CN1401840A - 一种机织物及其织造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机织物及其织造方法。该机织物由经纱、纬纱交织而得，其特征在于所述机织物的经纱不等长，且下机后是经纱较长处纬密较小，经纱较短处纬密较大的扇形或曲面形状的机织物。所述织造方法为该机织物在织造时，经纱采用纱架送经，卷布辊采用在卷布辊轴上安装变截面的成型体的方法卷布，其特征在于所述卷布辊之前的卷取辊采用在卷取辊轴上安装同样变截面成型体的方法引导卷取。本发明织物可直接用于复合材料，具有节省材料，减少工序，降低成本，提高强度和保证质量等优点；本发明方法不需要改变钢筘形状结构，适用普通织机，具有方法简单，适用性广等优点。

Description

一种机织物及其织造方法

(一)技术领域

本发明涉及一种机织物及其织造方法，具体为经纬纱交织的机织物及其使用常规织机的织造方法，国际专利分类号拟为Int.cl.⁷ D03D 49/00。

(二)背景技术

产业用的机织物(以下简称织物)常用来作树脂基复合材料的增强材料(也称骨架或支持体)。这种织物是在织机上生产的，由于织机都采用等截面的圆柱形卷取辊来卷取织物，因此所生产(下机)的机织物为平面矩形形状(《复合材料手册》S.T.Peters，Handbook of Composites，Second Edition，Chapman& Hall，London，UK，1998，P405)。很明显，这种形状的织物可以很好地适用于平面矩形形状的复合材料(如层合板材)。但平面矩形形状的复合材料仅是复合材料中的一小部分，而对于具有非矩形形状或曲面形状要求的复合材料，平面矩形机织物显然不能够很好适用，例如，在制造具有非矩形形状、如扇形，或曲面形状、如旋转壳体结构的复合材料时，为使织物能够满足非矩形形状或贴服在曲面而不出现皱褶的要求，不得不进行仿形裁布设计、裁剪织物以及拼形工作，然后才能与树脂复合成型。这种裁剪平面织物以适应曲面变形的方法存在的问题是：1.强度下降：包括(1)裁剪后的织物纱线不连续，织物强度大大受损；(2)裁剪后的织物，在变形时纱线的方向不易控制，影响了纱线强度的利用，也难以完全满足复合材料的强度设计要求；(3)在织物仿形拼接时，搭接，要有一定的搭接长度，使复合材料表面不平整；对接，则织物连续性不好，复合材料会降低强度；2.质量不稳：裁剪后的织物，边纱易脱落，影响成型加工及其质量保证；不平整的搭接以及搭接质量的难于控制，也会直接影响复合材料的质量；3.成本增加：织物的仿形设计、裁剪和拼接，增加了人力开支；织物的开剪又浪费了材料，无疑又增加了复合材料的成本。为了克服剪裁织物带来的诸多弊病，有人设计了一种“缠绕成型法”制造曲面结构复合材料骨架的技术，例如，《复合材料工艺学》(肖翠蓉，唐羽章编著，国防科技大学出版社，1991年10月，P293)就介绍了锥形件的布带缠绕工艺技术。但这种技术同样甚至更多地存在着(因是宽度不大的布带搭接缠绕)所述的仿形搭接问题。此外，这种技术还不能解决非矩形形状如扇形机织物骨架问题，也不能适应曲面形状变化比较大或比较复杂的复合材料骨架要求。

美国专利US5368076(Process and apparatus for manufacturing rocketexit cones and the like，1994)介绍了一种生产复合材料火箭锥形喷管织物的工艺方法和设备技术。这种技术直接采用了圆锥台形的成型体(卷布辊)，可使下机织物展开为扇形，两边对接起来具有与成型体相同的圆锥台形状，解决了特定用途仿形拼接问题。但该技术仍存在以下问题：1.钢筘复杂。该方法必须采用与成形体曲面一致的特殊或专用钢筘，使得钢筘形状结构复杂；为保持钢筘的形状与成型体曲面一致，不同的成型体就需要不同的钢筘，因此或钢筘种类繁多，或该方法用途单一；2.密度不匀。该方法将织物直接卷绕在成型体(卷布辊)上，使内外层卷绕的织物纬纱密度存在较大差异，质量不统一；3.该方法的技术目的明确，针对复合材料火箭锥形喷管的骨架织物，设备专用性高，通用性低，产品也单一。

(三)发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，设计一种机织物，它具有对成型体良好的仿形性，且形体稳定，质量统一。该织物在织造下机后，具有非矩形平面形状或曲面空间形状，无须加工，可直接用做相应形状的复合材料骨架。

本发明拟解决的另一个技术问题是，设计一种上述机织物的织造方法，它不需要改造钢筘，对织机设备适用性广，通用性强，且产品丰富。

本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种经纱、纬纱交织的机织物，其特征在于所述机织物的经纱不等长，且下机后是经纱较长处纬密较小，经纱较短处纬密较大的扇形或曲面形状的机织物。

本发明为解决所述另一个技术问题的技术方案是，设计了一种所述机织物的织造方法，该机织物在织造时，经纱采用纱架送经，卷布辊6采用在卷布辊轴7上安装变截面的成型体6的方法卷布，其特征在于所述卷布辊6之前的卷取辊4采用在卷取辊轴5上安装同样变截面的成型体4的方法引导卷取。

本发明织物在织造时，采用了纱架送经，每个经纱筒子供应一根经纱，从而为实现经纱不等长打下基础或创造了条件；又由于相应地设计采取了变截面的成型体(卷取辊)卷取和变截面的卷布辊卷布(而不是等截面的圆柱形卷取辊和卷布辊)，成型体直径较大处，卷过的经纱较多，成型体直径较小处，卷过的经纱较少，从而可实现下机织物的经纱不等长；不等长的经纱与等长的纬纱交织后，就形成下机后是经纱较长处纬密较小，经纱较短处纬密较大的扇形或曲面形状的机织物。因为这种扇形或曲面形状的下机织物完全是按照上机织造时成型体的形状成型的，因此当其用于做相应形状复合材料的骨架时，完全不需要裁剪和加工，即可满足仿形要求，且仿形良好，形状稳定，直接可以进行复合。所以，本发明织物用于复合材料，具有节省材料，减少工序，降低成本，提高强度和保证质量等诸多优点，具有较好的实用和经济价值。

本发明方法与现有技术相比，只是把原有织机的圆柱形卷取辊与卷布辊都相应地设计为变截面的成型体，而不需要改变或设计专用钢筘的形状结构，因此具有方法简单，适用性广，通用性强，产品丰富等优点。

(四)附图说明

图1是与本发明比较的普通平纹机织物1的示意图；1——机织物、2——经纱、3——纬纱；

图2(a)为本发明实施例所采用的一种圆锥台形成型体4的示意图；其中，4——成型体(卷取辊)、5——卷取辊轴；

图2(b)为使用本发明图2(a)所述的圆锥台形成型体4卷取、织造，下机后所得织物1的展开形状(扇形)示意图；

图2(c)为本发明图2(b)所述的扇形织物1局部A结构放大示意图。该图表示了本发明下机后的织物1是经纱2较长处纬密较小，经纱2较短处纬密较大的扇形机织物1；

图2(d)为使用本发明图2(a)所述的圆锥台形成型体4卷取、双层织造，下机后所得织物1的展开形状(弯管形)示意图；

图3(a)为本发明实施例所采用的一种橄榄形成型体4的示意图；

图3(b)为使用本发明图3(a)所述的橄榄形成型体4卷取、织造，下机后所得织物1的展开形状(外凸形或轮胎形)示意图；

图4(a)为本发明实施例所采用的一种内凹形成型体4的示意图；

图4(b)为使用本发明图4(a)所述的内凹形成型体4卷取、织造，下机后所得织物1的展开形状(马鞍形)示意图；

图5为本发明实施例所采用的球台形成型体4及其成型的相应织物1示意图；

图6为本发明实施例所采用的圆锥台与圆柱体组合形成型体4及其成型的相应组合形织物1示意图。

图7为本发明实施例上机织造工艺示意图。其中，6——卷布辊、7——卷布辊轴、8——纱架、8(a)——筒子、9——导纱棒、10——综丝、11——压布辊、12——长度调节器、13——导布辊(杆式)、14——织口；

图8(a)为本发明实施例的压布辊11、(转子式)长度调节器12与成型体4的安装配合示意图。其中，13——导布辊、14——织口；

图8(b)为本发明实施例的(转子式)长度调节器12与成形体4的安装配合俯视示意图；

图8(c)与图8(a)基本相同，区别在于导布辊13为转子式导布辊13。

(五)具体实施方式

简单组织的普通织物1一般均由经纱2和纬纱3上下交织而得(参见图1)，不论其是服用织物，还是产业用纺织品，所得的织物也均为矩形形状，概莫能外。如果需要其它形状的纺织品，只有依靠裁剪、拼接、成型。例如纺织材料的帽盔，一般都需要剪裁4-8片，拼接成型。剪裁，难免浪费材料；拼接，需用工时，所以成本不能不增加。对于服用织物拼接一般都可以接受，但对于产业用纺织品，如复合材料安全头盔的骨架，拼接则大大损害其强度。与传统机织物1(参照图1)相比，本发明的机织物1是经纱2不等长，且下机后是经纱2较长处纬密较小，经纱2较短处纬密较大的扇形或曲面形状的机织物1。非矩形织物如扇形必然是弧形线不等长，而径向线等长的织物。所述不等长的弧形线是指除织物的边纱外，任意一根弧形纱线都长于其内侧(靠近圆心一侧)的纱线而短于其外侧(远离圆心一侧)的纱线(参见图2(b))。本发明设计的弧形线为经纱2，而径向线为纬纱3(参见图2(b)、图2(c))。不等长的经纱2与等长的纬纱3交织后，就形成下机后是经纱2较长处纬密较小，经纱2较短处纬密较大的扇形形状的机织物1。

本发明织造所述机织物1的织造方法是，该机织物1在织造时，经纱2采用纱架8送经，卷布辊6采用在卷布辊轴7上安装变截面的成型体6的方法卷布，其特征在于所述卷布辊6之前的卷取辊4采用在卷取辊轴5上安装同样变截面的成型体4的方法卷取。本发明方法的织造工艺是(参见图7)：从纱架8的筒子8(a)上引出经纱2，经导纱棒9后穿入综丝10，在开口机构(未画出)的作用下，经纱被分成上下两层的梭口，纬纱3从梭口中通过，经纱2与纬纱3在织口14处交织形成织物1。织物1经一对压布辊11、一个长度调节器12后，由成型体4和导布辊13牵引或引导，将织成的织物1卷绕在卷布辊6上。成型体4安装在卷取辊轴5上并由其传动卷取织物，再经导布辊13送给卷布辊6卷布。卷布辊6活套在卷布辊轴7上，在卷布辊6的侧面装有摩擦盘(未画出)，另一摩擦盘(未画出)固装在卷布辊轴7上，通过摩擦盘的作用，卷布辊轴7可以带动卷布辊6回转卷布。这种结构设计可使织物1紧密卷绕在卷布辊6上。

很显然，织物1的形状由成型体4的形状控制。卷绕在成型体4大半经的织物经纱2长度大，纬密小，而卷绕在小半径的经纱2长度短，纬密大。织物1的形状是成型体4沿经纱2方向的展开曲面。这种曲面织物在理论上可以无限长，在实际中则取决于整经长度。

本发明方法在织造这种织物时，采用了纱架送经，即每个经纱筒子供应一根经纱(织机原有的织轴送经系统不再使用)，从而为实现经纱2不等长打下基础或创造了条件；又由于采取了相应的变截面成型体4(即圆锥台形成型体，参见图2(a))卷取(而不是等截面的圆柱形卷取辊卷取，但本发明并不排除采取等截面的圆柱形卷取辊卷取)，成型体4直径较大处，卷过的经纱2较多，成型体直径较小处，卷过的经纱2较少，从而可实现下机织物1的经纱2不等长，而纬纱3等长，但织物的纬密不等。不难看出，本发明所述扇形织物的曲率大小和扇面长度的大小仅取决于圆锥台形成型体4锥角的大小和圆锥台高度的大小，而与其它因素无关。换言之，调整圆锥台成型体4的形状可以织造出各种扇形织物来。当这种扇形织物用于做扇形复合材料骨架或圆锥台形复合材料骨架时，可以不做任何裁剪(后面需要处理一下接口)，直接复合即可。省工、省料、省时间，且所得复合材料的整体性和强度却大大提高。由于所述的织物1的形状与成型体4直接相关，因此本发明织物1也可以称为仿形织物。

同样道理，当采用不同的成型体4时，就可以得到不同形状的曲面形状织物1。例如，采用图3(a)所示的橄榄形成型体4卷取时，就可得图3(b)所示的织物1，即外凸形或轮胎形织物1。这种织物1的边部经纱2与中央经纱2不等长，边部纬密大，中央纬密小。又例如，采用图4(a)所示的内凹形成型体4卷取时，就可得图4(b)所示的织物1，即马鞍形状织物1。这种织物1的边部经纱2长，中央经纱短，边部纬密小，中央纬密大。再例如，采用图5或图6所示的球台形成型体4、或者圆锥台与圆柱组合形成型体4卷取时，都可以得到其图所示的相应成型织物1。图5所示织物1在成型体4小半径处纬密大，大半径处纬密小，经纱2在成型体大半径处长，小半径处短；图6所示织物1在成型体4小半径处纬密大，大半径处纬密小，经纱2在成型体大半径处长，小半径处短。也是同样道理，当采用所得形状织物1用于做相应形状复合材料骨架时，可以不做任何裁剪(后面需要处理一下接口)，直接复合即可得到高强度整体异形复合材料，同时还省工、省料、省时间。应当指出的是：本发明虽然给出了几种常用成型体4及其所得相应形状织物1的实施例，但它没有穷尽实际可能需要的其它成型体4及其所得相应形状织物1，因此它不受所述的实施例限制。

在普通织机上，来自织口14的织物1经过胸梁的转向，使织物1向下绕到卷取辊4上。织物1开始与卷取辊4接触并受其握持的点叫卷绕点。由于胸梁为一水平杆，在本发明采用变截面的卷取辊4卷取织物时，织口14到卷取辊4卷绕点间的织物长度，会随卷取辊4半径的不同而不同，因此采用变截面成型体4卷取一般会产生纬斜问题：织物1从织口14到成形体4的卷绕点之间所经过的距离，随成形体4的半径不同而不同。在成形体4的大半经处，织物卷绕点与织口14的距离较短，意味着经纱较短，而在小半径处，织物卷绕点与织口14的距离较长，意味着经纱较长；另一方面，成形体4的大半经处卷取织物1的线速度较大，小半径处卷取织物1的线速度较小，导致纬纱3被经纱2拉动前进的线速度在大半径处较大，在小半径处较小，因此，纬纱3在被拉动过程中发生倾斜变形，到达成型体4的时间不同。纬纱3首先在大半径的最大处(实际卷绕)到达成形体4的卷绕点，以后依次向小半径的最小处(实际卷绕)过渡，直至最小半径处的纬纱3也卷绕到成形体4上，这样纬纱3在成型体4上呈螺旋线状，纬纱与经纱不再垂直。纬斜带来的问题是纬纱强度不能充分利用，进而导致了整体织物的强度下降。正是因为如此，现有技术才采用了复杂的曲面仿形钢筘。

本发明没有采用改造钢筘的技术方法，直接采用织机原有的平筘，这样做的好处是实用性好、适用性广(例如普通有梭织机、箭杆织机、片梭织机等都可以适用)，成本低。为了解决直接使用平筘而存在的纬斜问题，本发明方法的进一步特征是在紧靠织口14处设计有一对压布辊11，在压布辊11与所述卷取辊4之间适当位置处安装有长度调节器12(参见图7、8(a)、8(b))。所述的适当位置处实施例是指在织机胸梁的上方。所述长度调节器12的作用是根据成型体4的形状或变截面半径的大小调节织口14到卷绕点之间的织物长度，使其与成型体4卷绕点的半径成正比。所述长度调节器12可以有不同的结构形式，实施例具体的设计是弹簧转子式长度调节器12。它是由一组弹簧支持或控制沿织机宽度排列的一组转子12，数量可为6-20个。每个转子12的高低位置可分别按实际卷绕形状或成型体4的形状进行调节。具体说是经压布辊11出来的织物1在通过转子12上方时被其顶起，被顶起的高度与织物1绕在成形体4上的半径大小有关。在成型体4大半经处的织物1被顶起的高度大，在小半径处的织物1被顶起的高度小，转子12基本也呈成型体4的仿形形状。织物1被顶起后，增加了从织口14到卷绕点的距离，增加量也是在成型体4的大半径处大，在小半径处小，从而迟滞了大半经处纬纱3被卷绕到成型体4上的时间，使一根纬纱3能够同时到达成型体4的卷绕点，卷绕在成型体4上的纬纱3与经纱2垂直，没有纬斜，织物1与成型体4的曲面贴服良好。调节所述转子12的位置，可以适应所有成型体4的形状。

所述压布辊11的作用是保持织口14处于水平位置，从而可利用织机原有的开口、引纬和打纬机构。

本发明方法的另一个特征在于所述卷取辊轴5和卷布辊轴7上可以分别安装有2个或2个以上的变截面成型体4和同样变截面的卷布辊6，同时织造。当织造织物的轴向长度不大时，这样设计可以进一步提高织造效率，在一次织造过程中，可以得到2个或2个以上的仿形织物。这种多织物同时织造的方法既适合同时织造相同或同一种类的仿形织物，也适合织造不同或不同种类的仿形织物。所设计的弹簧转子式长度调节器12也完全适应这种多织物同时织造的需要。

本发明方法所述导布辊13的作用一是改变织物1的卷绕方向，以供卷布辊6卷绕；二是依靠弹簧加压，增大成型体4对织物1的握持能力，以更好的仿形卷取。导布辊13可以为原织机的杆式导布辊13(如图8(a)所示)，适用于成型体4的母线为直线的情况；也可以设计为靠在所述成型体4上的一组转子13(如图8(c)所示)。转子导布辊13适用于成型体4的母线为曲线的情况，其每个转子在弹簧的压力下可使织物1紧贴在成型体4上，在卷取时织物1与成型体4不产生相对滑动，从而仿形良好。这种转子导布辊13也完全适应这种多织物同时织造的需要。

还应当说明的是，本发明织物1的形状仅取决于成型体4和辅配的纱架送经，没有对使用设备和工艺提出其它要求，所以传统织机和工艺技术能够织造的织物，本发明同样可以织造，也就是说，平纹、斜纹、缎纹或它们的变化组织中的任意一种组织织物都可以织造；单层、双层或多层织物中的任意一种织物也都可以织造，本领域普通技术人员不需要进行创造性劳动即可完成。

本发明方法所述的主要特征是在织造时采用了变截面的成型体4和卷布辊6卷取。在实际操作中，这种变截面的成型体4和卷布辊6设计是：制造2根小直径(例如40毫米直径)的专用卷取辊轴(成型体轴)5、卷布辊轴7和可与卷取辊轴5、卷布辊轴7组配的各种形状独立的基本形状成型体4、6。基本形状成型体成对制造，一个作卷取辊的成型体4，另一个为卷布辊的成型体6。织造时，根据需要临时选用或组配安装使用。这种方法设计的好处是：1.独立的基本形状(如圆柱体、圆锥台、球台、马鞍形体等)成型体既可以独立使用(如图2(a)、图3(a)等所示)，也可以组合使用(大小圆柱体与圆锥台组合在一起，如图6所示)，方便了使用，也减少了成型体4的配备数量。2.成型体4的材料可以多种多样，如采用塑料、铝合金等，可以减轻重量，方便运输和降低成本。3.对于高度不大(经纱2根数相对少)的织物，可以在同一卷取辊轴5和卷布辊轴7上配置多个相同或不同形状的成型体，可在同一织造过程中，完成多个相同或不同形状织物1的织造。当然，也可根据需要制造出各种形状变截面的卷取辊4和卷布辊6，织造时直接使用该卷取辊4和卷布辊6。

本发明织物和方法虽着眼于复合材料骨架，但它完全适用于普通服用织物，如制造单缝帽盔、仿形裤子等。两者的主要区别是所用材料及其特数不同。前者使用的材料都是高强低伸的材料，如芳纶、碳纤维、玻璃纤维等，号数一般为数百特；后者则使用常规服用纤维。

下面给出本发明几个具体的实施例；

实施例1：

经纬纱均采用500Tex无碱玻璃纤维纱，平纹组织，使用图2(a)所示的成型体4和相同形状的卷布辊6织造，所得织物1卷绕在卷布辊6上，呈圆锥台状，织物的纬纱3与卷布辊6母线平行，经纱密度为5根/cm，展开的扇形织物小半径40cm，大半径56cm，纬纱密度在小半径处为5根/cm，在大半径处3.5根/cm。

实施例2：

经纬纱均采用600Tex无碱玻璃纤维纱，双层管状组织，使用图2(a)所示的成型体4和相同形状的卷布辊6织造，所得织物1展开后成弯管状，管径10cm，经纱密度5根/cm，纬纱密度在小半径处为4根/cm，在大半径处3.5根/cm。

实施例3：

经纬纱均采用900Tex无碱玻璃纤维纱，斜纹组织，使用图3(a)所示的成型体4和相同形状的卷布辊6各两个，织造两幅织物，所得织物1卷绕在卷布辊6上呈橄榄形，展开后为外凸形或轮胎状，织物宽度(沿纬纱方向曲线)20cm，经密为4根/cm，布边处纬密4根/cm，布中央纬密3根/cm。

实施例4：

经、纬纱2、3均采用12K碳纤维，接结经(或捆绑经纱)采用1K碳纤维，正交组织，其中经纱2三层，纬纱3四层，依靠接结经纱(或捆绑经纱)把经、纬纱连接成整体织物。使用如图4(a)所示的成型体4及卷布辊6织造，所得织物1卷绕在成型体6上呈内凹形旋转曲面，展开后呈马鞍形，织物宽度(沿纬纱方向曲线)20cm，单层经密为5根/cm，织物1两边处单层纬密4根/cm，织物1中央单层纬密5根/cm。

实施例5：

经纬纱均采用412Tex尼龙长丝，方平组织，使用图5所示的成型体4和卷布辊6，所得织物1卷绕在成型体6上呈球台状，织物宽度(沿纬纱方向曲线)16cm，经密为6根/cm，球台小半径处织物纬密5根/cm，大半径处纬密4根/cm。

实施例6：

经纬纱均采用396Tex(12合股)的纯棉纱，平纹组织，使用图6所示的成型体4和卷布辊6，所得织物1卷绕在成型体6上呈圆锥台与两个圆柱组合的旋转曲面，织物宽度(沿纬纱方向曲线)25cm，经密为6根/cm，大圆柱体处织物纬密4.5根/cm，小圆柱体处织物纬密6根/cm。

Claims (9)

1.一种经纱(2)、纬纱(3)交织的机织物(1)，其特征在于所述机织物(1)的经纱(2)不等长，且下机后是经纱(2)较长处纬密较小，经纱(2)较短处纬密较大的扇形或曲面形状的机织物(1)。

2.根据权利要求1所述的机织物(1)，其特征在于所述机织物(1)的组织是平纹、斜纹、缎纹或其变化组织中的任意一种。

3.根据权利要求2所述机织物(1)，其特征在于所述机织物(1)是单层、双层或多层织物中的任意一种。

4.根据权利要求1、2或3所述机织物(1)的织造方法，该机织物(1)在织造时，经纱(2)采用纱架(8)送经，卷布辊(6)采用在卷布辊轴(7)上安装变截面的成型体(6)的方法卷布，其特征在于所述卷布辊(6)之前的卷取辊(4)采用在卷取辊轴(5)上安装同样变截面的成型体(4)的方法引导卷取。

5.根据权利要求4所述机织物(1)的织造方法，其特征在于紧靠织口(14)处设计有压布辊(11)，在压布辊(11)与所述成型体(4)之间适当位置安装有长度调节器(12)。

6.根据权利要求5所述机织物(1)的织造方法，其特征在于所述的长度调节器(12)为转子式长度调节器(12)。

7.根据权利要求6所述机织物(1)的织造方法，其特征在于所述变截面的成型体(6)和成型体(4)分别在卷布辊轴(7)和卷取辊轴(5)上安装有2个或2个以上，同时织造。

8.根据权利要求5、6或7所述机织物(1)的织造方法，其特征在于靠在所述成型体(4)上的导布辊(13)为一组转子。

9.根据权利要求1、2或3所述的机织物(1)，其特征在于所述机织物(1)用于制作相应形状复合材料的骨架。

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