中空层连织物复合材料的制作方法

专利名称：中空层连织物复合材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及多层机织物为骨架的复合材料，具体为双层层连织物复合材料，国际专利主分类拟为D03D11/00。
以机织物为骨架的复合材料因其具有质量轻，整体性好，力学性能优良等诸多优点已成为目前工程界应用、需求和研究的重点。申请入(发明人)申请并已获权的专利(ZL98119895.3)就是一种以多层机织物为骨架的复合材料。该复合材料的骨架是多层机织物，结构复杂，织造工艺也复杂，并且仅用于制造孔型方正蜂窝板状的复合材料，专用性强，产品单一，不能充分满足产业界的需要。
层连织物是一种特殊的机织物。传统的平绒就属于双层层连织物(参见附图3)。在该织物中，经纱1、2与纬纱5交织，形成织物的上层；经纱3、4与纬纱6交织，形成织物的下层；双层织物之间连接的经纱(以下简称层经纱)7、8按一定规律与所述上、下层织物中的纬纱5、6交织，即可制成层连织物。经割绒，即为平绒织物。在这种层连织物中，层经纱7、8在上、下层织物间的长度，一般小于上下层织物本身的厚度，而其织物的总厚度，一般也不会超过6mm。由于条件的限制，超过6mm的层连织物，采用普通织机和织造方法，无法织造；就是特种织机(如织造长毛绒的织机)，超过20mm的层连织物，也无法织造。这种层连织物的用途是针对或者说是仅限于服装业。而对于作建筑或装饰等业复合材料的骨架而言，因层间厚度不够或空间不足而根本不适用，即便层间厚度或空间适宜，也会因该织物用纱量过大而使得复合材料的工业化应用无法接受。
本发明的目的是针对上述的不足，提供一种以中空层连织物为骨架的复合材料，其骨架结构简单，上下层间的连接空间远大于双层织物本身的厚度，且容易织造；其产品体大质轻，品种众多，适用性强。
本发明的目的是如下实现的首先设计一种作复合材料骨架的中空层连织物，它由上层织物经纱与上层织物纬纱交织，形成该骨架织物的上层；下层织物经纱与下层织物纬纱交织，形成该骨架织物的下层，其特征在于仅有一根层经纱与所述上、下层织物中的纬纱交织，并将所述的上、下层织物连接为一个整体织物，且该层经纱连接在上、下层织物之间的长度为20mm-600mm。再用该中空层连织物作骨架，经浸泡树脂，固化成型即得。
本发明的复合材料骨架中空层连织物(以下简称层连织物或织物)着眼于作非服用的工程复合材料骨架之目的，所以其双层织物的中间层连空间至关重要，必须要比现有的双层织物远大得多-根据实际需要，其最大厚度设计为600mm，是现有平绒织物最大厚度6mm的100倍，也是现有长毛绒织物最大厚度20mm的30倍，故称之为中空层连织物。本发明复合材料的骨架织物不但是现有技术或产品中所无，而且也是现有织造设备和织造方法所根本不能完成的。本发明为此独特设计了双眼综丝，巧妙地利用了现有织机，配套采用三片综组合(即两片双眼综和一片单眼综组合)，不需改动普通织机的其他机件，就可构成织造本发明所述复合材料骨架中空层连织物的专用设备。对比现有平绒织物织机而言，其结构反而简单，维护保养更为方便，操作也不需培训；因而开发成本极低。本发明针对所述骨架织物而设计的工艺方法也明显很简单，三片综所对应的织物组织要比需要6片综的现有平绒织物组织简单得多；同时穿综所用时间也大为缩短，如果穿每片综的时间相等，三片综的穿综所用时间比6片综是穿综时间可以节省1/2，或者说同样的时间内节省人力资源1/2。由于本发明骨架织物的织造方法仅用三片综，比传统技术少用了两片综，因而可以使织造开口更清晰，动力消耗减少，车速相对提高，而操作却更为简单。而对比现有技术作复合材料骨架的多层机织物(ZL98119895.3)而言，其结构就更为简单，织造也更为容易，特别是在没有孔型要求的情况下，实现同样厚度的复合材料，本发明骨架材料可以比多层机织物骨架节省大部分的纱线原料，从而大大降低生产成本，更适于工业化推广应用。综上，本发明具有良好的经济效益，也十分有利于技术的推广和产品的应用。
由本发明设计的复合材料骨架中空层连织物，经模具或支架固定，浸泡树脂，固化干燥成型后，即成为本发明的中空层连织物复合材料。该复合材料的。上下两层织物可成为刚性板材，而两层板材中间的层经纱也因树脂固化成为刚直线材或片材，并将上下两层织物与之连接为一个有机整体，可取名中空层连织物复合材料(或型材或板材)。以该材料为基础，还可以在其层间中空处填充泡沫塑料或者其他轻质或功能性材料，制成进一步的复合材料或功能性复合材料。该材料与传统复合材料相比，明显具有体积大，却重量轻；空心化，却整体性好，成本低，适应性好；高强、耐压、隔热、抗冲击和抗断裂性能均优良等诸多优点，可广泛用作建筑业装饰业的隔热材料、间隔材料、填充材料或包装材料等。
下面结合实施例及其附图进一步详述本发明

图1是本发明复合材料骨架中空层连织物的一种结构示意图，即基本结构示意图；图2是本发明复合材料骨架低密度层经纱结构的中空层连织物结构示意图；图3是本发明复合材料骨架高密度层经纱结构的中空层连织物结构示意图。其与对比的现有层连织物(即平绒)的结构相类似，但后者的层经纱的长度要短得多；图4是本发明复合材料骨架中空层连织物的又一种结构示意图，即交叉层经纱结构示意图；图5是本发明复合材料骨架中空层连织物的另一种结构示意图，即不连续层经纱结构示意图；图6是本发明复合材料骨架织造专用的双眼综丝19、20的结构示意图，其中的18为单眼综丝示意图；图7(包括a、b)是本发明复合材料骨架中空层连织物的三片综织造工艺设计示意图；图8(包括a、b)是本发明复合材料骨架中空层连织物的四片综织造工艺设计示意图；图9是一种以图1所示本发明中空层连织物为骨架的复合材料示意图；图10是一种以图5所示本发明中空层连织物为骨架的复合材料示意图；图11是一种本发明所述中空层连织物复合材料的成型方法示意图；图12是一种以图9所示本发明中空层连织物复合材料为骨架所得的二次复合材料示意图。
本发明复合材料骨架的层连织物(参见图1)是由经纱1、2与纬纱5交织(以简单的平纹组织交织为例，下同)，形成层连织物的上层织物；经纱3、4与纬纱6交织，形成层连织物的下层织物。利用本发明一并设计的织造方法和设备，使连接上下两层织物的层经纱7按一定规律与所述上、下层织物中的纬纱5、6相交织，即可将所述的上、下层织物连接为一个整体织物，且该层经纱7连接在上、下层织物之间的长度可达到20mm-600mm。
层经纱7在上、下层织物之间的长度控制取决于本发明独特设计的双眼综丝(参见图6)。双眼综丝19的双综眼14、15(参见图7)与双眼综丝19的中心线等距，或者说对称。其距离决定了层经纱7在上、下层织物之间的长度。换言之，双眼综丝综眼的中心距决定了本发明织物的最大厚度。虽然按实际应用的一般要求所给出的层经纱7长度范围是20mm-600mm，但用本发明方法和设备同样可以织造出层经纱7长度小于20mm的层连织物，配备特制的综框和织机，同样也可以织造出层经纱7长度大于600mm的层连织物，以供可能的特殊实际需要。双眼综丝20与双眼综丝19规格完全一样，仅为叙述方便而分别标记。图中所画的单眼综丝18为普通综丝。
本发明所述的层经纱根据需要，既可以是一根，也可以是两根。当层经纱设计仅有一根，例如仅有层经纱7时，本发明的层连织物可如图1、2、5所示，该织物的织造设备需要三片综，织造工艺方法如图7所示；当层经纱设计有两根，即在层经纱7的基础上增加层经纱8，且其在上下层织物之间的长度与所述的层经纱7相等，但交织方向与所述的层经纱7的交织方向相对称时，本发明的骨架层连织物可如图3、4所示，该织物的织造设备需要四片综，织造工艺方法如图8所示。但本发明的层连织物并不受上述例图的限制，根据需要，利用本发明所述的织造方法和设备，还可以设计和织造出多种多样的本发明中空层连织物。
根据最终用途的需要，图1、2、5所示的本发明骨架织物为低密度结构设计，也即仅采用一根层经纱7作为上下两层织物的连接。所述的层经纱7与上、下层织物中的纬纱5、6交织时，可以采用在同一层织物中间隔1-6根纬纱5或6的方法与之交织(其中，图1所示为间隔1根纬纱5或6；图2所示为间隔2根纬纱5或6；图5所示为间隔1根与间隔4根纬纱5或6交替结构)。尽管图5示意画出的相邻两根层经纱之间，也即间隔交织的纬纱最多只有4根，但很容易理解和作到相邻两根层经纱之间间隔交织的纬纱根数为除4根以外的1-6根，即使是大于6根，在技术上也没有任何难度，只是取决于最终产品的设计需要。当相邻两根层经纱7之间间隔交织的纬纱5或6多于1根时，可以称这种织物结构设计为层经纱的不连续设计。
本发明所述骨架层连织物的织造方法，其特征在于(参见图7)穿综设计为三根综丝，且其中两根综丝为双眼综丝19、20；另一根综丝为单眼综丝18。上、下层织物的经纱1、2和3、4应分别穿入双眼综丝19、20的上综眼14、16和下综眼15、17之中，而层经纱7则应穿入单眼综丝18的综眼13之中；开口设计为单眼综丝18和双眼综丝19与双眼综丝20的运动方向相反；在经纱1和层经纱7与经纱2之间形成上梭口21，在经纱3与经纱4之间形成下梭口22；引纬设计为双剑杆同时引纬进入上、下梭口21、22；钢筘23将上、下纬纱打向织口24、25。
打纬交织后，单眼综丝18和双眼综丝19与双眼综丝20分别向各自的反方向运动；又在经纱2与经纱1之间形成上梭口21，在经纱4与经纱3和层经纱7之间形成下梭口22；再次引纬、打纬、交织，构成所述层连织物的一个织造循环。
更具体的织造过程叙述(参见图7)是在第一次开口时(见图7(a))，综丝18、19处于梭口的上方，综丝20处于梭口的下方。这样在钢筘23与上下织口24、25之间便形成两个三角形的梭口，用双层剑杆21、22同时引入两根纬纱(为简化，21、22亦可被认为代表两根纬纱)。综丝18、19与20交换上下位置后(如图7(b)所示)，钢筘23向右推动，将新纳入的两根纬纱推向织口25、24，完成经纱与纬纱之间的交织。在此期间，处于梭口上层的纬纱21与层经纱7在织口处交织，将层经纱7固定住，即在上、下层织物中间留下了层经纱7。当钢筘23完成打纬，向左返回到图7(b)所示的位置时，钢筘23与织口24、25之间又形成两个新的三角形梭口21、22，再次同时用双层剑杆引入两根新纬纱21、22，然后综丝18、19和20交换上下位置，回到图7(a)所示的位置。钢筘23向右推动进行打纬，也返回到图7(a)所示的初始位置。在此期间，处于梭口下层的纬纱22与层经纱7在织口处交织，将层经纱7固定，从而在上下层织物中间留下了层经纱7，这样便完成了一个织造循环，如此连续织造下去，便形成所述的中空层连机织物。在形成的织物中，纬纱5(图7(a))与经纱1、2交织，形成织物的上层；纬纱6与经纱3、4交织，形成织物的下层，而层经纱7则间断地与上下两层织物中的纬纱5、6交织，就可以获得在两层织物中间留下长长的层经纱7的本发明骨架层连织物。
这里所述的织造方法是以图1所示的本发明基本结构层连织物为例，其他结构层连织物的织造方法与之设计原理相同。或者说，该领域普通技术人员很容易给出图2、5所示的层连织物以及没给出图例的层连织物的织造工艺方法。因为本发明的织造方法的关键是如何使用双眼综丝和如何设计综框的开口方式，并以此在所述的上下层织物之间可以留下长度远超过上下层织物本身厚度的层经纱。
本发明还设计了适用于所述织造方法的织机(参见图7)，其特征在于该织机配备三片综框9、11、12，且其中两片综框11、12分别装配双眼综丝19、20；一片综框9装配单眼综丝18。除独特设计的综丝19外，织机的主要机构及其运动，诸如开口机构和运动、打纬机构和运动、送经机构和运动、卷取机构和运动以及驱动机构并没有任何改变，因而利用现有织机实施本发明十分方便。实验表明，用该装置织造的织物厚度可达到0.6m，能够满足一般填充、间隔、隔热及建筑材料的要求。相对于现有平绒织物的织机必须使用6片综而言，本发明织机节省了一半的综框和综丝，使机构得到简化，不但使设备的维护保养方便，能耗减少，噪声下降，而且也使织造工艺的穿综简单，开口清晰，车速提高，产量增加。
从上述的本发明织造方法和所得的层连织物可以看出，由于其仅使用了一根层经纱7，因而它与上下层织物之间连接方式的更正确说法，应当不是像传统平绒织物那样由两根层经纱7、8于上下层织物之间相向“交织”，而是仅由一根层经纱7在上下层织物之间单向地“穿织”或“绕织”，甚至还可以说不是“织”，而是“缝”。这主要取决于本发明织物的最终用途，即希望其在上下层织物之间获得更大或合适的中部连接空间。
另一方面，也正是基于这一最终用途目的，因而本发明织物并不排除由两根层经纱7、8于上下层织物之间相向“交织”而获得的本发明中空层连织物及其织造方法和设备。在上述的织造方法和设备的基础上，引入或增加一个单眼综丝26和综框10即可简单的实现这进一步目的。
相对于单根层经纱7构成的织物而言，由双根层经纱7、8所构成的织物可称为高密度中空层连织物。图3、4所给的示意图代表了两种高密度层经纱的设计，即上下两层织物中间采用了对称交织的两根层经纱7和8的设计。图3表示了每隔上下一组双纬纱5和6就有两根层经纱7和8相向交织而过，并连接了上下两层织物的设计。这种情况与现有技术平绒结构基本类似，但层经纱的长度存在着本质的区别。图4表示了另外一种高密度设计情况。其特征在于所述的层经纱7、8与上、下层织物中的纬纱5、6交织时，采用各自在同一层织物中间隔3根纬纱5或6的方法与之交织。虽然图4中画出的间隔纬纱5或6是3根，但依据相同的原理，很容易设计间隔纬纱5或6的根数为除3根以外的1-6根，甚至更多根数的织物。这种织物设计的力学性能更为优良。但也应当指出，除非需要，尽量不使用这种设计。因为它毕竟比低密度设计多用了1倍的层经纱，织造工艺也多使用了1片综，降低了效率，提高了成本。
织造高密度的层连织物应当配合有所述的的织造方法使用相应的设备，该方法的特征是(参见图8)在所述的织造方法基础上，再使用一根单眼综丝26，层经纱8穿入单眼综丝26的综眼27中，并使其与所述的双眼综丝20构成开口交织运动的一组。其详细具体的织造过程，也即在上下层织物中间同时也留下长长的层经纱8的过程与前述低密度织物中留下层经纱7的织造过程相同，不再赘述。
同样，适用于所述四根综丝织造方法的织机的特征在于该织机还配备有综框10，且其装配单眼综丝26，即该织机配备四片综框9、10、11、12，且其中两片综框11、12分别装配双眼综丝19、20；另两片综框9、10装配单眼综丝18、26。四片综的配置方法可以参考图8。其使用过程与所述的三片综没有本质区别。
本发明中空层连织物的最终用途是作工程复合材料的骨架。图9给出了利用图1所示本发明织物作骨架所制成的工程复合材料示意图。图10代表了一种以图5所示本发明中空层连织物为骨架的复合材料示意图。在9、10图中，28代表整体作骨架的中空层连织物，29为工程树脂、34代表本发明复合材料所述的中空部分。中空部分的形成和大小与成型模具设计、工程树脂液的粘性、骨架织物组织的密度以及产品需求等有关。
制造以本发明织物作骨架制成工程复合材料的方法与现有的方法基本一致，没有本质区别。具体为(参见图11)织物下机后，首先按一般工程材料的规格剪裁成1米、1.5米或2米长，织物幅宽为宽度的长方形织物骨架材料；用上、下模板30、30’上的板式张力夹31将中空层连织物的上、下层织物分别拉紧，并固定住；骨架织物28的最大厚度可由支撑杆32和其上的调节螺母33来实现；模具或支架固定后，浸泡于树脂液中，经过规定时间后从树脂液中取出，固化干燥成型，即可成为以本发明织物为骨架的复合材料。该复合材料的上下两层织物可成为刚性板材，而两层板材中间的层经纱也因树脂固化成为刚直线材、片材或板材，并将上下两层织物与之连接为一个有机整体。该复合材料体积大，却质量轻，中间虽有足够或合适的厚度空间，但整体性良好，高强、耐压、隔热、抗冲击和抗断裂性能等也均优良，并可作进一步的加工，适合作建筑、装饰等业的隔热材料、间隔材料、填充材料或包装材料。
本发明所述的复合材料包括再以上述所得的复合材料为骨架，经进一步复合或填充，所得的二次复合材料。图12即是一种以图9所示本发明中空层连织物复合材料为骨架所得的二次复合材料示意图。在该图中，35代表充填或复合的泡沫塑料。这种二次复合材料会有更好的隔音效果，材料的整体性会得到进一步提高。
由于本发明所述的这一最终目的，本发明的进一步特征是所述的层连织物中至少层经纱7采用高性能长丝纱线。这意味着可以仅层经纱7或8(既对于单根层经纱7或8而言，也对于双根层经纱7和8而言)采用高性能长丝纱线，也可以层经纱7和8同时采用高性能长丝纱线，还可以上下层织物中的经纱1、2、3、4中的一根或多根单独或同时采用高性能长丝纱线，同时还包括与经纱交织的纬纱也采用高性能长丝纱线。所谓高性能长丝是指玻璃纤维、高强度涤纶纤维、高强度锦纶纤维、高强度聚乙烯纤维、碳纤维、芳纶纤维、石英纤维等工业纤维。采用不采用高性能长丝，以及采用多少根高性能长丝，主要取决于对复合材料性能的要求和成本控制，对本发明织物的织造方法和设备没有任何影响。
权利要求
1．一种以多层机织物为骨架的复合材料，所述的骨架机织物由经纱(1)、(2)与纬纱(5)交织，形成织物的上层；经纱(3)、(4)与纬纱(6)交织，形成织物的下层，其特征在于仅有层经纱(7)与所述上、下层织物中的纬纱(5)、(6)交织，并将所述的上、下层织物连接为一个整体的中空层连织物，且该层经纱(7)连接在上、下层织物之间的长度为20mm-600mm。
2．根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的中空层连织物中还有层经纱(8)与所述上、下层织物中的纬纱(5)、(6)交织，且其在上下层织物之间的长度与所述的层经纱(7)相等，但交织方向与所述的层经纱(7)的交织方向相对称。
3．根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于所述的层经纱(7)与上、下层织物中的纬纱(5)、(6)交织时，采用在同一层织物中间隔1-6根纬纱(5)或(6)的方法与之交织。
4．根据权利要求2所述的复合材料，其特征在于所述的层经纱(7)、(8)与上、下层织物中的纬纱(5)、(6)交织时，采用各自在同一层织物中间隔1-6根纬纱(5)或(6)的方法与之交织。
5．根据权利要求1、2、3或4所述的复合材料，其特征在于所述的中空层连织物中至少层经纱(7)采用高性能长丝纱线。
全文摘要
本发明涉及以多层机织物为骨架的复合材料。该复合材料骨架由上层织物的经、纬纱交织形成该织物的上层;下层织物经、纬纱交织形成该织物的下层,其特征在于仅有一根层经纱与所述上、下层织物中的纬纱交织,并将所述的上、下层织物连接为一个整体织物,且该层经纱连接在上、下层织物之间的长度为20mm—600mm。再用该中空层连织物作骨架,经浸泡树脂,固化成型即得。该复合材料具有体大质轻;整体性好,成本低,力学性能优良等诸多优点,可广泛用作隔热、间隔、填充或包装等材料。
文档编号D03D11/00GK1297073SQ0013584
公开日2001年5月30日 申请日期2000年12月25日 优先权日2000年12月25日
发明者李济群, 黄故, 靳辉, 李红霞 申请人:天津工业大学