一種3d編織二合板型纖維混雜預制件及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種3D編織二合板型纖維混雜預制件及其制備方法，尤其涉及一種兩種不同編織紗在預制件中呈二合板結構分布的3D編織纖維混雜預制件及其制備方法。
【背景技術】
[0002]在3D編織纖維混雜預制件中含有兩種或兩種以上不同種類的纖維，其為多功能材料的制備提供了一個重要途徑；同時，3D編織預制件結構為高度整體化的空間纖維網結構，該結構具有抗沖擊、耐疲勞、不分層等諸多優異的力學性能。上述特點使得3D編織纖維混雜預制件在航空航天、國防軍工以及交通運輸等領域有著廣泛應用。
[0003]3D編織纖維混雜預制件中的一大類為二合板型3D編織纖維混雜預制件，即兩種不同的纖維在預制件中呈二合板結構分布。其中，通過正確的參數選擇與合理的性能匹配，可以實現材料的多功能化；例如，一側材料在表面起防護作用、或防輻射、或吸波作用，另一側材料在內側，起承載作用，可以起到結構-功能一體化的性能要求。
[0004]目前，二合板型預制件的制備主要采用以下兩種方法:1.層疊縫合法，即首先將兩種不同纖維編織預制件分別編織再層疊，然后將兩片編織預制件進行縫合以形成整體結構；該方法的缺點在于:縫合工藝在起到連接作用的同時，也會導致纖維損傷等問題。2.鋪層共固化法，即首先將兩種纖維增強編織預制件分別編織，然后將兩片編織預制件疊層并進行固化，利用樹脂將兩片編織預制件粘接起來以形成整體結構，該方法的缺點在于:兩層編織預制件之間缺少纖維連接，增強體的整體性不強，所得復合材料的抗沖擊、耐疲勞等性能較差。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是使得3D編織纖維混雜預制件的結構整體性高，結構力學性能穩定，且在其制作過程中不需要后續的鋪層、縫合工序。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明的一個技術方案是提供了一種四步法3D編織二合板型纖維混雜預制件，該纖維混雜預制件中含有兩種不同種類的編織紗，其特征在于:該預制件織物結構采用四步法3D編織結構；兩種不同種類的編織紗在預制件中呈二合板結構分布，一種編織紗始終分布在預制件橫截面的一側，另一種編織紗始終分布在預制件橫截面的另外一側，一側的編織紗不會越入另外一側；兩種編織紗在二合板交界區域通過混雜編織結構實現兩板之間的連接，整個預制件為高度整體化的空間纖維網結構，預制件內不存在分層；兩種編織紗在預制件橫截面內的分布是相對穩定的，任一橫截面紗線分布結構與距該界面任意整數個機器循環處，預制件橫截面內的紗線分布結構相同。
[0007]優選地，所述四步法3D編織結構中或在編織紗之間加沿著零件長度方向的軸紗，即O度紗，或僅含有編織紗，即角度紗。
[0008]優選地，所述二合板結構中，兩種編織紗在兩側所組成的厚度或相同，或不同。
[0009]優選地，所述二合板結構中，兩種編織紗在兩側所組成的橫截面形狀或相同，或不同。
[0010]優選地，所述二合板結構中，兩種編織紗在兩側所組成的橫截面形狀具有多樣性，或為規則截面，或為異形截面。
[0011]優選地，所述二合板交界區域實現兩板之間連接作用的混雜編織結構的厚度或保持固定，或大小可調。
[0012]本發明的另一個技術方案是提供了一種上述的四步法3D編織二合板型纖維混雜預制件的制備方法，以四步法方型3D編織工藝為基礎，通過控制編織紗的排列與運動規律，使得兩種編織紗在預制件中呈二合板結構分布，其特征在于:利用3D編織纖維混雜結構作為連接單元組成二合板兩板之間的纖維混雜連接區，以實現預制件兩側兩種編織紗形成的兩板之間的連接；掛紗時分區進行，或者首先對混雜連接區進行兩種纖維混雜排列掛紗，然后對兩側的非混雜區域分別用兩種纖維進行掛紗，或者首先對兩側的非混雜區域分別用兩種纖維進行掛紗，然后對混雜連接區進行兩種纖維混雜排列掛紗；編織時分區進行，或者首先對兩側的非混雜區域進行編織，然后對混雜連接區進行編織，或者首先對混雜連接區進行編織，然后對兩側的非混雜區域進行編織。
[0013]優選地，作為連接單元的3D編織混雜結構的橫截面為方形:(i)其主體編織紗的行數與列數均為奇數且相等，(ii)其方形橫截面左右邊界、上下邊界上的編織紗分屬不同的纖維種類，(iii)編織紗在橫截面內的分布是穩定的。
[0014]優選地，所述3D編織混雜結構的制備方法為:排載紗錠子時主體載紗錠子的行數和列數保持相等且為奇數，掛紗時左右邊界、及上下邊界上的載紗錠子所在錠子組掛不同種類的編織紗；所謂“錠子組”，為一組錠子的集合，由在編織機上具有同一運動軌跡的錠子組成。
[0015]優選地，制備過程中，作為連接單元的3D編織纖維混雜結構或保持不變，以保持纖維混雜連接區的厚度不變；或大小可調，以調整混雜連接區的厚度。
[0016]優選地，具體包括如下步驟:
[0017]第一步，根據預制件的橫截面尺寸要求，確定作為連接單元的3D編織纖維混雜結構的載紗錠子排列，保證所選3D編織纖維混雜結構的主體載紗錠子的行數與列數相等且為奇數，確定兩側的非混雜區域的載紗錠子排列；
[0018]第二步，分區進行掛紗:(i)對纖維混雜連接區進行掛紗，根據第一步所選擇的3D編織纖維混雜結構，確定其中的錠子組分布情況，使其橫截面中左右邊界、及上下邊界上的載紗錠子所在的錠子組掛不同種類的編織紗，以錠子組為單位依次進行掛紗；(ii)對非混雜區域進行掛紗，根據第一步所確定的非混雜區域的載紗錠子排列，對兩側的非混雜區域進行掛紗；
[0019]第三步，分區進行編織:(i)對非混雜區域進行編織，根據四步法方型3D編織工藝對非混雜區域進行編織，第I步使非混雜區域中的相鄰行上的載紗錠子沿行方向交替運動一個錠子的距離，第2步使非混雜區域中的相鄰列上的載紗錠子沿列方向交替運動一個錠子的距離，第3步、第4步中載紗錠子的運動方向分別與第I步、第2步相反，經上述四步運動，非混雜區域完成一個編織循環，然后進行纖維混雜連接區的編織；(ii)對纖維混雜連接區進行編織，根據四步法方型3D編織工藝對纖維混雜連接區進行編織:第5步使混雜連接區中的相鄰行上的載紗錠子沿行方向交替運動一個錠子的距離，第6步使混雜連接區中的相鄰列上的載紗錠子沿列方向交替運動一個錠子的距離，第7步、第8步中的載紗錠子的運動方向分別與第5步、第6步相反，經上述四步運動，纖維混雜連接區完成一個編織循環；(iii)經過上述八步運動，整個預制件完成一個編織循環，依據(i)、(?)所述的編織方法繼續進行后續編織，直至預制件達到所需長度
[0020]本發明的有益效果:
[0021](I)該混雜預制件為整體空間纖維網結構，結構整體性高；該混雜預制件橫截面中紗線分布穩定，結構力學性能穩定；
[0022](2)實現方法為3D編織整體成型方法，不需要后續的鋪層、縫合工序，減少了對增強纖維的后續損傷，同時減少了工序，降低了成本；編織過程中編織紗錠的運動可以實現機械化，不需要手工輔助，制備效率提高。
[0023](3)適用范圍廣，對單紗、股線等各種形式的編織紗均可適用。
【附圖說明】
[0024]圖1A為二合板兩板連接區采用3行3列排紗模式下的連接單元示意圖，圖中，“.”為纖維種類a，“〇”為纖維種類b，A為主體編織紗，B為左邊界編織紗，C為下邊界編織紗；
[0025]圖1B為二合板兩板連接區采用3行3列排紗模式下的連接單元錠子組分布，圖中，1、2、3為錠子組1、2、3 ；
[0026]圖2A為二合板兩板連接區采用5行5列排紗模式下的連接單元示意圖，圖中，“.”為纖維種類a，“〇”為纖維種類b ;
[0027]圖2B為二合板兩板連接區采用5行5列排紗模式下的連接單元錠子組分布；圖中，1、2、3、4、5 為錠子組 1、2、3、4、5 ；
[0028]圖3A為二合板型3D編織纖