CN113005629B - 一种多层联锁编织结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层联锁编织结构及其制备方法，具体的说，制备方法是指一种使层内纱线按二维编织规律运动、层间纱线在所有交换点互锁的编织方法，属于复合材料预制体成型技术领域。当前存在的多层联锁编织工艺成型织物中互锁点少，且不能得到结构完整的矩形截面织物。本发明提出的多层联锁编织结构能够增加层间纱线互锁点数量，使矩形截面多层联锁编织预制件具有结构完整性，改善其力学性能。同时，本发明提供了该结构在旋转编织机上的制备方法，可通过改变角轮和拨盘的运动实现沿不同方向上互锁的织物，包括沿横向互锁的矩形截面织物、沿纵向互锁的矩形截面织物、沿径向互锁的圆形截面织物、沿周向互锁的圆形截面织物。

Description

一种多层联锁编织结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种多层联锁编织结构及其制备方法，具体的说，制备方法是指一种层内纱线按二维编织规律运动、层间纱线在所有交换点互锁的编织方法，属于复合材料预制体成型技术领域。

背景技术

多层联锁编织技术是一种高效、自动化的预制体成型技术，在其成型的预制体中，层与层之间存在互锁的纱线，因此赋予了其复合材料较好的层间力学性能与较高的损伤容限。与四步法、二步法等三维编织方法成型的织物结构相比，编织纱线不再穿过预制体的整个厚度，因此在表面受到损伤时仍能保持较好的结构完整性。然而，目前存在的多层联锁编织预制体中，如图1所示，互锁点数量远小于编织机互锁方向交换点(相邻角轮的相切点)的数量，限制了其层间力学性能的提升。同时，现有多层联锁编织方法织造的矩形截面预制体总是存在某一表面没有互锁的纱线，如图2所示，损害了其结构完整性，严重影响了其力学性能。

发明内容

本发明专利的目的：本发明针对当前多层联锁编织工艺的不足，提供一种多层联锁编织结构及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种多层联锁编织结构，它包括多个单层结构，多个单层结构依次叠加设置，且相邻两个单层结构互锁编织。

所述编织方法包括以下步骤：

步骤一：根据要生产的编织物的截面形状选择角轮的排布方式选择编织机；

步骤二：根据要生产的编织物的截面尺寸及其复合材料力学性能要求计算是否需要轴向纱，轴向纱规格与编织纱规格。若需要，则进行步骤三；若不需要，则跳过步骤三，直接进行步骤四；

步骤三：由轴向纱通道引出轴线纱，并将轴线纱悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤四：将携纱器安装在横向拨盘上、纵向拨盘上或横向拨盘和纵向拨盘上，并将纱线从携纱器引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

或将携纱器安装在周向拨盘上、径向拨盘上或周向拨盘和径向拨盘上，并将纱线从携纱器引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤五：根据要生产的编织物截面的互锁方式，转动角轮、横向拨盘和纵向拨盘；或转动角轮、周向拨盘和径向拨盘；

步骤六：重复步骤五，使要生产的编织物达到要求的制件尺寸；

步骤七：去掉多余纱线，得到满足要求的编织物预制件。

进一步地，所述步骤一中选择编织机时：当要生产的编织物的截面形状为矩形时，选用角轮按照矩形排布的编织机，当要生产的编织物的截面形状为圆形时，选用角轮按照圆环形排列的编织机。

再进一步地，所述步骤二中的要生产的编织物的参数为织物截面尺寸及复合材料力学性能。

进一步地，所述步骤五中根据要生产的编织物截面的互锁方式包括：沿横向互锁的矩形截面织物、沿纵向互锁的矩形截面织物、沿径向互锁的圆形截面织物、沿周向互锁的圆形截面织物。

再进一步地，当要生产的编织物截面的互锁方式为沿横向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮转动90°，横向拨盘转动360°，纵向拨盘转动180°。

进一步地，当要生产的编织物截面的互锁方式为沿纵向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮转动90°，横向拨盘转动180°，纵向拨盘转动360°。

再进一步地，当要生产的编织物截面的互锁方式为沿径向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮转动使携纱器到达交换点，径向拨盘转动360°，周向拨盘转动180°。

进一步地，当要生产的编织物截面的互锁方式为沿周向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮转动使携纱器到达交换点，径向拨盘转动180°，周向拨盘转动360°。

有益效果：本发明所用编织方法增加了层间纱线互锁点数量，使矩形截面多层联锁编织预制件具有结构完整性，改善其力学性能。

增加层间纱线互锁点数量，使其在每一个交换点都存在纱线互锁，其整体结构见图10，结构分解见图11。由图可以看出，该新型多层联锁编织结构中互锁点数量大大增加，以4×4的结构为例，交织点从4个提升到12个，从而有效提升其层间力学性能。同时，该结构均匀一致，不存在如图2表面所示的空隙，从而提升该表面的抗损伤能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是传统多层联锁编织轨迹中圆形截面预制件编织轨迹示意图；

图2是传统多层联锁编织轨迹中方形截面预制件编织轨迹示意图；

图3是本发明的角轮按照矩形排布的编织机的示意图；

图4是本发明的角轮按照圆环形排列的编织机的示意图；

图5是本发明的沿横向互锁的矩形截面预制体编织轨迹的示意图。

图6是本发明的沿纵向互锁的矩形截面预制体编织轨迹的示意图。

图7是本发明的沿径向互锁的圆形截面预制体编织轨迹的示意图。

图8是本发明的沿周向互锁的圆形截面预制体编织轨迹的示意图；

图9是编织机整体结构示意图；

图10是多层联锁编织织物整体结构的示意图；

图11是多层联锁编织织物结构分解的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

具体实施方式一：一种多层联锁编织结构，它包括多个单层结构，多个单层结构依次叠加设置，且相邻两个单层结构之间互锁。

具体实施方式二：一种多层联锁编织结构的制备方法，

所述编织方法包括以下步骤：

步骤一：根据要生产的编织物的截面形状选择角轮的排布方式选择编织机；

步骤二：根据要生产的编织物的截面尺寸及其复合材料力学性能要求计算是否需要轴向纱，轴向纱规格与编织纱规格。若需要，则进行步骤三；若不需要，则跳过步骤三，直接进行步骤四；

步骤三：由轴向纱通道5引出轴线纱，并将轴线纱悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤四：将携纱器4安装在横向拨盘2上、纵向拨盘3上或横向拨盘2和纵向拨盘3上，并将纱线从携纱器4引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

或将携纱器4安装在周向拨盘6上、径向拨盘7上或周向拨盘6和径向拨盘7上，并将纱线从携纱器4引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤五：根据要生产的编织物截面的互锁方式，转动角轮1、横向拨盘2和纵向拨盘3；或转动角轮1、周向拨盘6和径向拨盘7；

步骤六：重复步骤五，使要生产的编织物达到要求的制件尺寸；

步骤七：去掉多余纱线，得到满足要求的编织物预制件。

本实施方式中：采用具有美国专利US 6439096B1所描述原理的编织机，根据角轮排布方式分为角轮按照矩形排布的编织机或角轮按照圆环形排列的编织机；

角轮按照矩形排布的编织机中：每个角轮1端部均匀设有四个槽口，每排的相邻两个角轮1之间装有一个设置在角轮按照矩形排布的编织机上的横向拨盘2，每列的相邻两个角轮1之间装有一个设置在角轮按照矩形排布的编织机上的纵向拨盘3，携纱器4穿过槽口后安装在横向拨盘2或纵向拨盘3上方，横向拨盘2和纵向拨盘3用于搭载携纱器4运动，每个角轮1中部以及每两个对角的角轮之间均设有轴向纱通道5，所述角轮按照矩形排布的编织机依照编织循环编织，

角轮按照圆环形排列的编织机中：每个角轮1端部均匀设有四个槽口，圆周方向的相邻两个角轮1之间装有一个设置在角轮按照圆环形排列的编织机上的周向拨盘6，径向方向的相邻两个角轮1之间装有一个设置在角轮按照圆环形排列的编织机上的径向拨盘7，携纱器4穿过槽口后安装在周向拨盘6或径向拨盘7上方，周向拨盘6和径向拨盘7用于搭载携纱器4运动，每个角轮1中部以及每两个对角的角轮之间均设有轴向纱通道5，所述角轮按照圆环形排列的编织机依照编织循环编织。

纱线从位于编织机底盘上的携纱器上引出，悬挂于上方的挂纱环上，携纱器在角轮和拨盘的驱动下运动，从而带动纱线交织，角轮按照矩形排布或者圆环形排列，相邻角轮具有相反的转动方向，每个角轮具有四个槽口，每个槽口可容纳一个携纱器。拨盘布置于相邻的角轮之间，起到转换携纱器位置的作用。在每个编织步骤中，角轮运动一定角度后停止，然后拨盘运动一定角度，使得纱线相互交织，预制件轴向尺寸延长。重复此步骤，达到需求的预制件轴向尺寸。

值得说明的是，本发明对应的结构为一类织物结构，角轮转动角度、拨盘转动方向及其组合都会影响制件的最终结构，其最终形成的织物满足本发明所描述的织物结构。该方法既可以用于矩形及其组合截面构件的成型，也可用于圆形截面构件的成型，并可通过改变纱线互锁的方向来满足不同方向上的力学性能要求。

具体实施方式三：当要生产的编织物的截面形状为矩形时，选用角轮按照矩形排布的编织机，当要生产的编织物的截面形状为圆形时，选用角轮按照圆环形排列的编织机。

其他实施方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：所述步骤二中的要生产的编织物的参数为截面尺寸及其复合材料力学性能。

其他实施方式与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：所述步骤五中根据要生产的编织物的互锁方式包括：沿横向互锁的矩形截面织物、沿纵向互锁的矩形截面织物、沿径向互锁的圆形截面织物、沿周向互锁的圆形截面织物。

其他实施方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：当要生产的编织物截面的互锁方式为沿横向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮1转动90°，横向拨盘2转动360°，纵向拨盘3转动180°。

本实施方式中：将纱线从携纱器引出，悬挂于机器底盘上方的挂纱环上，开始编织。在每个编织循环中，角轮转动90°，横向拨盘转动360°，纵向拨盘转动180°，可得到如图4所示的矩形截面多层联锁编织预制件。在该类型编织预制件中，各层按照横向排列，层内纱线为二维编织结构，层与层之间互锁。重复该运动至达到要求的制件尺寸，去掉多余纱线，得到满足要求的预制件。

其他实施方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：当要生产的编织物截面的互锁方式为沿纵向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮1转动90°，横向拨盘转动180°，纵向拨盘转动360°。

本实施方式中：将纱线从携纱器引出，悬挂于机器底盘上方的挂纱环上，开始编织。在每个编织循环中，角轮转动90°，横向拨盘转动180°，纵向拨盘转动360°，可得到如图5所示的矩形截面多层联锁编织预制件。在该类型编织预制件中，各层按照横向排列，层内纱线为二维编织结构，层与层之间互锁。重复该运动至达到要求的制件尺寸，去掉多余纱线，得到满足要求的预制件。

其他实施方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：当要生产的编织物截面的互锁方式为沿径向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮1转动使携纱器到达交换点，径向拨盘转动360°，周向拨盘转动180°。

本实施方式中：将纱线从携纱器引出，悬挂于机器底盘上方的挂纱环上，开始编织。在每个编织循环中，角轮转动特定的角度由周向角轮数决定使携纱器到达交换点，径向拨盘转动360°，周向拨盘转动180°，可得到如图4所示的圆形截面多层联锁编织预制件。在该类型编织预制件中，各层按照径向排列，层内纱线为二维编织结构，层与层之间互锁。重复该运动至达到要求的制件尺寸，去掉多余纱线，得到满足要求的预制件。

其他实施方式与具体实施方式五相同。

具体实施方式九：当要生产的编织物截面的互锁方式为沿周向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮1转动使携纱器到达交换点，径向拨盘转动180°，周向拨盘转动360°。

本实施方式中：将纱线从携纱器引出，悬挂于机器底盘上方的挂纱环上，开始编织。在每个编织循环中，角轮转动特定的角度由周向角轮数决定使携纱器到达交换点，径向拨盘转动180°，周向拨盘转动360°，可得到如图4所示的圆形截面多层联锁编织预制件。在该类型编织预制件中，各层按照周向排列，层内纱线为二维编织结构，层与层之间互锁。重复该运动至达到要求的制件尺寸，去掉多余纱线，得到满足要求的预制件。

其他实施方式与具体实施方式五相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种多层联锁编织结构的制备方法，所述多层联锁编织结构包括多个单层结构，多个单层结构依次叠加设置，且相邻两个单层结构之间互锁；其特征在于：

所述制备方法包括以下步骤：

步骤一：根据要生产的编织物的截面形状选择角轮（1）的排布方式与编织机；

步骤二：根据要生产的编织物的截面尺寸及其复合材料力学性能要求计算是否需要轴向纱，确定轴向纱规格与编织纱规格；若需要，则进行步骤三；若不需要，则跳过步骤三，直接进行步骤四；

步骤三：由轴向纱通道（5）引出轴向纱，并将轴向纱悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤四：将携纱器（4）安装在横向拨盘（2）上、纵向拨盘（3）上或横向拨盘（2）和纵向拨盘（3）上，并将纱线从携纱器（4）引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

或将携纱器（4）安装在周向拨盘（6）上、径向拨盘（7）上或周向拨盘（6）和径向拨盘（7）上，并将纱线从携纱器（4）引出悬挂于编织机上方的挂纱环上；

步骤五：根据要生产的编织物截面的互锁方式，转动角轮（1）、横向拨盘（2）和纵向拨盘（3）；或转动角轮（1）、周向拨盘（6）和径向拨盘（7）；

所述步骤五中根据要生产的编织物的互锁方式包括：沿横向互锁的矩形截面织物、沿纵向互锁的矩形截面织物、沿径向互锁的圆形截面织物、沿周向互锁的圆形截面织物；横向互锁时，每一个横向交换点都存在纱线互锁；纵向互锁时，每一个纵向交换点都存在纱线互锁；径向互锁时，每一个径向交换点都存在纱线互锁；周向互锁时，每一个周向交换点都存在纱线互锁；

当要生产的编织物截面的互锁方式为沿横向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮（1）转动90°，横向拨盘（2）转动360°，纵向拨盘（3）转动180°；

当要生产的编织物截面的互锁方式为沿纵向互锁的矩形截面时，选用角轮按照矩形排布的编织机，在每个编织循环中，角轮（1）转动90°，横向拨盘（2）转动180°，纵向拨盘（3）转动360°；

当要生产的编织物截面的互锁方式为沿径向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮（1）转动使携纱器到达交换点，径向拨盘（7）转动360°，周向拨盘（6）转动180°；

当要生产的编织物截面的互锁方式为沿周向互锁的圆形截面时，选用角轮按照圆环形排列的编织机，在每个编织循环中，角轮（1）转动使携纱器到达交换点，径向拨盘（7）转动180°，周向拨盘（6）转动360°；

选用角轮按照矩形排布的编织机时，同一横向方向上的相邻横向拨盘（2）间都具有角轮（1），同一纵向方向上的相邻纵向拨盘（3）间都具有角轮（1）；

选用角轮按照圆环形排列的编织机时，同一径向方向上的相邻径向拨盘（7）间都具有角轮（1），同一周向方向上的相邻周向拨盘（6）间都具有角轮（1）；

步骤六：重复步骤五，使要生产的编织物达到要求的制件尺寸；

步骤七：去掉多余纱线，得到满足要求的编织物预制件。

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