專利名稱：一種法向增強2.5d織物及其織造方法
技術領域：
本發明涉及立體織物及其織造技術，具體為一種法向增強2. 5D織物及其織造方 法。
背景技術：
2. 5D織物及其織造技術是近年來迅速發展的一種新型三維織物織造技術。2. 5D 織物是在機織三維織造設備的基礎上，利用多眼綜絲使經紗形成多層開口 ，按一定順序引 入緯紗后形成的一類多層立體織物。2. 5D織物中，緯紗基本處于平直狀態，經紗彎曲穿過相 鄰的緯紗層，形成層層淺聯織物結構。由于經紗未貫穿整個織物厚度，該類織物通常被稱作 2. 5D織物(或稱層層角聯鎖織物)。 2. 5D織物增強的復合材料具有結構緊密、整體性好、力學性能優良等特點，同時 可實現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。中國專利申請CN1182813A提出的三維立體織物織造方法可以織造三緯、六緯或九 緯不同厚度的織物。中國專利申請CN1540052A提出了一種用于復合材料變截面的三維立 體織物的織造方法，涉及三維正交立體結構、準正交立體結構、角聯鎖結構。中國專利申請 CN1570234A提出了一種異型截面機織三維織物的織造工藝，采用多眼綜絲實現了層層直交 淺聯結構織物和層層彎交淺聯結構織物的成型。航空材料學報(楊彩云等，樹脂基三維機 織復合材料結構與力學性能的關系研究，2006， 26 (5) :51-55)研究了四種2. 5D織物結構及 其增強的復合材料的性能。四種織物包括普通層層角聯鎖織物、襯經層層角聯鎖織物、襯緯 層層角聯鎖織物和襯經襯緯層層角聯鎖織物。從四種織物增強的復合材料性能比較可以看 出，復合材料沿經紗方向的壓縮強度僅為拉伸強度的三分之一。雖然2. 5D織物在厚度方向 上經紗相互彎曲聯鎖，顯著提高了復合材料的層間抗剪切性能，但是由于2. 5D織物結構中 經紗彎曲程度較高，當受到沿經紗方向的壓縮載荷作用時，彎曲的經紗更容易發生失穩破 壞，使得2. 5D織物增強復合材料的經向抗壓性能較差。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是，提供一種法向增強2. 5D織物 及其織造方法。該2. 5D織物具有貫穿織物厚度方向的法向紗線，由該2. 5D織物制成的復 合材料具有更高的層間(法向)連接強度，可以有效減少經紗的壓縮失穩，顯著提高復合材 料的經向抗壓性能。該織造方法是在現有2. 5D織物織造技術的基礎上，增加了一個法向紗 線系統，該法向紗沿緯紗方向按一定的引入方式由引紗裝置逐列垂直引入相鄰的經紗列之 間，工藝簡單，可操作性強。 本發明解決所述織物技術問題的技術方案是設計一種法向增強2. 5D織物，包括 經紗系統和緯紗系統，且經紗系統和緯紗系統相互交織成層層角聯鎖結構，其特征在于還 包括法向紗系統，法向紗系統垂直于交織的經紗系統與緯紗系統，貫穿織物的厚度，并由相 鄰的經紗和緯紗夾持，構成所述的法向增強2. 5D織物。
本發明解決所述織造方法技術問題的技術方案是設計一種法向增強2. 5D織物 的織造方法，該織造方法用于織造本發明所述的法向增強2. 5D織物，在現有2. 5D織物織造 方法基礎上，增加了一個法向紗線系統，法向紗沿緯紗方向按一定的引入方式由引紗裝置 逐列垂直引入相鄰的經紗列之間，貫穿織物的厚度方向，并由相鄰的緯紗列夾持，實現法向 增強2. 5D織物的織造，具體工藝步驟包括 (1)、初始排紗，根據織物的形狀和尺寸設計要求在三維織機的前后綜框中的多眼 綜絲上排列M層N列經紗； (2)、開口運動，提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，帶動經紗形成M+l層梭口，
(3)、引入緯紗，在形成的M+1層梭口中，由一個引緯裝置依次逐層引入緯紗，或者 由一個以上的引緯裝置同時多層引入緯紗；引緯完成后，打緯機構向織口平移，把緯紗打入 織口 ； (4)、引入法向紗，法向開口裝置沿緯向運動，使經紗逐列開口 ，形成N-l列梭口 ， 引紗裝置按一定引入方式依次在相鄰經紗列間梭口中垂直引入法向紗；所述法向紗的一定 引入方式包括繞結方式和植入方式，所述繞結方式是將法向紗在經紗列間由上至下或由下 至上引入，穿過所有經紗層后，再繞過經紗列從相鄰經紗列間由下至上或由上至下引出，并 逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗；所述植入方式是將法向紗在經紗列間由上 至下或由下至上引入，穿過所有經紗層后，再從同一經紗列間由下至上或由上至下引出，并 逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗； (5)、二次開口運動，提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，相鄰經紗層相互交錯， 經紗彎曲并將平直的緯紗捆綁起來，形成新的M+l層梭口 ； (6)、二次引入緯紗，在新的M+1層梭口中，按步驟(3)的方式分別在每一層梭口中 二次引入緯紗，引入的緯紗將法向紗夾持起來，打緯機構向織口平移，把緯紗和法向紗同時 打入織口 ； (7)、重復所述工藝步驟(4)_(6)，即獲得本發明所述的法向增強2. 5D織物。
與現有技術相比，本發明法向增強2. 5D織物除了具有現有2. 5D織物的典型結構 特征以外，還具有沿緯紗方向引入的貫穿織物厚度方向的垂直的法向紗，進一步增強了織 物層間(法向)結構的整體性，有效減少了經紗的壓縮失穩，顯著提高了 2.5D織物復合材 料的經向抗壓性能，可用于航空、航天、能源等領域的主承力結構和防熱結構復合材料的支 撐材料。本發明織造方法是在現有的2. 5D織物織造技術的基礎上，增加了一個法向紗線系 統，法向紗沿緯紗方向按一定的方式由引紗裝置逐列垂直引入相鄰的經紗列之間，具有工 藝簡單，織造效率高，可操作性強等特點。
圖1為現有技術的2. 5D織物基本結構示意圖；圖中1為經紗，2為緯紗。
圖2為現有技術的緯向增強2. 5D織物結構示意圖；圖中3為緯向增強紗。
圖3為現有技術的經向增強2. 5D織物結構示意圖；圖中4為經向增強紗。
圖4為現有技術的經緯向增強2. 5D織物結構示意圖。 圖5為本發明法向增強2. 5D織物織造方法一種實施例的經紗初始排列結構示意 圖。圖中的Nl-N6為經紗列編號；N1、N3 N5為奇數列經紗；N2、N4 N6為偶數列經紗。
圖6為本發明法向增強2. 5D織物織造方法一種實施例的經紗開口運動示意圖；圖 中的K1為前綜框，K2為后綜框。 圖7(a)和(b)為本發明法向增強2.5D織物織造方法一種實施例的緯紗引入示意 圖； 圖8為本發明法向增強2. 5D織物織造方法的法向紗引入方法一種實施例(實施
例1)示意圖；圖中5為法向紗，Jl為第Jl根經紗，J2為第J2根經紗。 圖9為本發明法向增強2. 5D織物一種實施例(實施例1)的結構示意圖；其中，圖
9(a)為緯向截面織物結構示意圖，圖9(b)為經向截面織物結構示意圖。 圖10為本發明法向增強2. 5D織物織造方法的法向紗引入方法另一種實施例(實
施例2)示意圖。 圖11為本發明法向增強2. 5D織物另一種實施例(實施例2)的結構示意圖；其 中，圖ll(a)為緯向截面織物結構示意圖，圖ll(b)為經向截面織物結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及其附圖進一步敘述本發明。 本發明所述法向增強2. 5D織物(簡稱2. 5D織物)，包括經紗系統和緯紗系統，且 經紗系統和緯紗系統相互交織成層層角聯鎖結構，其特征在于還包括法向紗系統，法向紗 系統垂直于交織的經紗系統與緯紗系統，貫穿織物的厚度，并由相鄰的經紗和緯紗夾持，構 成所述的法向增強2. 5D織物。 本發明的法向增強2. 5D織物由三個相互垂直的紗線系統組成。三個相互垂直的 紗線系統分別為經紗系統、緯紗系統和法向紗系統。經紗系統是多層經紗結構，經紗層數可 以根據產品要求的織物厚度設計。緯紗系統水平垂直于多層經紗系統，依次逐層或同時多 層引入經紗層。經紗系統和緯紗系統相互交織形成層層角聯鎖結構。交織的經紗系統和緯 紗系統基本同于現有技術的2. 5D織物。本發明的創新設計是在現有的2. 5D織物(參見圖 1-4)基礎上適當引入了法向紗系統。法向紗系統垂直于交織的經紗系統與諱紗系統，貫穿 織物的厚度，并由相鄰的經紗和緯紗夾持，構成本發明所述的法向增強2. 5D織物。
本發明同時設計了所述法向增強2. 5D織物的織造方法(簡稱織造方法，參見圖 5-ll)，該織造方法是在現有2.5D織物(參見圖1-4)及其織造方法的基礎上實現的。本發 明織造方法的改進特征是，增加了一個法向紗線系統，法向紗沿緯紗方向按一定的引入方 式由引紗裝置逐列垂直引入相鄰的經紗列之間，貫穿織物的厚度方向，并由相鄰的緯紗列 夾持，進而實現法向增強2. 5D織物的織造。
本發明織造方法具體包括如下工藝步驟 (1)、初始排紗。根據織物的形狀和尺寸設計要求在三維織機的前后綜框中的多眼 綜絲上排列M層N列經紗； (2)、開口運動。提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，帶動經紗形成M+1層梭口，
(3)、引入緯紗。在形成的M+1層梭口中，由一個引緯裝置依次逐層引入緯紗，或者 由一個以上的引緯裝置同時多層引入緯紗，打緯機構向織口平移，把緯紗打入織口 ；
(4)、引入法向紗。法向開口裝置沿緯向運動，使經紗逐列開口 ，形成N-l列梭口 ， 引紗裝置按一定的引入方式依次在相鄰經紗列間梭口中垂直引入法向紗；
(5) 、二次開口運動。提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，相鄰經紗層相互交錯，經紗彎曲并將平直的緯紗捆綁起來，形成新的M+l層梭口 ； (6)、二次引入緯紗。在新的M+1層梭口中，按步驟(3)的方式分別在每一層梭口中二次引入緯紗，引入的緯紗將法向紗夾持起來，打緯機構向織口平移，同時把緯紗和法向紗打入織口； (7)、重復所述工藝步驟(4) 、 (5) 、 (6)，即獲得本發明所述的法向增強2. 5D織物。
以上工藝過程根據實際循環進行。 本發明織造方法中，步驟1、2、3、5、6為現有技術的工藝方法，用于織造2. 5D織物的基本結構(參見圖l);步驟4為本發明的創新工藝步驟，用于實現在2.5D織物基本結構基礎上適當引入法向紗，織造本發明法向增強的2. 5D織物。
本發明織造方法所述的引入法向紗的引入方式有兩種 —是繞結方式法向紗在經紗列間由上至下或由下至上引入，穿過所有經紗層后，再繞過經紗列從相鄰經紗列間由下至上或由上至下引出，并逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗。 二是植入方式法向紗在經紗列間由上至下或由下至上引入，穿過所有經紗層后，再從同一經紗列間由下至上或由上至下引出，并逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗。 所述法向紗兩種引入方式的區別在于采用法向紗植入方式織成的織物中，同一經紗列間有兩根法向紗；而法向紗繞結方式織成的織物中，同一經紗列間只有一根法向紗。因此，為了提高法向紗在整體2. 5D織物中所占的比例，在法向紗粗細不變的情況下，宜采用植入方式引入法向紗。 本發明未述及之處適用于現有技術。 下面給出本發明的具體實施例。具體實施例僅用于詳細說明本發明的2.5D織物
及其織造方法，并不限制本發明的權利要求。
實施例1 經紗為190tex石英纖維X3股，緯紗為190tex石英纖維X6股，法向紗為190tex石英纖維X 1股，經紗層數為6層，織物經密為90根/10厘米，緯密為20根/10厘米，織物寬度為100厘米，織物結構為法向增強層層角聯鎖結構。
經諱紗工藝參數設計 (1)、經紗列數N =織物寬度X經密=100X90 + 10 = 900列；
(2)、經紗層數M = 6層，緯紗層數=M+l = 7層；
具體實施步驟 1、初始排紗。經紗排列為6層900列，為說明簡單，選取6層6列為示意(參見圖5，〇代表奇數列中的經紗，參代表偶數列中的經紗，將經紗分別穿入前后(片)綜框中，其中O代表的經紗穿入前綜框Kl中，參代表的經紗穿入后綜框K2中)。 2、開口運動。將前綜框K1向上移動一個經紗的位置，而將后綜框K2向下移動一個經紗的位置，形成經紗的初始位置(參見圖6)。經紗相互交替運動形成梭口。
3、引入緯紗。從上至下由引緯裝置將緯紗2依次引入由經紗l形成的多層梭口(參見圖7(a))。緯紗的層數為7層。引緯完成后，打緯機構向織口平移，把緯紗打入織口。
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4、引入法向紗。采用繞結方式將法向紗5沿緯紗方向由左至右引入經紗列中(參見圖8)，即法向紗5從第Nl列經紗和第N2列經紗之間由上向下垂直引入，穿過所有經紗層后，繞結經紗Jl形成紗圈，再從第N2列經紗和第N3列經紗之間由下而上垂直引入，穿過所有經紗層后，繞過經紗J2形成紗圈，再從第N3列經紗和第N4列經紗之間由上向下垂直引入，如此沿緯紗方向依次逐列在相鄰經紗列之間垂直引入了法向紗5。 5、二次開口運動。將前綜框K1向下移動兩個經紗位置，而將后綜框K2向上移動兩個經紗位置，相鄰經紗層相互交錯，經紗彎曲并將平直的緯紗捆綁起來，形成新的梭口 。
6、二次引入緯紗。從下而上由引緯裝置將緯紗2依次引入梭口 (參見圖7(b))。弓I入的緯紗將法向紗夾持起來。弓I緯完成后，打緯機構向織口平移，同時把緯紗2和法向紗5打入織口。 7、重復所述工藝步驟4、5、6，即獲得本發明所述的法向增強2. 5D織物(參見圖9)。 實施例2 經紗為190tex石英纖維X4股，諱紗為190tex石英纖維X5股，法向紗為190tex石英纖維X 5股，經紗層數為6層，織物經密為57根/10厘米，緯密為40根/10厘米，織物寬度為100厘米，織物結構為法向增強層層角聯鎖結構。
經諱紗工藝參數設計 1、經紗列數N =織物寬度X經密=100X57 + 10 = 570列。
2、經紗層數M = 6層，緯紗層數=M+l = 7層。
具體實施步驟 1、初始排紗。經紗排列為6層570列，選取6層6列為示意(參見圖5，〇代表奇數列中的經紗，參代表偶數列中的經紗，將這些經紗分別穿入前后片綜框中，其中O代表的經紗穿入前綜框Kl中，參代表的經紗穿入后綜框K2中)。 2、開口運動。將前綜框K1向上移動一個經紗的位置，而將后綜框K2向下移動一個經紗的位置，形成經紗的初始位置(參見圖6)。經紗相互交替運動形成梭口。
3、引入緯紗。從上至下由引緯裝置將緯紗2依次引入由經紗l形成的多層梭口(參見圖7(a))。緯紗的層數為7層。引緯完成后，打緯機構向織口平移，將緯紗打入織口。
4、引入法向紗。采用植入方式將法向紗5沿緯紗方向由左至右引入經紗列中(參見圖10)，即法向紗5從第Nl列經紗和第N2列經紗之間由下向上垂直引入，穿過所有經紗層后，從第1列經紗Jl和第2列經紗J2之間由上而下返回，再繞過經紗Jl后，從第N2列經紗和第N3列經紗之間由下向上垂直引入，穿過所有經紗層后，又從第N2列經紗和第N3列經紗之間由上而下返回，如此沿諱紗方向依次逐列在相鄰經紗列之間垂直引入了法向紗5。 5、二次開口運動。將前綜框K1向下移動兩個經紗位置，而將后綜框K2向上移動兩個經紗位置，相鄰經紗層相互交錯，經紗彎曲并將平直的緯紗捆綁起來，形成新的梭口 。
6、二次引入緯紗。從下而上由引緯裝置將緯紗2依次引入梭口 (參見圖7(b))所示。引入的緯紗2將法向紗7夾持起來。引緯完成后，打緯機構向織口平移，同時將緯紗2和法向紗5打入織口。 7、重復所述工藝步驟4、5、6，即獲得本發明所述的法向增強2. 5D織物(參見圖
711)。
權利要求
一種法向增強2.5D織物，包括經紗系統和緯紗系統，且經紗系統和緯紗系統相互交織成層層角聯鎖結構，其特征在于還包括法向紗系統，法向紗系統垂直于交織的經紗系統與緯紗系統，貫穿織物的厚度，并由相鄰的經紗和緯紗夾持，構成所述的法向增強2.5D織物。
2. —種權利要求1所述法向增強2. 5D織物的織造方法，該織造方法在現有2. 5D織物 織造方法基礎上，增加了一個法向紗線系統，法向紗沿緯紗方向按一定的引入方式由引紗 裝置逐列垂直引入相鄰的經紗列之間，貫穿織物的厚度方向，并由相鄰的緯紗列夾持，實現 法向增強2. 5D織物的織造，具體工藝步驟包括(1) 、初始排紗，根據織物的形狀和尺寸設計要求在三維織機的前后綜框中的多眼綜絲 上排列M層N列經紗；(2) 、開口運動，提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，帶動經紗形成M+l層梭口 ，(3) 、引入緯紗，在形成的M+1層梭口中，由一個引緯裝置依次逐層引入緯紗，或者由一 個以上的引緯裝置同時多層引入緯紗；引緯完成后，打緯機構向織口平移，把緯紗打入織 □;(4) 、引入法向紗，法向開口裝置沿緯向運動，使經紗逐列開口 ，形成N-l列梭口 ，引紗 裝置按一定引入方式依次在相鄰經紗列間梭口中垂直引入法向紗；所述法向紗的一定引入方式包括繞結方式和植入方式，所述繞結方式是將法向紗在經 紗列間由上至下或由下至上引入，穿過所有經紗層后，再繞過經紗列從相鄰經紗列間由下 至上或由上至下引出，并逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗；所述植入方式是將 法向紗在經紗列間由上至下或由下至上引入，穿過所有經紗層后，再從同一經紗列間由下 至上或由上至下引出，并逐列進行，直至所有經紗列間全部引入法向紗；(5) 、二次開口運動，提綜裝置控制前后綜框上下相對運動，相鄰經紗層相互交錯，經紗 彎曲并將平直的緯紗捆綁起來，形成新的M+1層梭口 ；(6) 、二次引入緯紗，在新的M+1層梭口中，按步驟(3)的方式分別在每一層梭口中二次 引入緯紗，引入的緯紗將法向紗夾持起來，打緯機構向織口平移，把緯紗和法向紗同時打入 織口 ；(7) 、重復所述工藝步驟(4)-(6)，即獲得本發明所述的法向增強2. 5D織物。
全文摘要
本發明公開一種法向增強2.5D織物及其織造方法。該織物包括經紗系統和緯紗系統，且經紗系統和緯紗系統相互交織成層層角聯鎖結構，其特征在于還包括法向紗系統，法向紗系統垂直于交織的經紗系統與緯紗系統，貫穿織物的厚度，并由相鄰的經紗和緯紗夾持，構成所述的法向增強2.5D織物。該織物織造方法是在現有2.5D織物織造方法基礎上，增加了一個法向紗線系統，法向紗沿緯紗方向按一定的引入方式由引紗裝置逐列垂直引入相鄰的經紗列之間，貫穿織物的厚度方向，并由相鄰的緯紗列夾持，實現所述2.5D織物的織造，具體工藝步驟包括初始排紗，開口運動，引入緯紗，引入法向紗，二次開口運動，二次引入緯紗，重復后三步工藝，即獲得所述的法向增強2.5D織物。
文檔編號D03D13/00GK101775683SQ20101003134
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月13日 優先權日2010年1月13日
發明者孫緋, 孫穎, 李嘉祿, 焦亞男, 陳利 申請人:天津工業大學