专利名称：一种曲形板状三维角联锁织物及其织造方法
技术领域：
本发明涉及一种板状三维角联锁织物及其织造方法，特别是一种曲形板状三维角 联锁织物及其织造方法。
背景技术：
三维角联锁织物(又名2. 5D织物)，具有独特的结构(参见图1)，用其增强的复 合材料制件具有高损伤容限、耐冲击、耐烧蚀、抗分层和抗疲劳等综合性能，因而使用三维 角联锁织物织造的仿形织物现已在航空航天等多个领域得到应用。板状三维角联锁织物复合材料制件是三维织物复合材料的一个种类，其编织结构 为三维角联锁织物的基本结构，仿照平面机织物的方式进行开口、引纬、打纬操作，织物外 形多为矩形体结构(参见图1、图2、图3)，其中图2为矩形织物，其中，区域1为所需的曲形 织物，区域2为沿所需曲形织物外轮廓需要裁切的部分，区域3为沿所需曲形织物内轮廓需 要裁切的部分；图3中显示的为封闭式环形织物的织造方式，其中，4为开口机构区域5为 该织造方式的织造区域；6为织造横边所需要增加的纱线。上述常规的板状三维角联锁织 物多适用于一些常规的板状材料，或作为一些立体仿形预制件的平板试验件使用；而采用 常规的板状织物的织造方法，均存在以下缺陷1)纱线浪费量大，表现在，A)裁切过程中将 会有大量已织造完成的织物被作为废品剔除；B)为织造织物改变方向后的边所上的纱线， 在织造完成后会有很长部分剩余无法参与下次织造，造成浪费；2)纤维连续性不好，会产 生大量不连续纤维，影响织物的材料性能；尤其在圆角部位，经纬纱交织部分过短，容易断 开。3)织造效率低，大量时间浪费集中在织造中途的上纱步骤；在一些较为复杂形状的曲 形板状材料，如S形、U形、不封闭环形等类型的材料中由于织造的局限性而不能使用，限制 了板状三维角联锁织物的发展。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种操作简单，无断 纱，织造效率高，可一次连续完成的曲形板状三维角联锁织物及其织造方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种曲形板状三维角联锁织物，其 特点为它由直段织物与曲段织物一次性连续织造而成；该曲形板状三维角联锁织物的经 纱在各个位置上均连续无断纱，所述曲段织物的弯曲处呈圆角，圆角弯曲处所用纱线的体 积含量与直段处所用纱线的体积含量相同。上述曲形板状三维角联锁织物为U形、S形和不封闭环形的三维角联锁织物。为了实现上述目的，本发明同时提供了一种上述曲形板状三维角联锁织物的织造 方法，它包括如下步骤1)织造一段平直织物；2)根据产品圆角尺寸计算圆角角度θ所需 的织造顺序，并对经纱进行分组；3)使用夹持工装，夹住步骤1)成型的平直织物直段，将其 平面转动一个角度α，按照步骤2)的织造顺序，用已分组的经纱进行织造；4)完成步骤3) 中角度α的织造，再通过该角度α的若干次叠加完成整个圆角角度θ的织造；5)在步骤
34)的基础上重复步骤1)和步骤3)，得到所述曲形板状三维角联锁织物。上述步骤3)所述的角度α的转动方向依据产品的形状要求可以是顺时针转动， 也可以是逆时针转动；该角度α为圆角角度θ与织物内半径需要织造的纬数的比值C^的 倍数，该倍数取值与织物幅宽呈正比，其中，为理论最小转动角；即通过该角度α的若 干次叠加完成整个圆角角度θ的织造；上述角度α —般确定在10-30度之间。在步骤1)中，平直织物的织造长度，以夹持工装可夹住为准；所用的夹持工装，可 选用矩形夹板或可拼接的栅栏式夹持工具中任一种。由于采用的上述技术方案，本发明的有益效果如下1)本发明采用的编织方法与 现有技术相比，能够大量缩短织造时间，提高织造效率，经试验，织造时间可节省1/3，由于 经线与纬线的交织主要依靠一可平面转动的夹板或夹持工具作为夹持工装进行，改变了现 有技术中纱线浪费大的缺陷，节约了纱线使用量。2)该曲形三维角联锁织物的织造方法可 一次连续织造，能够保持织物周长方向经纱的连续性从而提高曲形复合材料长度方向的拉 伸性能；同时，在织物的弯曲处、特别是与直段连接的圆角部位经纱连续性好，与直段连接 过渡正常，织造效率高。3)本发明的技术方案适应性强，现有的织机经简单改造都可使用， 实现曲形板状织物的连续织造；并具有操作简单、方便实际应用等特点。4)本发明所用的 织造方法，使用辅助工装，改变原本直线织造织物的织造路线，织造出S型、U型或不封闭环 型织物；不仅如此，该织造方法还可实现任何直段与圆角的结合或圆角与圆角结合的织物， 其适用性广，易于实施。
图1为现有技术中三维角联锁织物的结构示意2为现有技术中矩形板状织物的外形示意3为现有技术中利用专用开口设备织造环形框类织物的示意4为本发明曲形板状S形织物外形5为本发明曲形板状U形织物外形6为本发明曲形板状不封闭环形织物外形7为本发明平直织物的织造夹持工装位置8为本发明曲段织物弯曲部位的夹持工装转角位置示意9为本发明织造顺序示意图
具体实施例方式本发明的曲形板状三维角联锁织物，为一次性连续织造的整体结构，该织物的经 纱在各个位置上连续无断纱，织物外形呈圆角，圆角弯曲处所用纱线的体积含量与直段处 所用纱线的体积含量相同。如图7、图8、图9曲形板状三维角联锁织物的织造方法具体包括如下步骤1)织造一段平直织物；织造长度，以夹持工装7可夹住为准；2)根据产品圆角尺寸计算圆角所需的织造顺序，并对经纱进行分组；为保证所织 的织物内半径R2与外半径R1的纬纱密度一致，通过下列公式①②对所述织物的内弧长和外 弧长的长度进行计算；再通过公式③由外弧长与内弧之比得到织造分组参考值a ；
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L1 = 2队· θ /360 ①L2 = 2R2 · θ /360 ②a = L1A2③其中，L1为外弧长；L2为内弧长；θ为织物圆角的角度；a为确定织物圆角部分的 织造分组参考值；当纬密设计为W时，通过公式④计算外弧长所织造纬数Z1 ；通过公式⑤计算内弧 长所织造纬数Z2 通过公式⑥外弧长织造纬数Z1与织造分组参考值a的比值得到需要织造 的纬数比值b;Z1 = L1W ④Z2 = L2W ⑤b = Z/a ⑥该所织织物的经纱按照该分组参考值a沿幅宽方向均勻进行分组，当织物幅宽远 大于外弧长L1时，以取a的倍数沿其幅宽方向均勻进行分组，同时用外弧长织造纬数Z2与 a的纬数比值b验证a分组是否合理；当纬数比值b为整数时，可确定a分组值合理，否则， 需对a的分组用增加倍数的方式进行调整，以满足纬数比值b为整数；3)利用一可平面转动的矩形夹板作为夹持工装7，夹持住步骤1)织造的平直织 物，再将该夹持工装7平面转动一个的角度α，该角度α的转动方向通常按照产品预设的 规格，根据曲形板状三维角联锁织物圆角的方向或顺时针，或逆时针转动，该角度α为圆 角角度θ与织物内弧长需要织造的纬数乙的比值％的倍数，Citl为理论最小转动角，可通 过公式⑦⑧进行计算；Q0= θ /Z2⑦α = ηα 0(n ^ 1) ⑧本实例中曲形板状三维角联锁织物角度α转动以10-30度为宜；公式⑧中倍数η 取值随产品幅宽增加而增加；然后，按照步骤2)计算好的顺序，用已分组的经纱进行织造；4)步骤3)的织造顺序由所织织物的外弧至内弧的交织顺序进行，其中，按照分组 参考值a或a的倍数进行均勻分组的经纱；织造的具体顺序为由织物的外半径开始，先织 造第1组，再织造第1+2组、第1+2+3组……直至第1+2+…+a组，即顺次织造直至全幅宽经 纱，当取a的倍数时，相应需织造第1组，再织造第1+2组、第1+2+3组……直至第1+2+… +na组；完成一个角α的织造；再通过该角度α的若干次叠加完成整个圆角角度θ的织 造；5)在步骤4)的基础上重复步骤1)或步骤3)，得到预先设定的曲形板状三维角联 锁织物；依照产品设定，当圆角连接的是直段部分时，重复步骤1)；当圆角连接部分为另一 个圆角时，重复步骤3)；夹持工装随着圆角的织造向着织造的方向移动。依据以上步骤织造出的圆角角度θ，经纱连续，保证了曲形板状三维角联锁织物 的经纱在各个位置上均连续无断纱；上述交织过程中，纬纱无重叠、经纱相互交错，即如步骤4)中先织造第1组，则在 织造第1+2组时，需注意分组中第1组按照织造规律与第1组的提综相反形成开口，第2组 与织造第1组的前一纬的相应经纱提综相反形成开口，织造第1+2+3组等以此类推。6)织造过程中，分组织造的顺序可适当调整，当内、外半径相差较大，外半径织造纬数远大于内半径织造纬数时，可将步骤4)中的顺次织造第1组、第1+2组至全幅宽的 经纱；然后再次重复步骤4)的织造顺序调整为对称的顺序即织造第1组、第1+2组至第 1+2+…+a组，再以相反顺序织造，即织造第1+2+…+a组、第1+2+…+ (a_l)组、……第1+2 组、第1组，以保持纬密及外观基本一致为前提。上述步骤2)所用的夹持工装7，还可以采用可拼接的栅栏式夹持工具替代。如图9所示，为曲形板状三维角联锁织物的织造顺序示意图，即分组数取a时的分 组情况。a为分组参考值，当分组数取a时，a即为经纱可分组的最大数，图9中所标示1、 2、3、……a为所分组的序号，即1为第1组、2为第2组、3为第3组、a为第a组。以下通过几个具体实例对本发明的技术方案作进一步的详细说明实例1 如图4所示，采用本发明方法织造S形织物。设该S型织物幅宽要求为4cm，第一个直段织物长IOcm ；第一个圆角角度θ顺时 针180°，圆角内半径R2为4cm，外半径为8cm ；第二个直段织物长为8cm ；第二个圆角角度 θ逆时针180°，内半径R2为4cm，外半径R1为8cm ；第三个直段织物长为10cm。设经纱密 度120根/层/10cm，纬纱密度3根/层/10cm，织物层数为6层。则内弧长L2为12. 56cm, 外弧长L1为25. 12cm，织造内弧长织物单层纬纱数Z2为12. 56X3 = 37. 68纬，进位取整为 38纬；织造外弧长织物单层纬纱数Z1为25. 12X3 = 75. 24纬，进位取整为76纬。分组a 为76/38 = 2组，理论最小转动角c^的度数为180° /38 ^ 4.7°，进位取整为5°，为织 造方便，转动角α设定为2X5° =10°。根据经密及织物幅宽，计算单层总经纱根数为 120X4/10 = 48根，则分组每组单层经纱根数为24根。第二个圆角θ与第一个圆角θ的 分组及转动角度α —致，转动方向相反。织造时，先按照一般织造方法织造直段的平直织物(参见图7)，IOcm直段织造完 成时，使用夹板工装将直段夹持住，逆时针旋转角度α 10°，开始第一个圆角角度θ的织 造。此时，夹板左端为圆角外半径，夹板右端为圆角内半径。(参见图8)顺次织造已分组 的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转角度5°，再重复织造分组的经纱的第1组，第 1+2组，此时完成旋转角度α为10°。然后，移动夹持工装至织造的最后一纬，再逆时针旋 转角度α 10°，重复上述的织造步骤(参见图9)。重复18次后，完成圆角角度θ 180°的 织造。再继续织造织物的第二个直段8cm。直段织造完成后，将夹持工装移动到直段的末 端，顺时针旋转角度α 10°，开始第二个圆角角度θ的织造。此时，夹板右端为圆角外半 径，夹板左端为圆角内半径。顺次织造已分组的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转 角度。顺次织造已分组的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转角度5°，再重复织造分 组的经纱的第1组，第1+2组，此时完成旋转角度α 10°。然后，移动夹持工装至织造的最 后一纬，再逆时针旋转角度α 10°，重复上述的织造步骤(参见图9)。重复18次后，完成 第二个圆角角度θ 180°的织造。接着织造第三个直段10cm。至此，完成整个S形织物的 织造。实例2 如图5所示，采用本发明方法织造U形织物。设该织物直段长10cm，宽8cm，圆角角度θ为180°，圆角内半径R24cm，外半径 RiUcm。设经纱密度120根/层/10cm，纬纱密度3根/层/10cm，织物层数6层。则内弧长
6L2为12. 56cm，外弧长L1为37. 68cm，织造内弧长织物单层纬纱数Z2为12. 56X3 = 37. 68 纬，进位取整为38纬；织造外弧长织物单层纬纱数Z1为37. 68X3 = 75. 24纬，进位取整为 76纬。分组a为76/38 = 2组，理论最小转动角α ^的度数为180° /38 ^4.7°，进位取 整为5°，为织造方便，转动角α设定为6X5° =30°。根据经密及织物幅宽，计算单层总 经纱根数为120X8/10 = 96根，则分组每组单层经纱根数为48根。织造时，先按照一般织造方法织造直段(参见图7)，直段完成时，使用夹板工装将 直段夹持住，逆时针旋转角度α 30°，此时，夹板左端为圆角外半径，夹板右端为圆角内半 径。(参见图8)顺次织造已分组的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转角度5°，再 重复织造分组的经纱的第1组，第1+2组，直至完成旋转角度α 30°。然后，移动夹持工装 至织造的最后一纬，再逆时针旋转α 30°，重复上述的织造步骤(参见图9)。重复6次后， 完成圆角角度θ 180°的织造。再继续织造织物的直段，直到要求长度。实例3 如图6所示，采用本发明方法织造曲形板状不封闭环形织物。设该织物为一个不封闭的类正方形带圆角的环型织物，宽度4cm，圆角θ均为顺 时针角度90°，圆角内半径R24cm，外半径R1Scm ；第一个直段长12cm，第二个、第三个、第四 个直段均为20cm，第五个直段为12cm ；设经纱密度120根/层/10cm，纬纱密度3根/层 /10cm，织物层数6层。则内弧长L2为6. 28cm,外弧长L1为12. 56cm,织造内弧长织物单层 纬纱数Z2为6. 28 X 3 = 18. 84纬，进位取19纬；织造外弧长织物单层纬纱数Z1为12. 56 X 3 =37. 68纬，进位取整为38纬。分组a为38/19 = 2组，理论最小转动角α ^的度数为 90° /19 4. 7°，进位取整为5°，为织造方便，转动角α设定为3X5° =15°。根据经 密及织物幅宽，计算单层总经纱根数为120X4/10 = 48根，则分组每组单层经纱根数为24 根。织造时，先按照一般织造方法织造直段12cm(参见图7)，直段完成时，使用夹板工 装将直段夹持住，逆时针旋转15°，此时，夹板左端为圆角外半径，夹板右端为圆角内半径。 (参见图8)顺次织造已分组的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转角度。顺次织造 已分组的经纱的第1组，第1+2组，此时应完成旋转角度5°，再重复织造分组的经纱的第1 组，第1+2组，直至完成旋转角度α 15°。然后，移动夹持工装至织造的最后一纬，再逆时 针旋转角度α15°，重复上述的织造步骤(参见图9)。重复6次后，完成圆角Θ90°的织 造。再继续织造织物的第二个直段20cm，直段织造完成后，将夹持工装移动到直段的末端， 顺时针旋转角度α 15°，开始第二个圆角θ的织造，织造次序与第一个圆角相同。接着织 造第三个直段、第三个圆角角度θ，第四个直段，第四个圆角角度θ，最后织造第五个直段 12cm。至此，完成整个不封闭环形织物的织造。
权利要求
一种曲形板状三维角联锁织物，其特征在于它由直段织物与曲段织物一次性连续织造而成；该曲形板状三维角联锁织物的经纱在各个位置上均连续无断纱，所述曲段织物的弯曲处呈圆角，圆角弯曲处所用纱线的体积含量与直段处所用纱线的体积含量相同。
2.根据权利要求1所述的曲形板状三维角联锁织物，其特征在于所述曲形板状三维 角联锁织物为U形、S形与不封闭环形的三维角联锁织物。
3.—种权利要求2所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，它包括如下步骤1) 织造一段平直织物；2)根据产品圆角尺寸计算圆角角度θ所需的织造顺序，并对经纱进行 分组；3)使用夹持工装，夹住步骤1)成型的平直织物直段平面转动一个角度α，按照步骤2)的织造顺序，用已分组的经纱进行织造；4)完成步骤3中角度α的织造，再通过该角度 α的若干次叠加完成整个圆角角度θ的织造；5)在步骤4)的基础上重复步骤1)和步骤3)，得到所述曲形板状三维角联锁织物。
4.根据权利要求3所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，其特征在于步骤3) 所述角度α的转动方向为顺时针或逆时针中任一种。
5.根据权利要求4所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，其特征在于圆角角 度θ与织物内半径需要织造的纬数的比值为理论最小转动角do。
6.根据权利要求4所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，其特征在于所述角 度α为圆角角度θ与织物内半径需要织造的纬数比值C^的倍数；所述角度α值为10-30 度。
7.根据权利要求3 6任一项所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，其特征在 于步骤1)所述平直织物的织造长度，以夹持工装可夹住为准。
8.根据权利要求7所述的曲形板状三维角联锁织物的织造方法，其特征在于所述夹 持工装为矩形夹板或可拼接的栅栏式夹持工具中任一种。
全文摘要
本发明公开了一种曲形板状三维角联锁织物及其织造方法。它由直段织物与曲段织物一次性连续织造而成；该曲形板状三维角联锁织物的经纱在各个位置上均连续无断纱，所述曲段织物的弯曲处呈圆角，圆角弯曲处所用纱线的体积含量与直段处所用纱线的体积含量相同。织造步骤为先织造一段直段；根据产品圆角尺寸计算圆角的织造顺序，并对经纱分组；然后使用夹持工装，夹住已织好的织物直段平面转动一个角度α，按照分组的经纱进行织造形成一角度，再通过该角度的若干次叠加完成整个圆角的织造；最后通过多次重复前述步骤完成该曲形板状三维角联锁织物的织造。该方法操作简单，无断纱，织造时间可缩短1/3，织造效率高，其适用性广，易于实施。
文档编号D03D3/00GK101899739SQ20101021911
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者王永悍, 石广兴, 肖永栋, 邹财勇, 郭丹凤, 郭晓霞 申请人:北京玻钢院复合材料有限公司