专利名称：十字型三维五向筋条的织造方法
技术领域：
本发明涉及一种三维编织技术，用于高性能复合材料增强体使用的三维编织筋条的制造，具体为一种可实现“+”字交叉、整体成型的三维五向织造方法，属于增强纤维及编织技术领域。
背景技术：
复合材料的增强结构或支撑预制件的形状结构及其品质基本决定了复合材料的性能。高性能复合材料增强结构的重要形式是采用三维编织技术制备的三维编织预制件。其主要特点1.纤维束在制件中多方向取向、相互交织，形成一个整体，使制件在各个方向上，特别是厚度方向得到显著增加，消除了分层的隐患。2.异型编织特性可以直接编织成型各种形状、不同尺寸的三维整体编织异型预制体，例如工型梁、T型梁和L型梁等。用其制成 的复合材料制件不需再加工，有效避免了加工对纤维造成的损伤。3.对编织纤维的包容度高，各种高性能纤维，如碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维、金属纤维及其它高性能纤维都能进行编织。因此，三维编织技术在国内都到了迅速发展，已逐渐成为航空、航天、兵器等高技术领域所使用复合材料构件的关键制备技术之一，推广应用前景十分广阔。目前，三维编织技术仍以四步法三维编织工艺为主，它源于弗罗亭(R.A. Florentine)在其专利(US 4312261)中描述的四步法三维编织方法。李维(W. Li)等也在其“三维编织复合材料预成型制件的结构分析I :四步法预成型编织工艺”(纺织石开究，1990. 4. 81 页 Structural Analysis of 3-D Braided Preforms for CompositesPart I :The Four-step Preforms, J. Text. Inst. , 1990, 81 NO. 4)中系统描述了方型四步法三维编织工艺，并分析了编织过程中编织纱线的运动规律。该工艺包含两个纱线系统，即编织纱线系统和轴线系统。所有纱线均沿编织成型方向悬挂后固定在编织方机底盘的对应携纱器上(包括编织纱线携纱器和轴线携纱器)。对于工型梁、T型梁和L型梁等，横截面为矩形或矩形组合，采用方型编织工艺，编织纱线按横截面形状排列，纤维走向与横截面垂直，经过若干个四步循环，能成型一定长度、等截面的整体三维编织预制件。天津工业大学在其专利“一种可使编织成型方向折转的三维整体编织方法”(CN1827888)中报道了一种通过局部编织来实现编织成型方向折转的三维整体编织方法。其原理是对预制件成型方向不变和成型方向折转的部分采用不同的编织方法，通过调整增减横向花节和纵向花节的数量来实现不同折转角度预制件的编织，该编织方法编织的制件，内部纤维连续、结构整体性好，而且工艺简单、经济实用。如果需要织造厚度较薄的工型梁、T型梁和L型梁，采用按截面积排纱的编织方法显然既不经济也不可行，如采取编织一段后切割，则切割后纱线成为了短纤维，失去了增强的效果；采用天津工业大学的通过局部编织来实现编织成型方向折转的三维整体编织方法专利技术，对L型梁等实现整体成型，而且纱线延伸方向与横截面平行，虽能有效发挥整体编织在截面内的力学性能，但该技术不适用工型梁、T型梁，对“+”字型更不适用。
文献“飞机复合材料整体结构的制造技术”(德国MBB公司飞机部J. Klenner)阐述了纤维增强复合材料已成为举足轻重的飞机结构材料，在一个方向或两个方向上用型面加强筋的碳纤维复合材料蒙皮已是飞机外蒙皮和内部结构的典型形式，为了减重、降低装配费用和提高可靠性，需尽量减少零件和紧固件的数量，实现构件的整体化，这也是提高材料利用率的有效途径。Biteam公司在2007年JEC复合材料展览会上展出了带填角筋条的T型和n型预制体。T型和n型预制体主体采用铺层方法，只是在T型和n型的外拐角或全部拐角处织入筋条(筋条采用机织2. 5D工艺织造)共固化成型，经测试显著提高了接合处的机械强度，不足之处是筋条占据了拐角位置，形成局部凸起，在复合过程中与其相邻的部位易形成富树脂区增加了复合控制难度，该类材料大都需要进行二次加工，会对复合材料的最终性能造成影响，因此，应用受到很大限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是现有方型四步法三维五向编织工艺中异型截面预制件的制备，大都采用编织纱线按横截面形状排列，纤维走向与横截面垂直，造成纤维本身 性能在预制件纵截面内未充分发挥；三维四向结构虽然厚度方向性能良好，但其纵截面内的力学性能偏低等问题，提出一种可实现“+”字型异型截面筋条的整体织造方法。本发明的目的通过以下技术方案实现一种“ + ”字型三维五向筋条的织造方法，所述筋条的左次筋和右次筋的外形尺寸(如宽度、厚度等)相同或不同，且所述左次筋和右次筋的宽度均不超过所述筋条主筋的宽度，所述左次筋和右次筋的轴心线分别与所述主筋的轴心线之间的夹角V、eK，o< eL<180°，0< 0E< 180°，且0^0K* 0K;所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离s =0或5 ^ Oo上述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，包括下列步骤I)将I台主方机和2台分流方机按主方机居中、2台分流方机分列主方机左右两侧呈“一”字型排布；2)按方型四步法三维五向编织工艺，织造主筋；3)织造到主筋与第一个次筋的拐点时，把主方机的全部或一定比例的轴纱，按每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数nz的轴纱，并固定到该次筋对应的分流方机的编织纱线携纱器上，同时在主筋的起始编织纱线和轴纱外另准备新纱线并“分批引入”，“分批引入”的新纱线细度和数量与上述主方机“分批引出”的轴纱相同，每锭新纱线均以主方机下一个四步循环要被引出的轴纱为根基，采取套圈方式与该轴纱固结后，新纱线的一端固定到主方机引出轴纱后腾空的轴纱携纱器上，新纱线的另一端固定到与所述分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴纱携纱器上，重复循环直至主方机全部或一定比例的轴纱全部引出；然后，对纱线进行局部“微调移位”操作，直至纱线全部填满分流方机携纱器的边界和主体区域，完成所述次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用所述的分流方机织造所述次筋；上述主方机一定比例的轴纱的比例数由所要织造的次筋的宽度与主筋宽度的比值决定，例如所要织造的次筋的宽度为主筋宽度的一半时，则把主方机二分之一的轴纱按每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数nz的轴纱并进行下面的操作。重复循环直至主筋(主方机)二分之一的轴纱全部引出。前述一个四步循环指编织纱线携纱器完成四步的行列运动，轴纱携纱器固定不动，编织纱线与轴纱相互交织一次，在编织成型方向上织造出一个纵向花节；前述主筋的纵向花节长度单位为mm/10个花节；4)织造到主筋与另一个次筋的拐点时，按照步骤3)的方法“分批引出”轴纱同时“分批引入”新纱线，完成所述次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用另一台分流方机织造所述另一个次筋； 5)完成两个次筋的织造后，最后采用方型四步法三维五向编织工艺，用主方机完成其余主筋的编织，到要求尺寸剪切下样；前述在两个次筋编织过程中，主方机不参加编织，两个次筋编织完成后，两台分流方机就不参加编织，只用主方机编织。上述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，步骤3)和步骤4)中每个四步循环需分批引出的轴纱列数nz的取值范围为n/-2 ^nz ^ n/+2，且所述的nz>0并且所述的主方机的全部或一定比例的轴纱列数可以被nz整除；织造左次筋时，n/=(主筋轴纱总列数XE)/[ (b/sin 0 J/主筋的纵向花节的平均节长]，其中E=左次筋宽度/主筋宽度，b为左次筋的宽度；织造右次筋时，n/=(主筋轴纱总列数XE')/[ (b'/sin 0 K)/主筋的纵向花节的平均节长]，其中矿=右次筋宽度/主筋宽度，b'为右次筋的宽度；上述计算公式中，当Ql古0H或9l=9h，5 =0时，E+E,彡I ;即所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离S =0(所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点位于同一水平线上)，左次筋和右次筋的宽度之和不超过主筋的宽度。当0^关％或0l=0r，5关0时，E彡I, I。即所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离8古0(所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点不在同一水平线上)，左次筋和右次筋的宽度均不超过主筋的宽度。所述的主筋是由主方机编织的，上述的主筋轴纱总列数即为主方机轴纱总列数。当0l=0k=9O°，6=0，左次筋和右次筋的宽度均为主筋宽度的一半时，织造左右次筋时，n/ =主筋轴纱总列数的一半/(次筋的宽度/主筋的纵向花节的平均节长)。上述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，步骤3)中所述主方机一定比例的轴纱列数为主方机轴纱总列数XE或者主方机轴纱总列数XE、其中E=左次筋宽度/主筋宽度，E'=右次筋宽度/主筋宽度，且当0l古％或0 L= 9 K，S=O时，E+E'彡I ;当9,古0E或 0l=9k，6 关 0 时，E 彡 1，E'彡 I。上述主方机和两台分流方机上的携纱器均包括编织纱线携纱器和轴线携纱器。上述的织造用纱线为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或金属纤维或其它高性能纤维。本发明的方型三维五向筋条挂纱及方型三维五向编织工艺均为现有技术。与现有技术相比，本发明的有益效果是I.该发明可编织成型厚度较薄的“+”字型三维五向型面加强筋，用于厚度超薄部件的结构增强。2.采用三维五向结构，不仅保持了三维四向结构沿厚度方向良好的力学性能，且显著改善了预制体面内(纵截面)的力学性能；本发明方法使纤维沿纵截面内延伸，在体现三维五向面内结构优势的同时又使纤维自身的性能得到充分发挥，而且主筋和次筋整体编织成型又使其整体的力学性能得到进一步增强。3.该发明可实现预制体净尺寸编织成型，在节省纤维用量的同时更减轻了复合材
料的结构重量。本发明可用于制备“+”字型三维五向型面加强筋，拓展三维五向编织技术在飞机外蒙皮和内部结构件等部件上的应用，对于提高结构复合材料的性价比，实现复合材料结构轻量化，具有重要意义。
图I为本发明中方型四步法三维五向编织工艺的编织纱线携纱器和轴线携纱器排布及运动规律示意图；图2为本发明中1#主方机、2#分流方机和3#分流方机排列示意图；图3为本发明制备的“+”字型三维五向筋条示意图；图4为本发明“分批引入”工艺的新引入纱线与轴纱套圈固结方法示意图；图5-1至5-6为本发明制备的两个次筋位置及延伸方向不同的六种典型的“+”字型三维五向筋条示意图；图6-1为本发明中主筋左半部分列数的轴纱按由左向右顺序“分批引出”工艺示意图；图6-2为本发明中轴纱“分批引出”后顺序进行的“换位固定”、“分批引入”及“微
调移纱”工艺示意图；图7为本发明“微调移纱”工艺中新增纱线与轴纱回绕固结示意图；图I中，“〇”表示编织纱线携纱器，“ X ”表示轴纱携纱器；“一”、“一”、“ t ”、“ I ”表示编织纱线携纱器的运动方向；(a)为原始状态，(b)为第一步，(C)为第二步，Cd)为第三步，(e)为第四步；图2中，1#、2#、3#分别表示1#主方机、2#分流方机、3#分流方机；“L”表示1#主方机的左侧，“R”表不第I号方机的右侧。图6-1中，I表示第一个四步循环后，需“分批引出”的轴纱和新纱线“分批引入”后的固定位置示意图，II、111分别表示第二个和第三个四步循环。图6-2是对图6-1的三个四步循环的分解及“微调移纱”和增纱工艺示意图，(a)、(b)、(c)分别表示“分批引出”、“分批引入”纱线后，在2#分流方机携纱器上纱线就位的状态，“ ”表示该编织纱线携纱器上已就位“分批弓I出”的轴纱，标“ X ”处表示已就位“分批引入”的新轴纱，未标“ X ”处表示未就位“分批引入”的新轴纱；(d)为“微调移纱”工艺示意图，“爲”表示要通过新增纱线来填空的携纱器；(e)表示经“微调移纱”后纱线全部填满携纱器的状态，“ J ”表示纱线按箭头方向移纱就位到的携纱器。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。实施例I :
采用本发明方法织造主筋和两个次筋轴心线垂直相交，两个次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离S=O的“+”字型三维五向筋条，即“+”字型三维五向筋条的
0k=9O°，8=0，且左右两个次筋宽度相同，且两个次筋的宽度均为主筋宽度的一半(如图3所示)，技术指标如下采用1700碳纤维12K (1K即有1000根单丝构成的单根纤维)单股进行织造，三维五向筋条主筋的外形尺寸(宽X厚)12. 5mmX9mm，两个次筋的外形尺寸(宽X厚)6. 25mmX 9mm，主筋和次筋的纤维体积含量均为55. 6%，纵向花节长度25 mm/10个花节，横向花节长度65_/10个花节。本实施例中主筋、左右次筋的长度都不是关键尺寸，也非本发明关键所在，在此对其就不赋具体数值。根据技术要求,设计的主筋主体纱[MXN] :6行X9列,轴纱[MXN] :6行X9列，其编织方法如下(I)方机排布参照图2，将1#主方机、2#分流方机、3#分流方机按1#主方机居 中，2#分流方机和3#分流方机依次分列1#主方机左右两侧的方式呈“一”字型排列，1#主方机的编织纱线携纱器容量> 6行X9列，轴线携纱器容量> 6行X9列，2#分流方机和3#分流方机的编织纱线携纱器容量> 6行X9列，轴线携纱器容量> 6行X9列。(2)计算“分批引出”的轴纱列数nz :从主筋两侧边与左右次筋上侧边相交的两个拐点\、3K分别向主筋中心线与两个次筋下侧边的交点引两条斜线，以该斜线为辅助线计算每个四步循环需“分批引出”的轴纱列数nz ；n/= (N*0.5)/ (b/纵向花节节长)=(9/2)/ (6.25/2.5)=1.8根据工艺可操作性取nz= n/-0. 3=1. 5列，主方机轴纱列数的一半即主筋轴纱列数的一半4. 5列可以被I. 5整除，分三个四步循环完成。(3)按方型四步法三维五向编织工艺，以编织成型方向I织造筋条主筋的上部分2，参照图3。(4)参照图3，分别织造到主筋2与两个次筋3的上拐点\、3K，把1#主方机左半部分列数的轴纱I按由左向右的顺序，参照图6-1，每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数I. 5列的轴纱，并固定到2#分流方机最左侧的编织纱线携纱器上，参照图6-2 Ca),同时在主筋的编织纱线和轴纱外准备一批新纱线，细度为12K，数量为6行X 4. 5列=27锭纱线，“分批引入”1.5列(行数均为6行，下同)，每锭新引入的纱线均以下一个四步循环要被引出的轴纱4为根基(图6-1中II区域所示为下一个四步循环要被引出的轴纱)，参照图4，采取套圈方式新纱线与该轴纱固结后，一端(5-1)固定到1#主方机引出轴纱后腾空的轴线携纱器上，另一端(5-2)固定到与2#分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴纱携纱器上，重复循环直至主筋左半部分列数的轴纱全部引出；参照图6-1、6-2 (a)、6-2(b)、6_2 (c);然后，对纱线进行局部“微调移位”操作，根据方型三维五向纱线运动规律，纱线只有全部填满分流方机携纱器的边界和主体区域(包括编织纱线携纱器和轴纱携纱器)，才能进行三维五向编织，因此，需对未满足要求的局部区域进行移纱和增纱微调，参照图6-2(d)，把轴纱携纱器上的纱线(9-1)、(9-2)、(9-3)移到编织纱线携纱器上，同时在①、②位置按图7方法新增两对编织纱线(10-1)、(10-2)和(11-1)、(11-2)，分别以1#主方机的轴纱(8-1)、(8-2)为根基，与其回绕固结后固定到①、②位置的编织纱线携纱器上，上述移纱和增纱工艺均为现有技术。完成左次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用2#分流方机织造左次筋。(5)右侧次筋“分批引出”轴纱和“分批引入”新纱线的方法同步骤4)，只是轴纱4e “分批引出”的顺序变为由右向左，固定到3#分流方机最右侧的编织纱线携纱器上，新引入纱线的另一端(5-2)固定到与3#分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴线携纱器上。完成 右次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用3#分流方机织造右次筋。 (6)本实施例中可以按照准备左次筋的编织纱线和轴纱、编织左次筋、准备右次筋的编织纱线和轴纱、编织右次筋的顺序进行编织；也可以按照如下顺序进行编织依次循环步骤4)、5)完成左、右次筋的编织纱线和轴纱准备后，先按左次筋的编织成型方向6，方型四步法三维五向编织工艺，用2#分流方机织造左次筋，再按右次筋的编织成型方向7，方型四步法三维五向编织工艺，用3#分流方机织造右次筋。以上两个次筋的织造过程中，1#主方机均不参加编织，两个次筋织造完成后，最后按编织成型方向1，方型四步法三维五向编织工艺，用1#主方机织造主筋2'的余下部分，此织造过程中2#分流方机和3#分流方机均不参加编织，织造到要求尺寸剪切下样。实施例2采用本发明方法织造主筋和两个次筋轴心线垂直相交，且两个次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离8古0 “+”字型三维五向筋条，S卩“+”字型三维五向筋条的
eK=90°，5古0，且左右两个次筋宽度均等于主筋宽度(如图5-1)，技术指标如下采用1700碳纤维12K (IK即有1000根单丝构成的单根纤维)单股进行织造，三维五向筋条主筋的外形尺寸(宽X厚)12. 5mmX9mm，两个次筋的外形尺寸(宽X厚)12. 5mmX 9mm，主筋和次筋的纤维体积含量均为55. 6%，纵向花节长度25 mm/10个花节，横向花节长度65_/10个花节。本实施例中主筋、左右次筋的长度都不是关键尺寸，也非本发明关键所在，在此对其就不赋具体数值。根据技术要求,设计的主筋主体纱[MXN] :6行X9列,轴纱[MXN] :6行X9列，其编织方法如下(I)方机排布参照图2，将1#主方机、2#分流方机、3#分流方机按1#主方机居中，2#分流方机和3#分流方机分居1#主方机左右呈“一”字型排布，1#主方机的编织纱线携纱器容量> 6行X9列，轴线携纱器容量> 6行X9列，2#分流方机和3#分流方机的编织纱线携纱器容量彡6行X9列，轴线携纱器容量彡6行X9列。(2)计算“分批引出”的轴纱列数nz n/= N/ (b/ 纵向花节节长)=9/ (6. 25/2. 5) =3. 6根据工艺可操作性取nz= n/-0. 6=3列，主方机轴纱列数即主筋轴纱总列数9列可以被3整除，分三个四步循环完成。(3)按方型四步法三维五向编织工艺，以编织成型方向I织造筋条主筋的上部分，参照图5-1。(4)织造到主筋与左次筋3的上拐点3卩把1#主方机全部列数的轴纱按由左向右的顺序，每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数3列的轴纱，并固定到2#分流方机最左侧的编织纱线携纱器上，同时在主筋的编织纱线和轴纱外准备一批新纱线，细度为12K，数量为6行X9列=54锭纱线，“分批引入”3列(行数均为6行，下同)，每锭新引入的纱线均以下一个四步循环要被引出的轴纱4为根基，参照图4，采取套圈方式新纱线与该轴纱固结后，一端(5-1)固定到1#主方机引出轴纱后腾空的轴线携纱器上，另一端(5-2)固定到与2#分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴纱携纱器上，重复循环直至主筋全部列数的轴纱全部引出。然后，对纱线进行局部“微调移位”操作，根据方型三维五向纱线运动规律，纱线只有全部填满分流方机携纱器的边界和主体区域(包括编织纱线携纱器和轴纱携纱器)，才能进行三维五向编织，因此，需对未满足要求的局部区域进行移纱和增纱微调。所述移纱和增纱工艺均为现有技术。完成左次筋的编织纱线和轴纱准备后，采用方型四步法三维五向编织工艺，用2#分流方机织造左次筋。(5)织造到主筋与右次筋的上拐点3k时，右侧次筋“分批引出”轴纱和“分批引入”新纱线的方法同步骤4)，只是轴纱“分批引出”的顺序变为由右向左，固定到3#分流方机最右侧的编织纱线携纱器上，新引入纱线的另一端(5-2)固定到与3#分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴线携纱器上。完成右次筋的编织纱线和轴纱准备后，采用方型四步法三维五向编织工艺，用3#分流方机织造右次筋。(6)以上两个次筋的织造过程中，1#主方机均不参加编织，两个次筋织造完成后，最后用方型四步法三维五向编织工艺，用1#主方机织造主筋的余下部分，此织造过程中2#分流方机和3#分流方机均不参加编织，织造到要求尺寸剪切下样。如图5-2所示的“+”字型三维五向筋条的织造方法同5-1的方法，只是左右次筋的织造顺序与5-1相反，先织造右次筋再织造左次筋。实施例3 采用本发明方法织造两个次筋轴心线不在同一条直线且与主筋轴心线夹角不等都小于90。的“+”字型三维五向筋条，即0 < 0l<9O。，0< 0k<9O。，0l#%，且6^0 (如图5-4)。技术要求如下采用1700碳纤维12K单股进行织造，主筋的外形尺寸(长X宽X厚)75mmX 1 2. 5mmX 9mm,两个次筋的外形尺寸(长X宽X厚):50 mmX 12. 5mmX9mm;主筋和次筋的纤维体积含量均为55. 6%，纵向花节长度25 mm/10个花节，横向花节长度65mm/10个花节；左右次筋轴心线与主筋轴心线夹角分别为0E, 0f6O°、0k=3O°，参照图5-4，本实施例中主筋、左右次筋的长度，也非本发明关键所在，在此对其就不赋具体数值。其编织方法如下根据上述技术要求,设计的主筋主体纱[MXN] 6行X9列，轴纱[MXN] :6行X9列，采取从主筋的中段向两端编织的方法(三维编织工艺中编织起始位置的选定可从一端开始编织，也可以从中间向两端编织，由工艺操作便利性决定，此为共知技术)，本实施例从主筋中间段以编织成型方向I织造筋条主筋，先织造到右次筋的上拐点3k，具体编织方法如下(I)方机排布参照图2，将1#主方机、2#分流方机、3#分流方机按2#主方机居中，2#分流方机和3#分流方机依次分列1#主方机左右两侧的方式呈“一”字型排列，主方 机的编织纱线携纱器容量> 6行X 9列，轴线携纱器容量> 6行X 9列，两台分流方机的编织纱线携纱器容量彡6行X9列，轴线携纱器容量彡6行X9列。(2)计算右次筋每个四步循环“分批引出”的轴纱列数nz nz' = N/[ ( b/sin0K/)纵向花节节长]=9/[ (12.5/0.5)/2.5]=0.9根据工艺可操作性取nz= n；+0. 1=1列，主方机轴纱列数即主筋轴纱总列数9列可以被I整除，分九个四步循环完成。(3)按方型四步法三维五向编织工艺，从主筋的中间开始向两端编织，先以编织成型方向I织造主筋的下半部分2'，参照图5-4，同实施例I步骤3)。(4)参照图5-4，织造到右次筋与主筋的上拐点3k，把1#主方机全部列数的轴纱按由右向左的顺序，每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数的轴纱(I列)，固定到3#分流 方机最右侧的编织纱线携纱器上，同时在主筋2'的编织纱线和轴纱外准备一批新纱线，细度为12K，数量为6行X9列=54锭纱线，“分批引入”1列，行数均为6行，每锭新引入纱线均以下一个四步循环将被引出的轴纱4为根基，采取套圈方式新纱线与该轴纱固结后，参照图4，一端(5-1)固定到1#主方机引出轴纱后腾空的轴线携纱器上，另一端(5-2)固定到3#分流方机引入轴纱后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴线携纱器上，重复循环直至主筋全部列数的轴纱全部被引出，并对纱线进行局部“微调移位”操作后，在3#分流方机上按编织成型方向12，方型三维五向编织工艺，编织右次筋到要求长度，此时1#主方机不参加编织。(5)右次筋编织完成后，用1#主方机按编织成型方向1，方型三维五向编织工艺，编织主筋到要求长度，此时3#分流方机不参加编织。(6)调转方向按编织成型方向I'，方型三维五向编织工艺，制备主筋上半部分和左次筋，方法和上述步骤3)至5)相同，不同之处是每个四步循环“分批引出”的轴纱列数nz以及全部轴纱引出完成所经历的四步循环次数。
nz,= N/[ ( b,sm0L) /纵向花节节长]=9/[ (12.5/V3/2)/2.5]=1.56根据工艺可操作1'生収nz= n/ +1. 44=3列，主方机轴纱列数即主筋轴纱总列数9列可以被3整除，分3个四步循环完成。( 7 )全部编织完成后，剪切下样。
权利要求
1.“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是所述筋条的左次筋和右次筋的宽度、厚度等外形尺寸相同或不同，且所述左次筋和右次筋的宽度均不超过所述筋条主筋的宽度，所述左次筋和右次筋的轴心线分别与所述主筋的轴心线之间的夹角0E,o < 0L<180°，0< 0E< 180°，且0^0K* 0K;所述左次筋的上拐点和所述右次筋的上拐点沿主筋轴心线方向的距离S =0或5 ^ O0
2.根据权利要求I所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是包括下列步骤 1)将I台主方机和2台分流方机按主方机居中、2台分流方机分列主方机左右两侧呈“一”字型排布； 2)按方型四步法三维五向编织工艺，织造主筋； 3)织造到主筋与第一个次筋的拐点时，把主方机的全部或一定比例的轴纱，按每织造一个四步循环，“分批引出”相同列数nz的轴纱，并固定到该次筋对应的分流方机的编织纱线携纱器上，同时在主筋的起始编织纱线和轴纱外另准备新纱线并“分批引入”，“分批引入”的新纱线细度和数量与上述主方机“分批引出”的轴纱相同，每锭新纱线均以主方机下一个四步循环要被引出的轴纱为根基，采取套圈方式与该轴纱固结后，新纱线的一端固定到主方机引出轴纱后腾空的轴纱携纱器上，新纱线的另一端固定到与所述分流方机轴纱引入后“换位固定”的编织纱线携纱器相邻的轴纱携纱器上，重复循环直至主方机全部或一定比例的轴纱全部引出；然后，对纱线进行局部“微调移位”操作，直至纱线全部填满分流方机携纱器的边界和主体区域，完成所述次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用所述的分流方机织造所述次筋； 前述一个四步循环指编织纱线携纱器完成四步的行列运动，轴纱携纱器固定不动，编织纱线与轴纱相互交织一次，在编织成型方向上织造出一个纵向花节； 前述主筋的纵向花节长度单位为mm/10个花节； 4)织造到主筋与另一个次筋的拐点时，按照步骤3)的方法“分批引出”轴纱同时“分批引入”新纱线，完成所述次筋编织用的全部编织纱线和轴纱的准备后，按方型四步法三维五向编织工艺，用另一台分流方机织造所述另一个次筋； 5)完成两个次筋的织造后，最后采用方型四步法三维五向编织工艺，用主方机完成其余主筋的编织，到要求尺寸剪切下样； 前述在两个次筋编织过程中，主方机不参加编织，两个次筋编织完成后，两台分流方机就不参加编织，只用主方机编织。
3.根据权利要求2所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是步骤3)和步骤4)中每个四步循环需分批引出的轴纱列数nz的取值范围为n/-2彡nz彡n/+2，且所述的nz>0并且所述的主方机的全部或一定比例的轴纱列数可以被nz整除； 织造左次筋时，n/=(主筋轴纱总列数XE)/[ (b/sin 0 J/主筋的纵向花节的平均节长]，其中E=左次筋宽度/主筋宽度，b为左次筋的宽度； 织造右次筋时，n/=(主筋轴纱总列数XE')/[ (bVsin0K)/主筋的纵向花节的平均节长]，其中矿=右次筋宽度/主筋宽度，b'为右次筋的宽度； 上述计算公式中，当9L古0H或0L=0H, 5=0时，E+E' ( I ； 当 Ql 古 9R 或 9L=Qr, 3 古 0 时，E<1,E' <1。
4.根据权利要求3所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是所述n/的计算方法为 当0广θκ=90°，δ=0，左次筋和右次筋的宽度均为主筋宽度的一半吋，织造左右次筋吋，η/ =主筋轴纱总列数的一半/(次筋的宽度/主筋的纵向花节的平均节长)。
5.根据权利要求3所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是步骤3)中所述主方机一定比例的轴纱列数为主方机轴纱总列数XE或者主方机轴纱总列数ΧΕΛ，其中E=左次筋宽度/主筋宽度，E,=右次筋宽度/主筋宽度，且当Θ,デθκ或θκ，δ=0吋，Ε+ΕΛ 彡 I ;当 0L尹 θκ或 0L=0K，δ 尹 O 时，E 彡 1，ΕΛ 彡 I。
6.根据权利要求I所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是所述主方机和两台分流方机上的携纱器均包括编织纱线携纱器和轴线携纱器。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的“+”字型三维五向筋条的织造方法，其特征是织造用纱线为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚こ烯纤维、芳纶纤维或金属纤维或其它高性能纤维。
全文摘要
本发明涉及一种“╋”字型三维五向筋条的织造方法，该方法采用三维五向结构，通过“分批引出”、“换位固定”轴纱，同时“分批引入”新纱线制备“╋”字型筋条，解决现有方型四步法三维五向编织工艺中异型截面预制件制备，大都采用编织纱线按横截面形状排列，纤维走向与横截面垂直，造成纤维本身性能在预制件面内未能充分发挥等问题。本发明显著改善了筋条纵截面面内的力学性能，又充分发挥了纤维自身的力学性能；主筋与次筋整体、净尺寸编织成型，使其整体力学性得到进一步增强，且又降低成本、减轻了结构重量。本发明可用于制备“╋”字型面加强筋，拓展三维五向编织技术在飞机外蒙皮和内部结构件上的应用，对于提高结构复合材料的性价比，实现复合材料结构轻量化，具有重要意义。
文档编号D04C1/00GK102677389SQ20121015084
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者尹锋 申请人:宜兴市华恒高性能纤维织造有限公司