CN110857480B - 一种纤维层连板块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纤维层连板块的制备方法，其包括以下步骤：(1)初始排纱；(2)开口运动；(3)第一步引纬；(4)第二次开口运动；(5)第二步引纬；(6)第三次开口运动；(7)第三步引纬；(8)第四次开口运动；(9)第四步引纬；(10)第五次开口运动；(11)第五步引纬；(12)第六次开口运动；(13)第六步引纬；(14)重复步骤(2)至步骤(13)，直到完成纤维层连板块的织造。本申请还提供采用上述制备方法制备的纤维层连板块。本发明中的中空板块上下面板厚度可调控，且厚度可设计，中空面积大小可根据纬密的一致性调整，着重解决了中空织物上下面层厚度薄的难题。

Description

一种纤维层连板块及其制备方法
技术领域
本发明涉及立体机织物领域中一种新型纤维层连板块的制备方法，具体为一种特殊法向纱运动规律的工艺设计，可应用于纤维层连板块的制备。本申请还涉及采用上述制备方法所制备的纤维层连板块。
背景技术
中空复合材料因其比金属材料轻质，且具有较高的比强度和比刚度，是一种新型的夹层复合材料，被广泛应用在轨道交通、车载和建材等领域。
在国内外中空织物专利中，大多描述的是上下面层为单层布，改变上下面层组织结构，如平纹、变化平纹、斜纹等等，上下面层厚度一般不超过0.5mm。改变上下面层连接方式(例如“I”字型、“口”字型、“X”构、“V”型等等)及中空高度的方式实现创新。专利CN107557950A描述了一种通过由两个经纱系统和一个纬纱系统进行交织而成，连接纱连接上层织物和下层织物，连接纱的层间高度呈梯度规律变化，层间高度变化范围为0～100mm，保证织物的连续。以上专利均是通过改变上下面层的连接方式及上下面层的连接高度实现其创新，都没有提到增加上下面层的厚度。
目前关于中空板材的技术较少，尤其是关于上下板块尺寸、厚度可变，上下板块间距离可调控的技术尚未报道。现有的中空织物大多上下面层厚度较薄，最大的厚度不超过0.5mm，不能满足较大承载需要的高比强、高比刚度。
发明内容
本发明针对现有中空板块技术存在的不足，首先提供一种可调控上下面板厚度、改变中空面积大小的新型中空板块的制备方法，用于实现2.5D机织纤维层连板块的生产，主要解决中空板块上下面板厚度调控的问题，且可大程度减轻普通层连板块重量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种纤维层连板块的制备方法，其包括以下步骤：
(1)初始排纱：
(1.1)经纱排列：
经纱的一端连接到第一宝塔线上，奇数列经纱的第一宝塔线依次穿过前综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定到后钉板上，偶数列经纱的第一宝塔线依次穿过后综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定到后钉板上；其中的经纱包括奇数列经纱和偶数列经纱；
经纱的另一端沿第一方向按序依次穿过筘齿后固定到前钉板上；
经纱呈矩阵布置，并布置成N列，经纱包括位于上部的用于形成上面板的X层上经纱和位于下部的用于形成下面板的Y层下经纱；
N、X和Y均为整数，且N≥2，X≥2，Y≥2；
将上经纱的第一宝塔线所穿过的综丝眼称为上综丝眼，下经纱的第一宝塔线所穿过的综丝眼称为下综丝眼；
前综框上的上综丝眼与下综丝眼之间间隔S+2个综丝眼，
后综框上的上综丝眼与下综丝眼之间间隔S+2个综丝眼，S≥0；其中的S为整数；
该第一方向平行于水平面且沿垂直于所述经纱的方向延伸；
(1.2)法向纱排列：将法向纱的一端连接到第二宝塔线上，第二宝塔线依次穿过辅助综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定在后钉板上；法向纱的另一端沿第一方向按序依次穿过经纱所在的筘齿后，固定在前钉板上；法向纱呈1层N列；
(2)开口运动：
使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，使上层经纱形成X+1层梭口，同时使下层经纱形成Y+1层梭口；
(3)第一步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱所形成的X+1层梭口、以及下层经纱所形成的Y+1层梭口；
第一步打纬：第一步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第一步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置；
(4)第二次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱形成新的X+1层梭口，同时使下层经纱形成新的Y+1层梭口；
(5)第二步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱所形成的新的Y+1层梭口、以及上层经纱所形成的新的X+1层梭口；
第二步打纬：第二步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第二步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有上层经纱，直到最上层经纱的上方位置；
(6)第三次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第三次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第三次形成Y+1层梭口；
(7)第三步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第三次所形成的X+1层梭口、以及下层经纱第三次所形成的Y+1层梭口；
第三步打纬：第三步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第三步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱和下层经纱，直到下层经纱的下方位置；
(8)第四次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第四次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第四次形成Y+1层梭口；
(9)第四步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第四次所形成的Y+1层梭口、以及上层经纱第四次所形成的X+1层梭口；
第四步打纬：第四步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第四步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置；
(10)第五次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第五次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第五次形成Y+1层梭口；
(11)第五步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第五次所形成的X+1层梭口、以及下层经纱第五次所形成的Y+1层梭口；
第五步打纬：第五步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第五步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有下层经纱，直到下层经纱的下方位置；
(12)第六次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第六次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第六次形成Y+1层梭口；
(13)第六步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第五次所形成的Y+1层梭口、以及上层经纱第五次所形成的X+1层梭口；
第六步打纬：第六步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第六步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱和上层经纱，直到上层经纱的上方位置；
(14)重复步骤(2)至步骤(13)，直到完成纤维层连板块的织造。
优选地，上面板的厚度为0.1～500mm；下面板的厚度为0.1～500mm。
优选地，上面板与下面板之间的距离为0～100mm。
本申请中，法向纱通过半贯穿和整体贯穿的运动方式完成上下面板之间的连接。法向纱分别在上、下面板中半贯穿的纬数决定了中空的尺寸；法向纱在上、下面板间预留的长度决定了中空板块高度。通过调控纬密的均匀一致性可实现中空部分的尺寸。
纤维层连板块的经纱、纬纱和法向纱均可采用碳纤维、石英纤维、玻璃纤维、碳化硅纤维等高性能纤维中的任一种或几种进行单一或混合编织。
与现有技术相比，本发明的优点是：中空板块上下面板厚度可调控，且厚度可设计，中空面积大小可根据纬密的一致性调整，着重解决了中空织物上下面层厚度薄的难题。利用本申请中的法向纱特殊的运动规律不仅可实现上下面板厚度尺寸的变化，而且可满足上下面板间距的调控，最终实现中空板块不易分层、可填充、可预埋、可设计性强的优点。
其次，本申请还提供一种纤维层连板块，其采用上述任一项所述的纤维层连板块的制备方法制备而成。
附图说明
图1纤维层连板块结构示意图。
图2第一步引纬及法向纱示意图。
图3第二步引纬及法向纱示意图。
图4第三步引纬及法向纱示意图。
图5第四步引纬及法向纱示意图。
图6第五步引纬及法向纱示意图。
图7第六步引纬及法向纱示意图。
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，不限制本申请专利的保护范围。
实施例：
请参阅图1，纤维层连板块尺寸为300mm×300mm×2mm(上下面板厚度都是2mm)。经纱采用T300 3K×1股碳纤维，纬纱20采用T300 3K×2股碳纤维，法向纱30采用T800 12K×1股碳纤维。根据纤维层连板块尺寸要求进行工艺设计：织物结构采用2.5D机织浅交弯联结构，经纱的设计层数共为8层，其中用于形成上面板600的上经纱12为四层，用于形成下面板800的上经纱16为四层，织物的经密为8.0根/厘米，纬密为3.0根/厘米。上面板600与下面板800之间的中间层用标记700表示。
具体实施步骤：
(1)初始排纱：
(1.1)经纱排列。根据板块尺寸要求，经纱排列方式为上经纱、下经纱各4层，上下经纱4层经纱间隔2个综丝眼，在附图中，标记为14的虚线圆圈表示上经纱与下经纱之间所间隔的两个综丝眼，经纱共244列。采用40#钢筘，将244列经纱每两列为一组依次穿入筘齿中。
(1.2)法向纱排列。将243根法向纱30两根为一组依次穿过经纱所在的筘齿内，最后一根法向纱单根为一组。
(2)开口运动：
请参阅图2，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，使上层经纱形成5层梭口13，同时使下层经纱形成5层梭口。
(3)第一步引纬：
请继续参阅图2，引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱所形成的5层梭口、以及下层经纱所形成的5层梭口；
第一步打纬：第一步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第一步打纬完成后，将243列法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置。
(4)第二次开口运动：
请参阅图3，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱形成新的5层梭口，同时使下层经纱形成新的5层梭口。
(5)第二步引纬：请继续参阅图3，引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱所形成的新的5层梭口、以及上层经纱所形成的新的5层梭口；
第二步打纬：第二步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第二步打纬完成后，将243列法向纱由下向上移动，跨越所有上层经纱，直到最上层经纱的上方位置。
(6)第三次开口运动：请参阅图4，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第三次形成5层梭口，同时使下层经纱第三次形成5层梭口。
(7)第三步引纬：请继续参阅图4，引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第三次所形成的5层梭口、以及下层经纱第三次所形成的5层梭口；
第三步打纬：第三步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第三步打纬完成后，将243列法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱和下层经纱，直到下层经纱的下方位置。
(8)第四次开口运动：请参阅图5，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第四次形成5层梭口，同时使下层经纱第四次形成5层梭口。
(9)第四步引纬：请继续参阅图5，引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第四次所形成的5层梭口、以及上层经纱第四次所形成的5层梭口；
第四步打纬：第四步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第四步打纬完成后，将243列法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置。
(10)第五次开口运动：请参阅图6，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第五次形成5层梭口，同时使下层经纱第五次形成5层梭口。
(11)第五步引纬：请继续参阅图6，引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第五次所形成的5层梭口、以及下层经纱第五次所形成的5层梭口；
第五步打纬：第五步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第五步打纬完成后，将243列法向纱由上向下移动，跨越所有下层经纱，直到下层经纱的下方位置。
(12)第六次开口运动：请参阅图7，使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第六次形成5层梭口，同时使下层经纱第六次形成5层梭口。
(13)第六步引纬：请继续参阅图7，引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第五次所形成的5层梭口、以及上层经纱第五次所形成的5层梭口；
第六步打纬：第六步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第六步打纬完成后，将243列法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱和上层经纱，直到上层经纱的上方位置。
(14)重复步骤(2)至步骤(13)，直到完成纤维层连板块的织造。
本实施例仅为示例性的将纤维层连板块的上面板与下面板的经纱均设置为四层，可以理解，在其它实施例中，上面板与下面板的经纱层数可以不同，例如，上经纱可以设置为2层，下经纱可以设置为6层；或者上经纱设置为10层，下经纱设置为2层。当然根据具体的需要，也可以将上经纱与下经纱的层数设置为其它数量，以形成不同厚度的上面板与下面板。

Claims (4)

1.一种纤维层连板块的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)初始排纱：
(1.1)经纱排列：
经纱的一端连接到第一宝塔线上，奇数列经纱的第一宝塔线依次穿过前综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定到后钉板上，偶数列经纱的第一宝塔线依次穿过后综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定到后钉板上；
经纱的另一端沿第一方向按序依次穿过筘齿后固定到前钉板上；
经纱呈矩阵布置，并布置成N列，经纱包括位于上部的用于形成上面板的X层上经纱和位于下部的用于形成下面板的Y层下经纱；
N、X和Y均为整数，且N≥2，X≥2，Y≥2；
将上经纱的第一宝塔线所穿过的综丝眼称为上综丝眼，下经纱的第一宝塔线所穿过的综丝眼称为下综丝眼；
前综框上的上综丝眼与下综丝眼之间间隔S+2个综丝眼，
后综框上的上综丝眼与下综丝眼之间间隔S+2个综丝眼，S≥0；
该第一方向平行于水平面且沿垂直于所述经纱的方向延伸；
(1.2)法向纱排列：将法向纱的一端连接到第二宝塔线上，第二宝塔线依次穿过辅助综框的综丝眼后、经张力线沿第一方向按序固定在后钉板上；法向纱的另一端沿第一方向按序依次穿过经纱所在的筘齿后，固定在前钉板上；法向纱呈1层N列；
(2)开口运动：
使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，使上层经纱形成X+1层梭口，同时使下层经纱形成Y+1层梭口；
(3)第一步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱所形成的X+1层梭口、以及下层经纱所形成的Y+1层梭口；
第一步打纬：第一步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第一步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置；
(4)第二次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱形成新的X+1层梭口，同时使下层经纱形成新的Y+1层梭口；
(5)第二步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱所形成的新的Y+1层梭口、以及上层经纱所形成的新的X+1层梭口；
第二步打纬：第二步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第二步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有上层经纱，直到最上层经纱的上方位置；
(6)第三次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第三次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第三次形成Y+1层梭口；
(7)第三步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第三次所形成的X+1层梭口、以及下层经纱第三次所形成的Y+1层梭口；
第三步打纬：第三步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第三步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有上层经纱和下层经纱，直到下层经纱的下方位置；
(8)第四次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第四次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第四次形成Y+1层梭口；
(9)第四步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第四次所形成的Y+1层梭口、以及上层经纱第四次所形成的X+1层梭口；
第四步打纬：第四步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第四步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱，直到上层经纱与下层经纱之间的位置；
(10)第五次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第五次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第五次形成Y+1层梭口；
(11)第五步引纬：引纬装置携带纬纱由上至下逐层引纬，使同一纬纱依次穿过上层经纱第五次所形成的X+1层梭口、以及下层经纱第五次所形成的Y+1层梭口；
第五步打纬：第五步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第五步打纬完成后，将法向纱由上向下移动，跨越所有下层经纱，直到下层经纱的下方位置；
(12)第六次开口运动：使前综框和后综框沿上下方向进行相对运动，相邻经纱相互交错，经纱弯曲并使上层经纱第六次形成X+1层梭口，同时使下层经纱第六次形成Y+1层梭口；
(13)第六步引纬：引纬装置携带纬纱由下至上逐层引纬，使同一纬纱依次穿过下层经纱第五次所形成的Y+1层梭口、以及上层经纱第五次所形成的X+1层梭口；
第六步打纬：第六步引纬完成后，推动钢筘，将钢筘沿经纱方向向前钉板位置推进，保持纬密一致；
法向纱运动：第六步打纬完成后，将法向纱由下向上移动，跨越所有下层经纱和上层经纱，直到上层经纱的上方位置；
(14)重复步骤(2)至步骤(13)，直到完成纤维层连板块的织造。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
上面板的厚度为0.1～500mm；
下面板的厚度为0.1～500mm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
上面板与下面板之间的距离为0～100mm。
4.一种纤维层连板块，其采用权利要求1-3任一项所述的纤维层连板块的制备方法制备而成。
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