專利名稱：一種整體環(huán)形三維織物及其織造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維織物織造技術(shù)，具體是一種整體環(huán)形三維織物及其織造方法。該織物主要用于做復(fù)合材料增強(qiáng)體，可提高復(fù)合材料構(gòu)件的整體性能，并降低成本。
背景技術(shù)：
環(huán)形結(jié)構(gòu)是最常用的工程結(jié)構(gòu)之一，主要包括法蘭盤和加強(qiáng)環(huán)等?，F(xiàn)有技術(shù)中，這些環(huán)形結(jié)構(gòu)件常常是由金屬制成，特別是采用普通鋼材制造的制件，不耐腐蝕，易發(fā)生事故，安全系數(shù)低，特別不利于減重。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、耐疲勞性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。作為一種結(jié)構(gòu)材料，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)在航空航天、交通、運(yùn)輸?shù)确矫娴玫搅藦V泛的應(yīng)用。目前，復(fù)合材料法蘭盤和加強(qiáng)環(huán)等環(huán)形結(jié)構(gòu)件的制造主要通過纖維纏繞成型、手 糊工藝模壓成型來實(shí)現(xiàn)。其中，纖維纏繞成型是將浸過樹脂的連續(xù)纖維或布帶、預(yù)浸紗按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后經(jīng)固化、脫模，獲得制品。中國專利CN1640652A、CN181939A和CN101022200A公開的換向器加強(qiáng)環(huán)的制造方法都涉及到纖維纏繞成型方法，具體為將浸潤過樹脂的玻璃纖維經(jīng)多道工序纏繞到芯模上，再將芯模放入烘箱內(nèi)加熱使玻璃纖維固化，然后取出芯模加工成加強(qiáng)環(huán)產(chǎn)品。纖維纏繞制品易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，應(yīng)用十分廣泛。然而，纖維纏繞成型要求必須有能實(shí)現(xiàn)規(guī)定纏繞線型的纏繞機(jī)、高質(zhì)量的芯模和專用的固化加熱爐，設(shè)備投資大，只有大批量生產(chǎn)時(shí)成本才能降低，且纏繞獲得的制件各部分的纖維體積含量均勻性和一致性不好，影響制件的整體性能，特別是，制件層間及平面內(nèi)剪切或橫向性能差，很容易產(chǎn)生剪切失效，進(jìn)而導(dǎo)致制品破壞。手糊工藝模壓成型時(shí)，一般采用二維織物做增強(qiáng)體，在所需環(huán)形制件的陽膜內(nèi)鋪覆二維織物，在其上涂抹樹脂，裝入模具，通過加溫加壓固化成型。中國專利CN102494009A中涉及復(fù)合材料傳動(dòng)軸法蘭盤就是采用手糊工藝模壓成型。這種手糊工藝操作簡單，但是二維織物的變形能力有限，加上碳纖維、玻璃纖維等增強(qiáng)纖維的彈性差，為避免復(fù)合成型時(shí)織物折疊起皺，往往需要對織物進(jìn)行裁剪，導(dǎo)致織物大量浪費(fèi)，成本高，質(zhì)量難以保證，且由于二維布層與層間僅靠樹脂連接，厚度方向缺乏增強(qiáng)纖維，其增強(qiáng)復(fù)合材料法蘭盤缺乏承載整體性，存在層間強(qiáng)度低，易分層，抗低速?zèng)_擊性能差等性能弱點(diǎn)。三維紡織技術(shù)織造的三維環(huán)形織物由于各系統(tǒng)紗線的空間網(wǎng)狀交織，整體性好，再結(jié)合樹脂傳遞模塑復(fù)合固化技術(shù)復(fù)合而成的復(fù)合材料法蘭盤和加強(qiáng)環(huán)使用過程中減重效果好，耐沖擊、抗分層、損傷容限高，可廣泛用于航空航天、武器和民用等相關(guān)領(lǐng)域。常見的三維紡織技術(shù)有三維機(jī)織，三維編織和三維非織造技術(shù)等，它們都可以成形三維環(huán)形織物。但是，針對法蘭盤和加強(qiáng)環(huán)這一類均勻連續(xù)、首尾相接并具有多種異形截面的環(huán)形織物，常規(guī)的三維機(jī)織和三維編織技術(shù)只能采用沿織物環(huán)向織造成形后搭接實(shí)現(xiàn)(如將直徑、高度不等的兩個(gè)環(huán)形織物縫合成一個(gè)具有特殊截面的用于增強(qiáng)法蘭盤或加強(qiáng)環(huán)的三維環(huán)形織物等)，這樣增加了工序，降低了生產(chǎn)效率，增大了成本，且難以真正意義上實(shí)現(xiàn)三維環(huán)形織物的完全整體成型。在申請人檢索的范圍內(nèi)，整體的環(huán)形三維織物一次性完全整體成型的技術(shù)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種整體環(huán)形三維織物及其織造方法，該織物特別適用于作為復(fù)合材料法蘭盤、復(fù)合材料加強(qiáng)環(huán)等復(fù)合材料環(huán)形結(jié)構(gòu)件的增強(qiáng)體，具有織物制件各部分纖維體積含量均勻性好、一致性高，整體性能優(yōu)良等特點(diǎn)；該織造方法可一次完全整體成為環(huán)形織物，具有織造成本低、周期短、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、方便實(shí)際應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明解決所述織物技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種整體環(huán)形三維織物，該織物具有完全整體的三維紗線交織結(jié)構(gòu)，不分層，無搭接，z向紗線垂直于環(huán)形織物環(huán)向和徑向所在的xoy平面,且xoy平面內(nèi)的紗線可以按設(shè)計(jì)要求以任意角度取向。本發(fā)明解決所述織造方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種整體環(huán)形三維織物的 織造方法，其具體工藝步驟包括(I)設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列；根據(jù)織物的外形結(jié)構(gòu)要求，在織造設(shè)備的定位板上，設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列；(2)穿插鋼片；在定位板上，先沿y方向在鋼管陣列穿插下層鋼片，再沿X方向在鋼管陣列穿插上層鋼片，用于夾持固定鋼管；(3)穿引xoy平面內(nèi)紗線；憑借穿引裝置在鋼管陣列中采用直線法引入xoy平面內(nèi)的紗線，紗線在最外側(cè)鋼管處折返；(4)引入z向紗線；采用往返頂出法引入z向紗線替換所述的鋼管，并把z向紗線垂直引入織物內(nèi)部，且與xoy平面內(nèi)紗線形成交織，進(jìn)而沿X或I方向依次替換所有鋼管，直至整體環(huán)形三維織物織造完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的整體環(huán)形三維織物，xoy平面內(nèi)紗線在織物內(nèi)部均保持伸直狀態(tài)，無交織點(diǎn)，且織造過程中紗線受到的摩擦小，織物最大限度地保持了紗線的性能向紗線的引入能夠有效的抑制織物分層，且z向紗線的位置由鋼管預(yù)留，在引入過程中對紗線損傷降低至最小，伸直度高；同時(shí)本發(fā)明的整體環(huán)形三維織物為一次性完全整體成型，具有靈活的可設(shè)計(jì)性，可實(shí)現(xiàn)面內(nèi)各向同性的、多種異形截面的環(huán)形結(jié)構(gòu)三維織物的整體成形。本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造成本低、操作簡單、周期短、無污染、易于工業(yè)化推廣使用。


圖I是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物一組實(shí)施例制件的形狀結(jié)構(gòu)示意圖。其中，圖Ia是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物一種實(shí)施例(“ T ”型截面的法蘭盤式環(huán)形織物)的制件形狀結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ib是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物另一種實(shí)施例(“工”型截面的法蘭盤式環(huán)形織物)的制件形狀結(jié)構(gòu)示意圖。圖Ic是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物又一種實(shí)施例(“E”型截面的加強(qiáng)環(huán)式環(huán)形織物)的制件形狀結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。其中，
圖2a是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法準(zhǔn)備階段設(shè)備的三維視圖。圖2b是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的穿插鋼片示意圖。圖3本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法定位板預(yù)制鋼管排列示意圖。其中，圖3a是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例(織造“ T ”型截面的法蘭盤式環(huán)形織物)的定位板預(yù)制鋼管排列三維視圖。圖3b是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例(織造“ T ”型截面的法蘭盤式環(huán)形織物)的定位板預(yù)制鋼管排列正視圖。圖3c是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法另一種實(shí)施例(織造“H”型截面的加強(qiáng)環(huán)式環(huán)形織物)的定位板預(yù)制鋼管排列三維視圖。
圖3d是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法另一種實(shí)施例(織造0型截面的加強(qiáng)環(huán)式環(huán)形織物)的定位板預(yù)制鋼管排列正視圖。圖4是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)紗線穿引示意圖。其中，圖4a是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第一層I向紗示意圖。圖4b是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第一層X向紗示意圖。圖4c是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第一層+45°向紗示意圖。圖4d是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第一層-45°向紗不意圖。圖4e是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第二層I向紗示意圖。圖4f是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第二層X向紗示意圖。圖4g是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)紗線穿引第二層+45°向紗示意圖。圖4h是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的xoy平面內(nèi)穿引第二層-45°向紗不意圖。圖5是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的穿引z向紗線示意圖。圖6是本發(fā)明整體環(huán)形三維織物的織造方法一種實(shí)施例的局部紗線結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種整體環(huán)形三維織物(簡稱環(huán)形織物)，其特征在于該織物具有完全整體的三維紗線交織結(jié)構(gòu)，不分層，無搭接，且織物環(huán)向和徑向所在的xoy平面內(nèi)的紗線I和z向紗線2均保持伸直狀態(tài)，在織造過程中受到的摩擦損傷少，最大限度的保留了紗線原有的力學(xué)性能，其中xoy平面內(nèi)紗線I可以按設(shè)計(jì)要求以任意角度取向，且各層紗線間無交織點(diǎn)向紗線2垂直于所述的xoy平面內(nèi)紗線1，并通過與xoy平面內(nèi)紗線I交織，將各層紗線約束成為一個(gè)整體，構(gòu)成環(huán)形三維織物。本發(fā)明環(huán)形織物所述的xoy平面內(nèi)紗線I和z向紗線2可以選擇高分子量聚乙烯纖維，芳綸纖維，碳纖維，玻璃纖維和石英纖維等高性能纖維或長絲中的至少一種。xoy平面內(nèi)紗線I和z向紗線2可以選擇同一種纖維，也可以選擇不同種類的纖維。一般而言，這類高性能纖維紗線不容易順利進(jìn)行織造。本發(fā)明環(huán)形織物的xoy平面內(nèi)紗線I在鋼管陣列的約束下保持伸直狀態(tài)，通過設(shè)計(jì)不同高度鋼管的梯度排列，可以獲得相異的紗線層數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同異形截面要求的環(huán)形織物，然后依靠z向紗線2與xoy平面內(nèi)紗線I交織，把平行伸直狀態(tài)的各層xoy平面內(nèi)紗線I約束連接起來，構(gòu)成環(huán)形三維織物整體。z向紗線2的交織主要起到約束連接作用，且由于z向紗線2的位置由鋼管陣列事先預(yù)留，z向紗線2在織物內(nèi)部伸直度高，增強(qiáng)織物層間性能的同時(shí)也不會(huì)對織物的面內(nèi)造成損傷。由于xoy平面內(nèi)紗線I是由連續(xù)紗線在導(dǎo)紗裝置的引領(lǐng)下，采用直線法在鋼管陣列中引入，層層鋪疊而成，紗線保持伸直狀態(tài)，紗線間無交織點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)織造過程中織物打緯成型對紗線的損傷，因此，xoy平面內(nèi)紗線I能夠最大限度地保持原有的力學(xué)性能，使制件具有最高的強(qiáng)度。 本發(fā)明同時(shí)設(shè)計(jì)了所述環(huán)形三維織物的織造方法(簡稱織造方法)，該織造方法具體工藝步驟是(I)設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列。根據(jù)織物的外形結(jié)構(gòu)要求，在自主開發(fā)的織造裝置的定位板A上，設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列(參見圖2a、圖2b)；(2)穿插鋼片。在定位板A上按照“先下層后上層”原則，先沿y方向在鋼管陣列穿插下層鋼片B，再沿X方向在鋼管陣列穿插上層鋼片C，用于夾持固定鋼管(參見圖2b)；(3)穿引xoy平面內(nèi)紗線I。憑借穿引裝置在鋼管陣列中采用直線法引入xoy平面內(nèi)紗線1，紗線在最外側(cè)鋼管處折返(如圖4所示，其中箭頭為紗線穿引方向)；所述穿引裝置為現(xiàn)有技術(shù)。(4)引入z向紗線2。采用往返頂出法引入z向紗線2替換鋼管(圖5箭頭為z向紗2替換鋼管方向)，z向紗線2垂直引入織物內(nèi)部并與xoy平面內(nèi)紗線I形成交織，進(jìn)而沿X方向或I方向依次替換所有鋼管，直至整體環(huán)形三維織物織造完成。所述往返頂出法為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明織造方法用于織造本發(fā)明所述的整體環(huán)形三維織物，通過設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列，約束織物外形輪廓，穿引xoy平面內(nèi)紗線I ;引入z向紗線2替換鋼管，并在xoy平面內(nèi)紗線I的表面形成捆綁，從而實(shí)現(xiàn)整體環(huán)形三維織物的織造成型。本發(fā)明織造方法根據(jù)環(huán)形織物的設(shè)計(jì)要求，首先確定其截面形狀，根據(jù)截面形狀設(shè)計(jì)不同高度鋼管的梯度排列，以達(dá)到異形截面的要求；其次確定xoy平面內(nèi)紗線I的細(xì)度及排列密度，以此限定定位板A的規(guī)格，xoy平面內(nèi)紗線I的細(xì)度和排列密度可以靈活設(shè)計(jì)，以滿足環(huán)形織物不同纖維體積含量的需要。本發(fā)明織造方法適用于制造三維正交非織造織物，具體工藝基本相同。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施例具體實(shí)施例僅用于進(jìn)一步了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)到的效果，并非用來限定本發(fā)明申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍。凡依據(jù)本申請權(quán)利要求保護(hù)范圍所述的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、特征及精神所為，均是等同變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例I織造“ T ”型截面的法蘭盤式環(huán)形織物。該環(huán)形織物xoy平面內(nèi)紗線I包括X向紗線11和y向紗線12兩個(gè)方向的紗線，截面為“T”型。X向紗線11和Y向紗線12均為190tex石英纖維父3股^向紗線2為190tex石英纖維Xl股。根據(jù)截面形狀將織物分為外環(huán)E (由圖4中的〇表示)和內(nèi)環(huán)F (由 圖4中的 表示)2部分。外環(huán)E部分X向紗線11的紗線層數(shù)為10層，y向紗線12的紗線層數(shù)為11層，總厚度為I厘米；內(nèi)環(huán)F部分的X向紗線11的紗線層數(shù)為25層，y向紗線12的紗線層數(shù)為26層，總厚度為2. 5厘米。該環(huán)形織物X向紗線11的排列密度為50根/10厘米，y向紗線12的排列密度為50根/10厘米，織物外環(huán)E直徑為15厘米，內(nèi)環(huán)F直徑為7厘米。鋼管排布工藝參數(shù)設(shè)計(jì)(I)外環(huán)E部分鋼管長度Ll=7厘米；(2)內(nèi)環(huán)F部分鋼管長度L2=12厘米；(3) y向紗線12的紗線層數(shù)M=X向紗線11的紗線層數(shù)N+1。具體實(shí)施步驟(I)排布鋼管。將鋼管按照預(yù)先設(shè)計(jì)在定位板A上排布成圓環(huán)狀，內(nèi)環(huán)F的鋼管高度高于外環(huán)E的；(2)穿插鋼片。在定位板A上沿y方向和X方向依次在鋼管陣列穿插下層鋼片B和上層鋼片C ；(3)在外環(huán)E和內(nèi)環(huán)F的鋼管陣列內(nèi)均沿直線穿引xoy平面內(nèi)紗線1，按照先穿引y向紗線12后穿引X向紗線11的順序穿引，且穿引過程中不斷的用壓緊裝置壓緊紗線層，直到壓緊后的厚度到達(dá)I厘米(且y向紗線12的紗線層數(shù)M=x向紗線11的紗線層數(shù)N+1);(4)利用內(nèi)環(huán)F鋼管高于外環(huán)E的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)對內(nèi)環(huán)F鋼管陣列xoy平面內(nèi)紗線I的單獨(dú)穿引，并憑借壓緊裝置將紗線層與先前的紗線層合為一體，直到內(nèi)環(huán)E的總體紗線層厚度為2. 5厘米(即單獨(dú)穿引I. 5厘米)停止穿引xoy平面內(nèi)紗線1，此時(shí)定位板A的鋼管陣列已具備法蘭盤的“T”型截面；(5)z向紗線2按往返頂出法沿著X方向?qū)摴苋刻鎿Q，穿引入法蘭盤織物的內(nèi)部，并通過與xoy平面內(nèi)紗線I交織，將各層紗線約束成整體，實(shí)現(xiàn)法蘭盤式“T”型截面環(huán)形織物的整體成型；(6)下機(jī)，整理即得。實(shí)施例2織造“工”型截面的法蘭盤式三維織物。該法蘭盤式環(huán)形織物xoy平面內(nèi)的紗線I包括X向紗線ll、y向紗線12、+45°向紗線13和-45°向紗線14四個(gè)方向的紗線，截面為“工”型。xoy平面內(nèi)紗線I均為12KT300碳纖維，z向紗線2為6K T300碳纖維。根據(jù)截面形狀同實(shí)施例I 一樣將織物分為外環(huán)E和內(nèi)環(huán)F兩部分，其中外環(huán)E又由上、下兩部分組成。外環(huán)E上、下兩部分的X向紗線
11、+45°向紗線13和-45°向紗線14的紗線層數(shù)均為5層，y向紗線12的紗線層數(shù)為6層，每部分厚度均為I. I厘米；內(nèi)環(huán)F部分的X向紗線11、+45°向紗線13和-45°向紗線14的紗線層數(shù)均為18層，y向紗線12的紗線層數(shù)為19層，總厚度為4厘米?？椢锿猸h(huán)E直徑為20厘米，內(nèi)環(huán)F直徑為12厘米。鋼管排布工藝參數(shù)設(shè)計(jì)(I)外環(huán)E部分鋼管長度Ll=IO厘米；(2)內(nèi)環(huán)F部分鋼管長度L2=15厘米；(3) y向紗線12的紗線層數(shù)M = x向紗線11的紗線層數(shù)N+1。具體實(shí)施步驟(I)排布鋼管成所需的圓環(huán)狀，內(nèi)環(huán)F的鋼管高度高于外環(huán)E的； (2)穿插鋼片。在定位板A上沿y方向和X方向依次在鋼管陣列穿插下層鋼片B和上層鋼片C ；(3)在內(nèi)環(huán)F和外環(huán)E鋼管陣列內(nèi)采用直線法穿引xoy平面內(nèi)的紗線1，按照y向紗線12、+45°向紗線13、-45°向紗線14、x向紗線11的順序穿引，且穿引過程中不斷的用壓緊裝置壓緊紗線層，直到壓緊后的厚度到達(dá)I厘米(且y向紗線12的紗線層數(shù)M=x向紗線11的紗線層數(shù)N+1)；(4)利用內(nèi)環(huán)F鋼管高于外環(huán)E的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)對內(nèi)環(huán)F鋼管陣列xoy平面內(nèi)紗線I的單獨(dú)穿引，并憑借壓緊裝置將紗線層與先前的紗線層合為一體，直到內(nèi)環(huán)F的總體紗線層厚度為3厘米(即單獨(dú)穿引2厘米)，停止穿引；(5)給外環(huán)E的每根鋼管上套一個(gè)長為2厘米的細(xì)套管，使外環(huán)E鋼管上細(xì)套管的高度與內(nèi)環(huán)xoy平面內(nèi)紗線I的紗線層高度相同；(6)對內(nèi)環(huán)F和外環(huán)E的鋼管陣列再次同時(shí)穿引xoy平面內(nèi)紗線I，直到內(nèi)環(huán)F的總體紗線層厚度為4厘米(外環(huán)E的紗線層為兩部分，每部分為I厘米)，停止穿引xoy平面內(nèi)紗線1，此時(shí)定位板A的鋼管陣列已具備法蘭盤的“工”型截面；(7)去除外環(huán)E鋼管陣列的細(xì)套管；(8) z向紗線2按往返頂出法沿著X方向?qū)摴苋刻鎿Q，穿引入法蘭盤織物的內(nèi)部,并通過與xoy平面內(nèi)紗線I交織，將各層紗線約束成整體,實(shí)現(xiàn)法蘭盤織物的整體成型；(9)下機(jī)，將織物截面多余的紗線(外環(huán)E兩部分紗線層之間的紗線)進(jìn)行修剪，整
理即得。實(shí)施例3織造“H”型截面的加強(qiáng)環(huán)式環(huán)形織物。該加強(qiáng)環(huán)式環(huán)形織物xoy平面內(nèi)紗線I包括X向紗線ll、y向紗線12兩個(gè)方向的紗線，截面為“0”型。xoy平面內(nèi)紗線I均為12K T300碳纖維，z向紗線2為6K T300碳纖維。外環(huán)E部分的X向紗線11的紗線層數(shù)為38層，y向紗線12的紗線層數(shù)為39層，總厚度為4厘米；內(nèi)環(huán)F部分的X向紗線11的紗線層數(shù)為18層，y向紗線12的紗線層數(shù)為19層，總厚度為2厘米?？椢锿猸h(huán)E直徑為20厘米，內(nèi)環(huán)F直徑為12厘米。鋼管排布工藝參數(shù)設(shè)計(jì)(I)外環(huán)E部分鋼管長度Ll=15厘米(2)內(nèi)環(huán)F部分鋼管長度L2=10厘米(3) y向紗線12的紗線層數(shù)M=X向紗線11的紗線層數(shù)N+1
具體實(shí)施步驟( I)排布鋼管成所需的圓環(huán)狀，內(nèi)環(huán)F的鋼管高度低于外環(huán)E的，且在內(nèi)環(huán)F的每根鋼管上套一個(gè)長為I厘米的細(xì)套管；(2)穿插鋼片。在定位板A上沿y方向和X方向依次在鋼管陣列穿插下層鋼片B和上層鋼片C ；(3)在外環(huán)E鋼管陣列內(nèi)沿直線穿引xoy平面內(nèi)紗線1，按照先穿引y向紗線12后穿引X向紗線11的順序穿引，且穿引過程中不斷的用壓緊裝置壓緊紗線層，直到壓緊后的厚度到達(dá)內(nèi)環(huán)的細(xì)套管高度，即為I厘米(且y向紗線12的紗線層數(shù)M = X向紗線11的紗線層數(shù)N+1)；(4)對內(nèi)環(huán)F的鋼管陣列也穿引xoy平面內(nèi)紗線1，此時(shí)內(nèi)外環(huán)可視為一體，y向紗線12的紗線層與X向紗線11的紗線層交替疊加,直到外環(huán)E紗線層厚度達(dá)到3厘米(此時(shí)內(nèi)環(huán)F紗線層的厚度為2厘米)；(5)停止對內(nèi)環(huán)F的鋼管陣列穿引xoy平面內(nèi)紗線1，利用外環(huán)E鋼管高于內(nèi)環(huán)F的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)對外環(huán)E鋼管陣列xoy平面內(nèi)紗線I的單獨(dú)穿引，并憑借壓緊裝置將紗線層與先前的紗線層合為一體，直到外環(huán)E的總體紗線層厚度為4厘米，停止穿引xoy平面內(nèi)紗線1，此時(shí)定位板A的鋼管陣列已具備加強(qiáng)環(huán)的“B”型截面；(6)去除內(nèi)環(huán)F鋼管陣列底部的細(xì)套管；·(7) z向紗線2按往返頂出法沿著X方向?qū)摴苋刻鎿Q，穿引入加強(qiáng)環(huán)織物的內(nèi)部,并通過與xoy平面內(nèi)紗線I交織，將各層紗線約束成整體,實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)環(huán)織物的整體成型；(8)下機(jī)，整理即得。
權(quán)利要求
1.一種整體環(huán)形三維織物，其特征在于該織物具有完全整體的三維紗線交織結(jié)構(gòu)，不分層，無搭接，且織物環(huán)向和徑向所在的平面內(nèi)的紗線和z向紗線均保持伸直狀態(tài)，其中平面內(nèi)的紗線可以按設(shè)計(jì)要求以任意角度取向，且各層紗線間無交織點(diǎn)^向紗線垂直于所述平面內(nèi)的紗線，并通過與平面內(nèi)的紗線交織，將各層紗線約束成為一個(gè)整體，構(gòu)成環(huán)形三維織物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整體環(huán)形三維織物，其特征在于所述紗線為高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、碳纖維，玻璃纖維和石英纖維等高性能纖維或長絲中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的整體環(huán)形三維織物，其特征在于所述平面內(nèi)紗線和^向紗線選擇同一種纖維或長絲、或者選擇不同種類的纖維或長絲。
4.一種權(quán)利要求1、2或3所述整體環(huán)形三維織物的織造方法，其具體工藝步驟包括 (1)設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列；根據(jù)織物的外形結(jié)構(gòu)要求，在織造設(shè)備的定位板上，設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列； (2)穿插鋼片；在定位板上，先沿_7方向在鋼管陣列穿插下層鋼片，再沿Z方向在鋼管陣列穿插上層鋼片，用于夾持固定鋼管； (3)穿引平面內(nèi)紗線；憑借穿引裝置在鋼管陣列中采用直線法引入平面內(nèi)的紗線，紗線在最外側(cè)鋼管處折返； (4)引入z向紗線；采用往返頂出法引入z向紗線替換所述的鋼管，并把z向紗線垂直引入織物內(nèi)部，且與平面內(nèi)紗線形成交織，進(jìn)而沿z或_7方向依次替換所有鋼管，直至整體環(huán)形三維織物織造完成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述整體環(huán)形三維織物的織造方法，其特征在于通過設(shè)計(jì)不同高度鋼管的梯度排列，獲得相異的紗線層數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同異形截面要求的環(huán)形三維織物整體。
全文摘要
本發(fā)明公開一種整體環(huán)形三維織物及其織造方法。該織物具有完全整體的三維紗線交織結(jié)構(gòu)，不分層，無搭接，且織物環(huán)向和徑向所在的xoy平面內(nèi)紗線和z向紗線均保持伸直狀態(tài)，其中xoy平面內(nèi)紗線可以按設(shè)計(jì)要求以任意角度取向，且各層紗線間無交織點(diǎn)；z向紗線垂直于所述xoy平面內(nèi)紗線，并通過與xoy平面內(nèi)紗線交織，將各層紗線約束成為一個(gè)整體，構(gòu)成環(huán)形三維織物。該織造方法包括以下步驟(1)設(shè)計(jì)并預(yù)置鋼管陣列；(2)穿插鋼片；(3)穿引xoy平面內(nèi)紗線；(4)引入z向紗線替換所有鋼管，直至整體環(huán)形三維織物織造完成。
文檔編號(hào)D03D25/00GK102899778SQ20121045575
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者孫穎, 張倩倩, 張典堂, 陳利, 李嘉祿 申請人:天津工業(yè)大學(xué)