CN102505336B - 截面尺寸可扩展的预成型体制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，该方法通过采用三维多向结构，通过“甩出-植入”纤维束制备截面尺寸可扩展预成型体，以解决现有三维编织预成型体制备方法中垂直中心线方向的尺寸受设备容量限制的问题。本发明可在不增加编织设备容量的前提下，近成倍地拓宽与编织轴线垂直方向的尺寸，使三维编织结构在大尺寸部件上应用成为可能，所制备的整体连接预成型体中纱线完整、连续，有利于充分发挥纱线的力学性能，可应用到对力学性能要求较高的结构复合材料中。本发明可用于截面尺寸可扩展的预成型体制备，拓展三维编织预成型体在面积较大的结构部件上应用。

Description

截面尺寸可扩展的预成型体制备方法

技术领域

本发明涉及一种截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，属于增强纤维及编织技术领域。

背景技术

三维编织设备多采用携纱器行列式运动的结构设计，成形纤维由携纱器提供。三维编织设备容量即携纱器数量受携纱器尺寸限制，只能局限在一定范围内，这就使三维编织产品尺寸受到限制，阻碍了应用。

机织2.5D虽然可以制备尺寸（特别是宽度方向）相对较大的产品，但其结构只是相邻层两两相连，层间力学性能不如三维编织优异，因此，在结构复合材料领域应用受到很大限制。

为了提高三维编织产品尺寸，拓展三维编织技术在结构复合材料的应用，发明了该制备方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是现有三维编织预成型体制备方法中垂直中心线方向的尺寸受设备容量限制的问题，提出一种采用三维多向结构，通过“甩出-植入”纤维束制备截面尺寸可扩展预成型体的方法。

本发明截面尺寸可扩展的预成型体制备方法包括如下步骤：

1）将第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）、第四方机（6-4）、第五方机（6-5）、第六方机（6-6）按方环形对称分布；

2）按三维多向方形平板编织工艺为编制织平面Ⅰ作如下准备：

按设计的行列数准备相应组数的母体纱线（1），将每组母体纱线的两端分别固定到对称设置的第一方机（6-1）、第二方机（6-2）的携纱器上；

前述母体纱线的总组数=携纱器行数×列数；

每组母体纱线为合股纱，由n股品种与细度相同的单股纤维自然合股而成，前述n≥2；母体纱线两端分别固定在第一方机（6-1）、第二方机（6-2）行列序号相同的携纱器上；

3）以母体纱线纱长的中点为起点，按第一方向（5）编织平面Ⅰ的前半部，携纱器每运动一个机器循环，把第一方机（6-1）左右两侧边最外缘（3）区域内与对应预成型体平面Ⅰ的两侧位置（2）对应的携纱器所携带的两对母体纱线分别“甩出”相同股数的纤维束（7-1），另在前述母体纱线（1）外准备相应组数的新纱线，任取其中两组（8-1、8-2），将第一组新纱线（8-1）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线（7-2）中，并与其自然合股后固定到原母体纱线（1）固定的携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线（8-2）从其纱长中点（4）处对折，沿前述母体纱线（1）的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线（1）“甩出”的纤维束（7-1）自然合股成一组纱线，另一端与第一组新纱线（8-1）暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅰ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第三方机（6-3）的携纱器上，参与由第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）组合成的方环形设备编织；平面Ⅰ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第四方机（6-4）的携纱器上，作为后续编织扩展平面Ⅴ预留的起始纱线；

前述每组母体纱线上“甩出”和“植入”的纤维束股数相等；

前述一个机器循环是指携纱器完成一个完整的四步行列运动，在编织方向上形成一个花节长度的预成型体；

4）重复步骤3）直至达到平面Ⅰ前半部的长度尺寸，完成平面Ⅰ前半部的编织；

5）按照步骤2）至步骤4）相同的工艺编织平面Ⅰ的后半部，不同之处是纱线固定的方机发生改变，前述平面Ⅰ前半部的编织工艺中固定到第一方机（6-1）上的纱线全部改为固定到第二方机（6-2）上，其行列固定位置与第一方机（6-1）呈镜面对称分布，前述平面Ⅰ前半部的编织工艺中固定到第三方机（6-3）、第四方机（6-4）与第一方机（6-1）相邻的两侧纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，改为固定到第三方机（6-3）、第四方机（6-4）与第二方机（6-2）相邻两侧，其余均同步骤2）至步骤4），达到平面Ⅰ的长度尺寸后即完成平面Ⅰ的编织；

6）把第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）组合成方环形设备进行整体编织，携纱器按四步法方环形规律运动，全部携纱器运动完一个机器循环，采取和步骤3）相同的方法在第一方机（6-1）、第二方机（6-2）与第三方机（6-3）不相邻的两侧边“甩出-植入”纤维束，重复循环直至完成平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的编织，并形成立方体A的两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′），同时预留出为其后编织扩展平面Ⅵ和Ⅶ的纱线（1_YL）,该纱线有两组纱线集成：第一组纱线是母体纱线（1）“甩出”的纤维束（7-1）一端与第二组新纱线（8-2）的一端自然合股后形成,第二组纱线是第一组新纱线（8-1）未“植入”的一端与第二组新纱线（8-2）的另一端自然合股后形成；至此完成了立方体A的编织；

7）再以平面Ⅰ与平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ不相邻的侧边为编织起点，按第二方向（11）编织平面Ⅴ，携纱器每运动一个机器循环，把第四方机（6-4）左右两侧边最外缘（3′）区域内与预成型体平面Ⅰ的两侧位置（2′）对应的携纱器所携带的两对母体纱线（1′）分别“甩出”相同股数的纤维束（7-1′），另在前述母体纱线（1′）外准备相应组数的新纱线，任取其中两组（8-1′）、（8-2′），将第一组新纱线（8-1′）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线（7-2′）中，并与其自然合股后固定到原母体纱线（1′）固定的携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线（8-2′）在其纱长的中点（4′）处对折，沿前述母体纱线（1′）的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线（1′）“甩出”的纤维束（7-1′）自然合股成一组纱线，另一端与第一组新纱线（8-1′）暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅴ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第五方机（6-5）的携纱器上；平面Ⅴ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第六方机（6-6）的携纱器上；

前述另准备的新纱线（8-1、8-2）和（8-1′、8-2′），其总组数分别是“甩出”纤维束前的母体纱线（1）和（1′）的2倍，细度是母体纱线（1）的一半；

8）把第四方机（6-4）、第五方机（6-5）、第六方机（6-6）组合成方环形设备进行整体编织，携纱器按四步法方环形编织规律运动，全部携纱器运动完一个机器循环，就把步骤6）中两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′）上预留的纱线（1_YL），按其站位由高到低的先后顺序，依次织入到当前编织纱线中，即把当前要织入的预留纱线（1_YL）所对应的运动携纱器放到第五方机（6-5）、第六方机（6-6）的运动携纱器引入区（13），使其参加下一个机器循环的运动，依次循环直到把两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′）上预留的纱线（1_YL）全部织入，完成平面Ⅵ、Ⅶ的编织，并形成立方体B的两条竖直棱边（b₁b₁′、b₂b₂′），同时从立方体B两条竖直棱边（b₁b₁′、b₂b₂′）中移出与前述预留纱线（1_YL）组数相同的纱线，该部分纱线最后剪去或作为扩展下一个立方体预留的纱线（1″）；

所述方机上的携纱器指运动携纱器和/或轴向不动携纱器。

前述一个机器循环是指携纱器完成行列方向的四步运动，在编织方向上形成一个母向花节长度的预成型体。

前述母体纱线的总组数=携纱器行数×列数；

每组母体纱线为合股纱，由n股品种与细度相同的单股纤维自然合股而成（n≥2）；

母体纱线两端分别固定在方机第一方机（6-1）、第二方机（6-2）行列序号相同的携纱器上；

前述母向花节长度单位为：mm/10个花节。

上述“甩出”纤维束工艺只针对三维编织工艺，固定在携纱器上的母体纱线为合股纱（股数≥2），携纱器每运动一个机器循环，从母体纱线中选出一定股数的纤维束（根据设计确定），让它脱离原母体纱线固定的携纱器，此工艺过程称之为“甩出”。

上述“植入”纤维束工艺是“甩出”的逆过程，当把一定股数的纤维束“甩出”后，又在原母体纱线外填充与“甩出”纤维束等量的新纱线，以达到细度平衡，此工艺过程称之为“植入”。

前述每组母体纱线首次“甩出”纤维束的股数，由母体纱线纤维束的原始组成和“甩出-植入”工艺操作的便利性确定；每组母体纱线每次“甩出”纤维束的股数可设定为n-1（n≥2），每次“植入”纤维束的股数也可设定为n-1（n≥2）。

前述另准备的新纱线8-1、8-2（或8-1′、8-2′），其总组数是“甩出”纤维束前的母体纱线1（或1′）的2倍，细度则是其的一半。

本发明制备的预成型体为实心或内衬芯模的空心立方体。

采用本发明进行预成型体编织用纱线为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或金属纤维。

前述方机是指三维编织设备的底盘形状为方形，为现有技术，该方机携纱器的设计有行列结构和角轮结构两种型式，本发明采用的是行列结构的方机。

前述制备的预成型体为三维四向或四向以上结构，对于三维四向结构只使用运动携纱器，对于三维四向以上结构需同时使用运动携纱器和轴向不动携纱器，而且轴向不动携纱器的行列数分别为运动携纱器的（行数-2）和（列数-2），轴向不动母体纱线的细度与运动母体纱线可以相同或不同，上述预成型体结构设计准则、纱线排布及携纱器运动规律均为现有技术；

前述方形平板、方环形、实心立方体的三维多向编织工艺均为三维编织技术领域已知的主要编织方法，都以四步为一个编织循环。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.在不增加编织设备容量的前提下，可近成倍地拓宽与编织轴线垂直方向的尺寸，使三维编织结构在大尺寸部件上应用成为可能。

2.整体连接预成型体中纱线完整、连续，有利于充分发挥纱线的力学性能，可应用到对力学性能要求较高的结构复合材料中。

本发明可用于截面尺寸可扩展的预成型体制备，拓展三维编织预成型体在面积较大的结构部件上应用，提高三维编织技术的研究和应用水平，形成具有自主知识产权的工艺技术，意义重要。

附图说明

图1-1为本发明中三维四向结构四步法方形平板编织携纱器运动规律示意图；

图1-2为本发明中三维五向及以上结构四步法方形平板编织携纱器运动规律示意图；

图1-3为本发明中三维四向结构四步法方环形编织携纱器运动规律示意图；

图1-4为本发明中三维五向及以上结构四步法方环形编织携纱器运动规律示意图；

图2-1为本发明中制备空心立方形预成型体A的组成平面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的工艺示意图；

图2-2为本发明中制备扩展空心立方形预成型体B的组成平面Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ的工艺示意图；

图2-3为本发明制备的截面尺寸可扩展的空心立方形预成型体A+B外形尺寸示意图；

图2-4为本发明制备的实心立方形预成型体A的外形示意图；

图2-5为本发明制备的扩展实心立方形预成型体A+B的外形示意图；

图3-1为本发明中制备截面尺寸可扩展空心立方形预成型体的平面Ⅰ的工艺及纱线在各方机中的固定位置关系示意图；

图3-2为本发明中制备截面尺寸可扩展空心立方形预成型体的扩展平面Ⅴ的工艺及纱线在各方机中的固定位置关系示意图；

图4-1为本发明空心或实心立方形预成型体A制备采用的“甩出-植入”纤维束工艺及各纱线组合关系示意图；

图4-2为本发明在制备扩展的空心或实心立方形预成型体B中采用的“甩出-植入”纤维束工艺及各纱线组合关系示意图；

图5-1为本发明截面尺寸可扩展的预成型体制备方法中制备三维五向实心立方形预成型体A的工艺示意图；

图5-2为本发明截面尺寸可扩展的预成型体制备方法中制备扩展的三维五向实心立方形预成型体B的工艺示意图。

图1-1、1-3中，“○”表示运动携纱器，“→”、“←”、“↑”、“↓”表示运动携纱器下一步的运动方向。

图1-2、1-4中，“○”表示运动携纱器，“×”表示轴向不运动携纱器，“→”、“←”、“↑”、“↓”表示运动携纱器下一步的运动方向。

图2-1中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线；“XM”表示编织用芯模。

图2-2中，“\”表示经“移出”纤维束工艺操作后形成的纱线，最后剪去或作为扩展下一个立方体预留的纱线。

图2-3中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线，即为下一个立方体编织预留的纱线。

图2-4中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线，即为下一个立方体编织预留的纱线。

图3-1、3-2中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线。

图4-1、4-2、4-3中，

示经“甩出-植入”纤维束后自然合股形成的纱线。

图5-1中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线；“JJ”表示编织成型的夹具；“L”表示方机左侧，“R”表示方机右侧。

图5-2中，“﹤”表示经“甩出-植入”纤维束工艺操作后形成的纱线，“\”表示经“移出”纤维束工艺操作后形成的纱线，最后剪去或作为扩展下一个立方体预留的纱线；“JJ”表示编织成型的夹具；“L”表示方机左侧，“R”表示方机右侧。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

用T300碳纤维3K两股合股，采用截面尺寸扩展的方法制备一件三维四向、内衬芯模中空底部不封闭的立方形预成型体。预成型体外形尺寸：217×72×155mm³（a×b×c），壁厚δ为5mm，纤维体积含量V_f为50%，内衬芯模的尺寸：106×62×150mm³。其编织方法如下：

（1）编织工艺参数设计：根据预成型体的外形尺寸和纤维体积含量设计编织工艺参数，此为该领域技术人员熟知的技术，设计确定的母体纱线总列数为324列（对应图2-3中a_A为102列，b为60列），行数为9行，母向花节长度为42.8mm/10个花节（平均值），周向花节长度为20.7mm/10个花节（平均值）。此实施例是针对三维四向结构预成型体，母体纱线全部固定在运动携纱器上，轴向携纱器上不固定任何纱线。

（2）制备平面Ⅰ：按三维四向方形平板布纱（102列×9行），参见图1-1、图3-1，以母体纱线纱长的中点为起点，按方形平板四步法工艺编织，先以第一方向5编织平面Ⅰ的前半部，参见图2-1，运动携纱器每运动一个机器循环（即编织一个花节长度），把第一方机6-1左右两侧边最外缘3区域内的运动携纱器所携带的两对母体纱线（对应预成型体平面Ⅰ的两侧位置2）分别“甩出”相同股数的纤维束7-1，细度为3K，使其暂不参与编织，另在前述母体纱线1外准备相应组数的新纱线，共18组，每组新纱线细度均为3K，任取其中两组8-1、8-2，将第一组新纱线8-1（细度为3K）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线7-2中，并与其自然合股为6K固定到原母体纱线1固定的运动携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线8-2（细度为3K）从其纱长中点4处对折，沿前述母体纱线1的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线1“甩出”的纤维束7-1自然合股成一组纱线，细度为6K，另一端与第一组新纱线8-1暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，细度为6K，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅰ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第三方机6-3的运动携纱器上，参与第一方机6-1、第二方机6-2、第三方机6-3组合成的方环形设备编织；平面Ⅰ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第四方机6-4的运动携纱器上，为后续编织扩展平面Ⅴ预留的起始母体纱线1’，重复步骤2）直至达到要求的长度尺寸36mm，即完成平面Ⅰ前半部的编织；

按照步骤2）相同的工艺制备平面Ⅰ的后半部，不同之处是纱线固定的方机发生改变，参见图3-1，前述平面Ⅰ前半部的制备工艺中固定到第一方机6-1上的纱线全部改为固定到方机第二6-2上，行列固定位置与第一方机6-1呈镜面对称分布（以平面Ⅰ前半部的起始编织线为轴线），前述平面Ⅰ前半部的制备工艺中固定到第三方机6-3、第四方机6-4与第一方机6-1相邻两侧的纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，改为固定到方机第三方机6-3、第四方机6-4与第二方机6-2相邻两侧，其余步骤均同平面Ⅰ前半部，据此制备完平面Ⅰ，其外形尺寸为：111×72×5mm³（a_A×b×δ）；

（3）把第一方机6-1、第二方机6-2、第三方机6-3组合成方环形设备进行整体编织，运动携纱器按方环形四步法编织规律运动，参见图1-3，运动携纱器整体运动一个机器循环，采取和步骤2）相同的方法在第一方机6-1、第二方机6-2与第三方机6-3不相邻的两侧边“甩出-植入”纤维束，重复循环直至完成平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的编织，并形成立方体A的两条竖直棱边a₁a₁′、a₂a₂′，同时预留出为其后编织扩展平面Ⅵ和Ⅶ的纱线1_YL，细度均为6K，参见图2-1(该纱线有两组纱线组成：第一组纱线是母体纱线1“甩出”的纤维束一端7-1与第二组新纱线8-2的一端自然合股后形成,细度为6K，第二组纱线是第一组新纱线8-1未“植入”的一端与新纱线8-2的另一端自然合股后形成，细度为6K)）,循环步骤3)完成立方体A的制备（立方体A由平面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ组成），立方体A的外形尺寸为：111×72×155mm³（a_A×b×c）；

（4）再以平面Ⅰ与平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ不相邻的侧边为编织起点，按第二方向11编织平面Ⅴ，参见图3-1，运动携纱器每运动一个机器循环，把第四方机6-4左右两侧边最外缘3′区域内的运动携纱器所携带的两对母体纱线1′（对应预成型体平面Ⅴ的两侧位置2′）分别“甩出”相同股数的纤维束7-1′，细度为3K，另在步骤2）所述母体纱线1′外准备相应组数的新纱线，任取其中两组8-1′、8-2′，细度分别为3K，将第一组新纱线8-1′的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线7-2′中，并与其自然合股后固定到原母体纱线1′固定的运动携纱器上，细度为6K，另一端暂不固定，再将第二组新纱线8-2′从其纱长的中点4′处对折，沿前述母体纱线1′的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线1′“甩出”的纤维束7-1′自然合股成一组纱线，细度为6K，另一端与第一组新纱线8-1′暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，细度为6K，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅴ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第五方机6-5的运动携纱器上；平面Ⅴ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第六方机6-6的运动携纱器上，参见图3-2；

（5）把第四方机6-4、第五方机6-5、第六方机6-6组合成方环形设备进行整体编织，运动携纱器按四步法方环形编织规律运动，每编织一个机器循环，即母向每编织成形一个花节的高度，就把步骤3）中两条竖直棱边a₁a₁′、a₂a₂′上预留的纱线1_YL，按其站位（指当前纱线所处的高度位置，为该领域已知技术术语）由高到低的先后顺序，依次织入到当前编织纱线中，即把当前要织入的预留纱线1_YL所对应的运动携纱器放到第五方机6-5、第六方机6-6的运动携纱器引入区13，使其参加下一个机器循环的运动，依次循环直到把两条竖直棱边a₁a₁′、a₂a₂′上预留的纱线1_YL全部织入，完成平面Ⅵ、Ⅶ的编织，并形成立方体B的两条竖直棱边b₁b₁′、b₂b₂′，同时从立方体B两条竖直棱边b₁b₁′、b₂b₂′中移出与前述预留纱线1_YL组数相同的纱线，细度为3K，即把当前要移出的的纱线放到运动携纱器的引出区14，使其脱离下一个机器循环的运动，依此循环直至编织完立方体B，最后把移出的多余纱线剪去，参见图2-2；

（6）至此，在制备立方体A的基础上又通过截面扩展的方法制备出了立方体B，立方体B的外形尺寸为：106×72×155mm³，参见图2-3，且立方体A和立方体B中的纱线相互贯穿形成一个整体，最终制备完成的预成型体为A+B，其外形尺寸为：217×72×155mm³（a×b×c）。

实施例2：

用环氧型石英纱190Tex两股合股，采用截面尺寸可扩展的预成型体制备方法制备一件三维五向、实心立方形预成型体，参见图2-4所示。预成型体尺寸：600mm×15mm×300mm（a×b×c），纤维体积含量V_f为50%。其制备方法如下：

（1）实施例1是针对三维四向结构预成型体，其母体纱线均固定在运动携纱器上，“甩出-植入”纤维束操作只在运动携纱器上进行；对于三维五向及以上结构预成型体，除运动携纱器按实施例1的步骤2）进行“甩出-植入”纤维束操作外，还要附加对轴向不动携纱器的“甩出-植入”纤维束操作，这才构成一个完整的“甩出-植入”纤维束工艺循环，轴向不动携纱器“甩出-植入”纤维束的操作方法详见实施例2中的步骤2）。

按截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，可以通过扩展一次、二次或以上的方法制备出规定尺寸的预成型体。本例只提供扩展一次的制备方法，扩展二次或以上的制备方法与其完全相同，只是增加重复循环的次数。

本实施例为采取截面尺寸扩展一次的方法制备宽度尺寸增大一倍的实心立方形预成型体。首先制备预成型体A，其外形尺寸：300mm×15mm×300mm（a_A×b×c），再通过截面尺寸扩展一次的方法，制备预成型体（A+B），最终预成型体的外形尺寸：600mm×15mm×300mm（a×b×c）。

首先，根据预成型体A的外形尺寸及纤维体积含量设计编织工艺参数：母体纱线由运动母体纱线1和轴向不动母体纱线1_CX组成，其中运动母体纱线1的行列数：16行×398列，轴向不动母体纱线1_CX的行列数：14行×396列；预成型体的母向花节长度：40mm/10个花节（平均值），周向花节长度：15mm/10个花节（平均值）。

（2）制备实心立方体A：参见图1-2，按上述运动母体纱线1和轴向不动母体纱线1_CX的行列数布纱，运动母体纱线1和轴向不动母体纱线1_CX分别固定在运动携纱器和轴向不动携纱器上，采用三维五向方形平板立式编织工艺，立式编织工艺是三维编织研究及应用领域技术人员熟知的工艺方法之一，参见图5-1，按方向12制备立方体A，运动携纱器每运动一个机器循环（此时轴向不动携纱器虽不运动，但其纱线1_CX和运动携纱器携带的母体纱线1发生一次交织，故机器循环已运动携纱器的运动循环为标志，此为本领域的已知方法），把方机6-7右侧3区域内的运动携纱器所携带的母体纱线（对应立方体A的右侧面Ⅷ）“甩出”一股纤维束7-1，细度为190Tex，“甩出”的纤维束7-1暂不参与编织，另在本例母体纱线1外准备新纱线，总组数是上述可供“甩出”纤维束的母体纱线总组数的2倍即16根，每组新纱线的细度为190Tex，任取其中两组8-1、8-2，将第一组新纱线8-1（190Tex纤维束）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线7-2中，与其自然合股成190Tex×2固定到原母体纱线1固定的第一方机6-1的运动携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线8-2（190Tex纤维束）从其纱长中点4处对折，沿前述母体纱线1的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线1“甩出”的纤维束7-1自然合股成一组纱线，细度为190Tex×2，另一端与第一组新纱线8-1暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，细度为190Tex×2，依次操作，直至完成3区域内全部运动携纱器所携带的运动母体纱线1“甩出-植入”纤维束操作。

其后进行轴向不动携纱器所携带的轴向不动母体纱线1_CX“甩出-植入”纤维束操作，参见图4-3，首先轴向不动携纱器所携带的母体纱线1_CX“甩出”纤维束9-1，细度为190Tex，在本例的轴向不动母体纱线1_CX和运动母体纱线1外准备新纱线10-1，其总组数与一列轴向不动母体纱线1_CX相等即14根，细度均为190Tex，对折后一端与该轴向不动母体纱线1_CX“甩出”的纤维束9-1自然合股成一组纱线，细度为190Tex×2，另一端与轴向不动母体纱线1_CX“甩出”纤维束后的剩余纱线9-2自然合股成另一组纱线，细度为190Tex×2，依次操作，直至完成3区域内全部轴向不动携纱器所携带的轴向不动母体纱线1_CX“甩出-植入”纤维束操作。

重复循环直至完成立方体A的编织，并形成立方体A的侧面Ⅷ，同时预留出其后编织扩展立方体B的纱线1_YL，它由运动母体纱线1和轴向不动母体纱线1_CX两个***的纱线，经“甩出-植入”纤维束操作后的纱线组成，细度均为190Tex×2，在后续制备扩展立方体B时按其站位高度由上到下的顺序依次织入。

（3）制备实心立方体B：参见图5-2，紧贴实心立方体A进行第二次布纱，运动母体纱线1的行列数：16行×398列，轴向不动母体纱线1_CX的行列数：14行×396列，仍采用立式编织方法，按方向12制备立方体B，运动携纱器每运动一个机器循环，即母向每编织成形一个花节的高度，就把步骤2）中立方体A侧面Ⅷ的预留纱线1_YL，按其站位由高到低的先后顺序，依次织入到当前编织纱线中，即把当前要织入的预留纱线1_YL所对应的运动携纱器和轴向不动携纱器，按先运动携纱器、后轴向不动携纱器的顺序，把其放到第五方机6-5、第六方机6-6的携纱器引入区13，使其参加下一个机器循环的运动，依上循环直至把侧面Ⅷ上的预留纱线1_YL全部织入，同时从立方体B的侧面Ⅸ上移出与前述预留纱线1_YL组数相同的纱线，细度均为190Tex×2，参见图2-5，即把当前要移出的纱线放到运动携纱器引出区14，使其脱离下一个机器循环的运动，重复循环直至编织完立方体B，最后把立方体B的侧面Ⅸ上移出的多余纱线剪去，参见图5-2；

（4）至此，在完成实心立方体A制备基础上，又通过截面尺寸扩展一次的方法制备出了立方体B，且立方体A与立方体B中的纱线相互贯穿成为一个整体，最终制备出的实心预成型体是立方体A+立方体B，其外形尺寸：600mm×15mm×300mm（a×b×c）。

注：

1.母体纱线是指按设计起始编织的行列排列的纱线，以组为单位，一组母体纱线固定在1个携纱器上，每组母体纱线由n股纤维束组成，每股纤维束再由n根纤维单丝组成，单丝的组成数量及捻度在纤维出厂时已定做。

2.为了计量纤维细度方便，石英纤维借用特克斯（Tex），碳纤维借用K数（1K即有1000根单丝构成的单根纤维）进行细度比较与计量。

3.说明书中发明内容中步骤8）和实施例1及2中所述母体纱线总列数是指主体纱线和边界附加纱线的列数之和，母体纱线总行数也是主体纱线和边界附件纱线的行数之和。

Claims (6)

1.截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是包括下列步骤：

1）将第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）、第四方机（6-4）、第五方机（6-5）、第六方机（6-6）按方环形对称分布；

2）按三维多向方形平板编织工艺为编制织平面Ⅰ作如下准备：

按设计的行列数准备相应组数的母体纱线（1），将每组母体纱线的两端分别固定到对称设置的第一方机（6-1）、第二方机（6-2）的携纱器上；

前述母体纱线的总组数=携纱器行数×列数；

每组母体纱线为合股纱，由n股品种与细度相同的单股纤维自然合股而成，前述n≥2；母体纱线两端分别固定在第一方机（6-1）、第二方机（6-2）行列序号相同的携纱器上；

3）以母体纱线纱长的中点为起点，按第一方向（5）编织平面Ⅰ的前半部，携纱器每运动一个机器循环，把第一方机（6-1）左右两侧边最外缘（3）区域内与对应预成型体平面Ⅰ的两侧位置（2）对应的携纱器所携带的两对母体纱线分别“甩出”相同股数的纤维束（7-1），另在前述母体纱线（1）外准备相应组数的新纱线，任取其中两组（8-1、8-2），将第一组新纱线（8-1）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线（7-2）中，并与其自然合股后固定到原母体纱线（1）固定的携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线（8-2）从其纱长中点（4）处对折，沿前述母体纱线（1）的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线（1）“甩出”的纤维束（7-1）自然合股成一组纱线，另一端与第一组新纱线（8-1）暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅰ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第三方机（6-3）的携纱器上，参与由第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）组合成的方环形设备编织；平面Ⅰ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第四方机（6-4）的携纱器上，作为后续编织扩展平面Ⅴ预留的起始纱线；

前述每组母体纱线上“甩出”和“植入”的纤维束股数相等；

前述一个机器循环是指携纱器完成一个完整的四步行列运动，在编织方向上形成一个花节长度的预成型体；

4）重复步骤3）直至达到平面Ⅰ前半部的长度尺寸，完成平面Ⅰ前半部的编织；

5）按照步骤2）至步骤4）相同的工艺编织平面Ⅰ的后半部，不同之处是纱线固定的方机发生改变，前述平面Ⅰ前半部的编织工艺中固定到第一方机（6-1）上的纱线全部改为固定到第二方机（6-2）上，其行列固定位置与第一方机（6-1）呈镜面对称分布，前述平面Ⅰ前半部的编织工艺中固定到第三方机（6-3）、第四方机（6-4）与第一方机（6-1）相邻的两侧纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，改为固定到第三方机（6-3）、第四方机（6-4）与第二方机（6-2）相邻两侧，其余均同步骤2）至步骤4），达到平面Ⅰ的长度尺寸后即完成平面Ⅰ的编织；

6）把第一方机（6-1）、第二方机（6-2）、第三方机（6-3）组合成方环形设备进行整体编织，携纱器按四步法方环形规律运动，全部携纱器运动完一个机器循环，采取和步骤3）相同的方法在第一方机（6-1）、第二方机（6-2）与第三方机（6-3）不相邻的两侧边“甩出-植入”纤维束，重复循环直至完成平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的编织，并形成立方体A的两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′），同时预留出为其后编织扩展平面Ⅵ和Ⅶ的纱线（1YL）,该纱线有两组纱线集成：第一组纱线是母体纱线（1）“甩出”的纤维束（7-1）一端与第二组新纱线（8-2）的一端自然合股后形成,第二组纱线是第一组新纱线（8-1）未“植入”的一端与第二组新纱线（8-2）的另一端自然合股后形成；至此完成了立方体A的编织；

7）再以平面Ⅰ与平面Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ不相邻的侧边为编织起点，按第二方向（11）编织平面Ⅴ，携纱器每运动一个机器循环，把第四方机（6-4）左右两侧边最外缘（3′）区域内与预成型体平面Ⅰ的两侧位置（2′）对应的携纱器所携带的两对母体纱线（1′）分别“甩出”相同股数的纤维束（7-1′），另在前述母体纱线（1′）外准备相应组数的新纱线，任取其中两组（8-1′）、（8-2′），将第一组新纱线（8-1′）的一端“植入”到前述“甩出”纤维束后剩余的母体纱线（7-2′）中，并与其自然合股后固定到原母体纱线（1′）固定的携纱器上，另一端暂不固定，再将第二组新纱线（8-2′）在其纱长的中点（4′）处对折，沿前述母体纱线（1′）的“甩出”部位回绕固定后一端与该母体纱线（1′）“甩出”的纤维束（7-1′）自然合股成一组纱线，另一端与第一组新纱线（8-1′）暂未固定的一端自然合股成另一组纱线，按照“位置就近、编织方向一致”的纱线就位方法，平面Ⅴ左侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第五方机（6-5）的携纱器上；平面Ⅴ右侧经“甩出-植入”纤维束后形成的纱线固定到第六方机（6-6）的携纱器上；

前述另准备的新纱线（8-1、8-2）和（8-1′、8-2′），其总组数分别是“甩出”纤维束前的母体纱线（1）和（1′）的2倍，细度是母体纱线（1）的一半；

8）把第四方机（6-4）、第五方机（6-5）、第六方机（6-6）组合成方环形设备进行整体编织，携纱器按四步法方环形编织规律运动，全部携纱器运动完一个机器循环，就把步骤6）中两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′）上预留的纱线（1_YL），按其站位由高到低的先后顺序，依次织入到当前编织纱线中，即把当前要织入的预纱器放到第五方机（6-5）、第六方机（6-6）的运动携纱器引入区（13），使其参加下一个机器循环的运动，依次循环直到把两条竖直棱边（a₁a₁′、a₂a₂′）上预留的纱线（1_YL）全部织入，完成平面Ⅵ、Ⅶ的编织，并形成立方体B的两条竖直棱边（b₁b₁′、b₂b₂′），同时从立方体B两条竖直棱边（b₁b₁′、b₂b₂′）中移出与前述预留纱线（1_YL）组数相同的纱线，该部分纱线最后剪去或作为扩展下一个立方体预留的纱线（1″）；

所述方机上的携纱器指运动携纱器和/或轴向不动携纱器。

2.根据权利要求1所述的截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是所述的“甩出”工艺每次“甩出”的纤维束股数为n-1,n≥2，“植入”是“甩出”的逆反过程，与“甩出”的操作步骤相同，对纤维束的操作结果正好相反，每次“植入”纤维束的股数为n-1,n≥2。

3.根据权利要求1或2所述的截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是所述的预成型体为全三维四向或四向以上结构；采用四步法实心方形或空心方环形或实心方环形编织工艺进行编织。

4.根据权利要求1或2所述的截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是所述的预成型体为实心或空心内衬芯模的立方体。

5.根据权利要求3所述的截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是所述的预成型体为实心或空心内衬芯模的立方体。

6.根据权利要求1所述的截面尺寸可扩展的预成型体制备方法，其特征是编织用纱线为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或金属纤维。

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