一種斜交法向增強2.5d織物及其織造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種斜交法向增強2.5D織物及其織造方法，該織物包括經(jīng)紗系統(tǒng)、緯紗系統(tǒng)和法向紗系統(tǒng)，經(jīng)紗系統(tǒng)是多層經(jīng)紗結構，經(jīng)紗層數(shù)可以根據(jù)所要求的織物厚度設計；緯紗系統(tǒng)位于經(jīng)紗系統(tǒng)的左或右側，垂直引入經(jīng)紗層，經(jīng)紗系統(tǒng)和緯紗系統(tǒng)相互交織形成層層角聯(lián)鎖結構，其特征在于所述法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線方向斜向穿過織物厚度，法向紗經(jīng)過四個機器運動步驟后完成一次交織循環(huán)，法向紗排列在織物最外層行和列經(jīng)紗的四周，且經(jīng)紗與法向紗間隔排列。該織造方法包括：初始排紗、第一次經(jīng)紗開口運動、第一次引入緯紗、第一次法向紗運動、第二次經(jīng)紗開口運動、第二次引入緯紗、第二次法向紗運動和依此循環(huán)織造。
【專利說明】一種斜交法向增強2.5D織物及其織造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及立體織物織造技術，具體為一種斜交法向增強2.5D織物及其織造方法。
【背景技術】
[0002]2.5D織物(層層角連鎖結構織物)作為三維機織物的典型結構，通過經(jīng)緯紗相互交 織，層層互鎖的織物結構，將各系統(tǒng)的紗線在空間中形成具有一定規(guī)律的整體織物結構。但 在2.5D織物結構中，經(jīng)紗系統(tǒng)呈現(xiàn)比較大的彎曲形狀，當受到沿經(jīng)紗方向的壓縮載荷作用 時，彎曲的經(jīng)紗更容易發(fā)生失穩(wěn)破壞，使得2.5D織物增強復合材料的經(jīng)向抗壓性能較差。 法相增強2.5D織物結構通過增加一定數(shù)量的貫穿織物厚度方向的紗線，從而提高紡織復 合材料的抗沖擊性能和抗損傷容限。采用法向增強2.5D織物的復合材料具有結構緊密、整 體性好、力學性能優(yōu)良等特點，同時可實現(xiàn)大尺寸異型結構件的近凈形成型，在航空、航天、 能源、交通、體育等領域具有廣泛的應用。
[0003]中國專利申請CN101208191A提出了各種類型的三維機織結構，從而滿足纖維增 強結構的致密性。通過設計包括2.5D角連鎖及其衍生結構，多重緞紋結構、多重平紋結構 滿足異形復合材料增強體各部分的外形尺寸要求和復合材料整體的性能要求。中國專利申 請CN102227525A提出了利用多層三維編織織造技術設計生產(chǎn)三維織物結構可以在垂直于 經(jīng)紗方向和緯紗方向上具有變厚度的結構織物。中國專利申請CN101529000A提出了采用 多連接的多層型優(yōu)化織法的三維織物結構，所設計的編織結構中經(jīng)緯紗非層層相連，而是 經(jīng)緯紗多層型相連的方式，降低經(jīng)紗的彎曲角度，提高織物的可變形性能和抗沖擊性能。
[0004]傳統(tǒng)的法向增強2.5D織物結構，法向紗系統(tǒng)與經(jīng)緯紗系統(tǒng)呈90°垂直貫穿織物 的厚度方向，但在設計生產(chǎn)如高厚三維預制體結構時，只排列垂直的貫穿厚度的紗線系統(tǒng) 已不能滿足構件的力學性能需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術不足，本發(fā)明擬解決的技術問題是，提供一種斜交法向增強2.5D織 物及其織造方法。該織物的法向紗線具有斜向貫穿織物厚度，整體性增強，力學性能提高等 特點；該織造方法具有工藝簡單，易于操作等特點。
[0006]本發(fā)明解決所述織物技術問題的技術方案是:設計一種斜交法向增強2.5D織物， 包括經(jīng)紗系統(tǒng)、緯紗系統(tǒng)和法向紗系統(tǒng)，三個系統(tǒng)紗線相對獨立，分別按各自的規(guī)律運動織 造，經(jīng)紗系統(tǒng)是多層經(jīng)紗結構，經(jīng)紗層數(shù)可以根據(jù)所要求的織物厚度設計；緯紗系統(tǒng)位于經(jīng) 紗系統(tǒng)的左或右側，垂直引入經(jīng)紗層，經(jīng)紗系統(tǒng)和緯紗系統(tǒng)相互交織形成層層角聯(lián)鎖結構， 其特征在于所述法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線方向斜向穿過織物厚度，法向紗 經(jīng)過四個機器運動步驟后完成一次交織循環(huán)，法向紗排列在織物的最外層行和列經(jīng)紗的四 周，并且經(jīng)紗與法向紗間隔排列。
[0007]本發(fā)明解決所述織造方法技術問題的技術方案是:設計一種斜交法向增強2.5D織物的織造方法，該織造方法適用于本發(fā)明所述的斜交法向增強2.5D織物，包括下述工藝 步驟:
[0008]I)初始排紗；根據(jù)織物的形狀和尺寸要求，在三維織機的至少2層綜框的多眼綜 絲上排列經(jīng)紗，經(jīng)紗的排列方式?jīng)Q定于織物骨架的截面形狀，排列后的初始狀態(tài)為M層N列 經(jīng)紗；法向紗固定在載紗器上，載紗器排列在最外層行和列經(jīng)紗的四周，并且列經(jīng)紗與法向 紗間隔排列；
[0009]2)第一次經(jīng)紗開口運動；用提綜裝置控制一個綜框由初始位置上移一個經(jīng)紗的 位置，控制另一個綜框由初始位置下移一個經(jīng)紗的位置，使兩組經(jīng)紗形成M+1層梭口 ；
[0010]3)第一次引入緯紗；在形成的M+1層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗， 或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入緯紗，打緯機構向織口平移，把引入的該緯 紗打入織口；
[0011]4)第一次法向紗運動；將攜紗器上的法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線 方向斜向運動，貫穿織物的厚度，每一次法向紗運動兩步；
[0012]5)第二次經(jīng)紗開口運動；提綜裝置控制一個綜框由初始位置下移一個經(jīng)紗的位 置，控制另一個綜框由初始位置上移一個經(jīng)紗的位置，使兩組經(jīng)紗形成M+1層梭口 ；
[0013]6)第二次引入緯紗；在形成的M+1層梭口中，依次由一個引緯裝置引入一根緯紗， 或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入緯紗，打緯機構向織口平移，把引入的該緯 紗打入織口；
[0014]7)第二次法向紗運動；使攜紗器上的法向紗繼續(xù)沿各自所在行列厚度方向的對 角線方向，即與第一次法向紗運動方向呈90 °交角的方向，斜向運動，貫穿織物的厚度，每 一次法向紗運動兩步；
[0015]依此循環(huán)織造，制成斜交法向增強2.5D織物。
[0016]與現(xiàn)有的法向增強2.5D織物織造技術相比，本發(fā)明所述的斜交法向增強2.5D織 物中，法向紗的密度可以通過調(diào)節(jié)織物的經(jīng)密和緯密來調(diào)整。本發(fā)明提供的2.5D織物織造 方法是在現(xiàn)有的2.5D織物沿厚度方向垂直引入法向紗的織造技術的基礎上，改變了法向 紗的弓I入方向，形成與厚度方向呈一定角度的法向紗線系統(tǒng)，法向紗不僅可以由引紗裝置 垂直引入經(jīng)紗和緯紗之間，還可以根據(jù)緯紗的密度與厚度方向呈一定的角度的方式引入， 工藝簡單，可操作性強。與現(xiàn)有的法向增強2.5D織物相比，本發(fā)明制備的斜交法向增強
2.5D織物除了具有現(xiàn)有2.5D織物的典型結構外，還具有沿厚度方向與緯紗方向呈一定角 度引入法向紗線，進一步增強了織物層間結構的整體性，可以有效減少經(jīng)紗的壓縮失穩(wěn)，采 用本發(fā)明技術方案制成的復合材料結構具有更高的層間剪切性能，可以有效減少經(jīng)紗的壓 縮失穩(wěn)，顯著提高復合材料的經(jīng)向抗壓性能，可用于航空、航天、能源等領域的主承力結構 和防熱結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為現(xiàn)有技術的基本法向增強2.5D織物一種實施例的結構示意圖。其中，
[0018](a)為現(xiàn)有技術的基本法向增強2.5D織物一種實施例的俯視結構示意圖。
[0019](b)為現(xiàn)有技術的基本法向增強2.5D織物一種實施例的側視結構示意圖。一
[0020]圖2為本發(fā)明斜交法向增強2.織物一種實施例的織物結構示意圖。其中，[0021](a)為本發(fā)明斜交法向增強2.5D織物的俯視結構示意圖。
[0022](b)為本發(fā)明斜交法向增強2.5D織物的側視結構示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明所述法向紗的初始位置示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明所述的法向紗運動位置示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實施例的經(jīng)緯紗初始排列結構示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實施例經(jīng)、緯紗交織結構示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明實施例的法向紗第一步平移結構示意圖。
[0028]圖8為本發(fā)明實施例的法向紗第二步平移結構示意圖。
[0029]圖9為本發(fā)明實施例的法向紗第三步平移結構示意圖。
[0030]圖10為本發(fā)明實施例的法向紗第四步平移結構示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 下面結合實施例及其附圖進一步描述本發(fā)明。
[0032]本發(fā)明設計的斜交法向增強2.5D織物(簡稱織物，參見圖1 - 10)，包括經(jīng)紗系統(tǒng)
1、緯紗系統(tǒng)2和法向紗系統(tǒng)3三個紗線系統(tǒng)，三個系統(tǒng)紗線相對獨立，分別按各自的規(guī)律運 動織造，經(jīng)紗系統(tǒng)或經(jīng)紗I是多層經(jīng)紗結構，經(jīng)紗層數(shù)可以根據(jù)所要求的織物厚度設計；緯 紗系統(tǒng)或緯紗2位于經(jīng)紗系統(tǒng)I的左或右側，垂直引入經(jīng)紗層，經(jīng)紗系統(tǒng)I和緯紗系統(tǒng)2相 互交織形成層層角聯(lián)鎖結構，其特征在于所述法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線方 向斜向穿過織物厚度，法向紗經(jīng)過四個機器運動步驟后完成一次交織循環(huán)，法向紗3排列 在織物的最外層行和列經(jīng)紗的四周，并且經(jīng)紗I與法向紗3間隔排列。
[0033]下面以橫截面是矩形的方型編織為例，進一步描述法向紗3的斜交引入方式:
[0034]經(jīng)紗I的排列形式按預制件橫截面外型尺寸的要求來設計的，用經(jīng)紗的行列數(shù)定 義經(jīng)紗的排列為M層N列。法向紗3排列在全部經(jīng)紗層列的外圍，法向紗3以起始經(jīng)紗列 外圍為起始，每間隔一列經(jīng)紗的位置放置一根法向紗(參見圖3)。其中法向紗3經(jīng)過四步 運動完成一個交織循環(huán)(參見圖4)。第一步，法向紗3由初始位置6所示，沿著其對角線方 向在經(jīng)緯紗中間運動，穿過經(jīng)緯紗陣列到達另一邊緣原來無紗的位置7。第二步，法向紗沿 與位置7所示的對角線方向向位置8運動。第三步，法向紗繼續(xù)由位置8沿其對角線方向 運動到位置圖9。第四步:法向紗由位置9繼續(xù)沿對角線方向運動到初始位置6。這樣運動 四步之后，法向紗完成了一次運動循環(huán)，即原來無法向紗3的位置現(xiàn)在仍無法向紗3。法向 紗3按照同樣的機器循環(huán)繼續(xù)與經(jīng)緯紗相互交織形成斜交法向增強2.5D織物的整體結構 預制件。
[0035]本發(fā)明同時設計了本發(fā)明所述斜交法向增強2.5D織物的織造方法，該織造方法 適用于織造本發(fā)明所述的斜交法向增強2.5D織物，包括下述工藝步驟:
[0036]在現(xiàn)有的2.5D織物結構及其織造技術基礎上，按照一定的規(guī)律在經(jīng)紗I和緯紗2 之間沿厚度方向的對角線方向(空間對角線方向)引入貫穿織物厚度的法向紗線3，實現(xiàn)斜 交法向增強2.5D織物的織造。
[0037]本發(fā)明織造方法包括如下的工藝步驟:
[0038]I)初始排紗。根據(jù)織物的形狀和尺寸要求在三維織機的至少2層綜框的多眼綜絲 上排列經(jīng)紗1，經(jīng)紗I的排列方式?jīng)Q定于織物骨架的截面形狀，排列后的初始狀態(tài)為M層N列經(jīng)紗；法向紗3固定在載紗器上，載紗器排列在最外層和列經(jīng)紗的四周，并且經(jīng)紗I和法向紗3間隔排列。
[0039]2)第一次經(jīng)紗開口運動。提綜裝置控制一個綜框4上移一個經(jīng)紗的位置，另一個綜框5下移一個經(jīng)紗的位置，經(jīng)紗I形成M+1層梭口。
[0040]3)第一次引入緯紗。在形成的M+1層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗， 或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入一個緯紗，打緯機構向織口平移，把緯紗2 打入織口 ；
[0041]4)第一次法向紗運動。將攜紗器上的法向紗3沿各自所在行列的對角線方向斜向貫穿織物的厚度運動，每一次法向紗運動兩步。
[0042]5)第二次經(jīng)紗開口運動。提綜裝置控制一個綜框4由初始位置下移一個經(jīng)紗的位置，另一個綜框5初始位置上移一個經(jīng)紗的位置，經(jīng)紗形成M+1層梭口。
[0043]6)第二次引入緯紗。在形成的M+1層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗， 或由多個引緯裝置同時在各個梭口中引入一個緯紗，打緯機構向織口平移，把緯紗2打入織口 ；
[0044]7)第二次法向紗運動。攜紗器上的法向紗3繼續(xù)沿各自的對角線方向，即與前一個運動方向呈90°，斜向貫穿織物的厚度方向運動，每一次法向紗運動兩步。
[0045]8)依此循環(huán)織造，制成斜交法向增強2.5D織物。
[0046]以上工藝過程中，經(jīng)紗系統(tǒng)I和緯紗系統(tǒng)2分別經(jīng)過兩個機器運動完成一次交織循環(huán)，法向紗系統(tǒng)3經(jīng)過四步運動完成一次交織循環(huán)；經(jīng)、緯紗系統(tǒng)每經(jīng)過一次機器運動， 相對應的法向紗系統(tǒng)3移動兩步，即整體織物結構單胞經(jīng)過兩個經(jīng)、緯紗機器運動完成一次交織循環(huán)，依此循環(huán)織造。具體工藝過程根據(jù)實際循環(huán)進行，即可實現(xiàn)本發(fā)明所述的斜交法向增強2.5D織物的織造成型。
[0047]以下是本發(fā)明的具體實施例。所述的具體實施例僅是用于具體描述本發(fā)明，而不是限制本申請的權利要求保護范圍。
[0048]實施例1
[0049]設計一種斜交法向增強2.5D織物(參見圖2)。該織物采用斜交法向增強層層角聯(lián)鎖結構，包括5層經(jīng)紗I和6層緯紗2 ；
[0050]法向紗完成一個交織循環(huán)需要的緯紗數(shù):2緯。
[0051]I)初始排紗。經(jīng)紗排列為5層，選取5層5列示意(參見圖5)，〇代表奇數(shù)列中的經(jīng)紗，?代表偶數(shù)列中的經(jīng)紗,①-⑧代表法向紗。其中〇代表的經(jīng)紗穿入一個綜框4中， ?代表的經(jīng)紗穿入另一個綜框5中，①-⑧代表的法向紗穿入排列在四周的攜紗器上。
[0052]2)第一次經(jīng)紗開口運動。提綜裝置控制一個綜框4上移一個經(jīng)紗的位置，控制另一個綜框5下移一個經(jīng)紗的位置，經(jīng)紗形成6層梭口。
[0053]3)第一次引入緯紗。在形成的6層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗，或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入一個緯紗，打緯機構向織口平移，把緯紗2打入織口(參見圖6(a));
[0054]4)第一次法向紗運動。將攜紗器上的法向紗全部由初始位置沿所在行列的對角線方向貫穿織物厚度運動，法向紗運動兩個位置(參見圖7和圖8)。第一次運動完成后的法向紗的位置參見圖8。[0055]5)第二次經(jīng)紗開口運動。提綜裝置控制一個綜框4由初始位置下移一個經(jīng)紗的位 置，控制另一個綜框5初始位置上移一個經(jīng)紗的位置，經(jīng)紗形成6層梭口。
[0056]6)第二次引入緯紗。在形成的6層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗，或 由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入一根緯紗，打緯機構向織口平移，把緯紗打入 織口(參見圖6(b))；
[0057]7)第二次法向紗運動。將攜紗器上的法向紗由第一步運動后的位置繼續(xù)沿所在行 列的對角線方向貫穿織物厚度運動，法向紗同樣運動兩個位置(參見圖9和圖10)。第二次 運動完成后的法向紗的位置參見圖10。法向紗完成一個運動循環(huán)，回到初始位置。
[0058]8)依此循環(huán)織造，即制成斜交法向增強2.5D織物。
[0059]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術。
【權利要求】
1.一種斜交法向增強2.5D織物，包括經(jīng)紗系統(tǒng)、緯紗系統(tǒng)和法向紗系統(tǒng)，三個系統(tǒng)紗線相對獨立，分別按各自的規(guī)律運動織造，經(jīng)紗系統(tǒng)是多層經(jīng)紗結構，經(jīng)紗層數(shù)可以根據(jù)所要求的織物厚度設計；緯紗系統(tǒng)位于經(jīng)紗系統(tǒng)的左或右側，垂直引入經(jīng)紗層，經(jīng)紗系統(tǒng)和緯紗系統(tǒng)相互交織形成層層角聯(lián)鎖結構，其特征在于所述法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線方向斜向穿過織物厚度，法向紗經(jīng)過四個機器運動步驟后完成一次交織循環(huán)，法向紗排列在織物的最外層行和列經(jīng)紗的四周，并且經(jīng)紗與法向紗間隔排列。
2.一種斜交法向增強2.織物的織造方法，該織造方法適用于織造權利要求1所述的斜交法向增強2.5D織物，包括下述工藝步驟:1)初始排紗；根據(jù)織物的形狀和尺寸要求，在三維織機的至少2層綜框的多眼綜絲上排列經(jīng)紗，經(jīng)紗的排列方式?jīng)Q定于織物骨架的截面形狀，排列后的初始狀態(tài)為M層N列經(jīng)紗；法向紗固定在載紗器上，載紗器排列在最外層行和列經(jīng)紗的四周，并且列經(jīng)紗與法向紗間隔排列；2)第一次經(jīng)紗開口運動；用提綜裝置控制一個綜框由初始位置上移一個經(jīng)紗的位置， 控制另一個綜框由初始位置下移一個經(jīng)紗的位置，使兩組經(jīng)紗形成M+1層梭口 ；3)第一次引入緯紗；在形成的M+1層梭口中依次由一個引緯裝置引入一根緯紗，或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入緯紗，打緯機構向織口平移，把引入的該緯紗打入織口 ；4)第一次法向紗運動；將攜紗器上的法向紗沿各自所在行列厚度方向的對角線方向斜向運動，貫穿織物的厚度，每一次法向紗運動兩步；5)第二次經(jīng)紗開口運動；提綜裝置控制一個綜框由初始位置下移一個經(jīng)紗的位置，控制另一個綜框由初始位置上移一個經(jīng)紗的位置，使兩組經(jīng)紗形成M+1層梭口 ；6)第二次引入緯紗；在形成的M+1層梭口中，依次由一個引緯裝置引入一根緯紗，或由多個引緯裝置同時在各個梭口中分別引入緯紗，打緯機構向織口平移，把引入的該緯紗打入織口 ；7)第二次法向紗運動；使攜紗器上的法向紗繼續(xù)沿各自所在行列厚度方向的對角線方向，即與第一次法向紗運動方向呈90°交角的方向，斜向運動，貫`穿織物的厚度，每一次法向紗運動兩步；8)依此循環(huán)織造，制成斜交法向增強2.5D織物。
【文檔編號】D03D25/00GK103603124SQ201310637912
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】陳利, 孫緋, 焦亞男, 孫穎 申請人:天津工業(yè)大學