CN103603124A - 一种斜交法向增强2.5d织物及其织造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种斜交法向增强2.5D织物及其织造方法，该织物包括经纱***、纬纱***和法向纱***，经纱***是多层经纱结构，经纱层数可以根据所要求的织物厚度设计；纬纱***位于经纱***的左或右侧，垂直引入经纱层，经纱***和纬纱***相互交织形成层层角联锁结构，其特征在于所述法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向穿过织物厚度，法向纱经过四个机器运动步骤后完成一次交织循环，法向纱排列在织物最外层行和列经纱的四周，且经纱与法向纱间隔排列。该织造方法包括：初始排纱、第一次经纱开口运动、第一次引入纬纱、第一次法向纱运动、第二次经纱开口运动、第二次引入纬纱、第二次法向纱运动和依此循环织造。

Description

一种斜交法向增强2.5D织物及其织造方法
技术领域
本发明涉及立体织物织造技术，具体为一种斜交法向增强2.5D织物及其织造方法。
背景技术
2.5D织物（层层角连锁结构织物）作为三维机织物的典型结构，通过经纬纱相互交织，层层互锁的织物结构，将各***的纱线在空间中形成具有一定规律的整体织物结构。但在2.5D织物结构中，经纱***呈现比较大的弯曲形状，当受到沿经纱方向的压缩载荷作用时，弯曲的经纱更容易发生失稳破坏，使得2.5D织物增强复合材料的经向抗压性能较差。法相增强2.5D织物结构通过增加一定数量的贯穿织物厚度方向的纱线，从而提高纺织复合材料的抗冲击性能和抗损伤容限。采用法向增强2.5D织物的复合材料具有结构紧密、整体性好、力学性能优良等特点，同时可实现大尺寸异型结构件的近净形成型，在航空、航天、能源、交通、体育等领域具有广泛的应用。
中国专利申请CN101208191A提出了各种类型的三维机织结构，从而满足纤维增强结构的致密性。通过设计包括2.5D角连锁及其衍生结构，多重缎纹结构、多重平纹结构满足异形复合材料增强体各部分的外形尺寸要求和复合材料整体的性能要求。中国专利申请CN102227525A提出了利用多层三维编织织造技术设计生产三维织物结构可以在垂直于经纱方向和纬纱方向上具有变厚度的结构织物。中国专利申请CN101529000A提出了采用多连接的多层型优化织法的三维织物结构，所设计的编织结构中经纬纱非层层相连，而是经纬纱多层型相连的方式，降低经纱的弯曲角度，提高织物的可变形性能和抗冲击性能。
传统的法向增强2.5D织物结构，法向纱***与经纬纱***呈90°垂直贯穿织物的厚度方向，但在设计生产如高厚三维预制体结构时，只排列垂直的贯穿厚度的纱线***已不能满足构件的力学性能需求。
发明内容
针对现有技术不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种斜交法向增强2.5D织物及其织造方法。该织物的法向纱线具有斜向贯穿织物厚度，整体性增强，力学性能提高等特点；该织造方法具有工艺简单，易于操作等特点。
本发明解决所述织物技术问题的技术方案是：设计一种斜交法向增强2.5D织物，包括经纱***、纬纱***和法向纱***，三个***纱线相对独立，分别按各自的规律运动织造，经纱***是多层经纱结构，经纱层数可以根据所要求的织物厚度设计；纬纱***位于经纱***的左或右侧，垂直引入经纱层，经纱***和纬纱***相互交织形成层层角联锁结构，其特征在于所述法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向穿过织物厚度，法向纱经过四个机器运动步骤后完成一次交织循环，法向纱排列在织物的最外层行和列经纱的四周，并且经纱与法向纱间隔排列。
本发明解决所述织造方法技术问题的技术方案是：设计一种斜交法向增强2.5D织物的织造方法，该织造方法适用于本发明所述的斜交法向增强2.5D织物，包括下述工艺步骤：
1)初始排纱；根据织物的形状和尺寸要求,在三维织机的至少2层综框的多眼综丝上排列经纱，经纱的排列方式决定于织物骨架的截面形状，排列后的初始状态为M层N列经纱；法向纱固定在载纱器上，载纱器排列在最外层行和列经纱的四周，并且列经纱与法向纱间隔排列；
2)第一次经纱开口运动；用提综装置控制一个综框由初始位置上移一个经纱的位置，控制另一个综框由初始位置下移一个经纱的位置，使两组经纱形成M+1层梭口；
3)第一次引入纬纱；在形成的M+1层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入纬纱，打纬机构向织口平移，把引入的该纬纱打入织口；
4)第一次法向纱运动；将携纱器上的法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向运动，贯穿织物的厚度，每一次法向纱运动两步；
5)第二次经纱开口运动；提综装置控制一个综框由初始位置下移一个经纱的位置，控制另一个综框由初始位置上移一个经纱的位置，使两组经纱形成M+1层梭口；
6)第二次引入纬纱；在形成的M+1层梭口中，依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入纬纱，打纬机构向织口平移，把引入的该纬纱打入织口；
7)第二次法向纱运动；使携纱器上的法向纱继续沿各自所在行列厚度方向的对角线方向，即与第一次法向纱运动方向呈90°交角的方向，斜向运动，贯穿织物的厚度，每一次法向纱运动两步；
依此循环织造，制成斜交法向增强2.5D织物。
与现有的法向增强2.5D织物织造技术相比，本发明所述的斜交法向增强2.5D织物中，法向纱的密度可以通过调节织物的经密和纬密来调整。本发明提供的2.5D织物织造方法是在现有的2.5D织物沿厚度方向垂直引入法向纱的织造技术的基础上，改变了法向纱的引入方向，形成与厚度方向呈一定角度的法向纱线***，法向纱不仅可以由引纱装置垂直引入经纱和纬纱之间，还可以根据纬纱的密度与厚度方向呈一定的角度的方式引入，工艺简单，可操作性强。与现有的法向增强2.5D织物相比，本发明制备的斜交法向增强2.5D织物除了具有现有2.5D织物的典型结构外,还具有沿厚度方向与纬纱方向呈一定角度引入法向纱线，进一步增强了织物层间结构的整体性，可以有效减少经纱的压缩失稳，采用本发明技术方案制成的复合材料结构具有更高的层间剪切性能，可以有效减少经纱的压缩失稳，显著提高复合材料的经向抗压性能,可用于航空、航天、能源等领域的主承力结构和防热结构。
附图说明
图1为现有技术的基本法向增强2.5D织物一种实施例的结构示意图。其中，
（a）为现有技术的基本法向增强2.5D织物一种实施例的俯视结构示意图。
（b）为现有技术的基本法向增强2.5D织物一种实施例的侧视结构示意图。——
图2为本发明斜交法向增强2.5D织物一种实施例的织物结构示意图。其中，
（a）为本发明斜交法向增强2.5D织物的俯视结构示意图。
（b）为本发明斜交法向增强2.5D织物的侧视结构示意图。
图3为本发明所述法向纱的初始位置示意图。
图4为本发明所述的法向纱运动位置示意图。
图5为本发明实施例的经纬纱初始排列结构示意图。
图6为本发明实施例经、纬纱交织结构示意图。
图7为本发明实施例的法向纱第一步平移结构示意图。
图8为本发明实施例的法向纱第二步平移结构示意图。
图9为本发明实施例的法向纱第三步平移结构示意图。
图10为本发明实施例的法向纱第四步平移结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步描述本发明。
本发明设计的斜交法向增强2.5D织物（简称织物，参见图1‐10），包括经纱***1、纬纱***2和法向纱***3三个纱线***，三个***纱线相对独立，分别按各自的规律运动织造，经纱***或经纱1是多层经纱结构，经纱层数可以根据所要求的织物厚度设计；纬纱***或纬纱2位于经纱***1的左或右侧，垂直引入经纱层，经纱***1和纬纱***2相互交织形成层层角联锁结构，其特征在于所述法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向穿过织物厚度，法向纱经过四个机器运动步骤后完成一次交织循环，法向纱3排列在织物的最外层行和列经纱的四周，并且经纱1与法向纱3间隔排列。
下面以横截面是矩形的方型编织为例，进一步描述法向纱3的斜交引入方式：
经纱1的排列形式按预制件横截面外型尺寸的要求来设计的，用经纱的行列数定义经纱的排列为M层N列。法向纱3排列在全部经纱层列的***，法向纱3以起始经纱列***为起始，每间隔一列经纱的位置放置一根法向纱(参见图3)。其中法向纱3经过四步运动完成一个交织循环（参见图4）。第一步，法向纱3由初始位置6所示，沿着其对角线方向在经纬纱中间运动，穿过经纬纱阵列到达另一边缘原来无纱的位置7。第二步，法向纱沿与位置7所示的对角线方向向位置8运动。第三步，法向纱继续由位置8沿其对角线方向运动到位置图9。第四步：法向纱由位置9继续沿对角线方向运动到初始位置6。这样运动四步之后，法向纱完成了一次运动循环，即原来无法向纱3的位置现在仍无法向纱3。法向纱3按照同样的机器循环继续与经纬纱相互交织形成斜交法向增强2.5D织物的整体结构预制件。
本发明同时设计了本发明所述斜交法向增强2.5D织物的织造方法，该织造方法适用于织造本发明所述的斜交法向增强2.5D织物，包括下述工艺步骤：
在现有的2.5D织物结构及其织造技术基础上，按照一定的规律在经纱1和纬纱2之间沿厚度方向的对角线方向（空间对角线方向）引入贯穿织物厚度的法向纱线3，实现斜交法向增强2.5D织物的织造。
本发明织造方法包括如下的工艺步骤：
1)初始排纱。根据织物的形状和尺寸要求在三维织机的至少2层综框的多眼综丝上排列经纱1，经纱1的排列方式决定于织物骨架的截面形状，排列后的初始状态为M层N列经纱；法向纱3固定在载纱器上，载纱器排列在最外层和列经纱的四周，并且经纱1和法向纱3间隔排列。
2)第一次经纱开口运动。提综装置控制一个综框4上移一个经纱的位置，另一个综框5下移一个经纱的位置，经纱1形成M+1层梭口。
3)第一次引入纬纱。在形成的M+1层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入一个纬纱，打纬机构向织口平移，把纬纱2打入织口；
4)第一次法向纱运动。将携纱器上的法向纱3沿各自所在行列的对角线方向斜向贯穿织物的厚度运动，每一次法向纱运动两步。
5)第二次经纱开口运动。提综装置控制一个综框4由初始位置下移一个经纱的位置，另一个综框5初始位置上移一个经纱的位置，经纱形成M+1层梭口。
6)第二次引入纬纱。在形成的M+1层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中引入一个纬纱，打纬机构向织口平移，把纬纱2打入织口；
7)第二次法向纱运动。携纱器上的法向纱3继续沿各自的对角线方向，即与前一个运动方向呈90°，斜向贯穿织物的厚度方向运动，每一次法向纱运动两步。
8)依此循环织造，制成斜交法向增强2.5D织物。
以上工艺过程中，经纱***1和纬纱***2分别经过两个机器运动完成一次交织循环，法向纱***3经过四步运动完成一次交织循环；经、纬纱***每经过一次机器运动，相对应的法向纱***3移动两步，即整体织物结构单胞经过两个经、纬纱机器运动完成一次交织循环，依此循环织造。具体工艺过程根据实际循环进行，即可实现本发明所述的斜交法向增强2.5D织物的织造成型。
以下是本发明的具体实施例。所述的具体实施例仅是用于具体描述本发明，而不是限制本申请的权利要求保护范围。
实施例1
设计一种斜交法向增强2.5D织物(参见图2)。该织物采用斜交法向增强层层角联锁结构，包括5层经纱1和6层纬纱2；
法向纱完成一个交织循环需要的纬纱数：2纬。
1)初始排纱。经纱排列为5层，选取5层5列示意(参见图5)，○代表奇数列中的经纱，●代表偶数列中的经纱，①-⑧代表法向纱。其中○代表的经纱穿入一个综框4中，●代表的经纱穿入另一个综框5中，①-⑧代表的法向纱穿入排列在四周的携纱器上。
2)第一次经纱开口运动。提综装置控制一个综框4上移一个经纱的位置，控制另一个综框5下移一个经纱的位置，经纱形成6层梭口。
3)第一次引入纬纱。在形成的6层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入一个纬纱，打纬机构向织口平移，把纬纱2打入织口（参见图6(a)）；
4)第一次法向纱运动。将携纱器上的法向纱全部由初始位置沿所在行列的对角线方向贯穿织物厚度运动，法向纱运动两个位置（参见图7和图8）。第一次运动完成后的法向纱的位置参见图8。
5)第二次经纱开口运动。提综装置控制一个综框4由初始位置下移一个经纱的位置，控制另一个综框5初始位置上移一个经纱的位置，经纱形成6层梭口。
6)第二次引入纬纱。在形成的6层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入一根纬纱，打纬机构向织口平移，把纬纱打入织口（参见图6(b)）；
7)第二次法向纱运动。将携纱器上的法向纱由第一步运动后的位置继续沿所在行列的对角线方向贯穿织物厚度运动，法向纱同样运动两个位置（参见图9和图10）。第二次运动完成后的法向纱的位置参见图10。法向纱完成一个运动循环，回到初始位置。
8)依此循环织造，即制成斜交法向增强2.5D织物。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (2)

1.一种斜交法向增强2.5D织物，包括经纱***、纬纱***和法向纱***，三个***纱线相对独立，分别按各自的规律运动织造，经纱***是多层经纱结构，经纱层数可以根据所要求的织物厚度设计；纬纱***位于经纱***的左或右侧，垂直引入经纱层，经纱***和纬纱***相互交织形成层层角联锁结构，其特征在于所述法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向穿过织物厚度，法向纱经过四个机器运动步骤后完成一次交织循环，法向纱排列在织物的最外层行和列经纱的四周，并且经纱与法向纱间隔排列。
2.一种斜交法向增强2.5D织物的织造方法，该织造方法适用于织造权利要求1所述的斜交法向增强2.5D织物，包括下述工艺步骤：
1）初始排纱；根据织物的形状和尺寸要求,在三维织机的至少2层综框的多眼综丝上排列经纱，经纱的排列方式决定于织物骨架的截面形状，排列后的初始状态为M层N列经纱；法向纱固定在载纱器上，载纱器排列在最外层行和列经纱的四周，并且列经纱与法向纱间隔排列；
2）第一次经纱开口运动；用提综装置控制一个综框由初始位置上移一个经纱的位置，控制另一个综框由初始位置下移一个经纱的位置，使两组经纱形成M+1层梭口；
3）第一次引入纬纱；在形成的M+1层梭口中依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入纬纱，打纬机构向织口平移，把引入的该纬纱打入织口；
4）第一次法向纱运动；将携纱器上的法向纱沿各自所在行列厚度方向的对角线方向斜向运动，贯穿织物的厚度，每一次法向纱运动两步；
5）第二次经纱开口运动；提综装置控制一个综框由初始位置下移一个经纱的位置，控制另一个综框由初始位置上移一个经纱的位置，使两组经纱形成M+1层梭口；
6）第二次引入纬纱；在形成的M+1层梭口中，依次由一个引纬装置引入一根纬纱，或由多个引纬装置同时在各个梭口中分别引入纬纱，打纬机构向织口平移，把引入的该纬纱打入织口；
7）第二次法向纱运动；使携纱器上的法向纱继续沿各自所在行列厚度方向的对角线方向，即与第一次法向纱运动方向呈90°交角的方向，斜向运动，贯穿织物的厚度，每一次法向纱运动两步；
8）依此循环织造，制成斜交法向增强2.5D织物。
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