一種三向斜交織物、其織造裝置及其織造方法與流程

本發明涉及一種三向斜交織物、其織造裝置及其織造方法，屬于織物領域。

背景技術：

斜交織物以細編穿刺工藝為基礎，通過工藝改進來實現X-Y平面與Z向形成特定的夾角。該類織物可以用于以復合材料制成的承力構件等產品，根據不同產品性能的需求，可設計不同傾斜角度，從而滿足產品的需求。然而現有三維編織斜交織物在機械性能方面尚存在不足，且現有工藝難以實現高厚度(≥5cm)織物的織造成型，生產周期相對較長，勞動強度較大。

技術實現要素：

為了解決現有技術中三向斜交織物存在機械性能差、工藝周期長、勞動強度大、無法織造高厚度織物等缺陷，本發明提供一種三向斜交織物、其織造裝置及其織造方法。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種三向斜交織物，包括X-Y平面單元層和Z向纖維束，X-Y平面單元層有兩層以上，Z向纖維束將所有的X-Y平面單元層連為一體結構，X-Y平面單元層和Z向纖維束之間的夾角0°～90°可調，三向斜交織物中纖維體積總含量為30％～70％。

本申請中三向斜交指X-Y平面單元層和Z向纖維束(或纖維棒)之間的夾角0°～90°可調。本申請中X、Y、Z指X向、Y向、Z向。

上述三向斜交織物可滿足各種機械性能的要求。

為了方便織造，并滿足日常所需，X-Y平面單元層為機織布層、無紡布層或纖維束層，Z向纖維束用Z向纖維棒替代。也即本申請即可用Z向纖維束也可用Z向纖維棒。

機織布可以是平紋布、斜紋布、緞紋布、無緯布、多軸向經編布等。

用于織造上述三向斜交織物的織造裝置，包括排針裝置、等高度模板、楔形模板、鋼針、模板位置控制裝置、加壓輔助裝置、第一固定柱和第二固定柱；

排針裝置置于第一固定柱和第二固定柱之間，排針裝置的上表面與水平面之間的夾角為0°～90°，排針裝置的上表面設有等深度的盲孔，鋼針有等長度的兩根以上，鋼針一端置于盲孔內形成m行n列鋼針矩陣；

等高度模板的縱截面為矩形長條狀，楔形模板的縱截面為直角梯形狀，楔形模板的斜邊與其長度方向的夾角與排針裝置的上表面與水平面之間的夾角相等；等高度模板和楔形模板均有兩條以上、且均位于排針裝置上方的鋼針矩陣內，等高度模板和楔形模板活動連接在模板位置控制裝置上，模板位置控制裝置滑動安裝在第一固定柱和第二固定柱上，模板位置控制裝置帶動等高度模板和楔形模板上下移動；

加壓輔助裝置位于等高度模板和楔形模板的上方，加壓輔助裝置有兩個以上、且兩兩相對地轉動連接在第一固定柱和第二固定柱上。

本申請將布層移動的方向，定義為從上到下的方向。上述模板的縱截面指模板使用狀態時的豎直方向的切面。

排針裝置的上表面與水平面之間的夾角與X-Y平面單元層和Z向纖維束或Z向纖維棒之間的夾角相等。每一套楔形模板和排針裝置對應一個角度的三向斜交織物。

等高度模板和楔形模板位于排針裝置上方的鋼針矩陣內，指等高度模板和楔形模板插在鋼針矩陣的行或列內。

兩兩相對地設置在第一固定柱和第二固定柱上指第一固定柱和第二固定柱上的加壓輔助裝置兩兩相對；加壓輔助裝置兩兩相對地設置在第一固定柱和第二固定柱上，并且能夠360°旋轉，這樣能進一步保證所得織物的均勻性，同時提高加壓效率。

為了方便模板的抽取和插入，優選，等高度模板和楔形模板長度方向上的兩頭均為圓弧結構。

為了進一步提高位置控制的穩定性，優選，模板位置控制裝置有兩個、且相對設置在第一固定柱和第二固定柱上；模板位置控制裝置包括線性導軌和滑動連接在線性導軌上的卡槽，等高度模板和楔形模板活動連接在卡槽內，線性導軌安裝在第一固定柱或第二固定柱上。

模板位置控制裝置是為了控制織物在加壓過程中模板位置的穩定而設計的，它保證了織物的質量及生產過程中測量的準確性。

加壓輔助裝置滑動連接在線性導軌上，并位于卡槽的上方。這樣加壓輔助裝置可根據需要與模板(等高度模板和楔形模板)一起上下移動，方便加壓，保證織物質量。

在加壓時，加壓輔助裝置可旋轉至模板上方，加壓過后即可移出鋼針矩陣外側，避免影響操作。加壓輔助裝置設計的原則是保證加壓過程便于操作，同時，確保每次加壓位置、加壓值的穩定。

利用上述織造裝置織造三向斜交織物的方法，包括如下步驟：

A、將鋼針置于排針裝置上表面的盲孔內，形成m行n列鋼針矩陣；

B、在鋼針矩陣的頂端同一高度的每行鋼針之間均插入一條楔形模板形成第一楔形模板層，同時在楔形模板層下方的同一高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第一等高度模板層，其中，第一楔形模板層中：楔形模板的斜邊在上、直角邊在下，楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，楔形模板與等高度模板相互垂直；

C、將一層X-Y平面單元層置于鋼針矩陣頂部，并在X-Y平面單元層上表面排列楔形模板形成第二楔形模板層，第二楔形模板層中的楔形模板的斜邊在下、直角邊在上，第二楔形模板層中的楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，第二楔形模板層中的楔形模板與第一楔形模板層中的楔形模板相互平行、且第二楔形模板層中的每一條楔形模板位于第一楔形模板層中每一條楔形模板的正上方；

D、第二楔形模板層在模板位置控制裝置的帶動下，將X-Y平面單元層刺入鋼針矩陣中；

E、在第二楔形模板層正上方等高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第二等高度模板層，其中，第二楔形模板層中的楔形模板的與第二等高度模板層中等高度模板垂直；

F、第一楔形模板層、第二楔形模板層、第一等高度模板層和第二等高度模板層在模板位置控制裝置的帶動下持續下移直至排針裝置上表面，然后依次將第一等高度模板層和第一楔形模板層抽出，在第二等高度模板層正上方同一高度的每行鋼針之間均插入一條楔形模板形成第三楔形模板層，第三楔形模板層中的楔形模板的斜邊在下、直角邊在上，第三楔形模板層中的楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，在第三楔形模板層正上方同一高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第三等高度模板層，第二楔形模板層、第二等高度模板層、第三楔形模板層和第三等高度模板層和在模板位置控制裝置的帶動下將X-Y平面單元層趕至排針裝置上表面，然后利用加壓輔助裝置對X-Y平面單元層一次加壓；

G、將第二楔形模板層抽出，利用加壓輔助裝置對X-Y平面單元層二次加壓；

F、抽出第二等高度模板層、第三楔形模板層和第三等高度模板層；

G、重復步驟B到F直至所需厚度；

H、將鋼針置換成Z向纖維束，即得三向斜交織物。

步驟B中在鋼針矩陣的頂端布置一層成楔形模板層和等高度模板層后，楔形模板和等高度模板與排針裝置一起能很好的控制鋼針矩陣的穩定性。

上述鋼針代表Z向。

本申請Z向纖維呈伸直狀態，更有力于纖維力學性能的發揮。

上述織造方法可實現對任意厚度織物的織造。

作為本申請的另一種方案，上述步驟H為將鋼針置換成Z向纖維棒，即得三向斜交織物。

本發明未提及的技術均參照現有技術。

本發明三向斜交織物可滿足各種機械性能要求；織造方法簡單，X-Y平面與Z向纖維束或纖維棒的夾角可設計，并由Z向纖維束或纖維棒將X-Y平面逐層約束成整體，突破了X-Y平面與Z向纖維或纖維棒成90°夾角的局限，可實現在0°～90°范圍內的變化，拓寬了多向立體織物在復合材料領域的應用，可實現任意厚度織物的織造。

附圖說明

圖1為本發明實施例中所得三向斜交織物的結構示意圖；

圖2為本發明織造裝置結構示意圖；

圖中，1為加壓輔助裝置、2為鋼針矩陣、3為模板位置控制裝置、4為等高度模板(楔形模板)、5為排針裝置、6為織物形成區、7為第一固定柱、8為第二固定柱。

具體實施方式

為了更好地理解本發明，下面結合實施例進一步闡明本發明的內容，但本發明的內容不僅僅局限于下面的實施例。

以細編穿刺技術為基礎，設計X-Y平面單元層與Z向纖維束夾角為15°，X-Y平面單元層為機織碳布，Z向纖維束為T300-3K碳纖維，織物尺寸為100(長)×100(寬)×100(厚)(mm)，織物纖維總體積含量54％，Z向纖維束間距為1.8mm。

用于上述三向斜交織物的織造裝置，包括排針裝置、等高度模板、楔形模板、鋼針、模板位置控制裝置、加壓輔助裝置、第一固定柱和第二固定柱；

排針裝置置于第一固定柱和第二固定柱之間，排針裝置的上表面與水平面之間的夾角為15°，排針裝置的上表面設有等深度的盲孔，鋼針有等長度的兩根以上，鋼針一端置于盲孔內形成m行n列大小為100mm×100mm的鋼針矩陣，鋼針矩陣底部即形成一個15°的傾角；

等高度模板的縱截面為矩形長條狀，楔形模板的縱截面為直角梯形狀，楔形模板的斜邊與其長度方向的夾角為15°；等高度模板和楔形模板均有兩條以上、且均位于排針裝置上方的鋼針矩陣內，等高度模板和楔形模板活動連接在模板位置控制裝置上，模板位置控制裝置滑動安裝在第一固定柱和第二固定柱上，模板位置控制裝置帶動等高度模板和楔形模板上下移動；

加壓輔助裝置位于等高度模板和楔形模板的上方，加壓輔助裝置有兩個以上、且兩兩相對地轉動連接在第一固定柱和第二固定柱上；

等高度模板和楔形模板長度方向上的兩頭均為圓弧結構；

模板位置控制裝置有兩個、且相對設置在第一固定柱和第二固定柱上；模板位置控制裝置包括線性導軌和滑動連接在線性導軌上的卡槽，等高度模板和楔形模板活動連接在卡槽內，線性導軌安裝在第一固定柱或第二固定柱上；加壓輔助裝置滑動連接在線性導軌上，并位于卡槽的上方。

利用上述織造裝置織造三向斜交織物的方法，包括如下步驟：

A、將鋼針置于排針裝置上表面的盲孔內，形成m行n列鋼針矩陣；

B、在鋼針矩陣的頂端同一高度的每行鋼針之間均插入一條楔形模板形成第一楔形模板層，同時在楔形模板層下方的同一高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第一等高度模板層，其中，第一楔形模板層中：楔形模板的斜邊在上、直角邊在下，楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，楔形模板與等高度模板相互垂直；

C、將一層X-Y平面單元層置于鋼針矩陣頂部，并在X-Y平面單元層上表面排列楔形模板形成第二楔形模板層，第二楔形模板層中的楔形模板的斜邊在下、直角邊在上，第二楔形模板層中的楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，第二楔形模板層中的楔形模板與第一楔形模板層中的楔形模板相互平行、且第二楔形模板層中的每一條楔形模板位于第一楔形模板層中每一條楔形模板的正上方；

D、第二楔形模板層在模板位置控制裝置的帶動下，將X-Y平面單元層刺入鋼針矩陣中；

E、在第二楔形模板層正上方等高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第二等高度模板層，其中，第二楔形模板層中的楔形模板的與第二等高度模板層中等高度模板垂直；

F、第一楔形模板層、第二楔形模板層、第一等高度模板層和第二等高度模板層在模板位置控制裝置的帶動下持續下移直至排針裝置上表面，然后依次將第一等高度模板層和第一楔形模板層抽出，在第二等高度模板層正上方同一高度的每行鋼針之間均插入一條楔形模板形成第三楔形模板層，第三楔形模板層中的楔形模板的斜邊在下、直角邊在上，第三楔形模板層中的楔形模板的斜邊與排針裝置的上表面平行，在第三楔形模板層正上方同一高度的每列鋼針之間均插入一條等高度模板形成第三等高度模板層，第二楔形模板層、第二等高度模板層、第三楔形模板層和第三等高度模板層和在模板位置控制裝置的帶動下將X-Y平面單元層趕至排針裝置上表面，然后利用加壓輔助裝置對X-Y平面單元層一次加壓；

G、將第二楔形模板層抽出，利用加壓輔助裝置對X-Y平面單元層二次加壓；

F、抽出第二等高度模板層、第三楔形模板層和第三等高度模板層；

G、重復步驟B到F直至所需厚度100mm，停止操作，下樣；

H、將鋼針置換成Z向纖維束，即得三向斜交織物。