专利名称：一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法
技术领域：
本发明涉及一种特殊织物的织造方法，特别是涉及一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法。
背景技术：
复合材料是金属材料出现后的又一种新材料，在航空航天、军品及民品中都得到了很好的应用。在复合材料的实际应用中，不仅需要截面形状不变的构件，还需要截面形状变化的复杂构件。作为整体成型的高性能复合材料而言，就迫切需要相应的变截面形状的织物预成形体。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述所述的问题，而提供一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法。织造出变截面形状的织物预成形体，还需要截面形状变化的高性能的复杂构件。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的。这种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，1、)在平面状正交三维立体结构的基础上，通过改变垂纱的运动规律，即可形成纵向变截面正交立体结构，垂纱每次改变交织规律时所包含的经纬纱层数会有所不同，呈平直分布的经纱在不同的部位因截面形状的变化不被织入织物之内而是以长浮线的形式浮在织物之外，但垂纱始终处在交织状态，将不同层数的经纬纱相互连接成整体。2)、横向变截面立体机织结构的形成方法，如果横向变截面立体机织结构是由n个区段所组成，各个区段的纬纱层数分别为Lwi(i＝1、2、3、4、……、n)，则可推算出各区段的纬纱循环数Rwi、经纱层数Lti、经纱循环数Rti、最少综片数Hi，则该由N段所组成的横向变截面正交立体机织结构所需的总综片数为Ht。
所述的平面状正交三维立体结构是，一组经纱和一组纬纱，还有一组起到连接各层经纬纱的作用垂纱，使织物中的三个方向即经向、纬向和厚度方向，均有纱线存在。
横向变截面正交立体机织结构的形成方法，它们可分别用如下各式计算Rwi＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Lti＝Lwi-1，(i＝1、2、3、4、……、n)Rti＝Lwi-1+2＝Lwi+1，(i＝1、2、3、4、……、n)Hi＝Rti则该由N段所组成的横向变截面正交立体机织结构所需的总综片数(或总纹针数)为Ht＝H1+H2+H3+……+Hn。
为方便起见，表1列出了各纬纱层数时的纬纱循环数、经纱层数、经纱循环数及最少综片数。
表1正交结构纬纱层数与纬纱循环数、经纱层数、经纱循环数及最少综片数的关系
横向变截面准正交立体机织结构的形成方法，它们可分别用如下各式计算Rwi＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Lti＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Rti＝Lti+2，(i＝1、2、3、4、……、n)
则由N段所组成的横向变截面准正交立体机织结构所需的总综片数(或总纹针数)为Ht＝H1+H2用3+……+Hn。
如将前面所述的纵向变截面和横向变截面的立体机织结构结合起来即可形成纵横向双向变截面立体机织结构。采用正交结构可以构作纵横双向变截面立体织物结构，其结构的设计方法可按照先设计确定横向变截面的区段数及每一区段的经纬纱起始层数，再设计确定每一区段内的经向变截面。必须指出的是变截面可以设计成织物的单面变化，也可以在织物的正反双面同时变化。
本发明有益的效果提供了一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法。织造方法实用性强，使用操作方便。
图1是本发明的平面状三维正交立体结构示意图；图2是本发明实施例1的纵向正交变截面立体结构图；图3是本发明实施例1的上机图；图4是本发明实施例2的纵向准正交变截面立体结构图；图5是本发明实施例2的上机图；图6是本发明实施例3的纵向变截面角联锁结构图；图7是本发明实施例3的上机图；图8是本发明实施例4的横向变截面正交立体机织结构图；图9是本发明实施例4的各区段的纵向截面图；图10是本发明实施例4的各区段的组织规律和上机图；图11是本发明实施例4的横向变截面正交立体结构上机图；图12是本发明实施例5的横向变截面准正交立体机织结构图；图13是本发明实施例5的各区段的组织规律和上机图；图14是本发明实施例5的横向变截面准正交立体结构上机图；图15是本发明实施例6的纵横双向单面变截面各区段图；图16是本发明实施例6的区段1纵(经)向立体结构图；
图17是本发明实施例6的区段2纵(经)向立体结构图；图18是本发明实施例6的区段3纵(经)向立体结构图；图19是本发明实施例6的纵横双向单面变截面正交结构上机图；图20是本发明实施例7的纵横双向双面变截面各区段图；图21是本发明实施例7的区段1纵(经)向立体结构图；图22是本发明实施例7的区段2纵(经)向立体结构图；图23是本发明实施例7的区段3纵(经)向立体结构图；图24是本发明实施例7的纵横双向双面变截面正交结构上机图；具体实施方式
下面结合实施例和附图作进一步的说明。
实施例1纵向变截面正交结构立体机织物的织造方法。
图1所示为平面状三维正交立体结构。其结构特点是除有一组经纱和一组纬纱以外，还有一组经纱起到连接各层经纬纱的作用。正是由于垂纱的存在，使织物中的三个方向(经向、纬向和厚度方向)均有纱线存在，保证了其复合材料在各个方向的机械性能，尤其是保证了厚度方向性能的提高。
在平面状正交三维立体结构的基础上，通过改变垂纱的运动规律，即可形成纵向变截面正交立体结构，图2中，织物正反二面同时逐渐减少纱线在立体织物中的层数。从图2可以看出，呈平直分布的经纱在不同的部位因截面形状的变化有可能不被织入织物之内而是以长浮线的形式浮在织物之外，但垂纱始终处在交织状态，将不同层数的经纬纱相互连接成整体。
对于纵向变截面正交立体结构的组织图构作，则类似于平面状正交三维立体结构，所不同的是垂纱的交织规律因截面的变化而随之改变，同时垂纱每次改变交织规律时所包含的经纬纱层数会有所不同。同时需注意的是，尽管在立体织物正面、反面或正反面的部分平铺经纱因截面形状的变化不被交织在内，但在构作组织图或上机图时仍需考虑在内，即在正面的这些经纱始终处在浮起(经组织点)的状态。图3为图2结构的上机图。
实施例2纵向变截面准正交结构立体机织物的织造方法。
采用准正交立体结构同样可以构作纵向变截面准正交结构立体机织物结构。图4为沿正面单向减少经纬纱层数的变截面结构。图5为图4纵向变截面准正交结构的上机图。其构作方法则类似于上述实施例1中的纵向变截面正交结构，在这儿不再重述。
实施例3纵向变截面角联锁结构立体机织物的织造方法。
类似于纵向变截面正交立体织物结构，在平面状角联锁立体结构的基础上，同样可以形成纵向变截面角联锁结构。图6为沿立体织物正反二个方向同时减少纱线层数(从最初的经10层纬7层减少至经5层纬3层)，图7为图6纵向变截面角联锁结构的上机图。
实施例4横向变截面立体机织物的形成原理是根据立体织物结构的不同将不同层数的经纱按照截面的变化进行排列，同时引入纬纱的引纬路线，依据这一纬向截面图和各种立体机织结构的组织规律即可设计其组织图和上机图。
图8所示为采用上述方法画成的横向变截面正交立体机织结构图。图中横向截面分成三段，各段的纬纱层数分别为6层、4层和3层，相应的经纱则分别为5层、3层和2层。由于为正交立体结构，故每一纵列经纱之后各有二根垂纱(即图中的a和b)。
要构作这一立体结构的组织，必须先构作横向截面中每一区段的组织，为此可先将每一区段的纵向(即经向)截面图2-画出，如图9所示。根据图9所示的结构图，即可作出各区段的组织图和上机图，如图10所示。
根据图10各区段的组织规律，即可形成横向变截面正交立体机织结构的组织和上机图，如图11如示。在该上机图穿综规律的设计中采用分区穿法。值得指出的是，由于横向变截面正交立体机织结构在不同区段经纬度纱的层数是不同的，故为了形成理想的立体结构，各区段内经纱的每筘穿入数将是不同的。
由n个区段组成的横向变截面正交立体机织结构的组织或上机图规律就可以按如下方法来获得。对于穿综规律则采用分区穿法，综片分区数应等于区段数n。每一区内则采用一顺穿法，一顺穿的循环次数则取决于该区段的宽度或经纱根数。而纹板规律由只需将各区段的纹板规律并排放置，只是需注意的是各区段内的第一纬均应在同一纬上。例如在图11中的上机图中，第二、三区段的第一纬纹板应分别与纹板图中的第1纬和第7纬对齐。
当然，如果横向变截面正交立体机织结构中，底面并不是那样平齐的，而是底面也象上面那样变化的，则这时，除了各区段的纹板规律的生成方法有所改变以外，其余均相同。
实施例5横向变截面立体准正交机织结构类似于正交机织结构的形成，采用准正交机织结构也可以形成横向变截面立体织物，所不同的是每层纬纱之间的经纱根数及交织关系与采用正交结构时不同。图12为由三个区段组成的横向变截面立体准正交机织结构的横向(纬向)截面图，该结构中，三个区段的纬纱层数分别为4层、3层和2层。为进一步看清楚每一区段的经纬纱的交织关系，图13给出了三个区段的纵向(经向)截面图及相应的上机图。采用与正交结构相同的方法即可形成横向变截面准正交立体机织结构的组织和上机图，如图14所示。
对一般情况，如果横向变截面准正交立体机织结构是由n个区段所组成，各个区段的纬纱层数分别为Lwi(i＝1、2、3、4、……、n)，则同样可推算出各区段的纬纱循环数Rwi、经纱层数Lti、经纱循环数Rti、最少综片数Hi，它们可分别用如下各式计算Rwi＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Lti＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Rti＝Lti+2，(i＝1、2、3、4、……、n)Hi＝Rti则由N段所组成的横向变截面准正交立体机织结构所需的总综片数(或总纹针数)为Ht＝H1+H2+H3+……+Hn。
表2列出了各纬纱层数时的纬纱循环数、经纱层数、经纱循环数及最少综片数。
表2准正交结构纬纱层数与纬纱循环数、经纱层数、经纱循环数及最少综片数的关系
实施例6纵横双向单面变截面正交立体结构是指采用正交立体结构，只改变立体织物一面的纵横向截面，织物的另一面则不改变，故呈平面状。图15为由三个区段组成的纵横双向单面变截面正交立体结构，其沿横(纬)向从5层经、6层纬变至3层经、4层纬，再变至2层经、3层纬。
图15中的三个区段在纵(经)向则分别进行变化，各区段沿纵向的截面变化分别见图16、图17和图18。表3则列出了各区段沿纵向经纬纱层数的变化情况。
根据前面“纵向变截面立体机织结构与组织设计”和“横向变截面立体机织结构与组织设计”所述，将纵向变截面立体机织结构和横向变截面立体机织结构的组织设计方法相结合，即可形成纵横双向单面变截面正交立体结构的上机图，见图19所示。
表3各区段纵向经纬纱层数和循环数的变化
注表中所列的经纱层数不包括2根垂纱纵横双向单面变截面正交立体结构组织的经纱循环数的确定取决于横(纬)向经纱层的排列，即取决于图15所示的经纱排列情况。根据表1中所列的各区段最大经纬纱层数处(本例即表1中第一行)的经循环数和重复穿入次数(将决定织物的横向宽度)，即可计算经循环数。由于本例中每一区段的重复次数均为4，各区段的最大经循环数分别为7、5、4，则图15所示的结构经循环数为4×(7+5+4)，即64根。
纵横双向单面变截面正交立体结构组织的纬纱循环数的确定则取决于各区段的纬纱层的排列，即取决于图16、图17、图18中纵向的纬纱排列情况。由于在引纬过程中纬纱是连续的，故沿纵向每一段(即对应垂纱每改变一次交织规律时所包含的)的纬纱循环数应取各部分纬纱层数的最大值。对比图16、图17、图18中的纵向纬纱排列情况，可以看出图16中垂纱每改变一次交织规律时所包含的纬纱层数始终大于或等于图17、图18中对应位置的纬纱层数，故整个结构的纬纱循环数将由图16中的纬纱排列结构所确定。从图16中的纬纱排列结构可以看出，根据纬纱层数的变化，该区段中纵向排列结构可分成5个部分，这5个部分中纬纱的层数分别为6、5、4、3和2层，这些部分中纬纱层的重复次数分别为3、3、3、3和4，则其纬纱循环数为3×(6+5+4+3)+4×2，即62纬。
确定了经纬循环数后，即可确定穿综图。穿综图采用分区穿法，分区数与织物的横向区段数相同。本例中有三个区段，则穿综图分成三个区，每一区内则采用一顺穿法，如图19所示。
纹板规律的确定可采用将各区段纵向变截面结构的纹板按穿综分区先后进行并合，各区段纵向变截面结构的纹板生成方法可参见前面“纵向变截面立体机织结构与组织设计”，在这儿不再重述。
需要特别指出的是在构作纹板图时，由于在第二区段中第5、第6纬与经纱不发生交织关系，在图15第5、6纬处，所有经纱均应下降，即均应为纬组织点。类似地，在第三区段中第4、5、6纬与经纱不发生交织关系，在图15第4、5、6纬处，所有经纱均应下降，即均应为纬组织点。
必须指出的是对于织物厚度变化较大的结构，可能会超出一般多臂机的织造能力，因极大多数多臂机的最多综片数不会超过20片。很显然，当织物厚度变化较大而超出多臂机的织造能力时，就需要采用提花机开口织机，这样就大大减少织物中经纬纱层数的限制，从而大大减少织物厚度的变化限制。
实施例7纵横双向双面变截面正交立体结构是指采用正交立体结构，同时改变立体织物正反二面的纵横向截面，织物的二面均不呈平面状。图20为由三个区段组成的纵横双向双面变截面正交立体结构，沿横(纬)向从5层经6层纬变至3层经、4层纬，再变至1层经、2层纬。而图21、图22、图23则分别为三个区段的纵向截面变化情况。
纵横双向双面变截面正交立体结构的上机图构作方法与上述中的相似，但在构作纹板图时有所不同。在确定图20中第二区段的纹板图时，图20中第1纬和第6纬与第二区段内的经纱不发生交织关系。故在图20中第1纬时所有经纱均应提起，即均应为经组织点；在图20中第6纬时所有经纱均应下降，即均应为纬组织点。类似地，在确定图20中第三区段的纹板图时，在图20中第1、2纬时，所有经纱均应提起，即均应为经组织点；在图20中第5、6纬时，所有经纱均应下降，即均应为纬组织点。图24为图20、图21、图22、图23所示的纵横双向双面变截面正交立体结构上机图。
权利要求
1.一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，其特征在于1)、在平面状正交三维立体结构的基础上，通过改变垂纱的运动规律，即可形成纵向变截面正交立体结构，垂纱每次改变交织规律时所包含的经纬纱层数会有所不同，呈平直分布的经纱在不同的部位因截面形状的变化不被织入织物之内而是以长浮线的形式浮在织物之外，但垂纱始终处在交织状态，将不同层数的经纬纱相互连接成整体。2)、横向变截面立体机织结构的形成方法，如果横向变截面立体机织结构是由n个区段所组成，各个区段的纬纱层数分别为Lwi(i＝1、2、3、4、……、n)，则可推算出各区段的纬纱循环数Rwi、经纱层数Lti、经纱循环数Rti、最少综片数Hi，则该由N段所组成的横向变截面正交立体机织结构所需的总综片数为Ht。
2.根据权利要求1所述的用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，其特征在于所述的平面状正交三维立体结构是，一组经纱和一组纬纱，还有一组起到连接各层经纬纱的作用垂纱，使织物中的三个方向即经向、纬向和厚度方向，均有纱线存在。
3.根据权利要求1所述的用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，其特征在于横向变截面正交立体机织结构的形成方法，它们可分别用如下各式计算Rwi＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Lti＝Lwi-1，(i＝1、2、3、4、……、n)Rti＝Lwi-1+2＝Lwi+1，(i＝1、2、3、4、……、n)Hi＝Rti则该由N段所组成的横向变截面正交立体机织结构所需的总综片数(或总纹针数)为Ht＝H1+H2+H3+……+Hn。
4.根据权利要求1所述的用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，其特征在于横向变截面准正交立体机织结构的形成方法，它们可分别用如下各式计算Rwi＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Lti＝2×Lwi，(i＝1、2、3、4、……、n)Rti＝Lti+2，(i＝1、2、3、4、……、n)Hi＝Rti则由N段所组成的横向变截面准正交立体机织结构所需的总综片数(或总纹针数)为Ht＝H1+H2+H3+……+Hn。
全文摘要
本发明涉及一种用于复合材料的变截面三维立体织物的织造方法，1)在平面状正交三维立体结构的基础上，通过改变垂纱的运动规律，即可形成纵向变截面正交立体结构，垂纱每次改变交织规律时所包含的经纬纱层数会有所不同，呈平直分布的经纱在不同的部位因截面形状的变化不被织入织物之内而是以长浮线的形式浮在织物之外，但垂纱始终处在交织状态，将不同层数的经纬纱相互连接成整体。2)横向变截面立体机织结构的形成方法，如果横向变截面立体机织结构是由n个区段所组成，各个区段的纬纱层数分别为Lwi，则可推算出各区段的纬纱循环数Rwi、经纱层数Lti、经纱循环数Rti、最少综片数Hi。本发明有益的效果织造方法实用性强，使用操作方便。
文档编号D03D25/00GK1540052SQ200310103929
公开日2004年10月27日 申请日期2003年11月1日 优先权日2003年11月1日
发明者祝成炎 申请人:浙江工程学院