專利名稱：三維錐形殼體織物的織造方法及其制品的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種三維織物技術，具體是一種特別適用于作為復合材料制件預制件的三維錐形殼體織物的織造方法及其制品，國際專利主分類號擬為Int.C1D03D 13/00(2006.01)。
背景技術：
三維織物具有獨特的結構(參見圖1)，用其增強的復合材料制件具有高損傷容限、耐沖擊、耐燒蝕、抗分層和抗疲勞等綜合性能。三維錐形殼體織物在三維織物中屬于異型織物。它具有形狀特殊、性能要求高、整體性要求好等特點，在航空航天領域中的應用較為廣泛。目前，三維錐形殼體織物的織造方法是立體織造法，即將三維錐形殼體織物直接織造在三維錐形模具的外表面上的織造方法。這種立體織造方法的織造成本高，生產周期長，效率較低；所織造出的立體織物蓬松性較差，用其制得的復合材料制件的纖維均勻性較差。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明擬解決三維錐形殼體織物織造技術的問題是，設計一種三維錐形殼體織物的織造方法—平面仿形織造法。該織造方法特別適用于織造作為復合材料制件預制件的三維錐形殼體織物，具有織造周期短，織造成本低，操作簡單，效率高、適應性強，方便實際應用等特點；所制得的三維錐形殼體織物具有適宜的成型性，蓬松性好等特點；用其制得的三維錐形殼體復合材料制件具有纖維均勻性好，力學性能優良，整體性能強等特點。
本發明解決所述三維錐形殼體織物織造方法技術問題的技術方案是設計一種三維錐形殼體織物的織造方法，它依次包括1.根據織物設計采用管狀織物織造方法預置經紗；2.采用平面螺旋引緯法引緯與所述預置經紗交織織造；3.根據織物的平面形狀要求在其兩側設計剪經點并進行仿形剪經操作；4.重復2、3兩步所述操作繼續織造，直至三維錐形殼體織物整體織造完成。
本發明解決所述三維錐形殼體織物技術問題的技術方案是設計一種三維錐形殼體織物，該織物采用本發明所述的三維錐形殼體織物織造方法織造而成。
與現有技術相比，本發明的織造方法將平面預置經紗法、平面螺旋引緯法及剪經紗法三種織造工藝巧妙結合并運用于三維錐形殼體織物的平面仿形織造過程中，可實現三維錐形殼體織物的平面化整體織造，解決了織造成本高，生產周期長，所織造出的立體織物的蓬松性差，用其制得的復合材料制件的纖維均勻性差，制品質量難以保證等問題。用本發明織造方法織造出的三維錐形殼體織物制作的復合材料制件具有整體性好、損傷容限高、耐沖擊、抗分層和抗疲勞等優良性能，可廣泛用于航空、航天、武器和民用等有關領域，進一步提高其相關質量。
圖1為本發明三維錐形殼體織物的織造方法及其制品一種實施例的織物組織結構示意圖；圖2為本發明三維錐形殼體織物的織造方法一種實施例的織造過程示意圖；圖3為本發明三維錐形殼體織物的織造方法一種實施例所織造出的三維曲線圓臺錐錐形殼體織物下機時(a)和撐開后(b)的形狀示意圖；圖4為本發明三維錐形殼體織物的織造方法一種實施例所采用的平面螺旋引緯法引緯的示意圖；圖5為本發明三維錐形殼體織物的織造方法一種實施例所織造出的三維直線圓臺錐錐形殼體織物下機時(a)和撐開后(b)的形狀示意圖；圖6為本發明三維錐形殼體織物的織造方法一種實施例所織造出的三維圓柱形殼體織物下機時(a)和撐開后(b)的形狀示意圖。
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，但本發明不受實施例的限制錐形殼體織物復合材料制件的預制件即三維錐形殼體織物的成型方法是三維錐形殼體織物復合材料制件的關鍵技術之一。本發明設計的一種三維錐形殼體織物(以下簡稱織物)的織造方法(以下簡稱織造方法)，它依次包括1.采用管狀織物織造方法預置經紗；2.采用平面螺旋引緯法引緯與所述預置經紗交織織造；3.根據織物的平面形狀要求在織物的兩側設計剪經點并進行仿形剪經操作，4.重復2、3兩步所述操作繼續織造，直至三維錐形殼體織物整體織造完成。
本發明所述的織造方法包括4個步驟預置經紗、平面螺旋引緯法引緯交織、仿形剪經法剪經和平面仿形整體織造。
本發明設計織造方法需由織物的大端5(參見圖3、5)開始織造，也即先織造織物最寬的一端(錐形的底面)，隨著經緯紗的交織和剪紗的不斷進行，直至織物整體一次連續織造完成。其具體操作工藝如下1.預置經紗。本發明預置經紗系根據織物設計采用傳統的管狀織物平面整體織造技術的經紗設置工藝預置經紗(參見圖2和蔡陛霞，織物結構與設計，北京紡織工業出版社，1979年)，即先根據織物1大端5的周長設計預置經紗2的總根數，并根據織物1的長度確定經紗2的長度，將這些經紗2的一端均勻掛在織機10機前的卷布軸4上，另一端穿過織機10上的鋼筘12和綜絲7后與經軸8相連。所述的綜絲7一根內只穿一根經紗2。
2.平面螺旋引緯法引緯交織。本發明織造方法采用平面螺旋引緯法引入緯紗3，使其與經紗2梭口交織織造(參見圖2)。織機10運轉時，其上的綜框6進行上升或下降的往復運動，從而帶動穿過其上綜絲7的經紗2上升或下降的往復運動，在上升與下降的同時經紗2之間形成一條通道——梭口，此時將緯紗3穿過該梭口并留在其中，完成一次交織；當綜框6再次進行上升或下降的往復運動后，經、緯紗二者產生交織，同時再一次形成新的梭口，以便引入下一緯紗，再次進行交織。所述梭口形成的具體方法與采用織機的類型、組織結構和織物厚度設計有關。例如，織造圖1所示的3層結構的層-層正交角聯鎖結構織物時，一般織造此結構的平面織物需要6頁綜框，而織造此結構的殼體(管狀)織物時則需12頁綜框。這12頁綜框將分成兩組分別上升或下降，從而形成所述的梭口。
本發明所述的織機10可以采用傳統的織機，例如定型的1515型多臂織機、H212毛織機等。為了適用本發明織造方法要求，可以對其進行部分調整，例如將胸梁前移、將刺毛輥傳動的卷布改成羅拉傳動的卷布等。當然，也可以根據需要簡化織機的組裝設計，例如去除多梭箱機構、邊撐機構等。
本發明設計的平面螺旋引緯法是一種織造方法。所述的平面螺旋引緯法是指一種在多層管狀織物橫斷面采用平面螺旋線的方式由外層向里層或由里層向外層引緯入經紗梭口的織造方法。其基本工藝以設計3層結構的層-層正交角聯鎖結構織物實施例為例說明如下(參見圖1、圖4)所述的織物分為兩層(管狀壓扁后)，即上層織物A和下層織物B，依據緯紗3的層次上層織物A包括4層，從里到外分別為里層A1、次里層A2、次外層A3和外層A4；同樣，下層織物B也包括4層，從里到外分別為里層B1、次里層B2、次外層B3和外層B4。
織造時，梭口第一次張開后，從右往左引入下層織物B的里層B1的一根緯紗31；梭口第二次張開后，從左往右引入上層織物A的里層A1的一根緯紗32；梭口第三次張開后從右往左引入下層織物B的次里層B2的一根緯紗33；梭口第四次張開后從左往右引入上層織物A的次里層A2的一根緯紗34；梭口第五次張開后，從右往左引入下層織物B的里層B3的一根緯紗35；梭口第六次張開后，從左往右引入上層織物A的里層A3的一根緯紗36；梭口第七次張開后，從右往左引入下層織物B的里層B4的一根緯紗37；梭口第八張開后，從左往右引入上層織物A的里層A4的一根緯紗38。至此完成了整個緯紗3循環的一半。可以看出，在這上半個緯紗循環中，緯紗3的引入順序是從里層逐層過渡到外層。此時上層織物A的緯紗端頭與下層織物B的緯紗端頭一一相連。下半個緯紗循環的引入順序與上半個緯紗循環的引入順序相反，從外層逐層過渡到里層。所述的引入一根緯紗3X，只是一種為說明問題的簡單方法，實際上，所述的緯紗31-38是一根在多層管狀織物橫斷面由外層向里層再由里層向外層或者相反引緯并與經紗交織所得到的平面螺旋線。
3.仿形剪經法剪經。根據織物的平面形狀要求在織物的兩個邊側設計剪經點，并隨著織造的進行，在剪經點處進行仿形剪經操作。所述的平面形狀是指所述的三維錐形殼體織物(即錐形管狀織物)壓扁后的形狀。所述的剪經點是指依照上機織物的外形形狀在其左右兩個邊側設計的剪掉經紗的位置(參見圖3、圖5中的91、92)。每織一個緯紗循環可剪經操作一次。每次剪經操作均是在左右上機織物兩側的對稱位置從被新織入的一根緯紗3壓住部位的根部剪斷等量的經紗根數，同時剪斷其與經紗軸8相連的另一端，抽出此段經紗2后，繼續正常織造。剪掉經紗2的根數多少與此處織物1應有的平面寬度有關，或者說以達到織物1該處所需要的寬度為依據。例如，對于三維直線圓臺錐錐形殼體織物，織造時每次剪掉經紗2的根數是個常數(參見實施例1)；而在織造三維曲線圓臺錐錐形殼體織物時，每次剪經操作在織物的兩側剪掉經紗的根數就是個變值(參見實施例2)；對于特殊的三維圓柱形殼體織物而言，織造時則不需要剪紗，也即每次剪掉經紗2的根數是0(參見實施例3)。簡單說即是根據所織處織物1應有的平面寬度，計算出該處應當剪掉的經紗根數，以便實施剪經操作。這樣的剪經操作可以保證獲得所需要的織物形狀寬度，也即完成仿形剪經法剪經。
4.平面仿形整體織造。根據織物的平面形狀要求重復2、3兩步所述操作繼續織造，直至三維錐形殼體織物整體織造完成。
本發明所述織造方法所織造的織物(或制品)是一類三維織物制品的統稱，包括三維直線圓臺錐錐形殼體織物(參見圖5)、三維曲線圓臺錐錐形殼體織物(參見圖3)和三維圓柱形殼體織物(參見圖6)等。其織物結構是一類角聯鎖結構，包括通厚度斜交角聯鎖結構、P層斜交角聯鎖結構、帶襯緯的通厚度斜交角聯鎖結構、帶襯緯的P層斜交角聯鎖結構、P層正交角聯鎖結構、帶襯緯的P層正交角聯鎖結構、P層疏松正交角聯鎖結構中的任何一種(P為大于1、小于織物設計層數的整數)(參見楊彩云等，復合材料用3D角聯鎖結構預制件的結構設計及新型織造技術[J].東華大學學報，2005，31(5)53-58)。圖1給出的織物1是3層結構的層-層正交角聯鎖結構(p＝2)，3層經紗2分別為21、22、23，實際使用中可根據制件要求的厚度確定織物層數、紗線粗細、紗線原料等工藝參數。織物1的同一水平面上的九根緯紗3構成一層緯紗，共有4層緯紗，分別為A1、A2、A3、A4(或B1、B2、B3、B4)，每一層經紗2與與之相鄰的上、下兩層緯紗3進行交織，例如經紗層21與緯紗層A1和A2進行交織，經紗層22與緯紗層A2和A3進行交織，經紗層23與緯紗層A3和A4進行交織等，使得各層經紗2與各層緯紗3構成一個整體結構的所述織物1。
本發明所述的織物1由于采用了本發明所述的織造方法，使得其所有的環向紗線是由連續的緯紗3織造而成，在剪經點處的緯紗3也是連續的，具有良好的整體性，不分層的組織結構，適當的鋼筘12和緯紗張力及平面螺旋緯紗分布使得織物1邊部與布身的密度上差異很小，加之該結構適宜的成型性，使得織造出的織物與后續工序中的三維錐形模具尺寸吻合性很好，并且織物外觀均勻，力學性能提高。
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。
實施例1織造直線圓臺錐錐形殼體織物(參見圖5)。
設計直線圓臺錐錐形殼體織物的大端直徑為360mm，母線長度為450mm，經紗密度為500根/10cm，緯紗密度為300根/cm。根據殼體織物大端的尺寸要求和密度要求計算得出所需的經紗根數為5652根，根據殼體的母線長度要求截取長度為900mm的經紗5652根，將5652根紗線的一端均勻掛在卷布軸4上(參見圖2所示)，再將這些紗線的另一端分別穿過圖2中的鋼筘12和綜絲7后與織機10下方的經紗軸8相連。
啟動織機10，綜框7作上升下降的往復運動，經紗2隨之形成上下兩層，構成引入緯紗的通道-梭口，此后，采用平面螺旋形引違法引入緯紗3，當完成一個緯紗循環后，推動鋼筘12打緊緯紗3。
設計圖1所示的3層結構的層-層正交角聯鎖結構，完成一個從里層到外層再從外層到里層的緯紗循環后，織入了兩個螺旋線形緯紗3，根據設計工藝，進入剪紗點91、92，從被新織入的一根緯紗3壓住部位的根部每側剪斷4根經紗，同時剪斷其與經紗軸8相連的另一端，抽出此段經紗2后，繼續正常織造；再織入一個緯紗循環后，進入下一個剪紗點，再進行剪紗操作。由于殼體的母線為直線，故在織造同一件產品中每次剪掉經紗2的根數是個常數。
當織物達到設計規定的長度和寬度后，剪斷所有的剩余經紗，從織物的兩層中間撐開，即可得到所述的直線圓臺錐錐形殼體織物。
實施例2織造曲線圓臺錐錐形殼體織物(參見圖3)。
曲線圓臺錐錐形殼體織物的織造過程基本同于實施了例1所述的直線圓臺錐錐形殼體織物的織造過程。區別在于織造同一件織物中每次剪掉的經紗根數不再是個常數，而是有所變化，以便獲得需要的曲線形狀。本實施例在織造起始階段，每次剪經操作在織物的兩側各剪掉4根經紗；織物長度達到3cm后，每次剪經操作在織物的兩側各剪掉6根經紗；織物長度達到5cm后，每次剪經操作在織物的兩側各剪掉9根經紗，以此類推，直至織物整體仿形織造完成。
實施例3織造柱形殼體織物(參見圖6)。
柱形殼體織物的織造方法也基本同于實施例1所述的織造方法，但它更為簡單織造過程自始至終無需剪紗操作。嚴格說，柱形殼體織物是本發明所述的三維錐形殼體織物的一種特例(錐度＝0)。
權利要求
1.一種三維錐形殼體織物的織造方法，它依次包括(1).根據織物設計采用管狀織物織造方法預置經紗；(2).采用平面螺旋引緯法引緯與所述預置經紗交織織造；(3).根據織物的平面形狀要求在其兩側設計剪經點并進行仿形剪經操作；(4).重復(2)、(3)兩步所述操作繼續織造，直至三維錐形殼體織物整體織造完成。
2.一種三維錐形殼體織物，該織物采用權利要求1所述的三維錐形殼體織物織造方法織造而成。
3.根據權利要求2所述的三維錐形殼體織物，其特征在于所述的三維錐形殼體織物是三維曲線圓臺錐錐形殼體織物、三維直線圓臺錐錐形殼體織物和三維圓柱形殼體織物。
全文摘要
本發明涉及一種三維錐形殼體織物的織造方法及其制品，該織造方法依次包括1.根據織物設計采用管狀織物織造方法預置經紗；2.采用平面螺旋引緯法引緯與所述預置經紗交織織造；3.根據織物的平面形狀要求在其兩側設計剪經點并進行仿形剪經操作；4.重復2、3兩步所述操作繼續織造，直至三維錐形殼體織物整體織造完成。本發明織造方法具有織造周期短，成本低，操作簡單，效率高、適應性強，方便實際應用等特點，所得制品具有整體性好、損傷容限高、耐沖擊、抗分層和抗疲勞等優良性能。
文檔編號D03D13/00GK1932102SQ20061001611
公開日2007年3月21日 申請日期2006年10月9日 優先權日2006年10月9日
發明者楊彩云, 李嘉祿 申請人:天津工業大學