱上指第一固定柱和第二固定柱上的加压辅助装置两两相对；加压辅助装置两两相对地设置在第一固定柱和第二固定柱上，并且能够360°旋转，这样能进一步保证所得织物的均匀性，同时提高加压效率。
为了方便模板的抽取和插入，优选，等高度模板和楔形模板长度方向上的两头均为圆弧结构。
为了进一步提高位置控制的稳定性，优选，模板位置控制装置有两个、且相对设置在第一固定柱和第二固定柱上；模板位置控制装置包括线性导轨和滑动连接在线性导轨上的卡槽，等高度模板和楔形模板活动连接在卡槽内，线性导轨安装在第一固定柱或第二固定柱上。
模板位置控制装置是为了控制织物在加压过程中模板位置的稳定而设计的，它保证了织物的质量及生产过程中测量的准确性。
加压辅助装置滑动连接在线性导轨上，并位于卡槽的上方。这样加压辅助装置可根据需要与模板(等高度模板和楔形模板)一起上下移动，方便加压，保证织物质量。
在加压时，加压辅助装置可旋转至模板上方，加压过后即可移出钢针矩阵外侧，避免影响操作。加压辅助装置设计的原则是保证加压过程便于操作，同时，确保每次加压位置、加压值的稳定。
利用上述织造装置织造三向斜交织物的方法，包括如下步骤：
A、将钢针置于排针装置上表面的盲孔内，形成m行n列钢针矩阵；
B、在钢针矩阵的顶端同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第一楔形模板层，同时在楔形模板层下方的同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第一等高度模板层，其中，第一楔形模板层中：楔形模板的斜边在上、直角边在下，楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，楔形模板与等高度模板相互垂直；
C、将一层X-Y平面单元层置于钢针矩阵顶部，并在X-Y平面单元层上表面排列楔形模板形成第二楔形模板层，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，第二楔形模板层中的楔形模板与第一楔形模板层中的楔形模板相互平行、且第二楔形模板层中的每一条楔形模板位于第一楔形模板层中每一条楔形模板的正上方；
D、第二楔形模板层在模板位置控制装置的带动下，将X-Y平面单元层刺入钢针矩阵中；
E、在第二楔形模板层正上方等高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第二等高度模板层，其中，第二楔形模板层中的楔形模板的与第二等高度模板层中等高度模板垂直；
F、第一楔形模板层、第二楔形模板层、第一等高度模板层和第二等高度模板层在模板位置控制装置的带动下持续下移直至排针装置上表面，然后依次将第一等高度模板层和第一楔形模板层抽出，在第二等高度模板层正上方同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第三楔形模板层，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，在第三楔形模板层正上方同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第三等高度模板层，第二楔形模板层、第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层和在模板位置控制装置的带动下将X-Y平面单元层赶至排针装置上表面，然后利用加压辅助装置对X-Y平面单元层一次加压；
G、将第二楔形模板层抽出，利用加压辅助装置对X-Y平面单元层二次加压；
F、抽出第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层；
G、重复步骤B到F直至所需厚度；
H、将钢针置换成Z向纤维束，即得三向斜交织物。
步骤B中在钢针矩阵的顶端布置一层成楔形模板层和等高度模板层后，楔形模板和等高度模板与排针装置一起能很好的控制钢针矩阵的稳定性。
上述钢针代表Z向。
本申请Z向纤维呈伸直状态，更有力于纤维力学性能的发挥。
上述织造方法可实现对任意厚度织物的织造。
作为本申请的另一种方案，上述步骤H为将钢针置换成Z向纤维棒，即得三向斜交织物。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明三向斜交织物可满足各种机械性能要求；织造方法简单，X-Y平面与Z向纤维束或纤维棒的夹角可设计，并由Z向纤维束或纤维棒将X-Y平面逐层约束成整体，突破了X-Y平面与Z向纤维或纤维棒成90°夹角的局限，可实现在0°～90°范围内的变化，拓宽了多向立体织物在复合材料领域的应用，可实现任意厚度织物的织造。
附图说明
图1为本发明实施例中所得三向斜交织物的结构示意图；
图2为本发明织造装置结构示意图；
图中，1为加压辅助装置、2为钢针矩阵、3为模板位置控制装置、4为等高度模板和楔形模板、5为排针装置、6为织物形成区、7为第一固定柱、8为第二固定柱。
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。
以细编穿刺技术为基础，设计X-Y平面单元层与Z向纤维束夹角为15°，X-Y平面单元层为机织碳布，Z向纤维束为T300-3K碳纤维，织物尺寸为100(长)×100(宽)×100(厚)(mm)，织物纤维总体积含量54％，Z向纤维束间距为1.8mm。
用于上述三向斜交织物的织造装置，包括排针装置、等高度模板、楔形模板、钢针、模板位置控制装置、加压辅助装置、第一固定柱和第二固定柱；
排针装置置于第一固定柱和第二固定柱之间，排针装置的上表面与水平面之间的夹角为15°，排针装置的上表面设有等深度的盲孔，钢针有等长度的两根以上，钢针一端置于盲孔内形成m行n列大小为100mm×100mm的钢针矩阵，钢针矩阵底部即形成一个15°的倾角；
等高度模板的纵截面为矩形长条状，楔形模板的纵截面为直角梯形状，楔形模板的斜边与其长度方向的夹角为15°；等高度模板和楔形模板均有两条以上、且均位于排针装置上方的钢针矩阵内，等高度模板和楔形模板活动连接在模板位置控制装置上，模板位置控制装置滑动安装在第一固定柱和第二固定柱上，模板位置控制装置带动等高度模板和楔形模板上下移动；
加压辅助装置位于等高度模板和楔形模板的上方，加压辅助装置有两个以上、且两两相对地转动连接在第一固定柱和第二固定柱上；
等高度模板和楔形模板长度方向上的两头均为圆弧结构；
模板位置控制装置有两个、且相对设置在第一固定柱和第二固定柱上；模板位置控制装置包括线性导轨和滑动连接在线性导轨上的卡槽，等高度模板和楔形模板活动连接在卡槽内，线性导轨安装在第一固定柱或第二固定柱上；加压辅助装置滑动连接在线性导轨上，并位于卡槽的上方。
利用上述织造装置织造三向斜交织物的方法，包括如下步骤：
A、将钢针置于排针装置上表面的盲孔内，形成m行n列钢针矩阵；
B、在钢针矩阵的顶端同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第一楔形模板层，同时在楔形模板层下方的同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第一等高度模板层，其中，第一楔形模板层中：楔形模板的斜边在上、直角边在下，楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，楔形模板与等高度模板相互垂直；
C、将一层X-Y平面单元层置于钢针矩阵顶部，并在X-Y平面单元层上表面排列楔形模板形成第二楔形模板层，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，第二楔形模板层中的楔形模板与第一楔形模板层中的楔形模板相互平行、且第二楔形模板层中的每一条楔形模板位于第一楔形模板层中每一条楔形模板的正上方；
D、第二楔形模板层在模板位置控制装置的带动下，将X-Y平面单元层刺入钢针矩阵中；
E、在第二楔形模板层正上方等高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第二等高度模板层，其中，第二楔形模板层中的楔形模板的与第二等高度模板层中等高度模板垂直；
F、第一楔形模板层、第二楔形模板层、第一等高度模板层和第二等高度模板层在模板位置控制装置的带动下持续下移直至排针装置上表面，然后依次将第一等高度模板层和第一楔形模板层抽出，在第二等高度模板层正上方同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第三楔形模板层，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，在第三楔形模板层正上方同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第三等高度模板层，第二楔形模板层、第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层和在模板位置控制装置的带动下将X-Y平面单元层赶至排针装置上表面，然后利用加压辅助装置对X-Y平面单元层一次加压；
G、将第二楔形模板层抽出，利用加压辅助装置对X-Y平面单元层二次加压；
F、抽出第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层；
G、重复步骤B到F直至所需厚度100mm，停止操作，下样；
H、将钢针置换成Z向纤维束，即得三向斜交织物。

Claims (7)

1.一种用于织造三向斜交织物的织造装置，其特征在于：三向斜交织物，包括X-Y平面单元层和Z向纤维，X-Y平面单元层有两层以上，Z向纤维将所有的X-Y平面单元层连为一体结构，X-Y平面单元层和Z向纤维之间的夹角0°～90°可调，三向斜交织物中纤维体积总含量为30％～70％，Z向纤维为Z向纤维束或Z向纤维棒；
用于织造三向斜交织物的织造装置包括排针装置、等高度模板、楔形模板、钢针、模板位置控制装置、加压辅助装置、第一固定柱和第二固定柱；
排针装置置于第一固定柱和第二固定柱之间，排针装置的上表面与水平面之间的夹角为0°～90°，排针装置的上表面设有等深度的盲孔，钢针有等长度的两根以上，钢针一端置于盲孔内形成m行n列钢针矩阵；
等高度模板的纵截面为矩形长条状，楔形模板的纵截面为直角梯形状，楔形模板的斜边与其长度方向的夹角与排针装置的上表面与水平面之间的夹角相等；等高度模板和楔形模板均有两条以上、且均位于排针装置上方的钢针矩阵内，等高度模板和楔形模板活动连接在模板位置控制装置上，模板位置控制装置滑动安装在第一固定柱和第二固定柱上，模板位置控制装置带动等高度模板和楔形模板上下移动；
加压辅助装置位于等高度模板和楔形模板的上方，加压辅助装置有两个以上、且两两相对地转动连接在第一固定柱和第二固定柱上。
2.如权利要求1所述的织造装置，其特征在于：X-Y平面单元层为机织布层、无纺布层或纤维束层，Z向纤维束用Z向纤维棒替代。
3.如权利要求1或2所述的织造装置，其特征在于：等高度模板和楔形模板长度方向上的两头均为圆弧结构。
4.如权利要求1或2所述的织造装置，其特征在于：模板位置控制装置有两个、且相对设置在第一固定柱和第二固定柱上；模板位置控制装置包括线性导轨和滑动连接在线性导轨上的卡槽，等高度模板和楔形模板活动连接在卡槽内，线性导轨安装在第一固定柱或第二固定柱上。
5.如权利要求4所述的织造装置，其特征在于：加压辅助装置滑动连接在线性导轨上，并位于卡槽的上方。
6.利用权利要求1-5任意一项所述的织造装置织造三向斜交织物的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、将钢针置于排针装置上表面的盲孔内，形成m行n列钢针矩阵；
B、在钢针矩阵的顶端同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第一楔形模板层，同时在楔形模板层下方的同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第一等高度模板层，其中，第一楔形模板层中：楔形模板的斜边在上、直角边在下，楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，楔形模板与等高度模板相互垂直；
C、将一层X-Y平面单元层置于钢针矩阵顶部，并在X-Y平面单元层上表面排列楔形模板形成第二楔形模板层，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第二楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，第二楔形模板层中的楔形模板与第一楔形模板层中的楔形模板相互平行、且第二楔形模板层中的每一条楔形模板位于第一楔形模板层中每一条楔形模板的正上方；
D、第二楔形模板层在模板位置控制装置的带动下，将X-Y平面单元层刺入钢针矩阵中；
E、在第二楔形模板层正上方等高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第二等高度模板层，其中，第二楔形模板层中的楔形模板的与第二等高度模板层中等高度模板垂直；
F、第一楔形模板层、第二楔形模板层、第一等高度模板层和第二等高度模板层在模板位置控制装置的带动下持续下移直至排针装置上表面，然后依次将第一等高度模板层和第一楔形模板层抽出，在第二等高度模板层正上方同一高度的每行钢针之间均插入一条楔形模板形成第三楔形模板层，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边在下、直角边在上，第三楔形模板层中的楔形模板的斜边与排针装置的上表面平行，在第三楔形模板层正上方同一高度的每列钢针之间均插入一条等高度模板形成第三等高度模板层，第二楔形模板层、第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层和在模板位置控制装置的带动下将X-Y平面单元层赶至排针装置上表面，然后利用加压辅助装置对X-Y平面单元层一次加压；
G、将第二楔形模板层抽出，利用加压辅助装置对X-Y平面单元层二次加压；
F、抽出第二等高度模板层、第三楔形模板层和第三等高度模板层；
G、重复步骤B到F直至所需厚度；
H、将钢针置换成Z向纤维束，即得三向斜交织物。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤H为将钢针置换成Z向纤维棒，即得三向斜交织物。
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