CN109306566A - 一种封闭盒体的织造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封闭盒体的织造方法，其特征在于该预制体为封闭的长方盒体结构，织造方法主要分为封闭盒顶部的织造（搭顶）、封闭盒侧面（前面、后面、左面和右面）的织造、封闭盒底面的织造（封底）三个部分。该预制体的设计织造方法比较灵活，可用于织造不同组织结构和尺寸规格的封闭盒；另外该预制体中经纱和纬纱在不同面上发生转换，侧面为连续引纬，整体没有暴露的断口或纱线，解决了纤维增强预制体封闭的难题，也避免了因断口明显造成的力学性能的折损，有利于提高预制体的整体性能，同时该方法具有操作简单和制造稳定等优点，可以满足高性能低成本复合材料的制造需求。

Description

一种封闭盒体的织造方法

技术领域

本发明涉及高性能纤维异形预制件的制备技术，具体是一种高性能纤维封闭盒体预制件的织造方法。该预制体增强的复合材料用于相变材料、燃料等特殊材料的封装，具有轻质高强、耐高温、耐腐蚀等优良特性。

背景技术

复合材料是继天然材料、加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料，它既可以保留原材料的优点，又能发挥组合后的新特征，还可以根据需求进行设计，从而最合理地达到使用要求的性能。目前，纤维增强复合材料因具有高比强度、高比模量、良好的抗疲劳性、抗腐蚀性、可设计性等一系列优异的性能而广泛应用于航空航天、汽车等领域。除了机身蒙皮壁板、机翼等大型壳体和加强筋等结构外，小型电池的箱体、飞机燃料箱体、相变材料的封装都逐渐用到复合材料。在选择封装材料时，需要考虑许多因素，如最大和最小工作温度，工作环境的腐蚀性，不同材料间的电偶腐蚀，压强、疲劳和冲击载荷等。

复合材料中的纤维增强体，特别是异形结构的纤维增强体，大多是在沿着纤维长度的方向形成异形结构，而纤维的两端通常为自由状态。这是因为在织造过程中，首先需要挂纱，而挂纱就会出现一个整齐的的纤维端，其次在织造完成之后，纱尾一般齐根剪断，又形成一个整齐的纤维端，所以在复合完成后就会出现首尾两个纤维断口。即使是封顶锥形预制件，也仅解决了顶部纤维的连续性问题。

复合材料的增强体结构包括铺层结构、非织造结构、编织结构和机织结构。铺层结构层间性能差，抗剪切能力弱，易分层和产生裂纹；针刺技术依靠刺针上的倒向钩刺引入 Z向纤维，增大了层与层之间纤维的缠结和约束，形成面内和层间均有一定强度的三维网状结构增强体，克服了二维叠层材料层间缺乏连接的缺点，但其纤维之间的结合力较弱，且难以精确控制纤维的取向，增强体的力学性能难以预测；编织结构由于其纱线路径的特殊性，难以形成封闭的断口。所以，本发明提出了一种封闭盒体的织造方法，即根据所需的封闭盒的规格，采用单层机织叠层或多层（2.5D）机织的方法，设计封闭位置的纱线交织路径，消除了明显的断口，提高了复合材料的纤维体积分数以及纤维的连续性，改善了外观的同时提高了复合材料整体力学性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的是，提供一种封闭盒体的织造方法。该方法通过在不同的面内转换经纱和纬纱的角色，实现顶面到侧面的连续，以及侧面到底面的连续。这种连续既包括纤维的连续也包括组织结构的连续。该方法显著提高了复合材料的纤维体积分数以及纤维的连续性，消除了明显的断口，从而提高了复合材料整体力学性能和其他多种性能需求。

本发明解决所述问题的技术方案是，提供一种封闭盒体的织造方法，其特征在于该织造方法包括如下步骤：

（1）织前准备：安装固定芯模;

（2）纱线排列及挂纱：采用单层机织叠层或多层（2.5D）机织的方法，根据封闭盒的尺寸及性能要求，选择适当类型、适当规格的纱线，确定织物的组织结构，进而设计纱线的层数、列数以及纱线的长度等参数。根据设计参数挂纱，纱线系统主要包括经纱（经纱、衬经纱、接结经纱）、纬纱（纬纱、衬纬纱）两部分;

（3）织造封闭盒的顶部（搭顶）：按照设计的结构以及封闭盒顶面的规格引入纬纱，织造封闭盒的顶部;

（4）织造封闭盒的侧面：封闭盒顶面的经纱和纬纱向下弯曲，分别转化为封闭盒前后、左右四个侧面的经纱，侧面的纬纱采用连续引纬，实现封闭盒顶面到侧面的连续;

（5）织造封闭盒的底面（封底）：封闭盒左右侧面的经纱转换为底面的纬纱，封闭盒前后侧面的经纱作为底面的经纱，按照排布规律和结构要求，间隔筛选完成织造;

与现有技术相比，本发明有益效果在于：该封闭盒体是整体织造而成，无明显的断口，提高了复合材料整体力学性能，也改善了外观质量；该封闭盒体预制体可灵活设计制件的尺寸，以满足不同的制备要求；该封闭盒体预制体可调整制件的组织结构，满足不同规格、不同层间性能和面内性能等要求；该方法具有操作简单和制造稳定等优点，可以满足高性能低成本复合材料的制造需求。

附图说明

图1为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例的芯模结构示意图；

图2为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例的织造顶面的结构示意图；

图3为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例的侧面经纱结构示意图；

图4为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例的织造侧面的结构示意图；

图5为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例的底面封闭结构示意图；

图6为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例封闭盒示意图。

图7为本发明所述封闭盒体织造方法一种实施例封闭盒示意图。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供一种封闭盒体的编织方法（参见图1-6），其特征在于包括以下步骤：

（1）在正式编织前，先安装固定芯模（如图1），面1、2和3分别为芯模的顶面、右面和前面，底面、左面和后面分别与顶面、右面和前面相对;

（2）根据芯模的尺寸、所需封闭盒的规格及性能要求，采用单层、多层（2.5D）机织的方法，选择适当类型、适当规格的纱线，确定织物的组织结构，进而设计纱线的层数、列数以及纱线的长度等参数。根据设计参数挂纱，纱线系统主要包括经纱（经纱、衬经纱、接结经纱）、纬纱（纬纱、衬纬纱）两部分;

（3）预制体的织造由上而下依次进行：首先编织封闭盒体的顶部（如图2），又称为搭顶。按照设计的结构以及封闭盒顶面的规格，在顶面1上挂好经纱（6和7为不同交织规律的经纱），引入纬纱（4和5为不同交织规律的纬纱），编织封闭盒的顶部。注意要按照封闭盒的规格预留一定长度的经纬纱，均匀分布在顶面1的两端；

（4）其次是编织封闭盒侧面（包括前后左右四个面），具体是将封闭盒顶面的经纱和纬纱向下弯曲（如图3），分别转化为封闭盒前后面（6和7是前后面上两种不同交织规律的经纱）、左右面（4和5是左右面上两种不同交织规律的经纱）四个侧面的经纱，侧面的纬纱采用连续引纬（如图4,其中8和9是连续两根纬纱，10是未织造区），实现封闭盒顶面到侧面的连续；

（5）最后是编织封闭盒底面（如图5），又称封底，具体是将封闭盒左右侧面的经纱（4和5）转换为底面的纬纱，封闭盒前后侧面的经纱（6和7）作为底面的经纱，按照排布规律和结构要求，间隔筛选完成织造。在封底完成后，纱线在对侧有两纬的延伸（如图5）。11是纱线由后面经纱转换成底面经纱再转换成前面经纱，并在前面延伸两纬的示意图，与该纱线相邻的是由前面到底面再到后面延伸两纬的纱线示意图。12是纱线由左面经纱转换成地面纬纱在转换成右面经纱，并在右面延伸两纬的示意图，与该纱线相邻的是由右面到底面再到左面延伸两纬的纱线示意图。延伸的目的是提高封闭盒的力学性能。将纱线11和12齐根剪断（如图6）得到纱线13和14。

所述封闭盒体的侧面到底面的组织结构和纤维是连续的;

所述封闭盒体的侧面经纱根数为奇数，实现侧面的连续引纬;

所述封闭盒体的左右侧面的经纱到底面转换为纬纱，前后侧面的经纱在底面按照层次间隔筛选;

所述封闭盒体的底面的组织结构按照结构设计要求将经纱和纬纱引入，前面、后面和左面、右面的纱线分别交替织造;

所述封闭盒体的底面的经纬纱交织完毕后，在侧面有适当的延伸，达到力学性能要求;

所述封闭盒体底面的经纬纱在向侧面延伸时的路径与侧面本身的经纱轨迹重叠，纱线的末端埋于封闭盒体侧面的纬纱下。

实施例一

本实施例设计的是在40mm×4mm×160mm的芯模外织造厚度为1mm的封闭盒预制件，所述预制体的纱线采用0.5K的SiC纤维，线密度为200±20tex，使用2.5D织机织造而成。

选择织物结构为单层平纹嵌套结构，通过计算，封闭盒体的织造工艺及设计参数为：

（1）经纱和纬纱均采用二合股纱线进行织造，设计平纹经密为5根/cm，纬密为5根/cm，嵌套层数为3层，每层工艺参数基本相同，以下按照单层织物进行说明;

（2）纱线排列的确定：根据芯模的尺寸以及封闭盒体预制件的参数要求，确定顶面经纱21根，纬纱3根；侧面的经纱总根数为47根，分别为前面21根、右面3根、后面20根、左面3根，纬纱80根；底面经纱21根，纬纱3根;

（3）纱线长度的确定：根据芯模的尺寸以及封闭盒体预制件的参数要求，确定顶面的经纱长度和纬纱长度均为550mm；侧面为连续引纬，所以侧面的纬纱需要将纱线合股，缠绕成纬纱轴使用，纬纱轴上的纤维的缠绕长度为9m/层;

（4）封闭盒的织造：首先将顶面的21根经纱挂好，按照织造组织规律依次将3根纬纱引入，形成封闭盒的顶面。在这一过程中要注意，经纱要保持平行，经纱间距要均匀，并且要保证经纱两端垂到前后两个面上的长度相等，形成前后两个面的经纱，而顶面的纬纱也要均匀分布在左右两个面上，且左右面长度相等，形成左右两个面上的经纱。在左右前后四个侧面上连续引纬，引纬方向可以是顺时针，也可以是逆时针，只要符合设计结构即可，但在一层的编织过程中，只能采取一个方向的引纬，即逆时针（或顺时针），直到侧面编织完成。最后是底面的编织，在这一过程中，将来源于左右面的经纱作为底面的纬纱，将来源与前后面的经纱作为底面的经纱。但是，左右面的经纱数量是底面所需纬纱数量的二倍，前后面的经纱数量也是底面所需经纱数量的二倍。故采用间隔筛选的方法，底面经纬纱的选择均采用一左一右，一前一后间隔筛选的方法，按照组织结构规律进行编织，最后将底面封好。在这一过程中，要确保经纬纱保持竖直或水平，也要打纬，保证经纬密达到设计要求。封好底面以后，将底面的经纬纱反向延伸，即分别向前后面、左右面按照组织规律延伸，延伸至少三纬结束。最后，进行表面的修整，使表面更美观;

（5）编织三层嵌套时，首先编织一层，然后顶面和底面颠倒，以第一层编完的制件为新的芯模编织第二层。编织第三层以第二层的制件为新的芯模编织第三层。这样可以减少顶面和底面的差异，使制件更为均匀。

实施例二

本实施例设计的是在40mm×4mm×160mm的芯模外织造厚度为1.1mm的封闭盒预制件，所述预制体的纱线采用1K的SiC纤维，线密度为400±20tex，使用2.5D气动织机织造而成。

选择织物结构为整体2.5D结构，通过计算，封闭盒体的编织工艺及设计参数为：

（1）经纱和纬纱均采用该1K的SiC纤维织造，设计经密为5根/cm，纬密为5根/cm;

（2）纱线排列的确定：根据芯模的尺寸以及封闭盒体预制件的参数要求，确定经纱总层数为3层，纬纱总层数为4层。每层顶面经纱21列，纬纱3列；侧面的经纱列数为47列，分别为前面21列、右面3列、后面20列、左面3列；底面经纱21列，纬纱3列。由于2.5D织造工艺的特殊性，纬纱层数大于经纱层数，所以在顶面织造完成后，需要将由顶面垂到左右两侧的最内层经纱剪去;

（3）纱线长度的确定：根据芯模的尺寸以及封闭盒体预制件的参数要求，确定顶面的经纱长度和纬纱长度均为550mm；侧面为连续引纬，缠绕成纬纱轴使用，纬纱轴上的纤维的缠绕长度为36m;

（4）封闭盒的织造：首先将顶面的21列×3层经纱挂好，按照织造组织规律依次将4层纬纱引入，形成封闭盒的顶面。在这一过程中要注意，经纱要保持平行，经纱间距要均匀，并且要保证经纱两端垂到前后两个面上的长度相等，形成前后两个面的经纱，而顶面的纬纱也要均匀分布在左右两个面上，且左右面长度相等，从根部剪掉一层纬纱，使纬纱为3层，形成左右两个面上的3层经纱。在左右前后四个侧面上连续引纬，引纬方向可以是顺时针，也可以是逆时针，只要符合设计结构即可，但在一层的编织过程中，只能采取一个方向的引纬，即逆时针（或顺时针），直到侧面编织完成。最后是底面的编织，在这一过程中，将来源于左右面的经纱作为底面的纬纱，将来源与前后面的经纱作为底面的经纱。但是，左右面的经纱数量是底面所需纬纱数量的二倍，前后面的经纱数量也是底面所需经纱数量的二倍。故采用间隔筛选的方法，底面经纬纱的选择均采用一左一右，一前一后间隔筛选的方法，按照组织结构规律进行编织，注意先封最里层，然后依次向外，每层交错开，最后将底面封好。在这一过程中，要确保经纬纱保持竖直或水平，也要打纬，保证经纬密达到设计要求。封好底面以后，将底面的经纬纱反向延伸，即分别向前后面、左右面按照组织规律延伸，延伸至少三纬结束。最后，进行表面的修整，使表面更美观。

本发明公开了一种封闭盒体的编织方法，其特征在于该预制体为封闭的方形盒体结构，编织方法主要分为封闭盒顶部的编织（搭顶）、封闭盒侧面（前面、后面、左面和右面）的编织、封闭盒底面的编织（封底）三个部分。该预制体的设计织造方法比较灵活，可用于编织不同组织结构和尺寸规格的封闭盒；另外该预制体中经纱和纬纱在不同面上发生转换，侧面为连续引纬，整体没有暴露的断口或纱线，解决了纤维增强预制体封闭的难题，也避免了因断口明显造成的力学性能的折损，有利于提高预制体的整体性能，同时该方法具有操作简单和制造稳定等优点，可以满足高性能低成本复合材料的制造需求。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种封闭盒体的织造方法，其特征在于该织造方法包括以下步骤：

（1）织前准备：安装固定芯模；

（2）纱线排列及挂纱：采用单层、多层（2.5D）机织的方法，根据封闭盒的尺寸及性能要求，选择适当类型、适当规格的纱线，确定织物的组织结构，进而设计纱线的层数、列数以及纱线的长度等参数；

根据设计参数挂纱，纱线系统主要包括经纱（经纱、衬经纱、接结经纱）、纬纱（纬纱、衬纬纱）两部分；

（3）织造封闭盒的顶部（搭顶）：按照设计的结构以及封闭盒顶面的规格引入纬纱，织造封闭盒的顶部；

（4）织造封闭盒的侧面：封闭盒顶面的经纱和纬纱向下弯曲，分别转化为封闭盒前后、左右四个侧面的经纱，侧面的纬纱采用连续引纬，实现封闭盒顶面到侧面的连续；

（5）织造封闭盒的底面（封底）：封闭盒左右侧面的经纱转换为底面的纬纱，封闭盒前后侧面的经纱作为底面的经纱，按照排布规律和结构要求，间隔筛选完成织造。

2.根据权利要求1所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体的侧面到底面的组织结构和纤维是连续的。

3.根据权利要求1所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体的侧面经纱根数为奇数，实现侧面的连续引纬。

4.根据权利要求1所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体的左右侧面的经纱到底面转换为纬纱，前后侧面的经纱在底面按照层次间隔筛选。

5.根据权利要求1所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体的底面的组织结构按照结构设计要求将经纱和纬纱引入，前面、后面和左面、右面的纱线分别交替织造。

6.根据权利要求1 所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体的底面的经纬纱交织完毕后，在侧面有适当的延伸，达到力学性能要求。

7.根据权利要求1所述的封闭盒体的织造方法，其特征在于所述封闭盒体底面的经纬纱在向侧面延伸时的路径与侧面本身的经纱轨迹重叠，纱线的末端埋于封闭盒体侧面的纬纱下。