专利名称：一种三维立体织物织造成型方法
技术领域：
本发明属于三维织造成型技术领域，特别是涉及一种三维立体织物成型方法，主 要用于管状立体织物的成型，也适用于三维平幅立体织物的成型。
背景技术：
三维立体管状织物，也称三维管状组织结构，其织造成型方法有多种，目前，有三 维编织二步法和四步法技术、纤维预固化植入技术(自动机织)、圆织成型技术等。这些技术 也可同时应用于制作形状较复杂的三维纤维预成型件，然而这些技术存在生产设备复杂、 成本较高，生产速度慢、效率低，生产连续性较差，并在通常情况下需要依赖于芯模等缺点， 故主要适用于单件小批量生产；而对于管状结构件这种系列化、批量化生产的基础结构件 而言，上述方法就显得较难胜任。以美国专利US5, 337，647、US4, 719，837和US6, 439，096 为例，这三个专利都是主要基于三维编织二步法和四步法，利用载纱器在新设计的轨道中 按规律运行并获得三维织物结构件。然而由于编制过程中每一根纱线需要一个载纱器进行 驱动，所以编织大型结构件时需要大量的载纱器；同时，为了使每个载纱器在运动过程中保 持较低的负载和较高的速度，载纱器的载纱量就受到了很大的限制；另外，当一个载纱器的 纱线使用完毕后，为了避免后续连续停机更换其他纱管，就不得不将所有载纱器的纱管一 起更换，这样便产生大量的换管、接头的工作量，且难以保证纱线接头的质量，从而造成产 品的生产连续性降低，产品的可靠生产长度也因此降低。圆织成型技术可以连续地获得三维管状结构件，如美国专利US5，273，080提出了 一种将平幅三维机织技术转化为圆织成型技术的方法，在每两层组织中加入一组螺旋状的 分隔纱线将每一层分离，然后使用垂纱将多层进行互相的连接；中国专利CN01104093. 9是 将普通圆织机改制成为适用于管状织物的三维圆织机。然而这些方法由于需要较复杂的开 口控制机构，因此设备庞大，运行速度较慢，未能很好地发挥出圆织成型技术的优势。
发明内容
本发明的目的是提供一种三维立体织物的成型方法，其能够简化立体织物的织造 设备，解决现有技术中复合材料立体织物生产成本较高，织造设备复杂、生产速度较慢，生 产连续性较差的问题。为了达到上述目的，本发明提供了一种三维立体织物成型方法，其特征在于，将经 纱沿圆周在同一织造平面内排列，通过至少三把引纬器在圆周方向运动进行纬纱以及垂纱 的引入，织成三维立体管状织物。进一步地，当需要织造共M层的管状织物时，共需要(2N+1)M根经纱沿圆周方向进 行排列，同时需要M+1个引纬器同步沿同一方向进行圆周运动，其中的M个引纬器用于引入 纬纱，1个引纬器用于引入垂纱，M、N均为尝1的正整数。更进一步地，所述的经纱排列是指从第一周的第1根经纱起，每2M根经纱形成一 个单元组，每周最后半个单元组的经纱与下一周的前半个单元组构成新的单元组，每个单元组中第i和M+i根经纱形成一个经纱对，i为正整数，且i ( M。引纬器将纬纱和垂纱按 照各自的规律依次引入各个单元组。即每个单元组含有M个经纱对，第j根经纱对所含经纱 即为成型织物第j层的经纱，j为正整数，且j ^ M。第二周的单元组是从第M+1根经纱计 起，这样每个引纬器沿轨道转动一周结束后时能经过2N+1根经纱，这时该层最后一根经纱 便能与第一根经纱形成经纱对，同时，使纬纱或垂纱能在当前循环和上一循环中形成交错。 各引纬器在圆形轨道上沿同一方向同步运行，开口机构(如提花机构、综丝、分线盘等)按一 定规律将引纬器前方的经纱提起形成织口，然后引纬器将对应的纬纱引入，并与经纱形成 交错，形成织物。所述的纬纱的引入规律为当所需经过的引纬器携带的是第j层纬纱，j为正整 数，且j < M,则对应层数< j的经纱对都被开口机构提起；而第j层经纱对所含的两根经纱 中一根被开口机构提起，另一根保持原位；对应层数>j的经纱对保持原位。所述的垂纱的引入规律为每个单元组中的前M根经纱被开口机构提起，而单元 组中的后M根经纱保持原位。纬纱和垂纱在织物中是以管状织物的轴线为轴线，呈螺旋状分布的，引纬器在牵 引纬纱或垂纱时会使纱线产生径向的收紧力，从而将经纱束紧，在此过程中原本在同一平 面内排列的经纱在收紧力的作用下自然分离到所对应的层，最终形成管状立体织物。另外，此法同样可以获得三维平幅立体织物，其方法为将先前获得的三维管状立 体织物通过后续设备沿轴向裁开并展平，即可获得三维平幅立体织物。本发明实现了立体织物面内织造，立体成型的过程，能简化立体织物的织造设备， 解决现有技术中复合材料立体织物生产成本较高，织造设备复杂、生产速度较慢，生产连续 性较差的问题。
图1为3层管状织物开口引纬成型原理示意图2为3层管状织物在圆形织造平面的成型过程示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例1
为了便于说明，现以组织厚度为3层的管状立体织物为例进行说明。由于需要织造纤 维厚度为3层，故M=3，共需要6N+3根经纱沿圆周方向进行排列，同时需要4个引纬器同步 沿同一方向进行圆周运动(N为3 1的正整数)，其中的3个引纬器用于引入纬纱，1个引纬 器用于引入垂纱。此处所述的经纱排列为从第1根经纱计算起，每6根经纱形成一个单元 组，而经纱总数应为整数倍的单元组经纱总数加上层数对应的经纱数目；其中第1和第4根 经纱、第2和第5根经纱、第3和6根经纱组成经纱对，即每个单元组有3个经纱对。按此 法排列单元组至一周结束时，将有3根经纱(第1、第2、第3层的各一根)剩余，而这3根经纱又将重新与第二周的前3根经纱形成新的一个单元组，这样奇数周的组织和偶数周的组 织正好能错开半个单元组，从而形成组织交错。如图1所示，为3层管状织物开口引纬成型原理示意图，由于需要织造纤维厚度为 3层，故M=3，共需要6N+3根经纱沿圆周方向进行排列，同时需要4个引纬器同步沿同一方 向进行圆周运动N为正整数，其中的3个引纬器用于引入纬纱，1个引纬器用于引入垂纱。 此处所述的经纱排列为从第1根经纱计算起，每6根经纱形成一个单元组，如图2所示， 为3层管状织物在圆形织造平面的成型过程示意图，63根经纱排列在筘片组成的圆形轨道 201外侧，每周含有10. 5个单元组；织造时，各引纬器在圆形轨道上沿同一方向同步运行， 开口机构在引纬器前进的前方按一定规律将经纱提起形成织口，然后引纬器将对应的纬纱 引入，与经纱形成交错，并形成织物。如图1中，第1层组织的开口方式101为当前层第1 层经纱111被间隔着提起，而对应层数>1的其他层经纱均保持原位，第一引纬器141携带 第1层纬纱121从开口中经过与第1层经纱111形成交织，而不与第2层经纱112和第3 层经纱113交织；第2层组织的开口方式102为对应层数<2的第1层经纱111被全部提 起，当前层第2层经纱112被间隔着提起，对应层数>2的第3层经纱113保持原位，第二引 纬器142携带第2层纬纱122从开口中经过，与第2层经纱112形成交织，而不与第1层经 纱111和第3层经纱113交织；第3层组织的开口方式103为对应层数<3的第1层经纱 111和第2层经纱112被全部提起，当前层第3层经纱113被间隔着提起，第三引纬器143 携带第3层纬纱123从开口中经过，与第3层经纱113形成交织，而不与第1层经纱111和 第2层经纱112交织；垂纱组织的开口方式104为每个单元组内的6根经纱中，前3根经 纱被提起，后3根保持原位，第四引纬器144携带垂纱124从开口中经过，在每个单元组中 完成交织，将3层组织连结在一起。纬纱和垂纱在织物中是以管状织物轴线为轴线，呈螺旋状分布的，引纬器在牵引 纬纱或垂纱时会使纱线产生径向的收紧力，从而将经纱束紧，在此过程中原本在同一平面 内排列的经纱在收紧力的作用下自然分离到所对应的层，最终形成管状立体织物。另外，此法同样可以获得三维平幅立体织物，其方法为将先前获得三维管状立体 织物通过后续设备沿轴向裁开并展平，即可获得三维平幅立体织物。
权利要求
1.一种三维立体织物成型方法，其特征在于，将经纱沿圆周在同一织造平面内排列，通 过至少三把引纬器在圆周方向运动进行纬纱以及垂纱的引入，织成三维立体管状织物。
2.如权利要求1所述的三维立体织物成型方法，其特征在于，当需要织造共M层的管状 织物时，共需要(2N+1)M根经纱沿圆周方向进行排列，同时需要M+1个引纬器同步沿同一方 向进行圆周运动，其中的M个引纬器用于引入纬纱，1个引纬器用于引入垂纱，M、N均为尝1 的正整数。
3.如权利要求2所述的三维立体织物成型方法，其特征在于，所述的经纱排列是指从 第一周的第1根经纱起，每2M根经纱形成一个单元组，每周最后半个单元组的经纱与下一 周的前半个单元组构成新的单元组，每个单元组中第i和M+i根经纱形成一个经纱对，i为 正整数，且i ( M，引纬器将纬纱和垂纱按照各自的规律依次引入各个单元组。
4.如权利要求3所述的三维立体织物成型方法，其特征在于，所述的纬纱的引入规律 为当所需经过的引纬器携带的是第j层纬纱，j为正整数，且j < M，则对应层数< j的经纱 对都被开口机构提起；而第j层经纱对所含的两根经纱中一根被开口机构提起，另一根保 持原位；对应层数>j的经纱对保持原位。
5.如权利要求3所述的三维立体织物成型方法，其特征在于，所述的垂纱的引入规律 为每个单元组中的前M根经纱被开口机构提起，而单元组中的后M根经纱保持原位。
6.如权利要求1所述的三维立体织物成型方法，其特征在于，将三维立体管状织物沿 轴向裁开并展平，即可获得三维平幅立体织物。
全文摘要
本发明提供了一种三维立体织物成型方法，其特征在于，将经纱沿圆周在同一织造平面内排列，通过至少三把引纬器在圆周方向运动进行纬纱以及垂纱的引入，织成三维立体管状织物。本发明实现了立体织物面内织造，立体成型的过程，能简化立体织物的织造设备，解决现有技术中复合材料立体织物生产成本较高，织造设备复杂、生产速度较慢，生产连续性较差的问题。
文档编号D03D3/02GK102002790SQ201010597718
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者于海燕, 刘晟, 周其洪, 周申华, 孙志宏, 毛立民, 袁建润, 陈革 申请人:东华大学