专利名称：三维全五向编织预型件及其编织设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维编织预型件及其编织方法和编织设备，特别涉及 一种改进的四步法三维五向编织预型件及其编织方法。
背景技术：
三维四向和五向(或更多向)编织是近二、三十年发展起来的新型立体编 织成型技术。三维四向矩形编织复合材料内部的编织束沿空间四个方向(立方 体的四个对角线方向)延伸并互相交叉，从而形成致密的不分层的整体结构。 在四向编织的基础上，在其它特定方向加入非编织束束即可形成三维五向、六 向、七向及更多向编织复合材料，起到在特定方向增强材料性能的作用。其中 三维五向中的第五向为编织轴线方向，在此方向加入纱束(轴向束)可加强轴 向性能，是较常见的实用的三维多向编织形式。
目前，通常采用四步法编织技术(以下简称四步法)制造三维五向编织预 型件，这种产品存在着不足之处。如图l所示，是采用传统四步法得到的三维 五向矩形编织预型件的横截面示意图，在部分编织束1交叉路径处，具有空隙3 而没有轴向束2，导致这种复合材料的轴向性能不能达到最佳。另外，由于编织 束l张力的作用，预型件内部会产生横向收缩挤压，如图1A所示，在所述的空 隙3周围，编织束1由于轴向束2占据空间位置而发生弯曲以填充空隙3,因此 编织束1在其空间行进方向上呈波浪状弯曲，不能很好地承受载荷，导致整体 性能的进一步下降。
以上虽然是以矩形编织为例说明现有三维五向产品的不足，在四步法三维 五向圓环形编织产品中，由于编织方法相似，也存在同样的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种三维全五向编织 预型件及其编织设备，在每个编织束交叉路径形成的空隙里均形成有轴向束，以提升现有三维五向编织预型件的轴向性能与整体性能。 为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案包括
一种三维全五向编织预型件，包括由编织束与轴向束通过传统四步法编织
技术交织形成的三维五向编织结构，其特征在于在所述的三维五向编织结构 的编织束的交叉路径形成的空隙内，还沿编织轴线方向添加有轴向束。
在较佳的技术方案中，在每个编织束的交叉路径形成的空隙里均形成有轴 向束。
在较佳的技术方案中，在三维全五向编织预型件中的编织束和轴向束以外 的其它方向还添加有纱线，以形成三维六向编织预型件、三维七向编织预型件 或者更多向的编织预型件。
在较佳的技术方案中，所述的三维全五向编织预型件的横截面形状是矩形、 圓环形、部分圓环形、多个矩形的组合形状、多个圓环形的组合形状、多个部 分圆环形的组合形状或者是矩形、圓环形和部分圆环形的组合形状。
在较佳的技术方案中，所述的编织束与轴向束全部是纱束。
在较佳的技术方案中，部分轴向束是光纤束、压电材料束、磁致伸缩材料
束或者宝。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案还包括
一种用于编织三维全五向矩形编织预型件的专用编织设备，在编织机器底 盘上按照传统四步法三维五向矩形编织方式排列着数个行方向轨道和列方向轨 道，其特征在于在所述的行方向轨道之间增加轴向束载纱器固定挂点，以供 放置新轴向束载纱器。
为实现上述目的，本实用新型釆用的技术方案还包括
一种用于编织三维全五向圓环形编织预型件的专用编织设备，在编织机器 底盘上按照传统四步法三维五向圓环形编织方式排列着数个环形轨道和辐射轨 道，其特征在于在所述的环形轨道之间增加轴向束载纱器固定挂点，以供放 置新轴向束载纱器。
与现有技术相比较，本实用新型具有的有益效果是
1.本实用新型三维全五向编织预型件，除包含传统四步法预型件中的所有轴 向束，还在其余的编织束交叉空隙处完全加满轴向束，使轴向束数量比现有四 步法预型件中轴向束数量提高近一倍，轴向性能显著提高。可用于航天航空、高性能船艇、运输车辆、建筑、体育、休闲娱乐用品等的结构部件、功能结构 集成部件。
2. 本实用新型方法使其产品具有优越的整体性能及可设计性。由其制成的三 维全五向编织复合材料既有二步法三维五向编织复合材料突出的轴向性能，又 有四步法的可设计性强的特点，因此在轻质高强的先进复合材料应用中优势突 出，经济效益非常可观。
3. 本实用新型专用编织设备可以在不改变机器底盘大小的前提下，实现三维
全五向编织。
图1是采用传统四步法得到的三维五向编织矩形预型件的横截面示意图； 图1A是图1空隙处的局部放大示意图2A、图2B、图2C、图2D是传统四步法三维五向矩形编织的一个动作 循环示意图3A、图3B、图3C、图3D是本实用新型矩形编织的第一种实现方法的 一个动作循环示意图4是本实用新型的三维五向编织矩形预型件的横截面示意图； 图5是本实用新型圓环形编织的第 一种实现方法的底盘排列示意图； 图6是本实用新型的三维五向编织圓环形预型件的横截面示意图。 附图标记说明l-编织束；2-轴向束；3-空隙；4-底盘；41-矩形框；42-边 纱载纱器；5-行方向轨道；51-环形轨道；6-列方向轨道；61-辐射轨道；7-编织 束载纱器；8-轴向束载纱器；9-新轴向束载纱器；91-轴向束载纱器固定桂点。
具体实施方式
一、为了使本申请特点更加突出，也为了使本申请的结构与方法能够更清 楚地被理解，首先需要介绍传统四步法三维五向矩形编织技术。
传统四步法三维五向矩形编织中，编织机器的底盘4上排列着数个行方向 轨道5和列方向轨道6，以供载纱器7、 8在轨道上定位与移动。
在矩形编织中，行方向轨道5与列方向轨道6纵横交错，而且编织束载纱 器7与轴向束载纱器8在机器底盘4上的初始排列方式如图2A所示，多个编织束载纱器7呈矩阵式排列在一个矩形框41中，且在矩形框41内的每相邻两列 编织束载纱器7之间设置有一列轴向束载纱器8,矩形框41内的编织束载纱器 7与轴向束载纱器8也呈矩阵式排列，矩形框41外还间隔排列着边纱载纱器42。 图2A-图2D中多个载纱器7、 8可沿轨道5、 6以一定规律反复运动，载纱器 7、 8的运动就带动从其退绕出来的纤维束或纱线一同运动，其运动每进行四步 称为一个循环，每完成运动的一个循环之后，打紧棒就在纱线之间摆动，把相 互编织的纱线打向编织物的织口 ，同时编织物向上运动 一 个距离(相当编织物中 的一个节距)。然后载纱器7、 8再以其规律运动一个循环，这样不断反复进行载 纱器运动、打紧运动、编织物输出运动就可连续编织出三维编织物。 具体而言，四步法就是在纱线的 一 个运动循环中分为四步
在第一步中，相邻行的编织束载纱器7连同轴向束载纱器沿行向轨道向左 或向右(其中的"左"、"右"的方向与行的方向平行，下同)交错地运动一 个编织束载纱器7的位置(如图2A所示)；
在第二步中，相邻列的编织束载纱器7沿列向轨道向上或向下(其中的"上"、 "下"的方向与列的方向平行，下同)交错地运动一个编织束载纱器7的位置 (如图2B所示)；
第三步的运动方向与第一步的相反(如图2C所示)；
第四步的运动方向与第二步的相反(如图2D所示)。
纱线不断反复上述四个运动步骤再加上打紧运动和织物输出运动就可完成 编织过程。
以上虽然仅以矩形编织为例介绍了传统四步法三维五向编织，其实在圆环 形编织中，将其中的环形轨道视为行方向轨道，将其中的辐射轨道视为列方向 轨道，其编织方法和原理与矩形编织是相同的。
二 、三维全五向编织预型件的编织方法以及编织设备。
1 、以增加轴向束载纱器固定挂点的方式实现矩形编织
如图3A所示，在编织机器底盘4上按照传统四步法三维五向矩形编织方式 排列着数个行方向轨道5和列方向轨道6,而且在编织机器底盘4上按照传统四 步法三维五向编织方式排列着数个编织束载纱器7和轴向束载纱器8，本实用新 型的变化在于在所述的行方向轨道5之间增加轴向束载纱器固定挂点91，在所述的固定挂点91上固定新轴向束载纱器9 (即相当于在每相邻两行轴向束载 纱器8之间增加设置有一行新轴向束载纱器9)，然后按照传统四步法三维五向
编织过程进行编织。
在矩形编织中，所述的载纱器的一个运动循环中分为四步
如图3A所示，在第一步中，相邻行的编织束载纱器7连同该行的轴向束载 纱器8沿行向轨道向左或向右交错运动一个编织束载纱器7的位置；
如图3B所示，在第二步中，相邻列的编织束载纱器7沿列向轨道向上或向 下交错运动一个编织束载纱器7的位置，轴向束载纱器8保持不动；
如图3C所示，在第三步中，相邻行的编织束载纱器7连同该行的轴向束载
纱器8沿行向轨道向左或向右交错运动一个编织束载纱器7的位置，其运动方 向与第一步的相反；
如图3D所示，在第四步中，相邻列的编织束载纱器7沿列向轨道向上或向 下交错运动一个编织束载纱器7的位置，其运动方向与第二步的相反，轴向束 载纱器8保持不动。
采用上述方法得到的三维五向编织矩形预型件，包括由编织束1与轴向束2 通过传统四步法编织技术交织形成的三维五向编织结构，其特征如图4所示的 横截面图，在所述的三维五向编织结构的编织束的交叉路径形成的空隙3内， 还沿编织轴线方向添加有轴向束2。在本实施例中，为了得到轴向性能最好的预 型件，在每个编织束1交叉路径形成的空隙3里均形成有轴向束2。
2、以增加轴向束载纱器固定挂点的方式实现圓环形编织 如图5所示，在编织机器底盘4上按照传统四步法三维五向圆环形编织方 式排列着数个环形轨道51和辐射轨道61。如图5所示，在编织机器底盘4上还 按照传统四步法三维五向圓环形编织方式排列着数个编织束载纱器7和轴向束 载纱器8，本实用新型的变化在于在所述的环形轨道51之间增加轴向束载纱 器固定挂点91,在所述的固定挂点91上固定新轴向束载纱器9 (即相当于在每 相邻两环轴向束载纱器8之间增加设置有一环新轴向束载纱器9)，然后按照传 统四步法三维五向编织过程进行编织。
在圓环形编织中，所述的载纱器的一个运动循环中分为四步 在第一步中，相邻环的编织束载纱器7连同该环的轴向束载纱器8沿环向
7轨道顺时针或者逆时针(其中的"顺时针"、"逆时针"是相对编织轴方向而 言)方向交错运动一个编织束载纱器7的位置；
在第二步中，相邻辐射方向的编织束载纱器7沿辐射轨道向外或向内(其 中的"外"、"内"是相对辐射方向而言)交错运动一个编织束载纱器7的位 置，轴向束载纱器8保持不动；
在第三步中，相邻环的编织束载纱器7连同该环的轴向束载纱器8沿环向 轨道顺时针或者逆时针方向交错运动一个编织束载纱器7的位置，其运动方向 与第一步的相反；
在第四步中，相邻辐射方向的编织束载纱器7沿辐射轨道向外或向内交错 运动一个编织束载纱器7的位置，其运动方向与第二步的相反，轴向束载纱器8 保持不动。
可见，只要将其中的环形轨道51视为行方向轨道5，将其中的辐射轨道61 视为列方向轨道6，圓环形编织方法与矩形编织方法的工作原理是完全一致的。 由于此编织方法与矩形编织十分相似，在此不再以分解步骤图祥述。
釆用上述方法得到的三维五向编织圓环形预型件，包括由编织束1与轴向 束2通过传统四步法编织技术交织形成的三维五向编织结构，其特征如图6所 示的横截面图，在所述的三维五向编织结构的编织束的交叉路径形成的空隙3 内，还沿编织轴线方向添加有轴向束2。
在本实施例中，为了得到轴向强度最好的预型件，在每个编织束1交叉路 径形成的空隙3里均形成有轴向束2。本实用新型三维五向编织圓环形预型件， 除包含传统四步法预型件中的所有轴向束，还在其余的编织束交叉空隙处完全 加满轴向束，使轴向束数量比现有四步法预型件中轴向束数量提高近一倍，轴 向性能显著提高。
由以上描述可知，以增加轴向束载纱器固定挂点91的方式进行矩形编织或 者圓环形编织，可以在不改变机器底盘4的大小的前提下，实现三维全五向编 织。
以上仅仅针对本实用新型的创作要点进行了详细介绍，但本实用新型的实 现形式并不限于以上几种，还有各种变化形式。
实际生产中，为了使预型件的截面尺寸符合某些特定要求，不能在每个编织束1交叉路径形成的空隙3里均添加轴向束2，也就是说，要保留一个或者更
多个空隙3。这时候，在生产过程中，可以对应欲保留空隙3的位置，拆除轴向 束载纱器8或者新轴向束载纱器9，这样得到的三维全五向编织预型件就会出现 预定空隙。
在实际生产中，编织束1和轴向束2的材料以纱束最为常见，当然，也可 以根据设计要求将轴向束取为与编织束不同的纤维种类，以便形成混杂编织复 合材料。轴向束还可部分取为彼此不同的纤维种类，甚至可取为非纤维材料， 如光纤束、压电材料束、磁致伸缩材料束等，以实现三维编织复合材料的智 能化。
实际生产中，三维全五向编织预型件的横截面形状不仅仅可以是矩形，还 可以是十字形、丁字形、口字形、工字形、三角形、六边形或者门字型等多个 矩形的组合，其横截面形状不仅仅可以是圓环形，还可以是圓环形的部分形状， 如弓形、扇形或者半圓环形，还可以是上述各种形状的组合形状。即所述的三 维全五向编织预型件的横截面形状是矩形、圓环形、多个矩形的组合形状、多 个圓环形的组合形状或者是矩形和圓环形的组合形状。需要实现这些形状时， 本领域技术人员只要相应地改变底盘4的形状就可以轻易做到。
实际生产时，还可以在三维全五向编织预型件中的编织束和轴向束以外的 其它方向添加纱线，以形成三维六向编织预型件、三维七向编织预型件或者更 多向的编织预型件。
以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技 术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，还可作出许多 修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种三维全五向编织预型件，包括由编织束与轴向束通过传统四步法编织技术交织形成的三维五向编织结构，其特征在于在所述的三维五向编织结构的编织束的交叉路径形成的空隙内，还沿编织轴线方向添加有轴向束。
2、 根据权利要求1所述的三维全五向编织预型件，其特征在于在每个编 织束的交叉路径形成的空隙里均形成有轴向束。
3、 根据权利要求1所述的三维全五向编织预型件，其特征在于在三维全 五向编织预型件中的编织束和轴向束以外的其它方向还添加有纱线，以形成三 维六向编织预型件、三维七向编织预型件或者更多向的编织预型件。
4、 根据权利要求1所述的三维全五向编织预型件，其特征在于所述的三 维全五向编织预型件的横截面形状是矩形、圆环形、部分圓环形、多个矩形的 组合形状、多个圓环形的组合形状、多个部分圆环形的组合形状或者是矩形、 圓环形和部分圓环形的组合形状。
5、 根据权利要求1所述的三维全五向编织预型件，其特征在于所述的编 织束与轴向束全部是纱束。
6、 根据权利要求1所述的三维全五向编织预型件，其特征在于部分轴向 束是光纤束、压电材料束、磁致伸缩材料束或者空束。
7、 一种用于编织三维全五向矩形编织预型件的专用编织设备，在编织机器 底盘上按照传统四步法三维五向矩形编织方式排列着数个行方向轨道和列方向 轨道，其特征在于在所述的行方向轨道之间增加轴向束载纱器固定挂点，以 供放置新轴向束载纱器。
8、 一种用于编织三维全五向圓环形编织预型件的专用编织设备，在编织机 器底盘上按照传统四步法三维五向圆环形编织方式排列着数个环形轨道和辐射 轨道，其特征在于在所述的环形轨道之间增加轴向束载纱器固定挂点，以供 放置新轴向束载纱器。
专利摘要本实用新型是一种三维全五向编织预型件及其编织方法和编织设备，通过在编织机器的底盘上增加数行或者数环轴向束载纱器，使得预型件的轴向束数目增多。本实用新型三维全五向编织预型件，除包含传统四步法三维五向预型件中的所有轴向束，还在其余的编织束交叉空隙处添加有轴向束，使轴向束数量比现有四步法预型件中轴向束数量提高近一倍，轴向性能显著提高。
文档编号D04C1/00GK201151798SQ20082007857
公开日2008年11月19日 申请日期2008年1月16日 优先权日2008年1月16日
发明者刘振国, 阚玉华 申请人:阚玉华