CN1851083A - 封顶三维织物及其织造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种封顶三维织物及其织造方法。该织物具有顶部和身部由经纱与纬纱一次连续织造完成的不分层的三维整体结构。该织造方法首先织造封顶三维织物的顶部：按织物结构要求设计并先预置好预留长度经纱，采用直线形引纬法将按织物结构要求设计的预留长度纬纱逐一引入所述的预留长度经纱中，使二者交织，再预置好所述预留长度纬纱，依此循环，直至织物顶部织造完成；继而利用织物顶部所述预留长度经纱和预留长度纬纱的未交织部分作为所述封顶三维织物身部的纱线，采用机织或编织的方法继续进行身部的织造，直至织物整体织造完成。

Description

封顶三维织物及其织造方法

技术领域

本发明涉及一种三维织物技术，具体是一种用于三维织物复合材料制件支撑体的封顶三维织物及其织造方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl⁷ D03D13/00。

背景技术

三维织物具有独特的结构，用其增强的复合材料制件具有高损伤容限、耐冲击、耐烧蚀、抗分层和抗疲劳等综合性能。封顶三维织物复合材料制件是三维织物复合材料的一个种类，其结构复杂，形状各异，种类繁多。封顶三维织物是封顶三维织物复合材料制件的支撑体，在三维织物中属于异型织物，形状特殊，性能要求高、整体性要求好，在航空航天领域中的应用较为广泛。目前这类封顶三维织物绝大多数都采用顶部与身部先分别制造，再将二者连接成一个整体的制造或织造技术。这种复合材料制件的顶部普遍采用金属件，而身部既有三维织物制件，也有二维织物铺层件或纤维缠绕件。这种结构制件的主要缺点是：减重效果差，结合部力学性能不好，并难以控制；也有采用二维织物直接铺层方法来制成封顶三维织物复合材料制件的，其主要缺点是：织物分层，整体性差，铺层操作可控性差，制件各部分的纤维体积含量均匀性和一致性不好，影响构件的整体性能，尤其是织物层间的力学性能薄弱，质量难以保证。因此，封顶三维织物复合材料制件的预制件即封顶三维织物的成型方法，特别是三维预制件织物的整体性成型方法或织造方法是封顶三维织物复合材料制件的关键技术之一。专利文献《加筋三维织物的编织工艺)》(CN200410014863.0)介绍了一种加筋三维织物的编织工艺，解决的是非封闭形织物的整体编织问题，不适用于本发明所述的封顶三维织物的织造。

发明内容

本发明拟解决的技术问题是，设计一种封顶三维织物及其织造方法，该封顶三维织物具有顶部成型好，并与身部为一体结构，不分层，整体性强，减重效果好，纤维体积含量均匀一致等特点；该封顶三维织物的织造方法可一次连续织造完成所述的封顶三维织物，并具有织物顶部操作简单，与身部过渡容易，织造效率高，适应性强，方便实际应用等特点。

本发明解决所述封顶三维织物技术问题的技术方案是：设计一种封顶三维织物，该织物具有顶部和身部由连续的纱线一次连续织造完成的不分层的三维整体结构。

本发明解决所述封顶三维织物织造方法技术问题的技术方案是：设计一种封顶三维织物的织造方法，该织造方法首先织造封顶三维织物的顶部：按织物结构要求设计并先预置好预留长度经纱，采用直线形引纬法将按织物结构要求设计的预留长度纬纱逐一引入所述的预留长度经纱中，使二者交织，再预置好所述预留长度纬纱，依此循环，直至织物顶部织造完成；继而利用织物顶部所述预留长度经纱和预留长度纬纱的未交织部分作为所述封顶三维织物身部的纱线，采用机织或编织的方法继续进行身部的织造，直至织物整体织造完成。

与现有技术相比，本发明所述的封顶三维织物织造方法将预置预留长度经纱法、直线形引纬法和预留长度纬纱法三种织造工艺巧妙结合并运用于封顶三维织物的顶部织造过程中，可实现异形复合材料制件的预制件封顶三维织物的一体化整体织造，解决了现有技术织物封顶部分无法成型，层间力学性能差，铺层成型可控性差等问题，可同时获得最大限度地减重和增强织物整体性及确保织物质量，并具有操作简单，效率高，适应性强，方便实际应用等的积极效果。本发明织造方法所织造出的封顶三维织物具有整体性好、纤维体积含量均匀，损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等优良性能，可广泛用于航空、航天、武器和民用等有关领域。

附图说明

图1为本发明封顶三维织物顶部的组织结构示意图；

图2为本发明封顶三维织物织造方法织造织物顶部时所先预置预留长度经纱的示意图；

图3为本发明封顶三维织物织造方法织造织物顶部时所采用的直线形引纬法的引纬示意图之一；

图4为本发明封顶三维织物织造方法织造织物顶部时所采用的直线形引纬法的引纬示意图之二；

图5为本发明封顶三维织物织造方法织造织物身部时所采用的织机底盘工作示意图；

图6为本发明封顶三维织物织造方法织造织物的顶部及所预置的预留长度经纱和预留长度纬纱的未交织部分示意图；

图7为本发明封顶三维织物织造方法的一种实施例织造矩形体封顶三维织物顶部时的整体形状示意图；

图8为本发明封顶三维织物织造方法的另一种实施例织造圆锥体封顶三维织物顶部时的整体形状示意图；

图9为本发明封顶三维织物织造方法的第三种实施例织造梯形体封顶三维织物顶部时的整体形状示意图；

图10为本发明封顶三维织物顶部织造方法一种实施例所采用的织机排列示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明，本发明不受实施例的限制：

本发明所述的封顶三维织物是一类封顶三维织物的统称，包括矩形体封顶三维织物(参见图7)、圆锥体封顶三维织物(参见图8)、梯形体封顶三维织物(参见图9)等。这种封顶三维织物也常称为异形封顶三维织物(以下简称封顶织物或织物)。

不论那种具体形状，本发明所述的封顶织物都包括顶部和身部两部分。其特点是织物这两部分具有整体性或者说具有一体性结构(参见图1、6-9)，即在所有织物1表面变化处特别是顶部6和身部7结合处的纱线(经纱和纬纱)都是连续和一体的，织物的顶部6和身部7是由所述经纱2与纬纱3一次连续织造完成的不分层的整体结构。因此，本发明所述封顶织物与现有技术的顶部和身部部两部分分别织造后，再连接成为一个整体的织物根本不同，其整体性的结构不仅可以大幅提高自身质量和性能，而且可以大幅提高以其为预制件的复合材料制品的有关性能和质量；与二维织物铺层件或纤维缠绕件的现有技术封顶织物相比，具有不分层的整体结构特点，同样可以大幅提高其自身质量和性能以及以其为预制件的复合材料制品的有关性能和质量。

本发明所述的封顶织物的顶部结构是一类层-层正交角联锁结构，可以是文献[参见杨彩云等，复合材料用3D角联锁结构预制件的结构设计及新型织造技术[J].东华大学学报，2005，31(5)：53-58]中的层-层正交角联锁结构、或带衬经的层-层正交角联锁结构、或带衬纬的层-层正交角联锁结构、或带衬经衬纬的层-层正交角联锁结构、或层-层斜交角联锁结构、带衬经的层-层斜交角联锁结构、或带衬纬的层-层斜交角联锁结构、或层-层疏松正交角联锁结构、或带衬经的层-层疏松正交角联锁结构中的任何一种。实施例给出的织物1是层-层正交角联锁结构(参见图1)，实际使用中可根据制件要求的厚度确定织物层数、纱线粗细、纱线原料等参数。织物1的同一水平面上的九根纬纱3构成一层纬纱，而经纱2不但参与了与第一层纬纱3的交织，而且参与了与水平相邻层纬纱3的交织，依靠经纱2参与水平相邻两层纬纱3的交织，使得各层经纱2与各层纬纱3构成整体结构的所述织物1。

本发明所述封顶织物的身部结构没有限制，既可以是三维机织物结构，也可以是三维编织物结构。所述三维机织物的结构不但可以继续采用顶部织物所用到的结构，也可以采用其它三维机织物结构；同样，所述三维编织物的结构可以采用三维四向、三维五向、三维六向编织结构中的任何一种。

根据本发明所述织物的结构要求，本发明同时设计了所述织物的织造方法。该织造方法首先织造封顶三维织物的顶部：按织物结构要求设计先预置好预留长度经纱，采用直线形引纬法将按织物结构要求设计的预留长度纬纱逐一引入所述的预留长度经纱中，使二者交织，再预置好所述预留长度纬纱，依此循环，直至织物顶部织造完成；继而利用织物顶部所述预留长度经纱和纬纱的未交织部分作为所述封顶三维织物身部的纱线，采用机织或编织进行身部的织造，直至织物整体织造完成。

本发明织造方法的具体工艺为：先根据织物顶部6的长度(或宽度)及身部7的要求设计预置经纱2的行数、列数和预留长度，将这些经纱2的两端按行、按列预先分别挂在两台机器41、42上(参见图10)，这些经纱即称为预留长度经纱2(以下简称经纱2)；尔后采用直线形引纬法将纬纱3逐一引入到所述经纱2之中，使经纬纱二者交织，同时预置好预留长度纬纱3或先预留出一定长度的纬纱3，所述预留出一定长度的纬纱3是指根据织物顶部的宽度W(或长度L)及身部7的设计要求预留出适当长度的纬纱3。这些纬纱3称为预留长度纬纱3(以下简称纬纱3)，在织造织物顶部6时仅使用了其一小部分长度，余下部分用于后续织物身部7的织造；后将所述纬纱3的两端分别按行、按列挂在另外的两台机器43、44上(简称挂机，参见图10)，以便后续引纬。所述的四台织机两两相对，相互垂直安装在封顶织物的四周；重复循环所述的引纬和挂机操作，直至织物的顶部6织造完成。本发明所述直线形引纬法的特点在于每引一根纬纱3都要在其两端预留出按织物设计要求后续织造时所需长度的纬纱。

本发明所述的织造方法须由织物的顶部6开始织造，也即先织造织物的顶部6(参见图7-9)，进而接续织造织物的身部7，直至织物1整体一次连续织造完成。织物顶部6的织造采用预置预留长度经纱法、直线形引纬法和预留长度纬纱法，依靠织机的运动完成经纬纱的交织。本发明所述织物的织造方法的详细操作工艺如下：

1.首先预置预留长度经纱，并挂机(参见图7、9)。先根据设定的经纱密度、织物顶部(长度L或宽度W)以及层数计算所需经纱的行数、列数和长度。将经纱按行、按列平行顺直排列；再将每一根经纱2分别挂在两台织机41、42织机底盘4的对应锭子上(参见图5，图中的a，b，c，d和a’，b’，c’，d’分别代表织机的两组锭子；参见图10)。

2.采用直线形引纬法引纬交织。直线形引纬的具体方法是将织物外层第一层开口，从右往左(或从左往右)引入纬纱31(参见图3、5、10。图3中的箭头方向表示引入纬纱的方向)，同时将纬纱31的两端分别与所述另外两台织机43、44底盘4上的锭子相连挂，即挂机；再将织物外层的第二层开口，继续从右往左(或从左往右)引入纬纱32，同时挂机；进而再将织物外层的第三层开口，继续从右往左(或从左往右)引入纬纱33，同时挂机，以此类推，由外向内依次引入纬纱3，直至织完织物1的内表面第一层。

把织物外表面能看到的一列列经纱2所连接的锭子列定义为长列，如锭子a，b，c，d所在的列(参见图3、5)，与它纵向相邻的另一列锭子定义为短列，即内表面能看到的列，如a’，b’，c’，d’所在的列。将长短列锭子进行相对纵向位移，即长列锭子经纱由织物外表面向织物内表面沿着轨道8(参见图5)纵向移动2个锭位，短列锭子经纱由织物内表面向织物外表面沿着轨道8纵向移动2个锭位，两者相对位移距离为4个锭子的间距，位移后的位置如图4所示；此时，a，b，c，d所在的列变为短列，而a’，b’，c’，d’所在的列变为长列。再采用所述的直线形引纬法引入纬纱，即将织物外层的第一层开口，从左往右(或从右往左)引入纬纱31(参见图4)，同时挂机；再将织物外层的第二层开口，从左往右(或从右往左)引入纬纱32，同时挂机；进而将织物外层的第三层开口，从左往右(或从右往左)引入纬纱33，同时挂机，以此类推，由外向内依次引入纬纱3直至织完织物的内表面第一层。

3.重复所述的第2步，直到织物顶部6织造完成，即所织织物的几何尺寸(长度L和宽度W)满足织物顶部6的要求为止。

4.继续织造织物的身部，完成整体织物。用所述预置预留长度经纱法、直线形引纬法和预留长度纬纱法织造出留有所需长度的经纱2和纬纱2的织物顶部6(参见图6)后，以该织物顶部6四个方向所预留出设计长度(在织物顶部没有交织的长度)的经纱2和纬纱3全部作为后续织造身部7的纱线，采用现有的三维织造技术继续织造织物的身部7，直至整个织物1整体织造完成。

应当说明的是，本发明所述的织造方法既适用于机织的封顶三维织物，也适用于编织的封顶三维织物。对于机织的封顶三维织物，在织造完所述的织物顶部后，所述在织物顶部没有交织而预留出设计长度的经纱和纬纱则全部作为后续织造该织物身部的经纱；而对于编织的封顶三维织物，所述在织物顶部没有交织而预留出设计长度的经纱和纬纱则全部作为后续织造该织物身部的编织纱以及轴纱。织物身部的机织或编织均可采用现有技术。

织物身部7的织造属闭合形织物的织造问题。本发明所述的身部7是一个广义概念，包括矩形体封顶三维织物矩形顶部以下部分(参见图7)、圆锥体封顶三维织物尖部以下部分(参见图8)、梯形体封顶三维织物矩形顶部以下部分(参见图9)等。相应地，本发明所述的顶部6也是一个特定的概念，它是仅指封顶三维织物的几何体顶部利用本发明织造方法所织造的那部分。它可以是封顶三维织物几何体的顶部，如矩形体封顶三维织物的矩形顶部、梯形体封顶三维织物的矩形顶部等；也可以没有顶部和身部几何体界限的封顶三维织物头部的一小部分，如圆锥体封顶三维织物尖顶部(参见图8)。本发明为叙述方便，一律简称为所述织物的顶部6。

本发明所述的织造方法织造出的织物，具有良好的整体性，在织物表面特别是变化处(如织物顶部和身部两部分的结合处或织造方法的改变处等)的纱线都是连续的、整体的，是一次连续织造完成的；织物是一体的，不分层的，因而使用该织物的复合材料具有整体性好、损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等优良性能。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例。

实施例1

采用本发明织造方法织造矩形体封顶三维织物(参见图7)。

矩形体封顶三维织物的顶部6为矩形，身部7的截面也为矩形。首先织造织物的顶部6。顶部6的织造从预置预留长度经纱2开始，设经纱密度为80根/层/10cm，顶部6宽度W＝100mm，顶部6长度L＝120mm，身部7长度L’＝180mm，织物层数N＝4层，经计算得所需经纱2的行数为4，列数为80，总经纱根数为320，所需经纱2长度为180×2+120＝480mm，所需纬纱3长度为180×2+100＝460mm，将320根经纱2分成4行、80列，平行顺直排列(参见图2)，再将每一根经纱2的两端挂在织机底盘41、42上的对应锭子上(参见图10)。而后采用直线形引纬法引入纬纱3，同时将纬纱3的两端分别与另外的两台织机底盘43、44上的锭子相连。继而将长短列锭子进行相对纵向位移后，继续采用直线形引纬法引纬，同时将纬纱3的两端分别与另外的两台织机底盘43、44上的锭子相连。如此循环反复，直到织物长度达到设计顶部长度120mm为止。然后织造织物身部7。以顶部织物四个方向留有的纱线(经纱2和纬纱3)作为经纱(对于三维机织物结构的身部而言)或作为编织纱以及轴纱(对于三维编织物结构的身部而言)，采用现有的三维织造技术即可继续织造织物的身部7，直至整个织物1连续织造完成。

实施例2

采用本发明织造方法织造圆锥体封顶三维织物(参见图8、10)。

理论上圆锥体封顶三维织物不存在顶部6与身部7，但可以将较小面积的圆锥尖部(顶尖局部区域)例如5mm²的一小块正方形面积看成是圆锥体封顶三维织物的顶部6。首先织造织物顶部6。织物顶部的织造同样从预置预留长度经纱2开始，设经纱2密度为120根/层/10cm，顶部6宽度W＝5mm，顶部6长度L＝5mm，身部7长度L’＝250mm，织物层数为12层，经计算得所需经纱2的行数为12，列数为6，总经纱根数为72，所需经纱2长度为250×2+5＝505mm，所需纬纱3长度为250×2+5＝505mm，将72根长为505mm的经纱2分成12行、6列，平行顺直排列，参见图2，再将每一根经纱2的两端挂在织机底盘41、42上的对应锭子上，即挂机，而后采用直线形引纬法引入纬纱，同时挂机。继而将长短列锭子进行相对纵向位移后，继续采用直线形引纬法引纬，同时挂机。如此循环反复，直到织物长度达到顶部6长度5mm为止。以顶部织物均布四个方向预留长度的纱线作为经纱(对于三维机织物结构的身部而言)或作为编织纱以及轴纱(对于三维编织物结构的身部而言)，采用现有的三维织造技术即可继续织造织物的身部7，直至整个织物1连续织造完成。

实施例3

采用本发明织造方法织造梯形体封顶三维织物(参见图9)。

梯形体封顶三维梯形织物的顶部6织造方法同于实施例1的顶部织造方法；其身部7的织造方法同于实施例2的身部织造方法。具体参数按织物要求设计，可与实施例1或2相同或不同。

Claims (5)

1.一种封顶三维织物，该织物具有顶部和身部由经纱与纬纱一次连续织造完成的不分层的三维整体结构。

2.根据权利要求1所述的封顶三维织物，其特征在于所述的封顶三维织物为矩形体封顶三维织物。

3.根据权利要求1所述的封顶三维织物，其特征在于所述的封顶三维织物为圆锥体封顶三维织物。

4.根据权利要求1所述的封顶三维织物，其特征在于所述的封顶三维织物为梯形体封顶三维织物。

5.一种封顶三维织物的织造方法，该织造方法首先织造封顶三维织物的顶部：按织物结构要求设计并先预置好预留长度经纱，采用直线形引纬法将按织物结构要求设计的预留长度纬纱逐一引入所述的预留长度经纱中，使二者交织，再预置好所述预留长度纬纱，依此循环，直至织物顶部织造完成；继而利用织物顶部所述预留长度经纱和预留长度纬纱的未交织部分作为所述封顶三维织物身部的纱线，采用机织或编织的方法继续进行身部的织造，直至织物整体织造完成。

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