專利名稱：一種高強機織空芯增強體的制織方法
技術領域：
本發明涉及一種機織空芯增強體的形成方法，尤其是一種表面層為多層組織的機織空芯增強體的形成方法。
背景技術：
空芯機織物是一種三維結構的紡織品，通常用途是與樹脂復合后形成空芯結構的板型復合材料，常用作輕質承力結構材料。它應用于復合材料領域能夠一次完成與樹脂基體的復合成型，不但簡化了復合材料的后加工工藝，降低了生產成本，而且這種結構材料上下表面層之間是靠接結經和樹脂共同聯接，具有一定的整體高度，因此可改善復合材料的層間抗剪切能力。由于用作增強體時具有較好的整體機械性能，這種織物已成為研究方向。目前，公知的機織空芯增強體的形成方法是上下兩個系統的經緯紗各自交織形成織物的單層結構形式的上下層，接結經以一定的規律輪流出現在織物上下層，將織物上下層連接成整體空芯結構。例如，在專利C擬8638 ( 一種玻璃纖維整體間隔機織物)中，提出了一種具有較大空芯高度和一定密度的玻璃鋼用空芯機織物，其特點是，在織物的中間有連接經紗形成對左層織物和右層織物的“W”型的空芯連接。在專利CN1297073 (中空層連織物復合材料)中，提出了一種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，然后有一組經紗與所述上、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。上述兩專利有一共同的不足之處，即所形成的表面層都是單層織物組織，抗彎性能較差。因為在彎曲應力的作用下，應力由材料的上、下表面到中性層逐漸減小，而材料的上表面和下表面承受了較大的應力，這就限制了表面層為單層的織物的力學性能的提高，進而使織物及其復合材料的應用領域的拓展受到影響。如何提高空芯機織物及其復合材料的抗彎強度就成為生產中面臨的研究課題。作為板材以及各種形態的梁，如工程結構材料中得到大量使用層合板、空芯夾層板，又如矩形、T字型、工字型、Π字型(鐵路橋多用)和箱型截面梁等，對各機械強度，如拉伸強度、抗彎強度等都有著較高的要求。由材料力學可知，一般地，材料的抗彎強度與其它的強度成正相關關系。于是，對材料的機械性能的提高的研究及討論可用抗彎強度為代表，這和許多構件和產品，尤其是板材的使用狀態相符，它們在使用中通常也都承受彎曲應力的作用。如何不斷提高板狀材料或型材的機械性能，一直是材料設計、生產和研究的追求，也出現了一些針對于此的技術方案。例如，在專利CN1038613(高抗彎強度輕體芯板制造方法)中，提出了一種可預先制成大幅面板材的制造方法，這種材料是在芯層的兩面分別鋪以涂膠的竹筋網等材料，再經熱壓或冷壓工藝，這樣來提高抗彎強度的。
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在專利CN1289285 (層合酚醛樹脂泡沫板及其制造方法)中，提供了一種縱向彎曲彈性模量和抗彎強度有所提高且撓曲性得到改進的酚醛樹脂泡沫體層合板和它的適宜生產方法，該方法是將通過傳送機的條紋狀泡沫體在完全固化前沿前進方向被拉伸4-12%來達到的，這種拉伸本身就提高了材料的力學性能。在專利CN1344602(竹(木)板材的抗彎結構)中，提供了一種竹(木)板材抗彎結構，該方法是將通過在竹(木)板材抗彎結構設置有加強筋結構來達到的。從上述的專利和生產實際中，可以看出抗彎強度的提高不但與材料本身的性能有關，而且與截面或材料空間分布有關。在生產實際中，為提高空芯機織物的抗彎等機械強度，常用的改善方式為，在表面層都是單層織物組織的空芯機織物的上、下表面，在將織物與樹脂復合成型的加工過程中， 再疊合一層或更多層的普通結構的織物，以加厚表層組織。但這種方式的不足之處是層合成的制品在后續加工或使用中容易產生撕裂分層現象，這就影響了最終材料的整體性能和使用壽命。
發明內容
為了克服現有的空芯機織物中上下表面層為單層組織，從而影響該類織物增強的復合材料的抗彎性能的不足，或者，為了克服現有的空芯機織材料中上下表面層為層合結構，容易產生撕裂分層破壞的不足，本發明提供一種表面層為多層組織的機織空芯整體結構的形成方法。該方法所形成的織物上下表面層的厚度得到增加，從而提高了織物的力學性能，尤其是最終復合材料的力學性能。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是在機織空芯增強體的織造過程中就增加織物上、下表層的組成層數。即，無論是對上表層或下表層而言，均是由兩個或兩個以上系統的經緯紗交織形成數層互相平行的織物結構，并且，在整個組織循環中，這種數層互相平行的織物結構由一組或多組表層接結經以較慢的送經速度在上表層或下表層范圍進行上下貫穿運動，目的將這數層織物緊密地連接成一個結構上為接結多層組織的具有一定整體厚度的上表層或下表層；同時，對于位處上表層和下表層之間的芯部而言，由另一組或多組芯部接結經以較快的送經速度對上下兩表面層的內層進行連接，將上下兩個已成多層結構的表面層連接成一個整體的間隔狀態的空芯結構。本發明解決其技術問題所采用的技術方案在材料力學理論上的根據是(以抗彎強度為性能指標的代表來討論)合理設計及優化材料的截面形狀來增大抗彎截面模量是
提高彎曲強度的重要措施。因為結構材料的截面上的最大正應力，其中，Mmax
W
為最大彎矩，W稱為截面圖形的抗彎截面模量，W只與截面圖形的幾何性質有關。對于高為
bhV
h，寬為b的矩形截面，抗彎截面模量爐== bhV6，因此可知，當材料所受最大彎矩Mmax
不變時，材料的高度h越大，抗彎截面模量就W越大，截面上所受最大正應力σ max越小，也就提高了結構材料的抗彎強度。由此也可以看出，在外邊緣達到許用應力時，中性軸附近的應力很小，為盡可能地避免材料的使用造成浪費，材料在結構設計時應盡可能往“上、下”分布，以增大高h。例如，對具有一定高度的矩形截面的板或梁來說，理想的情況是，將面積之半分布于距中性軸為h/2處，在結構上對中性軸距離越小處，耗用材料應越少。整體空芯板正是符合該設計原則。而本發明的解決其技術問題所采用的增加織物上下表層的層數的技術方案也正是該設計原則的進一步的運用。本發明解決其技術問題所采用的技術方案在紡織技術上的實現性是由上述的本發明的技術方案可知，要制成表面層為多層組織的機織空芯結構的織物，織機必須具備兩個基本條件，一是具有多綜框的分層織造技術，另一是具有多軸或多速送經技術，而現在的機織布機在機械結構及功能上，存在著能夠完全滿足所需的這兩個基本條件的成熟技術。本發明的有益效果是，提供了一種表面層為多層組織的機織空芯結構的形成方法，增加了織物表面層的厚度，改善了織物及其與其它材料復合后的最終制品的抗彎、抗沖擊等物理機械性能，拓展了其應用領域的范圍，尤其有助于其向產業用領域的發展。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是本發明方法的實施例一的織物結構示意圖。圖2是本發明方法的實施例一的織物結構的縱向橫截面圖。圖3是本發明方法的實施例一的各根經紗運動軌跡圖。圖4是本發明方法的實施例一的織物在多臂布機上的織造工藝圖。圖5是本發明方法的實施例二的機織空芯增強體的縱向截面圖。圖6是本發明方法的實施例三的機織空芯增強體的縱向截面圖。圖中1、2、3、10、11、12為上表面層經紗；4、5、6、13、14、15為下表面層經紗；7,16為上表面層連接經紗；8、17為下表面層連接經紗；9、18為空芯間隔連接經紗；A為上表層結構；C為下表層結構；B為芯部結構。
具體實施例方式實施例一圖1是本發明方法實施例一的織物結構示意圖。織物在結構上由三部分組成，一是上表層結構A，由三層組織緊密地連接而成；二是下表層結構C，也由三層組織緊密地連接而成；三是芯部結構B，由芯部接結經以較快的送經速度對上下兩表面層的內層進行空芯性連接形成，芯部接結經為V型連接。圖2是本發明方法實施例一的多根紗線組成織物結構的縱向橫截面圖。整個織物在結構上由18根紗線織成的三部分組成上表層結構A、芯部結構B和下表層結構C。與圖1所示的相對應，上表層結構A在組成上是再由三層組織通過上表面層連接經紗緊密地貼層連接而成的，下表層結構C在組成上也是再由三層組織通過下表面層連接經紗緊密地貼層連接而成，而芯部結構B由芯部接結經以較快的送經速度對上下兩表面層的內層進行空芯性連接形成。圖3是本發明方法實施例一的經紗運動軌跡圖，表示了各根經紗對緯紗的圍繞或運動方式，這種圍繞方式就構成了織物結構。因為在圖2中，織物的縱向橫截面圖是由多根紗線共同組成的，因為紗線間存在著重疊，不易進行清楚的敘述，所以，以圖3來準確清晰地表示。圖中，各根經紗按布機上的穿綜順序排列。圖3不但表示了本發明方法實施例一的各根紗線組成整體織物結構的詳細結構方式，而且，這種方式也正是針對本發明方法實施例一的作為織機主要成布機件的綜框的運動方式。圖3中表示出上表層經紗1、2、3、10、 11、12形成上表層的三片組織，而上表層連接經紗7、16則形成對上表層的三片組織的貫穿式連接，將上表層的三片組織緊密地連成一體；相應地，下表層經紗4、5、6、13、14、15形成下表層的三片組織，而下表層連接經紗8、17則形成對下表層的三片組織的貫穿式連接，將下表層的三片組織緊密地連成一體；空芯間隔連接經紗9、18位于上、下表層之間，形成對上表層和下表層的空芯形式的連接，在織物結構上，形成上、下表層間的空芯部分。表層連接經紗7、8、16、17以相對于空芯間隔連接經紗9、18的較慢的速度進行送經。對圖3的綜合，就形成了圖1、2所示的表面層為多層組織的機織空芯結構的織物。圖4是本發明方法實施例一的織物在多臂布機上的織造工藝圖。圖4中的左圖表示了實施例一中的各根經紗的穿綜圖，采用18頁綜框，18根經紗從左至右1、2、3等順序地穿綜。圖4中的右圖表示了實施例一中控制多臂機構的紋版圖。穿綜圖和紋版圖是織造的最主要的工藝技術圖紙，是實現織物特定組織結構的關鍵，按工藝圖對織機進行相應的技術設置，就可織造出相應的織物。上述4個圖完整地表示了本發明的實施例一的織物結構和織造技術。實施例二 圖5是本發明方法的實施例二的機織空芯結構的縱向截面圖，表示了形成的是表面層為三層組織，芯部接結經為W型連接的機織空芯結構。其中，圖5的左圖中，上表層經紗1、2、3、10、11、12與緯紗交織形成上表面層的三層互相平行的織物，下表層經紗4、5、6、 13、14、15與緯紗交織形成下表面層的三層互相平行的織物；上表層接結經7、11 一隔一輪流貫穿于上表面層的最上層和最下層，下表層接結經8、17 —隔一輪流貫穿于下表面層的最上層和最下層，也如圖5的中圖所示，形成緊密的上下表面層的接結三層組織；空芯間隔連接經紗9、18以W型規律輪流出現在上下表面層的最內層，如圖5中的右圖所示，將上下表面層的內層組織連接起來，如此，形成整體間隔空芯結構。圖5的實施例二與圖1-圖4的實施例一的主要區別在于芯部接結經的連接形式不同，實施例一為V型連接，而實施例二為W型連接，在實現及技術上屬同一類的，其敘述類同，故從略。實施例三圖6是本發明方法的實施例三的機織空芯增強體的縱向截面圖。圖6中左圖表示的是表面層為二層組織，芯部接結經為V型連接的機織空芯結構。上表層經紗1、2、10、11與緯紗交織形成上表面層的二層互相平行的織物，下表層經紗4、5、13、14與緯紗交織形成下表面層的二層互相平行的織物，上表層接結經7、11 一隔一輪流貫穿于上表面層的最上層和最下層，下表層接結經8、17—隔一輪流貫穿于下表面層的最上層和最下層，也如圖6的中圖所示，形成緊密的上下表面層的接結二層組織；空芯間隔連接經紗9、18以V型規律輪流出現在上下表面層的最內層，如圖6中的右圖所示，將上下表面層的內層組織連接起來， 如此，形成整體間隔空芯結構的織物。圖6的實施例三與圖1-圖4的實施例一的主要區別在于上下表面層的層數不同， 實施例一的上下表面層的層數為3層，而實施例三的上下表面層的層數為2層，在實現及技術上的敘述類同，故從略。
權利要求
1.一種高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是芯部織造為接結經空芯連接上下兩表面層的同時，上下兩表面層本身織造成接結經貼層連接的多層組織。
2.根據權利要求1所述的形成方法，其特征是構成上下表面層的組織可采用任一種單層組織。
3.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是對上表面層或下表面層進行貼層連接的接結經以貫穿上表面層或下表面層的方式進行織造運動。
4.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是芯部接結經對上下兩表面層的內層進行空芯連接。
5.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是芯部接結經以V 型運動方式對上下兩表面層進行空芯連接。
6.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是芯部接結經以W 型運動方式對上下兩表面層進行空芯連接。
7.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是上表面層或下表面層的接結經以V型運動方式對上表面層或下表面層進行貼層連接。
8.根據權利要求1所述的高強機織空芯增強體的制織方法，其特征是上表面層或下表面層的接結經以W型運動方式對上表面層或下表面層進行貼層連接。
全文摘要
一種表面層為多層組織的機織空芯增強體的形成方法。它是在機織空芯增強體的織造過程中，芯部織造為接結經空芯連接上下兩表面層，與此同時，上下兩表面層本身織造成接結經貼層連接的多層組織。這種數層互相平行的織物結構由一組或多組表層接結經以較慢的送經速度在上表層或下表層范圍進行上下貫穿運動，目的將這數層織物緊密地連接成一個結構上為接結多層組織的具有一定整體厚度的上表層或下表層；同時，對于位處上表層和下表層之間的芯部而言，由另一組或多組芯部接結經以較快的送經速度對上下兩表面層的內層進行連接，將上下兩已成多層結構的表面層連接成一個整體間隔空芯結構。
文檔編號D03D13/00GK102560808SQ20101057850
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者吉慶, 周頔 申請人:江南大學