中空層連織物復合材料的制作方法

專利名稱：中空層連織物復合材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及多層機織物為骨架的復合材料，具體為雙層層連織物復合材料，國際專利主分類擬為D03D11/00。
以機織物為骨架的復合材料因其具有質量輕，整體性好，力學性能優良等諸多優點已成為目前工程界應用、需求和研究的重點。申請入(發明人)申請并已獲權的專利(ZL98119895.3)就是一種以多層機織物為骨架的復合材料。該復合材料的骨架是多層機織物，結構復雜，織造工藝也復雜，并且僅用于制造孔型方正蜂窩板狀的復合材料，專用性強，產品單一，不能充分滿足產業界的需要。
層連織物是一種特殊的機織物。傳統的平絨就屬于雙層層連織物(參見附圖3)。在該織物中，經紗1、2與緯紗5交織，形成織物的上層；經紗3、4與緯紗6交織，形成織物的下層；雙層織物之間連接的經紗(以下簡稱層經紗)7、8按一定規律與所述上、下層織物中的緯紗5、6交織，即可制成層連織物。經割絨，即為平絨織物。在這種層連織物中，層經紗7、8在上、下層織物間的長度，一般小于上下層織物本身的厚度，而其織物的總厚度，一般也不會超過6mm。由于條件的限制，超過6mm的層連織物，采用普通織機和織造方法，無法織造；就是特種織機(如織造長毛絨的織機)，超過20mm的層連織物，也無法織造。這種層連織物的用途是針對或者說是僅限于服裝業。而對于作建筑或裝飾等業復合材料的骨架而言，因層間厚度不夠或空間不足而根本不適用，即便層間厚度或空間適宜，也會因該織物用紗量過大而使得復合材料的工業化應用無法接受。
本發明的目的是針對上述的不足，提供一種以中空層連織物為骨架的復合材料，其骨架結構簡單，上下層間的連接空間遠大于雙層織物本身的厚度，且容易織造；其產品體大質輕，品種眾多，適用性強。
本發明的目的是如下實現的首先設計一種作復合材料骨架的中空層連織物，它由上層織物經紗與上層織物緯紗交織，形成該骨架織物的上層；下層織物經紗與下層織物緯紗交織，形成該骨架織物的下層，其特征在于僅有一根層經紗與所述上、下層織物中的緯紗交織，并將所述的上、下層織物連接為一個整體織物，且該層經紗連接在上、下層織物之間的長度為20mm-600mm。再用該中空層連織物作骨架，經浸泡樹脂，固化成型即得。
本發明的復合材料骨架中空層連織物(以下簡稱層連織物或織物)著眼于作非服用的工程復合材料骨架之目的，所以其雙層織物的中間層連空間至關重要，必須要比現有的雙層織物遠大得多-根據實際需要，其最大厚度設計為600mm，是現有平絨織物最大厚度6mm的100倍，也是現有長毛絨織物最大厚度20mm的30倍，故稱之為中空層連織物。本發明復合材料的骨架織物不但是現有技術或產品中所無，而且也是現有織造設備和織造方法所根本不能完成的。本發明為此獨特設計了雙眼綜絲，巧妙地利用了現有織機，配套采用三片綜組合(即兩片雙眼綜和一片單眼綜組合)，不需改動普通織機的其他機件，就可構成織造本發明所述復合材料骨架中空層連織物的專用設備。對比現有平絨織物織機而言，其結構反而簡單，維護保養更為方便，操作也不需培訓；因而開發成本極低。本發明針對所述骨架織物而設計的工藝方法也明顯很簡單，三片綜所對應的織物組織要比需要6片綜的現有平絨織物組織簡單得多；同時穿綜所用時間也大為縮短，如果穿每片綜的時間相等，三片綜的穿綜所用時間比6片綜是穿綜時間可以節省1/2，或者說同樣的時間內節省人力資源1/2。由于本發明骨架織物的織造方法僅用三片綜，比傳統技術少用了兩片綜，因而可以使織造開口更清晰，動力消耗減少，車速相對提高，而操作卻更為簡單。而對比現有技術作復合材料骨架的多層機織物(ZL98119895.3)而言，其結構就更為簡單，織造也更為容易，特別是在沒有孔型要求的情況下，實現同樣厚度的復合材料，本發明骨架材料可以比多層機織物骨架節省大部分的紗線原料，從而大大降低生產成本，更適于工業化推廣應用。綜上，本發明具有良好的經濟效益，也十分有利于技術的推廣和產品的應用。
由本發明設計的復合材料骨架中空層連織物，經模具或支架固定，浸泡樹脂，固化干燥成型后，即成為本發明的中空層連織物復合材料。該復合材料的。上下兩層織物可成為剛性板材，而兩層板材中間的層經紗也因樹脂固化成為剛直線材或片材，并將上下兩層織物與之連接為一個有機整體，可取名中空層連織物復合材料(或型材或板材)。以該材料為基礎，還可以在其層間中空處填充泡沫塑料或者其他輕質或功能性材料，制成進一步的復合材料或功能性復合材料。該材料與傳統復合材料相比，明顯具有體積大，卻重量輕；空心化，卻整體性好，成本低，適應性好；高強、耐壓、隔熱、抗沖擊和抗斷裂性能均優良等諸多優點，可廣泛用作建筑業裝飾業的隔熱材料、間隔材料、填充材料或包裝材料等。
下面結合實施例及其附圖進一步詳述本發明

圖1是本發明復合材料骨架中空層連織物的一種結構示意圖，即基本結構示意圖；圖2是本發明復合材料骨架低密度層經紗結構的中空層連織物結構示意圖；圖3是本發明復合材料骨架高密度層經紗結構的中空層連織物結構示意圖。其與對比的現有層連織物(即平絨)的結構相類似，但后者的層經紗的長度要短得多；圖4是本發明復合材料骨架中空層連織物的又一種結構示意圖，即交叉層經紗結構示意圖；圖5是本發明復合材料骨架中空層連織物的另一種結構示意圖，即不連續層經紗結構示意圖；圖6是本發明復合材料骨架織造專用的雙眼綜絲19、20的結構示意圖，其中的18為單眼綜絲示意圖；圖7(包括a、b)是本發明復合材料骨架中空層連織物的三片綜織造工藝設計示意圖；圖8(包括a、b)是本發明復合材料骨架中空層連織物的四片綜織造工藝設計示意圖；圖9是一種以圖1所示本發明中空層連織物為骨架的復合材料示意圖；圖10是一種以圖5所示本發明中空層連織物為骨架的復合材料示意圖；圖11是一種本發明所述中空層連織物復合材料的成型方法示意圖；圖12是一種以圖9所示本發明中空層連織物復合材料為骨架所得的二次復合材料示意圖。
本發明復合材料骨架的層連織物(參見圖1)是由經紗1、2與緯紗5交織(以簡單的平紋組織交織為例，下同)，形成層連織物的上層織物；經紗3、4與緯紗6交織，形成層連織物的下層織物。利用本發明一并設計的織造方法和設備，使連接上下兩層織物的層經紗7按一定規律與所述上、下層織物中的緯紗5、6相交織，即可將所述的上、下層織物連接為一個整體織物，且該層經紗7連接在上、下層織物之間的長度可達到20mm-600mm。
層經紗7在上、下層織物之間的長度控制取決于本發明獨特設計的雙眼綜絲(參見圖6)。雙眼綜絲19的雙綜眼14、15(參見圖7)與雙眼綜絲19的中心線等距，或者說對稱。其距離決定了層經紗7在上、下層織物之間的長度。換言之，雙眼綜絲綜眼的中心距決定了本發明織物的最大厚度。雖然按實際應用的一般要求所給出的層經紗7長度范圍是20mm-600mm，但用本發明方法和設備同樣可以織造出層經紗7長度小于20mm的層連織物，配備特制的綜框和織機，同樣也可以織造出層經紗7長度大于600mm的層連織物，以供可能的特殊實際需要。雙眼綜絲20與雙眼綜絲19規格完全一樣，僅為敘述方便而分別標記。圖中所畫的單眼綜絲18為普通綜絲。
本發明所述的層經紗根據需要，既可以是一根，也可以是兩根。當層經紗設計僅有一根，例如僅有層經紗7時，本發明的層連織物可如圖1、2、5所示，該織物的織造設備需要三片綜，織造工藝方法如圖7所示；當層經紗設計有兩根，即在層經紗7的基礎上增加層經紗8，且其在上下層織物之間的長度與所述的層經紗7相等，但交織方向與所述的層經紗7的交織方向相對稱時，本發明的骨架層連織物可如圖3、4所示，該織物的織造設備需要四片綜，織造工藝方法如圖8所示。但本發明的層連織物并不受上述例圖的限制，根據需要，利用本發明所述的織造方法和設備，還可以設計和織造出多種多樣的本發明中空層連織物。
根據最終用途的需要，圖1、2、5所示的本發明骨架織物為低密度結構設計，也即僅采用一根層經紗7作為上下兩層織物的連接。所述的層經紗7與上、下層織物中的緯紗5、6交織時，可以采用在同一層織物中間隔1-6根緯紗5或6的方法與之交織(其中，圖1所示為間隔1根緯紗5或6；圖2所示為間隔2根緯紗5或6；圖5所示為間隔1根與間隔4根緯紗5或6交替結構)。盡管圖5示意畫出的相鄰兩根層經紗之間，也即間隔交織的緯紗最多只有4根，但很容易理解和作到相鄰兩根層經紗之間間隔交織的緯紗根數為除4根以外的1-6根，即使是大于6根，在技術上也沒有任何難度，只是取決于最終產品的設計需要。當相鄰兩根層經紗7之間間隔交織的緯紗5或6多于1根時，可以稱這種織物結構設計為層經紗的不連續設計。
本發明所述骨架層連織物的織造方法，其特征在于(參見圖7)穿綜設計為三根綜絲，且其中兩根綜絲為雙眼綜絲19、20；另一根綜絲為單眼綜絲18。上、下層織物的經紗1、2和3、4應分別穿入雙眼綜絲19、20的上綜眼14、16和下綜眼15、17之中，而層經紗7則應穿入單眼綜絲18的綜眼13之中；開口設計為單眼綜絲18和雙眼綜絲19與雙眼綜絲20的運動方向相反；在經紗1和層經紗7與經紗2之間形成上梭口21，在經紗3與經紗4之間形成下梭口22；引緯設計為雙劍桿同時引緯進入上、下梭口21、22；鋼筘23將上、下緯紗打向織口24、25。
打緯交織后，單眼綜絲18和雙眼綜絲19與雙眼綜絲20分別向各自的反方向運動；又在經紗2與經紗1之間形成上梭口21，在經紗4與經紗3和層經紗7之間形成下梭口22；再次引緯、打緯、交織，構成所述層連織物的一個織造循環。
更具體的織造過程敘述(參見圖7)是在第一次開口時(見圖7(a))，綜絲18、19處于梭口的上方，綜絲20處于梭口的下方。這樣在鋼筘23與上下織口24、25之間便形成兩個三角形的梭口，用雙層劍桿21、22同時引入兩根緯紗(為簡化，21、22亦可被認為代表兩根緯紗)。綜絲18、19與20交換上下位置后(如圖7(b)所示)，鋼筘23向右推動，將新納入的兩根緯紗推向織口25、24，完成經紗與緯紗之間的交織。在此期間，處于梭口上層的緯紗21與層經紗7在織口處交織，將層經紗7固定住，即在上、下層織物中間留下了層經紗7。當鋼筘23完成打緯，向左返回到圖7(b)所示的位置時，鋼筘23與織口24、25之間又形成兩個新的三角形梭口21、22，再次同時用雙層劍桿引入兩根新緯紗21、22，然后綜絲18、19和20交換上下位置，回到圖7(a)所示的位置。鋼筘23向右推動進行打緯，也返回到圖7(a)所示的初始位置。在此期間，處于梭口下層的緯紗22與層經紗7在織口處交織，將層經紗7固定，從而在上下層織物中間留下了層經紗7，這樣便完成了一個織造循環，如此連續織造下去，便形成所述的中空層連機織物。在形成的織物中，緯紗5(圖7(a))與經紗1、2交織，形成織物的上層；緯紗6與經紗3、4交織，形成織物的下層，而層經紗7則間斷地與上下兩層織物中的緯紗5、6交織，就可以獲得在兩層織物中間留下長長的層經紗7的本發明骨架層連織物。
這里所述的織造方法是以圖1所示的本發明基本結構層連織物為例，其他結構層連織物的織造方法與之設計原理相同。或者說，該領域普通技術人員很容易給出圖2、5所示的層連織物以及沒給出圖例的層連織物的織造工藝方法。因為本發明的織造方法的關鍵是如何使用雙眼綜絲和如何設計綜框的開口方式，并以此在所述的上下層織物之間可以留下長度遠超過上下層織物本身厚度的層經紗。
本發明還設計了適用于所述織造方法的織機(參見圖7)，其特征在于該織機配備三片綜框9、11、12，且其中兩片綜框11、12分別裝配雙眼綜絲19、20；一片綜框9裝配單眼綜絲18。除獨特設計的綜絲19外，織機的主要機構及其運動，諸如開口機構和運動、打緯機構和運動、送經機構和運動、卷取機構和運動以及驅動機構并沒有任何改變，因而利用現有織機實施本發明十分方便。實驗表明，用該裝置織造的織物厚度可達到0.6m，能夠滿足一般填充、間隔、隔熱及建筑材料的要求。相對于現有平絨織物的織機必須使用6片綜而言，本發明織機節省了一半的綜框和綜絲，使機構得到簡化，不但使設備的維護保養方便，能耗減少，噪聲下降，而且也使織造工藝的穿綜簡單，開口清晰，車速提高，產量增加。
從上述的本發明織造方法和所得的層連織物可以看出，由于其僅使用了一根層經紗7，因而它與上下層織物之間連接方式的更正確說法，應當不是像傳統平絨織物那樣由兩根層經紗7、8于上下層織物之間相向“交織”，而是僅由一根層經紗7在上下層織物之間單向地“穿織”或“繞織”，甚至還可以說不是“織”，而是“縫”。這主要取決于本發明織物的最終用途，即希望其在上下層織物之間獲得更大或合適的中部連接空間。
另一方面，也正是基于這一最終用途目的，因而本發明織物并不排除由兩根層經紗7、8于上下層織物之間相向“交織”而獲得的本發明中空層連織物及其織造方法和設備。在上述的織造方法和設備的基礎上，引入或增加一個單眼綜絲26和綜框10即可簡單的實現這進一步目的。
相對于單根層經紗7構成的織物而言，由雙根層經紗7、8所構成的織物可稱為高密度中空層連織物。圖3、4所給的示意圖代表了兩種高密度層經紗的設計，即上下兩層織物中間采用了對稱交織的兩根層經紗7和8的設計。圖3表示了每隔上下一組雙緯紗5和6就有兩根層經紗7和8相向交織而過，并連接了上下兩層織物的設計。這種情況與現有技術平絨結構基本類似，但層經紗的長度存在著本質的區別。圖4表示了另外一種高密度設計情況。其特征在于所述的層經紗7、8與上、下層織物中的緯紗5、6交織時，采用各自在同一層織物中間隔3根緯紗5或6的方法與之交織。雖然圖4中畫出的間隔緯紗5或6是3根，但依據相同的原理，很容易設計間隔緯紗5或6的根數為除3根以外的1-6根，甚至更多根數的織物。這種織物設計的力學性能更為優良。但也應當指出，除非需要，盡量不使用這種設計。因為它畢竟比低密度設計多用了1倍的層經紗，織造工藝也多使用了1片綜，降低了效率，提高了成本。
織造高密度的層連織物應當配合有所述的的織造方法使用相應的設備，該方法的特征是(參見圖8)在所述的織造方法基礎上，再使用一根單眼綜絲26，層經紗8穿入單眼綜絲26的綜眼27中，并使其與所述的雙眼綜絲20構成開口交織運動的一組。其詳細具體的織造過程，也即在上下層織物中間同時也留下長長的層經紗8的過程與前述低密度織物中留下層經紗7的織造過程相同，不再贅述。
同樣，適用于所述四根綜絲織造方法的織機的特征在于該織機還配備有綜框10，且其裝配單眼綜絲26，即該織機配備四片綜框9、10、11、12，且其中兩片綜框11、12分別裝配雙眼綜絲19、20；另兩片綜框9、10裝配單眼綜絲18、26。四片綜的配置方法可以參考圖8。其使用過程與所述的三片綜沒有本質區別。
本發明中空層連織物的最終用途是作工程復合材料的骨架。圖9給出了利用圖1所示本發明織物作骨架所制成的工程復合材料示意圖。圖10代表了一種以圖5所示本發明中空層連織物為骨架的復合材料示意圖。在9、10圖中，28代表整體作骨架的中空層連織物，29為工程樹脂、34代表本發明復合材料所述的中空部分。中空部分的形成和大小與成型模具設計、工程樹脂液的粘性、骨架織物組織的密度以及產品需求等有關。
制造以本發明織物作骨架制成工程復合材料的方法與現有的方法基本一致，沒有本質區別。具體為(參見圖11)織物下機后，首先按一般工程材料的規格剪裁成1米、1.5米或2米長，織物幅寬為寬度的長方形織物骨架材料；用上、下模板30、30’上的板式張力夾31將中空層連織物的上、下層織物分別拉緊，并固定住；骨架織物28的最大厚度可由支撐桿32和其上的調節螺母33來實現；模具或支架固定后，浸泡于樹脂液中，經過規定時間后從樹脂液中取出，固化干燥成型，即可成為以本發明織物為骨架的復合材料。該復合材料的上下兩層織物可成為剛性板材，而兩層板材中間的層經紗也因樹脂固化成為剛直線材、片材或板材，并將上下兩層織物與之連接為一個有機整體。該復合材料體積大，卻質量輕，中間雖有足夠或合適的厚度空間，但整體性良好，高強、耐壓、隔熱、抗沖擊和抗斷裂性能等也均優良，并可作進一步的加工，適合作建筑、裝飾等業的隔熱材料、間隔材料、填充材料或包裝材料。
本發明所述的復合材料包括再以上述所得的復合材料為骨架，經進一步復合或填充，所得的二次復合材料。圖12即是一種以圖9所示本發明中空層連織物復合材料為骨架所得的二次復合材料示意圖。在該圖中，35代表充填或復合的泡沫塑料。這種二次復合材料會有更好的隔音效果，材料的整體性會得到進一步提高。
由于本發明所述的這一最終目的，本發明的進一步特征是所述的層連織物中至少層經紗7采用高性能長絲紗線。這意味著可以僅層經紗7或8(既對于單根層經紗7或8而言，也對于雙根層經紗7和8而言)采用高性能長絲紗線，也可以層經紗7和8同時采用高性能長絲紗線，還可以上下層織物中的經紗1、2、3、4中的一根或多根單獨或同時采用高性能長絲紗線，同時還包括與經紗交織的緯紗也采用高性能長絲紗線。所謂高性能長絲是指玻璃纖維、高強度滌綸纖維、高強度錦綸纖維、高強度聚乙烯纖維、碳纖維、芳綸纖維、石英纖維等工業纖維。采用不采用高性能長絲，以及采用多少根高性能長絲，主要取決于對復合材料性能的要求和成本控制，對本發明織物的織造方法和設備沒有任何影響。
權利要求
1．一種以多層機織物為骨架的復合材料，所述的骨架機織物由經紗(1)、(2)與緯紗(5)交織，形成織物的上層；經紗(3)、(4)與緯紗(6)交織，形成織物的下層，其特征在于僅有層經紗(7)與所述上、下層織物中的緯紗(5)、(6)交織，并將所述的上、下層織物連接為一個整體的中空層連織物，且該層經紗(7)連接在上、下層織物之間的長度為20mm-600mm。
2．根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的中空層連織物中還有層經紗(8)與所述上、下層織物中的緯紗(5)、(6)交織，且其在上下層織物之間的長度與所述的層經紗(7)相等，但交織方向與所述的層經紗(7)的交織方向相對稱。
3．根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于所述的層經紗(7)與上、下層織物中的緯紗(5)、(6)交織時，采用在同一層織物中間隔1-6根緯紗(5)或(6)的方法與之交織。
4．根據權利要求2所述的復合材料，其特征在于所述的層經紗(7)、(8)與上、下層織物中的緯紗(5)、(6)交織時，采用各自在同一層織物中間隔1-6根緯紗(5)或(6)的方法與之交織。
5．根據權利要求1、2、3或4所述的復合材料，其特征在于所述的中空層連織物中至少層經紗(7)采用高性能長絲紗線。
全文摘要
本發明涉及以多層機織物為骨架的復合材料。該復合材料骨架由上層織物的經、緯紗交織形成該織物的上層;下層織物經、緯紗交織形成該織物的下層,其特征在于僅有一根層經紗與所述上、下層織物中的緯紗交織,并將所述的上、下層織物連接為一個整體織物,且該層經紗連接在上、下層織物之間的長度為20mm—600mm。再用該中空層連織物作骨架,經浸泡樹脂,固化成型即得。該復合材料具有體大質輕;整體性好,成本低,力學性能優良等諸多優點,可廣泛用作隔熱、間隔、填充或包裝等材料。
文檔編號D03D11/00GK1297073SQ0013584
公開日2001年5月30日 申請日期2000年12月25日 優先權日2000年12月25日
發明者李濟群, 黃故, 靳輝, 李紅霞 申請人:天津工業大學