專利名稱：一種新結構立體織物及其編織方法
技術領域：
本發明涉及一種一種新結構立體織物及其編織方法，該立體織物由三維多向結構和2. 5D結構組合而成，屬于立體織物編織技術領域。
背景技術：
Mh高性能纖維在三維空間多方向連續排布、相互交纏，形成的纖維織物稱為立體織物，作為增強體用于制作先進復合材料。復合材料的增強體形狀結構及其品質基本決定了復合材料性能。其中增強體的性能主要取決于纖維取向。以立體織物作為增強體的復合材料已成功應用于航空、航天等高技術領域，具有很好的發展前景。專利文獻《一種多向預成型制件的三維整體編織方法》(CN1827887A)中介紹的一種多向三維整體編織物采用的織物結構是四步法三維四向、五向或五向以上的三維結構。專利文獻《2. 5維整體編織多通管織物的編織方法》(CN101503838A)中介紹的一種2. 5維整體編織物采用的織物結構是2. 5維淺交彎聯結構。針對受力復雜構件，即不同部位受力不同的構件，單一織物結構不能滿足其使用需求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可靠性高、方便易行、纖維取向復雜、纖維體積含量可設計性強、纖維之間連續多的新結構立體織物及其制備方法，用該制備方法成型的新結構立體織物力學性能跟蹤性強。本發明所述新結構立體織物，由2. 5D淺交彎聯結構和三維多向結構組合而成。上述2. 5D淺交彎聯結構和三維多向結構通過纖維之間的互相交纏組合而成，所述三維多向結構是三維四向以上的結構。本發明所述新結構立體織物的編織，可采用如下兩種方法之一方法一首先進行三維多向結構編織，在織物成型的四個側面中選擇任意一個側面，當紗線運行至該側面時預留若干纖維，根據織物尺寸計算預留纖維長度、根據2. 5D淺交彎聯結構需要的纖維線密度計算預留纖維股數和根數，再繼續進入織物內部編織，直至三維多向結構織物編織完成；其次進行2. 5D淺交彎聯結構編織，將三維多向結構中預留的纖維作為2. 5D淺交彎聯結構中的經紗，緯紗根據設計要求植入，即形成所述新結構立體織物。方法一中，首先將三維四向結構中預留的纖維作為2. 5D淺交彎聯結構中的經紗，根據織物中2. 5D結構的總長度確定預留纖維長度，根據織物中2. 5D結構的經紗的股數和根數，確定是否新增或減少纖維股數和新增纖維根數。方法二 首先進行2. 5D淺交彎聯結構編織，根據織物尺寸計算預留纖維長度和三維多向結構需要的纖維線密度計算預留纖維股數和根數，確定預留經紗長度和股數，直至2. 5D淺交彎聯結構織物編織完成；其次進行三維多向結構編織，將2. 5D淺交彎聯結構中預留的纖維作為三維多向結構中編織紗，即形成一種新結構立體織物。方法二中，首先將2. 5D淺交彎聯結構結構中預留的纖維作為三維多向結構中的編織紗，根據織物中三維多向結構的總長度確定預留纖維長度，根據織物中2. 5D結構的經紗的股數和根數，確定是否新增或減少纖維股數和新增纖維根數。與現有技術相比，本發明顯著優點是(I)本發明提出由正交三向結構和三維多向結構組合的新結構設計，實現了立體織物性能與構件受力情況一一對應的設計，特別是滿足復雜承力構件設計。(2)實現了三維多向結構與2. 5D淺交彎聯結構的無縫連接，保證了整體織物中纖維的連續性，達到了織物結構可靠、力學性能好等要求。(3)本發明提出將三維多向結構中工藝參數與2. 5D淺交彎聯結構中工藝參數進行分解對應，實現織物參數的可設計性。
圖1是本發明新結構立體織物中三維四向結構單胞圖。圖2是本發明新結構立體織物中2. 5D淺交彎聯結構單胞圖。圖3是本發明新結構立體織物中三維四向結構纖維預留圖。圖3中，I為同束纖維中預留纖維，2為同束纖維中直接參與編織纖維。圖4是本發明新結構立體織物中2. 5D淺交彎聯結構成型示意圖。將預留纖維設計為經紗，根據設計進行2. 5D淺交彎聯結構設計。首先將已成型三維四向結構織物固定，將預留纖維作為經紗，梳理整齊，根據設計要求可增加部分經紗，再植入緯紗成型，達到設計織物體積含量要求后，重復上述步驟，直至達到最終設計值。圖5是本發明新結構立體織物由三維五向結構和正交2. 5D淺交彎聯結構組合的成型圖。圖6是本發明新結構立體織物中三維五向結構單胞圖。圖7是本發明新結構立體織物由正交2. 5D淺交彎聯結構和三維五向結構組合的成型圖。
具體實施例方式下面結合附圖通過實施例來描述本發明的細節。實施例1 :織物采用三維四向結構與2. 5D淺交彎聯結構組合的新結構。參照圖1、圖2、圖3、圖4、圖5，本發明新結構立體織物以3K纖維一股纖維為原材料，編織IOOmmX IOOmmX 20mm平板織物為例，首先采用四步法三維編織工藝，先編織一段IOOmmX50mmX20mm織物，根據2. 5D淺交彎聯結構經紗長度要求進行纖維預留編織。當纖維運動至織物右側面(設定為預留纖維面)，預留纖維長度大于60mm，股數一股，根數250根，再合股進入織物內部編織，達到設計的織物外形尺寸時，再編織一段織物，即完成新結構織物中三維四向結構部分，如圖3所示。根據設計要求，固定好已成型的三維四向結構織物，然后將三維四向結構中預留纖維作為經紗，根據織物體積密度要求增加部分經紗或者直接編織，以纖維體積含量為45%為例，需要增加125根經紗，再以纖維體積含量為30%為例，不需要增加經紗，再引入緯紗，打緯成型。重復上述操作，逐緯完成纖維編織，如圖4、圖5。實施例2 :織物采用2. 5D淺交彎聯結構與三維五向結構組合的新結構。參照圖2、圖6、圖7，本發明新結構立體織物3K纖維一股纖維為原材料，編織IOOmmX IOOmmX 20mm平板織物為例，首先按照2. 5D淺交彎聯結構成型工藝完成織物中
2.5D淺交彎聯結構編織,編織織物尺寸IOOmmX 50mmX 20mm,預留經紗,一股纖維,90mm長，250 根。根據設計要求，固定好已成型的2. 5D淺交彎聯結構織物，然后將2. 5D淺交彎聯結構中預留纖維作為編織紗，根據織物體積密度要求增加部分編織紗或者直接編織，以纖維體積含量為45%為例，需要增加125根編織紗，再以纖維體積含量為30%為例，不需要增加編織紗，按照三維五向編織要求的工藝參數，逐步完成纖維編織，如圖7。
權利要求
1.一種新結構立體織物，其特征在于該織物由2. 5D淺交彎聯結構和三維多向結構組合而成。
2.根據權利要求1所述的新結構立體織物，其特征在于所述三維多向結構是三維四向以上的結構。
3.如權利要求1或2所述的新結構立體織物，其特征在于2.5D淺交彎聯結構和三維多向結構通過纖維之間的互相交纏組合而成。
4.權利要求1至3任意一項所述新結構立體織物的編織方法，其特征在于首先進行三維多向結構編織，在織物成型的四個側面中選擇任意一個側面，當紗線運行至該側面時預留若干纖維，根據織物尺寸計算預留纖維長度、根據2. 5D淺交彎聯結構需要的纖維線密度計算預留纖維股數和根數，再繼續進入織物內部編織，直至三維多向結構織物編織完成；其次進行2. 5D淺交彎聯結構編織，將三維多向結構中預留的纖維作為2. 5D淺交彎聯結構中的經紗，緯紗根據設計要求植入，即形成所述新結構立體織物。
5.權利要求4所述的新結構立體織物的編織方法，其特征在于首先將三維四向結構中預留的纖維作為2. 5D淺交彎聯結構中的經紗，根據織物中2. 5D結構的總長度確定預留纖維長度，根據織物中2. 5D結構的經紗的股數和根數，確定是否新增或減少纖維股數和新增纖維根數。
6.權利要求1至3任意一項所述新結構立體織物的編織方法，其特征在于首先進行2. 5D淺交彎聯結構編織，根據織物尺寸計算預留纖維長度和三維多向結構需要的纖維線密度計算預留纖維股數和根數，確定預留經紗長度和股數，直至2. 5D淺交彎聯結構織物編織完成；其次進行三維多向結構編織，將2. 5D淺交彎聯結構中預留的纖維作為三維多向結構中編織紗，即形成所述新結構立體織物。
7.權利要求6所述的一種新結構立體織物的編織方法，其特征在于首先將2.淺交彎聯結構結構中預留的纖維作為三維多向結構中的編織紗，根據織物中三維多向結構的總長度確定預留纖維長度，根據織物中2. 5D結構的經紗的股數和根數，確定是否新增或減少纖維股數和新增纖維根數。
全文摘要
本發明涉及一種新結構立體織物，由三維多向結構和2.5D淺交彎聯結構組合而成，所述三維多向結構是三維四向以上的結構。本發明結構設計的關鍵技術為兩種結構之間纖維的互相交纏，實現纖維在織物中的連續性編織。可以現進行三維多向結構的編織，再進行2.5D結構的編制，也可以先進行2.5D結構的編制，再進行三維多向結構的編制。本發明立體織物的成型工藝可靠性高、方便易行、纖維取向復雜、纖維體積含量可設計性強、纖維之間連續多，提出了解決復雜承力構件復合材料用立體織物增強體材料的途徑之一。
文檔編號D03D25/00GK103061003SQ20121058989
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者朱建勛, 齊加勝, 胡方田, 周緒波, 湯丹芳, 喬志煒 申請人:中材科技股份有限公司