CN1932102A - 三维锥形壳体织物的织造方法及其制品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维锥形壳体织物的织造方法及其制品，该织造方法依次包括：1.根据织物设计采用管状织物织造方法预置经纱；2.采用平面螺旋引纬法引纬与所述预置经纱交织织造；3.根据织物的平面形状要求在其两侧设计剪经点并进行仿形剪经操作；4.重复2、3两步所述操作继续织造，直至三维锥形壳体织物整体织造完成。本发明织造方法具有织造周期短，成本低，操作简单，效率高、适应性强，方便实际应用等特点，所得制品具有整体性好、损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等优良性能。

Description

三维锥形壳体织物的织造方法及其制品

技术领域

本发明涉及一种三维织物技术，具体是一种特别适用于作为复合材料制件预制件的三维锥形壳体织物的织造方法及其制品，国际专利主分类号拟为Int.C1D03D 13/00(2006.01)。

背景技术

三维织物具有独特的结构(参见图1)，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。三维锥形壳体织物在三维织物中属于异型织物。它具有形状特殊、性能要求高、整体性要求好等特点，在航空航天领域中的应用较为广泛。目前，三维锥形壳体织物的织造方法是立体织造法，即将三维锥形壳体织物直接织造在三维锥形模具的外表面上的织造方法。这种立体织造方法的织造成本高，生产周期长，效率较低；所织造出的立体织物蓬松性较差，用其制得的复合材料制件的纤维均匀性较差。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明拟解决三维锥形壳体织物织造技术的问题是，设计一种三维锥形壳体织物的织造方法—平面仿形织造法。该织造方法特别适用于织造作为复合材料制件预制件的三维锥形壳体织物，具有织造周期短，织造成本低，操作简单，效率高、适应性强，方便实际应用等特点；所制得的三维锥形壳体织物具有适宜的成型性，蓬松性好等特点；用其制得的三维锥形壳体复合材料制件具有纤维均匀性好，力学性能优良，整体性能强等特点。

本发明解决所述三维锥形壳体织物织造方法技术问题的技术方案是：设计一种三维锥形壳体织物的织造方法，它依次包括：1.根据织物设计采用管状织物织造方法预置经纱；2.采用平面螺旋引纬法引纬与所述预置经纱交织织造；3.根据织物的平面形状要求在其两侧设计剪经点并进行仿形剪经操作；4.重复2、3两步所述操作继续织造，直至三维锥形壳体织物整体织造完成。

本发明解决所述三维锥形壳体织物技术问题的技术方案是：设计一种三维锥形壳体织物，该织物采用本发明所述的三维锥形壳体织物织造方法织造而成。

与现有技术相比，本发明的织造方法将平面预置经纱法、平面螺旋引纬法及剪经纱法三种织造工艺巧妙结合并运用于三维锥形壳体织物的平面仿形织造过程中，可实现三维锥形壳体织物的平面化整体织造，解决了织造成本高，生产周期长，所织造出的立体织物的蓬松性差，用其制得的复合材料制件的纤维均匀性差，制品质量难以保证等问题。用本发明织造方法织造出的三维锥形壳体织物制作的复合材料制件具有整体性好、损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等优良性能，可广泛用于航空、航天、武器和民用等有关领域，进一步提高其相关质量。

附图说明

图1为本发明三维锥形壳体织物的织造方法及其制品一种实施例的织物组织结构示意图；

图2为本发明三维锥形壳体织物的织造方法一种实施例的织造过程示意图；

图3为本发明三维锥形壳体织物的织造方法一种实施例所织造出的三维曲线圆台锥锥形壳体织物下机时(a)和撑开后(b)的形状示意图；

图4为本发明三维锥形壳体织物的织造方法一种实施例所采用的平面螺旋引纬法引纬的示意图；

图5为本发明三维锥形壳体织物的织造方法一种实施例所织造出的三维直线圆台锥锥形壳体织物下机时(a)和撑开后(b)的形状示意图；

图6为本发明三维锥形壳体织物的织造方法一种实施例所织造出的三维圆柱形壳体织物下机时(a)和撑开后(b)的形状示意图。

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，但本发明不受实施例的限制：

锥形壳体织物复合材料制件的预制件即三维锥形壳体织物的成型方法是三维锥形壳体织物复合材料制件的关键技术之一。本发明设计的一种三维锥形壳体织物(以下简称织物)的织造方法(以下简称织造方法)，它依次包括：1.采用管状织物织造方法预置经纱；2.采用平面螺旋引纬法引纬与所述预置经纱交织织造；3.根据织物的平面形状要求在织物的两侧设计剪经点并进行仿形剪经操作，4.重复2、3两步所述操作继续织造，直至三维锥形壳体织物整体织造完成。

本发明所述的织造方法包括4个步骤：预置经纱、平面螺旋引纬法引纬交织、仿形剪经法剪经和平面仿形整体织造。

本发明设计织造方法需由织物的大端5(参见图3、5)开始织造，也即先织造织物最宽的一端(锥形的底面)，随着经纬纱的交织和剪纱的不断进行，直至织物整体一次连续织造完成。其具体操作工艺如下：

1.预置经纱。本发明预置经纱系根据织物设计采用传统的管状织物平面整体织造技术的经纱设置工艺预置经纱(参见图2和蔡陛霞，织物结构与设计，北京：纺织工业出版社，1979年)，即先根据织物1大端5的周长设计预置经纱2的总根数，并根据织物1的长度确定经纱2的长度，将这些经纱2的一端均匀挂在织机10机前的卷布轴4上，另一端穿过织机10上的钢筘12和综丝7后与经轴8相连。所述的综丝7一根内只穿一根经纱2。

2.平面螺旋引纬法引纬交织。本发明织造方法采用平面螺旋引纬法引入纬纱3，使其与经纱2梭口交织织造(参见图2)。织机10运转时，其上的综框6进行上升或下降的往复运动，从而带动穿过其上综丝7的经纱2上升或下降的往复运动，在上升与下降的同时经纱2之间形成一条通道——梭口，此时将纬纱3穿过该梭口并留在其中，完成一次交织；当综框6再次进行上升或下降的往复运动后，经、纬纱二者产生交织，同时再一次形成新的梭口，以便引入下一纬纱，再次进行交织。所述梭口形成的具体方法与采用织机的类型、组织结构和织物厚度设计有关。例如，织造图1所示的3层结构的层-层正交角联锁结构织物时，一般织造此结构的平面织物需要6页综框，而织造此结构的壳体(管状)织物时则需12页综框。这12页综框将分成两组分别上升或下降，从而形成所述的梭口。

本发明所述的织机10可以采用传统的织机，例如定型的1515型多臂织机、H212毛织机等。为了适用本发明织造方法要求，可以对其进行部分调整，例如将胸梁前移、将刺毛辊传动的卷布改成罗拉传动的卷布等。当然，也可以根据需要简化织机的组装设计，例如去除多梭箱机构、边撑机构等。

本发明设计的平面螺旋引纬法是一种织造方法。所述的平面螺旋引纬法是指一种在多层管状织物横断面采用平面螺旋线的方式由外层向里层或由里层向外层引纬入经纱梭口的织造方法。其基本工艺以设计3层结构的层-层正交角联锁结构织物实施例为例说明如下(参见图1、图4)：所述的织物分为两层(管状压扁后)，即上层织物A和下层织物B，依据纬纱3的层次上层织物A包括4层，从里到外分别为里层A1、次里层A2、次外层A3和外层A4；同样，下层织物B也包括4层，从里到外分别为里层B1、次里层B2、次外层B3和外层B4。

织造时，梭口第一次张开后，从右往左引入下层织物B的里层B1的一根纬纱31；梭口第二次张开后，从左往右引入上层织物A的里层A1的一根纬纱32；梭口第三次张开后从右往左引入下层织物B的次里层B2的一根纬纱33；梭口第四次张开后从左往右引入上层织物A的次里层A2的一根纬纱34；梭口第五次张开后，从右往左引入下层织物B的里层B3的一根纬纱35；梭口第六次张开后，从左往右引入上层织物A的里层A3的一根纬纱36；梭口第七次张开后，从右往左引入下层织物B的里层B4的一根纬纱37；梭口第八张开后，从左往右引入上层织物A的里层A4的一根纬纱38。至此完成了整个纬纱3循环的一半。可以看出，在这上半个纬纱循环中，纬纱3的引入顺序是从里层逐层过渡到外层。此时上层织物A的纬纱端头与下层织物B的纬纱端头一一相连。下半个纬纱循环的引入顺序与上半个纬纱循环的引入顺序相反，从外层逐层过渡到里层。所述的引入一根纬纱3X，只是一种为说明问题的简单方法，实际上，所述的纬纱31-38是一根在多层管状织物横断面由外层向里层再由里层向外层或者相反引纬并与经纱交织所得到的平面螺旋线。

3.仿形剪经法剪经。根据织物的平面形状要求在织物的两个边侧设计剪经点，并随着织造的进行，在剪经点处进行仿形剪经操作。所述的平面形状是指所述的三维锥形壳体织物(即锥形管状织物)压扁后的形状。所述的剪经点是指依照上机织物的外形形状在其左右两个边侧设计的剪掉经纱的位置(参见图3、图5中的91、92)。每织一个纬纱循环可剪经操作一次。每次剪经操作均是在左右上机织物两侧的对称位置从被新织入的一根纬纱3压住部位的根部剪断等量的经纱根数，同时剪断其与经纱轴8相连的另一端，抽出此段经纱2后，继续正常织造。剪掉经纱2的根数多少与此处织物1应有的平面宽度有关，或者说以达到织物1该处所需要的宽度为依据。例如，对于三维直线圆台锥锥形壳体织物，织造时每次剪掉经纱2的根数是个常数(参见实施例1)；而在织造三维曲线圆台锥锥形壳体织物时，每次剪经操作在织物的两侧剪掉经纱的根数就是个变值(参见实施例2)；对于特殊的三维圆柱形壳体织物而言，织造时则不需要剪纱，也即每次剪掉经纱2的根数是0(参见实施例3)。简单说即是根据所织处织物1应有的平面宽度，计算出该处应当剪掉的经纱根数，以便实施剪经操作。这样的剪经操作可以保证获得所需要的织物形状宽度，也即完成仿形剪经法剪经。

4.平面仿形整体织造。根据织物的平面形状要求重复2、3两步所述操作继续织造，直至三维锥形壳体织物整体织造完成。

本发明所述织造方法所织造的织物(或制品)是一类三维织物制品的统称，包括三维直线圆台锥锥形壳体织物(参见图5)、三维曲线圆台锥锥形壳体织物(参见图3)和三维圆柱形壳体织物(参见图6)等。其织物结构是一类角联锁结构，包括通厚度斜交角联锁结构、P层斜交角联锁结构、带衬纬的通厚度斜交角联锁结构、带衬纬的P层斜交角联锁结构、P层正交角联锁结构、带衬纬的P层正交角联锁结构、P层疏松正交角联锁结构中的任何一种(P为大于1、小于织物设计层数的整数)(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)。图1给出的织物1是3层结构的层-层正交角联锁结构(p＝2)，3层经纱2分别为21、22、23，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、纱线原料等工艺参数。织物1的同一水平面上的九根纬纱3构成一层纬纱，共有4层纬纱，分别为A1、A2、A3、A4(或B1、B2、B3、B4)，每一层经纱2与与之相邻的上、下两层纬纱3进行交织，例如经纱层21与纬纱层A1和A2进行交织，经纱层22与纬纱层A2和A3进行交织，经纱层23与纬纱层A3和A4进行交织等，使得各层经纱2与各层纬纱3构成一个整体结构的所述织物1。

本发明所述的织物1由于采用了本发明所述的织造方法，使得其所有的环向纱线是由连续的纬纱3织造而成，在剪经点处的纬纱3也是连续的，具有良好的整体性，不分层的组织结构，适当的钢筘12和纬纱张力及平面螺旋纬纱分布使得织物1边部与布身的密度上差异很小，加之该结构适宜的成型性，使得织造出的织物与后续工序中的三维锥形模具尺寸吻合性很好，并且织物外观均匀，力学性能提高。

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

织造直线圆台锥锥形壳体织物(参见图5)。

设计直线圆台锥锥形壳体织物的大端直径为360mm，母线长度为450mm，经纱密度为500根/10cm，纬纱密度为300根/cm。根据壳体织物大端的尺寸要求和密度要求计算得出所需的经纱根数为5652根，根据壳体的母线长度要求截取长度为900mm的经纱5652根，将5652根纱线的一端均匀挂在卷布轴4上(参见图2所示)，再将这些纱线的另一端分别穿过图2中的钢筘12和综丝7后与织机10下方的经纱轴8相连。

启动织机10，综框7作上升下降的往复运动，经纱2随之形成上下两层，构成引入纬纱的通道-梭口，此后，采用平面螺旋形引违法引入纬纱3，当完成一个纬纱循环后，推动钢筘12打紧纬纱3。

设计图1所示的3层结构的层-层正交角联锁结构，完成一个从里层到外层再从外层到里层的纬纱循环后，织入了两个螺旋线形纬纱3，根据设计工艺，进入剪纱点91、92，从被新织入的一根纬纱3压住部位的根部每侧剪断4根经纱，同时剪断其与经纱轴8相连的另一端，抽出此段经纱2后，继续正常织造；再织入一个纬纱循环后，进入下一个剪纱点，再进行剪纱操作。由于壳体的母线为直线，故在织造同一件产品中每次剪掉经纱2的根数是个常数。

当织物达到设计规定的长度和宽度后，剪断所有的剩余经纱，从织物的两层中间撑开，即可得到所述的直线圆台锥锥形壳体织物。

实施例2

织造曲线圆台锥锥形壳体织物(参见图3)。

曲线圆台锥锥形壳体织物的织造过程基本同于实施了例1所述的直线圆台锥锥形壳体织物的织造过程。区别在于：织造同一件织物中每次剪掉的经纱根数不再是个常数，而是有所变化，以便获得需要的曲线形状。本实施例在织造起始阶段，每次剪经操作在织物的两侧各剪掉4根经纱；织物长度达到3cm后，每次剪经操作在织物的两侧各剪掉6根经纱；织物长度达到5cm后，每次剪经操作在织物的两侧各剪掉9根经纱，以此类推，直至织物整体仿形织造完成。

实施例3

织造柱形壳体织物(参见图6)。

柱形壳体织物的织造方法也基本同于实施例1所述的织造方法，但它更为简单：织造过程自始至终无需剪纱操作。严格说，柱形壳体织物是本发明所述的三维锥形壳体织物的一种特例(锥度＝0)。

Claims (3)

1.一种三维锥形壳体织物的织造方法，它依次包括：(1).根据织物设计采用管状织物织造方法预置经纱；(2).采用平面螺旋引纬法引纬与所述预置经纱交织织造；(3).根据织物的平面形状要求在其两侧设计剪经点并进行仿形剪经操作；(4).重复(2)、(3)两步所述操作继续织造，直至三维锥形壳体织物整体织造完成。

2.一种三维锥形壳体织物，该织物采用权利要求1所述的三维锥形壳体织物织造方法织造而成。

3.根据权利要求2所述的三维锥形壳体织物，其特征在于所述的三维锥形壳体织物是三维曲线圆台锥锥形壳体织物、三维直线圆台锥锥形壳体织物和三维圆柱形壳体织物。

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