CN115369541B - 一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法，涉及工程材料技术领域，其中，带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，经纱丝束的走向与主承力部的轴向一致；纬纱丝束沿主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，纬纱丝束与经纱丝束交织，以形成机织交织组织，纬纱丝束与最内一层经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的经纱层进行缠绕，以使纬纱丝束与每一层经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各经纬交织层构成交织纬面；主承力部设置有机织螺纹，主承力部具有该机织螺纹的部分为其的锚固段，螺纹纬纱沿主承力部的圆周向螺旋缠绕分布。本发明能够不用树脂材料，把碳纤维丝束制作成符合要求的拉索，并具有锚固段。

Description

一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索及织造方法

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，特别涉及一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，还涉及一种织造方法。

背景技术

纤维增强筋，也称FRP筋，由于质轻、拉伸强度高、耐腐蚀、无金属疲劳等优点，可取代钢筋用于建筑工程。现有的FRP筋，都为拉挤筋，其增强纤维呈轴向分布，拉伸强度好，但是横向的抗挤压能力和抗剪强度都比较差。另外拉剂筋表面光滑，无凸起，在建筑中与灌浆材料的结合承力能力较差；无螺纹，不方便预应力时的锚固。

中国专利文件(申请号为200780052722.X，发明名称为纤维增强筋)，很好地分析了螺纹筋的重要性，并指出了现有技术中两种螺纹的缺陷：(1)型，用机械加工的方法加工出螺纹，这样把增强纤维切断了，强度差；(2)型，模制的塑料螺纹，同样也是强度差。这个专利的解决方案是用两束螺旋交叉缠绕的纤维捆绑中间的纵向纤维，使得“在每个缠绕纤维带之间有一部分纵向纤维受挤压和向外凸出”。

公知的，对于膨松的富于弹性的棉、毛类纤维束，会在捆绑后产生这样的凸出效果；对于碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维这样的增强纤维，则完全不会产生凸出，特别是在纵向纤维拉紧的状态下。另外，上述专利说明书也记载了“通常，缠绕纤维沿每个方向可以间开大约1至3英寸”，这个尺寸作为螺纹的螺距显然比较大，鉴于此，这个专利所提技术方案，并不能解决技术问题“在采矿、建筑和其它行业中需要一种复合材料棒和螺母紧固系统，该棒和螺母具有完全螺纹特征，而没有在上述段中所述的类型(1)和(2)的缺点”。

另一方面，在复合材料拉索行业，情况是这样的：

目前，各种高性能增强纤维正越来越多地应用于各个领域。碳纤维以质轻、拉伸强度高、无金属疲劳、耐候性好等优异性能，在工程领域有替代传统钢索的趋势。但是碳纤维的出厂原丝，是12K/24K/48K这样的松散丝束形式，不经过适当加工，无法形成拉索，更无法用于工程。

目前的机织拉索都是用多根碳纤维筋CFRP合股绞线制成，业内称作碳纤维绞线CFCC。制作时，先通过拉挤将碳纤维制成直径5-11mm的单根纤维筋，拉挤的过程实际就是碳纤维与树脂材料复合成型的过程，再将7/19/37根单筋通过绞捻形成绞线CFCC。中国发明专利授权号CN101525864B玄武岩纤维复合筋及玄武岩纤维复合拉索，公开了这类拉索的构成与制作方法。

该类CFCC绞线，由于其中的碳纤维仅单向分布，除了纵向拉伸特性好之外，横向特性很差，不抗压不抗剪，带来了另一个难题：拉索端头的锚固问题。所有锚固夹具施加的都是对CFRP的横向力，即使填充胶粘物并加以外部压力，本质上对碳纤维施加的还是侧面横向力。碳纤维的强项是拉力，是纤维丝束的轴向力，横向力是碳纤维的弱项，这就是问题所在：锚固的横向压力小了抓不住，锚固的横向压力大了容易造成碳纤维侧面损伤，由此破坏了CFRP的整体强度。这种方式还带来另外一个工程限制，CFCC拉索的截面积不能做得太大，虽然CFCC的拉伸强度与截面积成正比，但是CFCC的锚固难度也与截面积成正比，最终限制了拉索的工程应用。

分析CFCC的构成，先用树脂材料与碳纤维混合拉挤，制成CFRP筋，再用多根CFRP筋加捻绞合成为有一定粗度的拉索。树脂材料本身的机械性能很差，在CFRP筋中，树脂材料主要是作为一种粘结剂，以将松散的碳纤维丝束通过高分子树脂材料的浸润、包覆、固化，结合为一个整体。碳纤维本身是不耐捻的，制成CFRP筋后，可以耐一定的捻，因此可以将很多根CFRP筋通过绞捻的方式，加工成为CFCC拉索。纤维/细绳组合成为较粗的拉索，一定要有向中心轴线汇聚的力，这样在拉索两端受力拉伸的时候，这些纤维/细绳会越拉越紧。绞捻就有这样的把多股纤维/细绳向中心轴线汇聚的效果。钢丝绳也是这样用多股细钢丝通过绞捻形成一股粗钢丝绳。然而，碳纤维不耐绞捻的特性使得这种最常使用的制作绳索的方法不能用于碳纤维绳索。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，能够不用树脂材料，把碳纤维丝束制作成符合要求的拉索，并具有带机织螺纹的锚固段。

本发明实施例还提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索的织造方法。

根据本发明第一方面的实施例，提供一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，包括主承力部，所述主承力部包括经纱部分和纬纱部分，所述主承力部设置有至少一个锚固段，其中，所述经纱部分包括多层经纱层，多层所述经纱层依次层套设置，每层所述经纱层均包括绕所述主承力部的中心轴线圆周分布的多根经纱丝束，所述经纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致；所述纬纱部分包括至少一根纬纱丝束，所述纬纱丝束沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述纬纱丝束与所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述纬纱丝束与最内一层所述经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的所述经纱层进行缠绕，以使所述纬纱丝束与每一层所述经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各所述经纬交织层构成交织纬面，所述纬纱丝束与所述纬纱部分完成一个所述交织纬面后，沿所述主承力部轴向移动至另一待织的交织纬面的位置，以织出另一交织纬面；所述主承力部设置有机织螺纹，所述主承力部具有该机织螺纹的部分为其的所述锚固段，所述机织螺纹包括至少一根螺纹纬纱，所述螺纹纬纱沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述螺纹纬纱与所述经纱层的多根所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述经纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成螺旋状的螺纹凸部及螺纹凹部。

上述带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，至少具有以下有益效果：用纬纱丝束和经纱丝束交织得到机织增强拉索，当两端拉伸受力时形成向中心轴线汇聚的抱紧力，避免了使用树脂材料的粘合，也不用绞捻加工，就能够把碳纤维丝束制作成满足要求的机织增强拉索；由于该机织增强拉索的主承力部为纬纱丝束和经纱丝束交织得到，使得该机织增强拉索能够覆盖极宽的半径范围，从几毫米到数百毫米，甚至上千毫米直径，这使得单根机织增强拉索的承载能力可以扩展到数十万吨，同时拥有很轻的自重；机织增强拉索整体是柔性的，在机织增强拉索的两端织出机织螺纹，形成锚固段，若对锚固段填充基础材料并固化，得到刚性的带机织螺纹的复合材料筋，可以用作整个拉索的锚固段，将刚性的锚固段结合到柔性的机织增强拉索，现有技术是无法达到的。

根据本发明第一方面的实施例，所述主承力部还包括垂纱部分，所述垂纱部分包括垂纱丝束，所述垂纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致，所述垂纱丝束包括多个垂部和多个飞部，所述垂部穿设于不同层的所述纬纱丝束，所述飞部穿设于不同的所述交织纬面。

根据本发明第一方面的实施例，所述垂纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成所述螺纹凸部。

根据本发明第一方面的实施例，所述锚固段设置两个，分别位于所述主承力部的两端。其中一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为正螺纹，另一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为反螺纹。

根据本发明第一方面的实施例，所述锚固段经过基础材料的浸润、填充及固化，从而得到带螺纹的复合材料筋，所述复合材料筋是刚性的；所述基础材料为聚合物材料、金属材料、陶瓷材料中的一种或多种混合。

根据本发明第一方面的实施例，所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱采用高性能复合材料纤维，所述高性能复合材料纤维包括碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、金属纤维的其中一种或多种混合。

根据本发明第一方面的实施例，所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱采用高性能复合材料纤维，所述高性能复合材料纤维包括出厂原丝或加工丝束。

根据本发明第一方面的实施例，所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱为加工丝束，所述加工丝束包括机织加工丝束、编织加工丝束、并丝丝束、展丝丝束、混丝丝束、挂浆丝束、预浸丝束的其中一种或多种混合。

根据本发明第一方面的实施例，D＝(N/n)×d，n＝(1，2，……，N)；其中，d为相邻两个所述交织纬面之间的纬面距；D为所述机织螺纹的螺距；N为织造装置的分区数；n为N的因数，n为纬面距d截得螺距D所占分区个数。

根据本发明第二方面的实施例，提供一种织造方法，用于根据本发明第一方面实施例所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，采用圆织机制作，包括以下步骤：

S1，上机：经纱丝束采用带张力控制的纱架供纱，纱架沿圆周均匀分布，经纱丝束通过分层装造穿过提花装置的综丝的综眼引入织物牵引装置固定；偶数台可独立驱动的提花机龙头装置沿圆周均匀分布，可实现偶数个区间开口；纬纱丝束缠绕在纡管置入第一梭车内，第一梭车置入筘片式的环形梭道；螺纹纬纱缠绕在纡管置入第二梭车内，第二梭车置入自动换梭装置；沿筘片式的环形梭道圆周设置推杆式的打纬装置，每分区设置3个推杆部件；圈计数器B＝0，纬面计数器C＝0，分区计数器E＝n；n为N的因数，N为织造装置的分区数，n为纬面距截得螺距所占分区个数；

S2，开机：圆织机按顺序实现区间的“开口——引纬——打纬”动作；区间编号为顺时针时，第一梭车在环形梭道上顺时针运动；纬纱平顺无绞捻；

S3，第一梭车运行一周，圈计数器B＝B+1，并与交织纬面总圈数B1比较，若B<B1，执行步骤S2；若B＝B1，执行步骤S4；

S4，将环形梭道上的第一梭车置换成第二梭车，织物牵引装置动作，第二梭车在环形梭道上顺时针运动；第二梭车经过一个分区，分区第二计数器E＝E-1；

S5，判断分区第二计数器E是否为零，若E不为零，执行步骤S4，若E＝0，执行步骤S6；

S6，织物牵引装置停止运行，此时织物已经沿轴向位移纬面距d，纬面计数器C＝C+1；将环形梭道上的第二梭车置换成第一梭车，E＝n，B＝0；

S7，循环执行步骤S2。

上述织造方法，至少具有以下有益效果：上述技术方案，通过第一梭车对纬纱丝束进行机织，然后通过第二梭车对螺纹纬纱进行机织，能织造出带有机织螺纹的三维机织增强拉索，后续通过对锚固段填充基础材料并固化，形成刚性的锚固段，完成刚性的锚固段与柔性的机织增强拉索结合。用圆织机进行织造，提花装置开口的三维机织技术是一种数字化的三维成型技术，整个机织过程是高度数字化、标准化、可控化，可以保证大批量工业化生产以及大规模复杂工程系统的全程质量跟踪与保证，织物内部无缺陷无疵点，织物性能高度一致性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1是本发明实施例中机织增强拉索的透视图；

图2是本发明实施例中纬纱丝束的轨迹示意图；

图3是本发明实施例中机织增强拉索的纵切面示意图；

图4是本发明实施例中机织增强拉索锚固段的纵切面示意图；

图5是本发明实施例中螺纹纬纱与经纱丝束交织形成机织螺纹的透视图；

图6是本发明实施例中圆织机的织制示意图；

图7是本发明实施例中机织增强拉索螺纹段的织制流程图；

图8是本发明实施例中梭车的透视图；

图9是本发明实施例中换梭装置的梭架的透视图；

图10是本发明实施例中换梭装置的换梭前的结构示意图，其中，第一梭车进入环形梭道；

图11是本发明实施例中换梭装置的换梭后的结构示意图，其中，第二梭车进入环形梭道；

图12是本发明实施例中推杆部件的透视图；

图13是本发明实施例中推杆在圆织机中的位置示意图，其中出示了三个位置状态；

图14是本发明实施例中圆织机的俯视图，其中圆织机具有8个分区、布置24根推杆。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，包括主承力部100，主承力部100包括经纱部分和纬纱部分，主承力部100设置有至少一个锚固段150。本实施例中，带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，部分简称为三维机织增强拉索或机织增强拉索或机织拉索或拉索。

结合图2和图3，经纱部分包括多层经纱层，多层经纱层依次层套设置，每层经纱层均包括绕主承力部100的中心轴线110圆周分布的多根经纱丝束121，经纱丝束121的走向与主承力部100的轴向一致。具体的，多层经纱层以半径扩大的圆周分布形式绕主承力部100的中心轴线110分多层设置，也就是说，不同层的经纱层的半径不同，同一经纱层的经纱丝束121位于同一圆周上。应当理解，主承力部100的中心轴线110为虚拟轴线。

纬纱部分包括至少一根纬纱丝束131，纬纱丝束131沿主承力部100的圆周向螺旋缠绕分布，纬纱丝束131与经纱丝束121交织，以形成机织交织组织，纬纱丝束131与最内一层经纱层的经纱丝束121缠绕完成后再向外一层的经纱层进行缠绕，以使纬纱丝束131与每一层经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各经纬交织层构成交织纬面130，纬纱丝束131与纬纱部分完成一个交织纬面130后，沿主承力部100轴向移动至另一待织的交织纬面130的位置，以织出另一交织纬面130。需要注意的是，图2中出示的交织纬面130仅出示了纬纱丝束131，未画出经纱丝束，d为相邻两个交织纬面130之间的纬面距。

本发明实施例中，纬纱丝束131由内而外分别与绕主承力部100的中心轴线110圆周分布的多层经纱丝束121缠绕，纬纱丝束131在缠绕完一个交织纬面130后再沿主承力部100的轴向移动一定距离后继续织出第二个交织纬面130、第三个交织纬面，……第n个交织纬面。由于交织纬面是由纬纱丝束131与经纱丝束121连续缠绕而成，因此得到的交织纬面也与经纱丝束121形成机织交织组织，以纬纱丝束131与经纱丝束121交织最终形成的长条状机织物作为机织拉索，避免了使用树脂材料的粘合，也不用绞捻加工，就能够把碳纤维丝束制作出满足要求的机织拉索。

结合图4和图5，主承力部100设置有机织螺纹，主承力部100具有该机织螺纹的部分为其的锚固段150，机织螺纹包括至少一根螺纹纬纱151，螺纹纬纱151沿主承力部100的圆周向螺旋缠绕分布，螺纹纬纱151与经纱层的多根经纱丝束121交织，以形成机织交织组织。如图4和图5所示，本实施例中，最外层经纱层的经纱丝束121为外层经纱丝束1211，螺纹纬纱151与外层经纱丝束1211进行交织，形成了机织交织组织，经纱丝束121与螺纹纬纱151的交织部分形成螺旋状的螺纹凸部152，其中螺纹纬纱151的间隔部分形成螺纹凹部153。D为机织螺纹的螺距。

可以理解的是，通过经纱丝束121、纬纱丝束131以及螺纹纬纱151的交织，形成了机织交织组织。具体的，机织交织组织包括：纬纱丝束131与同层经纱丝束121之间的交织，纬纱丝束131与同一交织纬面130中不同的经纬交织层的跨层交织，同一经纱层的经纱丝束121与不同交织纬面130的纬纱丝束131的同层交织与跨层交织。前述的机织交织组织最终形成长条状的机织物，即为三维机织增强拉索。

应当指出，机织交织组织规律可为平纹组织、斜纹组织、缎纹组织的其中一种或多种混合，还可以采用其它需要的组织。

上述三维机织增强拉索的主承力部100为纬纱丝束131和经纱丝束121交织得到，使得三维机织增强拉索能够覆盖极宽的半径范围，从几毫米到数百毫米，甚至上千毫米直径，这使得单根拉索的承载能力可以扩展到数十万吨，同时拥有很轻的自重。

同时，以机织工艺制作的三维机织增强拉索，可设计性强，不仅可以设计制作很强的主承力部100，还能在主承力部100设置有至少一个锚固段150，可以理解的是，三维机织增强拉索整体是柔性的，在主承力部100织出机织螺纹，形成锚固段150，具有机织螺纹的锚固段可以有效提高与灌浆材料的结合承力，可以用于预应力锚固。

在其中的一些实施例中，如图3和图4所示，主承力部100还包括垂纱部分，垂纱部分包括垂纱丝束141，垂纱丝束141的走向与主承力部100的轴向一致，垂纱丝束141包括多个垂部1411和多个飞部，垂部1411穿设于不同层的纬纱丝束131，飞部穿设于不同的交织纬面130。应当理解，垂纱丝束141的原始状态为一连续丝束，垂部1411和飞部1412主要是根据垂纱丝束141各部分在主承力部100的走向进行划分的。也就是说，当垂纱丝束141的两端受力时，穿设于不同经纱层的垂部1411和穿设于不同交织纬面的飞部1412相互牵拉，从而形成由内而外贯穿多层织物并对多层织物捆绑的约束。

上述实施例中，通过螺旋状分布的纬纱丝束131以及在经纱层间穿越交联的垂纱丝束141，将经纱丝束121、纬纱丝束131及垂纱丝束141结合为一个绳索状的整体。当拉索两端拉伸受力时，拉索能够形成向中心轴线110汇聚的抱紧力，这样不用树脂材料的粘合，也不用绞捻加工，就制成了满足工程应用的机织增强拉索。

进一步优选的，如图4所示，垂纱丝束141与螺纹纬纱151的交织部分形成螺纹凸部152。可以理解的是，垂纱丝束141和外层经纱丝束1211两者共同与螺纹纬纱151进行交织，形成了螺纹凸部152。

图5中出示的锚固段，其中，垂纱丝束141和外层经纱丝束1211两者共同与螺纹纬纱151的交织共同形成了螺纹凸部152，相邻两个螺纹凸部141之间的经纱丝束121形成螺纹凹部153。

参见图3和图4，出示的是的三维机织增强拉索的纵切面结构示意图(中轴线上半部分)，其中，图4是三维机织增强拉索锚固段的纵切面结构示意图。由图示可知，经纱丝束121沿拉索的轴向分布，经纱丝束121分层设置；纬纱丝束131沿拉索的圆周向螺旋缠绕分布，纬纱丝束131的横截面的轮廓为椭圆形，表示纬纱丝束131可采用扁平纱以增加对经纱丝束121的缠绕约束；图中竖直排列的4根纬纱构成一个交织纬面，交织纬面沿中心轴线110轴向位移距离d后是另一个交织纬面，图中示出有10个交织纬面；再者，图示中清楚表示出经纱丝束121与交织纬面130的交织规律，即层间角联锁组织，该组织比2D的分层交织增加了层间连接。应当理解，图中为了表示经纱丝束121与纬纱丝束131的跨层交织，将经纱丝束121画出了曲线的样子，但实际制作中，经纱丝束121是张紧的，并且十分密集排列。

在拉索的设计及织造过程中，可以通过调整机织交织组织参数改变机织拉索的物理特性。其中，机织交织组织参数包括：经纱丝束121、纬纱丝束131、垂纱丝束141的粗细及截面形状，相邻两个交织纬面130的距离d，经纬同层交织密度、跨层交织的层数与密度，机织交织组织规律，纬纱丝束131层数与间距，垂纱丝束141的垂长，垂纱丝束141的飞长，纬纱丝束131张力，经纱丝束121张力，垂纱丝束141张力。前述的机织增强拉索的物理特性包括：截面形状，截面面积，表面纤维致密度，柔软度/弯曲刚度，破断拉力(breaking force)，拉伸强度(Tensile strength)，伸长率(Elongation)。

参照图3，垂部1411沿主承力部100的径向设置，飞部1412沿主承力部100的轴向设置。垂纱丝束141的总长度为：外层飞长+垂长+内层飞长+垂长+外层飞长+……，外层飞长为垂纱丝束141在外层跨越交织纬面的长度，内层飞长为垂纱丝束141在内层跨越交织纬面的长度，垂长为垂纱丝束141在主承力部100的径向穿越多层经纱丝束121/纬纱丝束131的长度。其中，垂长指的是垂部1411的长度；飞长指的是飞部1412的长度。“外层”或“内层”均为相较于主承力部100的中心轴线110而言的，相对更靠近中心轴线110的为内层，反之为外层。

对于拉索这样的织物，越靠近中心轴线110的空间越是有限，只能容纳有限根完全贯穿层厚(即垂长等于主承力部100半径r)的垂纱丝束141，例如24K的碳纤维丝束8-16根，这对于直径较大的拉索，显然是不够的。基于此，在一些实施例中，垂纱丝束141的数量大于或等于8根时，记垂部2311的长度为L，主承力部100的半径为r，满足：L≤0.5r。

也就是说，如图4所示，通过引入半垂长(即垂长≤0.5r)的垂纱丝束141，即半程垂纱，以解决拉索中心轴线110处空间有限而无法容纳较多的垂纱丝束141的问题，同时很好地保证拉索能很好地形成层间捆绑结合力。因此，本实施例中采用的垂纱丝束141采用半程垂纱，并且，垂纱丝束141和外层经纱丝束1211两者共同与螺纹纬纱151进行交织，形成了螺纹凸部152，进一步增强螺纹纬纱151的交织。

可以理解的是，对于最外层的螺纹纬纱151，采用跨层交织的方式以及半垂长的垂纱丝束的方式，将螺纹纬纱151紧紧地固定在主承力部100外围，并与主承力部100的丝束成为不可分离的整体，由此形成的螺纹凸部，可以承受很大的螺纹锚固力。

本实施例中，锚固段150设置两个，分别位于主承力部100的两端。其中一个锚固段150中的螺纹纬纱151的螺纹方向为正螺纹，另一个锚固段150中的螺纹纬纱151的螺纹方向为反螺纹。

锚固段150经过基础材料的浸润、填充及固化，从而得到带螺纹的复合材料筋，复合材料筋是刚性的；基础材料为聚合物材料、金属材料、陶瓷材料中的一种或多种混合。对锚固段150的机织螺纹填充基础材料并固化，可以得到刚性的带机织螺纹的复合材料筋，可以用作整个拉索的锚固段，将刚性的锚固段结合到柔性的机织增强拉索，现有技术是无法达到的。

一些实施例中，经纱丝束121、纬纱丝束131、垂纱丝束141及螺纹纬纱151采用高性能复合材料纤维，高性能复合材料纤维包括碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、金属纤维的其中一种或多种混合。

其中，经纱丝束121、纬纱丝束131、垂纱丝束141及螺纹纬纱151采用高性能复合材料纤维，高性能复合材料纤维包括出厂原丝或加工丝束。具体的，经纱丝束121、纬纱丝束131、垂纱丝束141及螺纹纬纱151为加工丝束，加工丝束包括机织加工丝束、编织加工丝束、并丝丝束、展丝丝束、混丝丝束、挂浆丝束、预浸丝束的其中一种或多种混合。

可以理解的是，碳纤维有很强的拉伸强度，但是出厂的碳纤维原丝，是12K/24K/48K这样的松散丝束形式，不能直接用于工程。碳纤维单丝直径7微米，比较脆，不耐弯折，不耐捻。传统的制作绳索的工艺，都离不开编/捻，许多是依靠强捻形成绳索纤维之间的抱合力和向中力，这些工艺都不能用于制作碳纤维绳索。

本实施例的三维机织增强拉索采用电子提花装置的圆织机进行织造，可以实现分区开口，可以实现所需要的机织交织组织，圆周向螺旋缠绕分布的纬纱丝束，用大张力将经纱丝束分层地紧密地汇聚向拉索的中心轴线。由于经纱丝束与纬纱丝束的复杂跨层交织，使得经纱丝束在轴向拉伸受力时，会通过机织交织组织交织点将力传递到纬纱丝束并进一步收紧经纱丝束；每一层的经纱丝束与纬纱丝束之间也有机织交织，使得每一束经纱丝束都受到机织交织组织约束，整个复杂的多层的受到机织交织组织约束的巨大纤维集合体，成为紧密结合的整体机织物，这就是机织增强拉索。

在拉索拉伸受力的时候，主要由经纱承受载荷，因此设计机织拉索的时候，必须安排足够多的经纱丝束，满足拉索在工程应用中拉伸强度的要求；同时安排一定数量的纬纱丝束，纬纱丝束按重量比只占很少部分，例如10％，甚至更少。纬纱丝束也不必选用与经纱丝束相同牌号的碳纤维，可以用低牌号的碳纤维，或者用其它种类的纤维。纬纱丝束的安排必须能够遍历所有经纱丝束，并用机织交织组织将经纱丝束组织起来。在制作的时候，纬纱丝束以较大的张力圆周向螺旋缠绕，平顺无绞捻，将经纱丝束紧紧地向中心轴线汇聚。这样，用较少的纬纱，通过复杂的三维机织组织，在无绞捻情况下，实现了碳纤维之间的抱合力和向中力，组成碳纤维机织拉索。

本实施例中的机织增强拉索是采用圆织机进行织造的。

其中，D＝(N/n)×d，n＝(1，2，……，N)。d为相邻两个交织纬面130之间的纬面距；D为机织螺纹的螺距；N为织造装置的分区数；n为纬面距d截得螺距D所占分区个数。

n为N的因数，即N可被n整除。进一步说明，例如N＝8，则n的取值范围为：1，2，4，8；N＝12，则n的取值范围为：1，2，3，4，6，12；N＝24，则n的取值范围为：1，2，3，4，6，8，12，24。

参照图4，图中的纬面距为d，螺距为D，D＝2d，若采用8分区织机制作，N＝8，n＝4。半垂长的垂纱丝束141中，内飞长＝外飞长＝d，进一步加固螺纹纬纱。

图5为圆织机织制示意图，为织机顶视视角视图。图示中，八台电子提花开口装置圆周分布，编号顺序为顺时针，八台电子提花开口装置依次为第一电子提花开口装置211、第二电子提花开口装置212、第三电子提花开口装置213、第四电子提花开口装置214、第五电子提花开口装置215、第六电子提花开口装置216、第七电子提花开口装置217及第八电子提花开口装置218；图5中点划线为分区示意线，整个圆环形分为了8个开口分区，其分区编号与电子提花开口装置对应，即第一电子提花开口装置411对应1分区，余类推。这些电子提花开口装置都是具有独立电驱动的开口装置，可以实现独立的分区开口；采用带张力控制的纱架装置提供织物的经纱丝束121，纱架装置圆周分布在织机外围(图中未绘出)，经纱丝束121分区分层穿过提花综丝的综眼引入织物牵引装置430固定。

圆织机包括环形梭道231，环形梭道231可采用筘片式的环形梭道，第一梭车221在此环形梭道上运动，通常为带动力的梭车；图中，第一梭车221在1分区边沿；圆周分布的经纱丝束121，全部汇聚于织物牵引装置241并由其固定并牵引位移，由于负责供应纱线的纱架是带有张力控制的，纱架与织物牵引装置241之间构成了轴向纱线的张力。为了织制高密度的纤维筋，应采用较大张力。第一梭车221是沿环形的环形梭道231圆周运动的，因此纬纱丝束对于轴向的纱线丝束形成了缠绕捆绑，也需要保持较大的纬纱张力，以提高筋的纤维密度。纬纱丝束与经纱丝束的交织，不只形成了螺纹的凸凹，而且由于圆周向纤维的分布的存在，提高了筋的横向强度和抗剪强度。

结合图6和图7，本实施例还出示了一种织造方法，用于织造上述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，采用圆织机制作，该圆织机具有自动换梭装置，用于将环形梭道231上的第一梭车221置换成第二梭车222，以及将第二梭车222置换成第一梭车221。

具体的，织造方法包括以下步骤：

S1，上机：经纱丝束121采用带张力控制的纱架供纱，纱架沿圆周均匀分布，经纱丝束121通过分层装造穿过提花装置的综丝的综眼引入织物牵引装置241固定；偶数台可独立驱动的提花机龙头装置沿圆周均匀分布，可实现偶数个区间开口；

纬纱丝束131缠绕在纡管置入第一梭车221内，第一梭车221置入筘片式的环形梭道231；螺纹纬纱151缠绕在纡管置入第二梭车222内(第二梭车222在图6中未图示，下文可参见自动换梭装置进行理解)；

第二梭车222置入自动换梭装置；沿筘片式的环形梭道圆周设置推杆式的打纬装置，每分区设置3个推杆部件；

圈计数器B＝0，纬面计数器C＝0，分区计数器E＝n。

S2，开机：圆织机按顺序实现区间的“开口——引纬——打纬”动作；区间编号为顺时针时，第一梭车221在环形梭道231上顺时针运动；纬纱平顺无绞捻。

S3，第一梭车221运行一周，圈计数器B＝B+1，并与交织纬面130总圈数B1比较，

若B<B1，执行步骤S2；

若B＝B1，执行步骤S4。

S4，将环形梭道231上的第一梭车221置换成第二梭车222，织物牵引装置241动作，第二梭车222在环形梭道231上顺时针运动；第二梭车222经过一个分区，分区第二计数器E＝E-1。

S5，判断分区第二计数器E是否为零，若E不为零，执行步骤S4，若E＝0，执行步骤S6。

S6，织物牵引装置241停止运行，此时织物已经沿轴向位移纬面距d，纬面计数器C＝C+1；

将环形梭道上的第二梭车222置换成第一梭车221，E＝n，B＝0。

S7，循环执行步骤S2。

其中，图7中，用梭A表示第一梭车，梭B表示第二梭车。

另外，为了说明上述织造方法中的自动换梭操作，参照图8至图14，本实施例还出示了一种自动换梭装置，用对梭车220的置换。

参照图8，出示了梭车220，梭车220底部安装有前轮223和后轮224，前轮223和后轮224分别由电机驱动，可前进、可后退，即可双向运动。梭车220具有出纱口225。

以下阐述自动换梭装置的具体结构。

参照图9至图11，圆织机的自动换梭装置，包括梭架241以及梭车220，其中，圆织机的环形梭道231设置有缺口，梭架241位于缺口。梭车220至少两台，且可双向运动。

梭架241安装有上下层设置的至少两层连接板，梭架241可上下位移，以使得上下设置的各连接板可分别对齐环形梭道231。梭架241由电机驱动(图中未绘出)，可上下位移。

梭车220设置在连接板上，环形梭道231设置有引导梭车220运动的环形凹槽232，梭车220设置有与环形凹槽232配合的凸部，以在环形梭道231上运动。

可以理解的是，在环形梭道231设置缺口，缺口位置的梭架241可上下位移，位移后的连接板对齐环形梭道231，更换掉的梭车220可进入连接板，然后通过移动梭架241，使另一层的连接板对齐环形梭道231，该层的连接板上的梭车220进入环形梭道231，实现换梭。

本实施例中，具体的，各连接板均为梭道板242，梭道板242的外形与环形梭道231上的缺口的形状一致，以使梭道板242与缺口嵌合。梭道板242设置有与环形凹槽232中缺口的位置匹配的凹槽243，该实施例中，各梭道板242均设置有一台梭车220。

本实施例中，第一层的梭道板242放置的梭车220为第一梭车221，第二层的梭道板242放置的梭车为第二梭车222。

第一种结构的自动换梭装置，其换梭方法，包括以下步骤：

各梭道板242上放置梭车220，即第一层的梭道板242放置第一梭车221，第二层的梭道板242放置第二梭车222，当第一层的梭道板242与环形梭道231对齐嵌合时，第一梭车为织造状态。

需要更换第二梭车222时，将第一梭车221停放在第一层的梭道板242上，向上移动梭架241使得第二层的梭道板242对齐嵌合环形梭道231，此时第二梭车222为织造状态。

当需要换回第一梭车221进行织造时，先将第二梭车222停放在第二层的梭道板242上，再向下移动梭架241，使得第一层的梭道板242对齐嵌合环形梭道，此时第一梭车221即为织造状态。

上述的换梭方法，若需要进行N梭自动换梭操作，N≥2，梭架241安装N层梭道板242，如此，具有N层梭道板242的梭架241实现N梭自动换梭操作。第N层的梭道板242上的梭车的更换可参照上述换梭方法进行。

第一种结构的自动换梭装置，优点是简单，换梭动作迅速，适合需要高速换梭的场合；缺点是环形梭道的缺口位置不能设置经纱，造成整个环形梭道的经纱分布不均匀。当环形梭道的直径比较大，例如2米以上，梭车相比尺度较小，例如200-400mm，由换梭导致缺口位置造成的经纱分布不均匀的影响可以忽略。

上述连接板中，出示了的是梭道板242，梭道板242的外形与环形梭道231上的缺口的形状一致，指的是梭道板242与环形梭道231的缺口嵌合后，能形成一个完整的环形梭道，能供梭车移动，并不局限横截面完全相同，例如厚度可以不相同。

上述打纬动作采用打纬装置进行打纬。

圆织机织制二维织物时，环形梭道半径是固定的，织口的半径也是固定的，则打纬动程是固定的。当圆织机织制三维织物时，因为织物有厚度，这个厚度是用纬纱织出来的，所以织口的半径是随厚度变化的，特别三维织物包括实心织物，比如拉索这样的织物，织口会从接近中轴线的位置逐次向外推进，一直到外周的最大半径，不但动程的变化范围大，而且大小动程之比很大，传统的筘片式的打纬装置无法适应。

为此，参照图12至图14，还出示了一种打纬装置，满足变径织口的打纬需求，打纬装置为推杆式的打纬装置。

参照图12和图13，打纬装置包括沿圆织机的环形梭道231圆周分布的多根推杆部件。其中，推杆部件包括推杆2511和驱动组件。

推杆2511至少设置一根，推杆可径向往复运动。驱动组件是用于驱动推杆2511径向往复运动的，以实现推杆2511在向织物的轴心方向推出时，将纬纱压紧固定在织物当前纬纱的织口位置。推杆2511径向朝内的一端为织口端2512，推杆的另一端为驱动端。

图12分别出示了推杆部件具体结构，其中，具体而言，驱动组件包括电机2521和传动机构，每根推杆2511由一个独立电机2521驱动，电机2521与推杆2511之间通过传动机构进行传动，以将电机2521的旋转运动转换为推杆2511的直线往复运动。推杆2511在径向往复运动时不会影响经纱的开口运动，不会影响梭的引纬运动。

推杆2511径向往复运动的动程大于织物的径向厚度，并可覆盖织物织口的最小半径至最大半径。如图13所示，推杆2511的直线往复运动，可以实现推杆2511的织口端2512位置变化，通过分别控制每个推杆部件的驱动组件，可对每根推杆2511的织口端2512的位置进行控制控制的。图13中的位置一是推杆2511的织口端2512到达轴心位置；位置二是推杆2511的织口端2512出于中间位置；位置三是推杆2511的织口端2512在织物最大半径位置。

如图12所示，传动机构为齿轮齿条传动机构25230。具体的，齿轮齿条传动机构25230包括安装在电机2521的驱动轴2522上的第一齿轮25231以及设置在推杆2511上的驱动端的齿条25232。可以理解的是，第一齿轮25231与齿条25232啮合，电机2521驱动第一齿轮25231带动推杆2511径向往复运动。在这种齿轮齿条传动机构25230下，控制精度可以达到0.1mm，推杆2511的动程也是完全可设计的，可以覆盖从轴心到织物最大外围的很宽范围。直达轴心位置是传统打纬装置很难做到的，因为传统打纬装置是多个筘片同时行动，而轴心位置是无法同时容纳多个筘片的，所以无法直达轴心位置。推杆部件中的每个推杆2511是独立运动的，可以控制每个推杆2511分别直达轴心位置。当然，传动机构还可以为螺杆螺母传动机构。

推杆2511是放置在密集经纱之间的，因此推杆2511必须是薄形的。但是推杆2511需要一定的刚度，推杆可以做成后部驱动端比较宽、前部织口端比较窄的形状。织口端2512是直接压迫纬纱的，因此，推杆2511的织口端2512宽度大于纬纱在织口中的最大宽度且小于纬距。

参照图12和图13，环形梭道231的外围是开口综丝区，这种推杆2511是径向的，电机2521的驱动轴2522是轴向的，因此驱动轴2522做得比较细长，以免影响综丝。到环形梭道231下方的空间就大了，可以放置电机2521。

推杆2511的材料选用金属材料或高分子材料或碳纤维复合材料。

在其中的一些实施例中，在采用分区开口的织造系统中，按每开口分区设置三根推杆2511。圆织机具有8个分区，本实施例中相邻两根推杆2511之间的角度是15°，每个分区设置3根推杆部件，即共布置24根推杆部件。

各推杆在经纱开口状态下工作，各推杆2511在运动的梭车的后方逐次工作，以将纬纱及时推向织口并压紧在织物上。本实施例中，当采用跟随梭车运动的打纬方式，控制精度可以做到15°-30°。

另外，推杆2511是从筘片式的环形梭道的筘片中间穿过的。梭道面不是水平面，是略微向轴心位置倾斜的斜面，相应推杆也有一点倾斜，织口略低于梭道面。

本实施例中，变闭口打纬方式为开口打纬方式，推杆可以跟随梭车的运动即时压纬。可以理解的是，推杆式打纬装置大大减少打纬筘片对经纱的摩擦损伤。筘片击打式打纬对纬纱也会有损伤，而压纬方式则不会对纬纱产生损伤，并能对纬纱施加较大的压力。

传统的机织顺序是：开口——引纬——闭口——打纬——牵引；

使用推杆部件的机织顺序是：开口——引纬——打纬——闭口——牵引。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：包括主承力部，所述主承力部包括经纱部分和纬纱部分，所述主承力部设置有至少一个锚固段，其中，

所述经纱部分包括多层经纱层，多层所述经纱层依次层套设置，每层所述经纱层均包括绕所述主承力部的中心轴线圆周分布的多根经纱丝束，所述经纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致；

所述纬纱部分包括至少一根纬纱丝束，所述纬纱丝束沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述纬纱丝束与所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述纬纱丝束与最内一层所述经纱层的经纱丝束缠绕完成后再向外一层的所述经纱层进行缠绕，以使所述纬纱丝束与每一层所述经纱层均形成有经纬交织层，同一径向平面的各所述经纬交织层构成交织纬面，所述纬纱丝束与所述经纱部分完成一个所述交织纬面后，沿所述主承力部轴向移动至另一待织的交织纬面的位置，以织出另一交织纬面；

所述主承力部设置有机织螺纹，所述主承力部具有该机织螺纹的部分为其的所述锚固段，所述机织螺纹包括至少一根螺纹纬纱，所述螺纹纬纱沿所述主承力部的圆周向螺旋缠绕分布，所述螺纹纬纱与所述经纱层的多根所述经纱丝束交织，以形成机织交织组织，所述经纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成螺旋状的螺纹凸部，所述螺纹纬纱的间隔部分形成螺纹凹部。

2.根据权利要求1所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述主承力部还包括垂纱部分，所述垂纱部分包括垂纱丝束，所述垂纱丝束的走向与所述主承力部的轴向一致，所述垂纱丝束包括多个垂部和多个飞部，所述垂部穿设于不同层的所述纬纱丝束，所述飞部穿设于不同的所述交织纬面。

3.根据权利要求2所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述垂纱丝束与所述螺纹纬纱的交织部分形成所述螺纹凸部。

4.根据权利要求3所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述锚固段设置两个，分别位于所述主承力部的两端，其中一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为正螺纹，另一个所述锚固段中的所述螺纹纬纱的螺纹方向为反螺纹。

5.根据权利要求2至4任意一项所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述锚固段经过基础材料的浸润、填充及固化，从而得到带螺纹的复合材料筋，所述复合材料筋是刚性的；所述基础材料为聚合物材料、金属材料、陶瓷材料中的一种或多种混合。

6.根据权利要求2所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱采用高性能复合材料纤维，所述高性能复合材料纤维包括碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、玻璃纤维、石英纤维、陶瓷纤维、金属纤维的其中一种或多种混合。

7.根据权利要求2所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱采用高性能复合材料纤维，所述高性能复合材料纤维包括出厂原丝或加工丝束。

8.根据权利要求7所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：所述经纱丝束、所述纬纱丝束、所述垂纱丝束及所述螺纹纬纱为加工丝束，所述加工丝束包括机织加工丝束、编织加工丝束、并丝丝束、展丝丝束、混丝丝束、挂浆丝束、预浸丝束的其中一种或多种混合。

9.根据权利要求2至4任意一项所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于：

D=（N/n）×d，n=（1，2，……，N）；

其中，d为相邻两个所述交织纬面之间的纬面距；

D为所述机织螺纹的螺距；

N为织造装置的分区数；

n为N的因数，n为纬面距d截得螺距D所占分区个数。

10.一种织造方法，用于织造权利要求2至9任意一项所述的带机织螺纹锚固段的三维机织增强拉索，其特征在于，采用圆织机制作，包括以下步骤：

S1，上机：经纱丝束采用带张力控制的纱架供纱，纱架沿圆周均匀分布，经纱丝束通过分层装造穿过提花装置的综丝的综眼引入织物牵引装置固定；偶数台可独立驱动的提花机龙头装置沿圆周均匀分布，可实现偶数个区间开口；纬纱丝束缠绕在纡管置入第一梭车内，第一梭车置入筘片式环形梭道；螺纹纬纱缠绕在纡管置入第二梭车内，第二梭车置入自动换梭装置；沿筘片式的环形梭道圆周设置推杆式的打纬装置，每分区设置3个推杆部件；圈计数器B=0，纬面计数器C=0，分区计数器E=n；n为N的因数，N为织造装置的分区数，n为纬面距截得螺距所占分区个数；

S2，开机：圆织机按顺序实现区间的“开口——引纬——打纬”动作；区间编号为顺时针时，第一梭车在环形梭道上顺时针运动；纬纱平顺无绞捻；

S3，第一梭车运行一周，圈计数器B=B+1，并与交织纬面总圈数B1比较，若B<B1，执行步骤S2；若B=B1，执行步骤S4；

S4，将环形梭道上的第一梭车置换成第二梭车，织物牵引装置动作，第二梭车在环形梭道上顺时针运动；第二梭车经过一个分区，分区第二计数器E=E-1；

S5，判断分区第二计数器E是否为零，若E不为零，执行步骤S4，若E=0，执行步骤S6；

S6，织物牵引装置停止运行，此时织物已经沿轴向位移纬面距d，纬面计数器C=C+1；将环形梭道上的第二梭车置换成第一梭车，E=n，B=0；

S7，循环执行步骤S2。