CN106048858A - 一种2.5d异型织物的整体编织方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织工艺，尤其是一种2.5D织物的编织方法。本发明中的一种2.5D异型织物的整体编织方法，采用分段分区域不等量加纱方法，在编织过程中将2.5D异型织物编织区域划分为若干份，在不同编织空间使用不同层数、列数的经向纱线，使各区域经向纱线在人为控制下组合成所需的2.5D异型织物外观，同时选择所需的特种纤维纱束作为纬向纱线进行整体编织成型。在获得了特种纤维优点及2.5D编织结构长处的同时，避免了旧编织方式即拼接织物对编织结构内外部造成的缺陷。

Description

一种2.5D异型织物的整体编织方法

技术领域

本发明涉及纺织工艺，尤其是一种2.5D织物的编织方法。

背景技术

利用特种纤维如碳纤维、石英纤维、芳纶纤维等编织的2.5D织物是各类复合材料发动机机体、风电叶片、发射筒等的纤维增强预制体。具有强度模量高、等效剪切刚度强、热变形小、密度低、耐冲刷和耐摩等优良性能，广泛应用于大型雷达罩、无人飞机机身和固体火箭发动机机体等高端设施的末些部位的部件。根据应用场合不同、性能要求不同，应用部位不同，很多纤维增强预制体在不影响其优良性能的同时还需要拥有不同的外形，称为2.5D异型织物。

在过去的实际生产中，一种方式是使用同性能的复合材料分别进行编织成型后拼接成要求的异型件复合使用；另一种方式是使用三维编织法一步成型。但是，一定数量的预制体拼接使用破坏了纱线及编织体的完整性，影响预制体整体结构的连续性，降低了预制体强度，会使预制体产生内外部缺陷；而三维编织成型存在编织体体积含量过低，预制体的层间剪切强度无法满足使用要求的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种利用特种纤维连续长丝束整体编织2.5D异型织物的整体编织成型方法。

本发明中的一种2.5D异型织物的整体编织方法，采用分段分区域不等量加纱方法，在编织过程中将2.5D异型织物编织区域划分为若干份，在不同编织空间使用不同层数、列数的经向纱线，使各区域经向纱线在人为控制下组合成所需的2.5D异型织物外观，同时选择所需的特种纤维纱束作为纬向纱线进行整体编织成型，编织方法包括如下步骤：

第一步：采用所需的特种纤维进行裁切，以获取足够的纤维长纱束；

第二步：根据所使用的特种纤维的纱线缩率、线密度计算出整体编织物不同编织段的单层厚度，再由2.5D异型预制体各段的厚度要求，得出实际每个经纱区域的实际层数，由预制体外表面尺寸，得出各区域经纱列数；

第三步：根据得出的各区域实际层数、列数值，对各区域经纱进行排布；

缩率计算公式：μ=（L0-L1)/L0；

L0为纱线编织前长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

L1为纱线编织后实际长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

线密度：一般碳纤维为1.76 g/cm^3，石英纤维2.2 g/cm^3，按实际使用纱线的规格及原料检验报告参数为准；

单层厚度：δ=φV/S；

φV为该段织物体积含量（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

S为该段织物面密度（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

列数计算公式：X=D/δ*a*y；

D为预制体该部位厚度，δ为预制体单层厚度，a为预制体该部位经密，y为预制体该部位宽度；

X1=c/δ1*a1*d，X2=f/δ2*A2*d.(D1=c,D2=f)；

第四步：使用面度模量公式及等效剪切刚度公式计算出该2.5D异型织物的弹性模量和层间剪切强度，与技术要求做对比，预算处该产品是否满足要求；

面层弹性模量公式：

E1=EF*Vf+Em*Vm E2=Ef*Em/(Vm*Ef+Vf*Em) G=GM*GF/(Vf*Gm+Vm*Gf)；

E1为经向纤维方向的弹性模量；E2为厚度方向纤维的弹性模量；Ef为特种纤维的弹性模量；Em为异型编织体的弹性模量；Vf ，Vm为异型编织体的纤维体积含量；G为剪切弹性模量；GM，GF为纤维编织体的剪切弹性模量；

等效剪切刚度：AG=d(c+f)*G/（c+f）=dG

AG=dG,所以2.5D异型预制体各部位等效剪切强度值相同，取样试验时无需分别裁切样本；

第五步：经第四步验算后，使用准备好的特种纤维长纱束做纬向纱线原料，利用2.5D异型编织机进行整体编织成型。

本发明的有益效果：2.5D异型最关键的纱束整体编织成型性即织物编织的整体性得到了保证，确保了织物整体结构的稳定，继承了特种纤维预制体强度模量高、热变形小、密度低、耐冲刷和耐摩等优良性能，同时还满足了异型织物对外表面形状的特殊要求。由于对2.5D异型织物各编织区域选用相同种类特种纤维连续编织，得以提高整件织物的各项性能的稳定性，在获得了特种纤维优点及2.5D编织结构长处的同时，避免了旧编织方式即拼接织物对编织结构内外部造成的缺陷。与三维编织方式造成该预制体体积含量低，强度模量低的缺陷不同。本发明的编织方式保证了预制体的各项性能指标的同时，提高了产品的成品率、并在原有基础上进一步提高了产品的结构性能。

附图说明

图1为异形预制体结构示意图。

图2为经纱在预制体内的分布示意图。

图中标记：1、径向经纱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，但不应将此理解为本发明的上述主题的范围仅限于上述实施例。

根据图1-2所示的经纱排布方向，预制体在此基础上逐层加入纬向纱线，直至成型。

具体包括如下步骤：

第一步：采用所需的特种纤维进行裁切，以获取足够的纤维长纱束；

第二步：根据所使用的特种纤维的纱线缩率、线密度计算出整体编织物不同编织段的单层厚度，再由2.5D异型预制体各段的厚度要求，得出实际每个经纱区域的实际层数，由预制体外表面尺寸，得出各区域经纱列数；

第三步：根据得出的各区域实际层数、列数值，对各区域经纱进行排布；

缩率计算公式：μ=（L0-L1)/L0；

L0为纱线编织前长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

L1为纱线编织后实际长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

线密度：一般碳纤维为1.76 g/cm^3，石英纤维2.2 g/cm^3，按实际使用纱线的规格及原料检验报告参数为准；

单层厚度：δ=φV/S；

φV为该段织物体积含量（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

S为该段织物面密度（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

列数计算公式：X=D/δ*a*y；

D为预制体该部位厚度，δ为预制体单层厚度，a为预制体该部位经密，y为预制体该部位宽度；

X1=c/δ1*a1*d，X2=f/δ2*A2*d.(D1=c,D2=f)；

第四步：使用面度模量公式及等效剪切刚度公式计算出该2.5D异型织物的弹性模量和层间剪切强度，与技术要求做对比，预算处该产品是否满足要求；

面层弹性模量公式：

E1=EF*Vf+Em*Vm E2=Ef*Em/(Vm*Ef+Vf*Em) G=GM*GF/(Vf*Gm+Vm*Gf)

E1为经向纤维方向的弹性模量；E2为厚度方向纤维的弹性模量；Ef为特种纤维的弹性模量；Em为异型编织体的弹性模量；Vf ，Vm为异型编织体的纤维体积含量；G为剪切弹性模量；GM，GF为纤维编织体的剪切弹性模量；

等效剪切刚度：AG=d(c+f)*G/（c+f）=dG；

AG=dG,所以2.5D异型预制体各部位等效剪切强度值相同，取样试验时无需分别裁切样本；

第五步：经第四步验算后，使用准备好的特种纤维长纱束做纬向纱线原料，利用2.5D异型编织机进行整体编织成型。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

在本发明所述的方法中，2.5D异型最关键的纱束整体编织成型性即织物编织的整体性得到了保证，确保了织物整体结构的稳定，继承了特种纤维预制体强度模量高、热变形小、密度低、耐冲刷和耐摩等优良性能，同时还满足了异型织物对外表面形状的特殊要求。由于对2.5D异型织物各编织区域选用相同种类特种纤维连续编织，得以提高整件织物的各项性能的稳定性，在获得了特种纤维优点及2.5D编织结构长处的同时，避免了旧编织方式即拼接织物对编织结构内外部造成的缺陷。与三维编织方式造成该预制体体积含量低，强度模量低的缺陷不同。本发明的编织方式保证了预制体的各项性能指标的同时，提高了产品的成品率、并在原有基础上进一步提高了产品的结构性能。

所需设备：2.5D异型编织机，所需原辅材料：高强石英纤维、 2.5D异型编织专用尼龙线、粉色牛皮筋等。

编织工艺：采用2.5D浅交弯联/直联编织结构。

编织过程：使用1台2.5D异型编织机，将等直径高强石英纤维纱束挂在前端操作台纱架上，另一端与尼龙线一端连接，尼龙线与粉色牛皮筋连接，牛皮筋穿过棕丝棕眼挂在后端操作台螺杆上，保证混接纱束水平悬挂（经线纱线排布规律由异型预制体形状及外表面尺寸决定，该处以图标1形状为例）。由棕丝的规律移动带动牛皮筋连带纱线形成2.5D浅交弯联/直联结构，棕丝每移动一次，纱线之间形成开口，编织人员将开口传递到前端，穿过环向（法向）纱，形成花节，然后进行固定，直至达到第一区域的厚度要求，然后进行第二区域纬纱（环向）引入，直至所有层数均引入法向（环向）纱线；接着进行下一次棕丝移动，按此进行循环操作，直至达到要求长度、厚度，具体根数需要通过缩率计算公式：μ=（L0-L1)/L0 以及单层厚度计算公式：δ=φV/S得知；具体纱线列数由列数计算公式：X=D/δ*a*y配合预制体外表面尺寸要求得出。

项目考核指标：

1、异型预制体织物整体编织段厚度保证在 δ+0.5~δ+1.0mm之间（δ=2～3mm)；

2、异型预制体分层编织区交接层厚度保证在δ+0.5~δ+1.0mm之间（δ=3～4mm)；

3、异型预制体面层弹性模量保证不低于G（G= GM*GF/(Vf*Gm+Vm*Gf)）；

4、异型预制体等效剪切刚度保证不低于AG（ AG=d(c+f)*G/（c+f））。

Claims (1)

1.一种2.5D异型织物的整体编织方法，采用分段分区域不等量加纱方法，在编织过程中将2.5D异型织物编织区域划分为若干份，在不同编织空间使用不同层数、列数的经向纱线，使各区域经向纱线在人为控制下组合成所需的2.5D异型织物外观，同时选择所需的特种纤维纱束作为纬向纱线进行整体编织成型，编织方法包括如下步骤：

第一步：采用所需的特种纤维进行裁切，以获取足够的纤维长纱束；

第二步：根据所使用的特种纤维的纱线缩率、线密度计算出整体编织物不同编织段的单层厚度，再由2.5D异型预制体各段的厚度要求，得出实际每个经纱区域的实际层数，由预制体外表面尺寸，得出各区域经纱列数；

第三步：根据得出的各区域实际层数、列数值，对各区域经纱进行排布；

缩率计算公式：μ=（L0-L1)/L0；

L0为纱线编织前长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

L1为纱线编织后实际长度（采用同规格纱线、固定长度、固定捻度，用精度为0.1cm的钢直尺测量得出）；

线密度：一般碳纤维为1.76 g/cm^3，石英纤维2.2 g/cm^3，按实际使用纱线的规格及原料检验报告参数为准；

单层厚度：δ=φV/S；

φV为该段织物体积含量（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

S为该段织物面密度（采用同规格纱线、固定长度、宽度、固定捻度、固定线密度计算得出）；

列数计算公式：X=D/δ*a*y；

D为预制体该部位厚度，δ为预制体单层厚度，a为预制体该部位经密，y为预制体该部位宽度；

X1=c/δ1*a1*d，X2=f/δ2*A2*d.(D1=c,D2=f)；

第四步：使用面度模量公式及等效剪切刚度公式计算出该2.5D异型织物的弹性模量和层间剪切强度，与技术要求做对比，预算处该产品是否满足要求；

面层弹性模量公式：

E1=EF*Vf+Em*Vm E2=Ef*Em/(Vm*Ef+Vf*Em) G=GM*GF/(Vf*Gm+Vm*Gf)；

E1为经向纤维方向的弹性模量；E2为厚度方向纤维的弹性模量；Ef为特种纤维的弹性模量；Em为异型编织体的弹性模量；Vf ，Vm为异型编织体的纤维体积含量；G为剪切弹性模量；GM，GF为纤维编织体的剪切弹性模量；

等效剪切刚度：AG=d(c+f)*G/（c+f）=dG

AG=dG,所以2.5D异型预制体各部位等效剪切强度值相同，取样试验时无需分别裁切样本；

第五步：经第四步验算后，使用准备好的特种纤维长纱束做纬向纱线原料，利用2.5D异型编织机进行整体编织成型。