专利名称：一种三维编织物的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三维编织物，尤其涉及对采用矩形编织和圆形编织方式加工 的三维编织物结构的改进。
背景技术：
目前，公知的用作复合材料增强体的三维编织物是由组成编织物的全部纱线或部 分纱线通过相互交绕纠缠而成的。但是，无论是通常的四步法编织法的还是二步法编织法 的，无论是矩形编织机制得的还是环形编织机制得的，也无论是纵横式编织机制得的还是 旋锭式编织机制得的，任意一根起交绕作用的编织纱线都是从三维编织物的一个侧面游走 到另一个侧面的，如此连续，才能形成传统的整体三维编织物。对编织物中的每一根具体的 交绕纱线而言，这根纱线游走轨迹呈贯穿于三维编织物的空间曲折形态；对众多纱线的集 合而言，由于各根纱线的在编织物中的轨迹各不相同，就形成了众多纱线相互之间交错的 纠缠体。上述的传统编织物结构上的特征导致在性能上存在着如下不足之处一是三维编 织物中的编织纱线的拉伸模量，尤其是诸如碳纤维芳纶等高性能纤维的拉伸模量难以得到 充分利用；二是三维编织物如果产生局部的破坏或损伤，将容易向更大范围扩散甚至造成 编织物的解体。
发明内容为了克服现有三维编织物因为编织纱线在编织物内从一个侧面到另一个侧面的 曲折游走而不能充分利用编织纱线的拉伸模量以及破坏损伤容易扩散的不足，本实用新型 提供了一种三维编织物，该三维编织物不仅能提高纱线拉伸模量的利用率，而且能有效地 限制编织物损伤的扩大和延展。为了实现本实用新型的目的，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 所有编织纱线在编织物中以一排一空的跳棋式行列方式分布排列，所述各编织纱线在所述 编织物的纵向上呈螺旋向行走，行走中与且只与其周围紧邻的编织纱线相交绕。所述各编织纱线的所述螺旋方向相同。所述跳棋式行列方式分布排列的行和列对纵横式矩形三维编织机编织出的编织 物而言，为横行和纵列。所述跳棋式行列方式分布排列的行和列对环形三维编织机编织出的编织物而言， 为环轨和射轨。所述一排一空的跳棋式行列方式分布为，在任意行或列中一排一空，并且在隔一 的行或列中编织纱线以对齐的方式分布排列，而在相邻的行或列中编织纱线则以交错的方 式分布排列。本实用新型在编织纱线的位置上，对矩形编织机形成的编织物而言，所有编织纱 线在编织物中以跳棋式的行列方式分布排列，即，隔一的横行或纵列中的编织纱线以对齐的方式分布排列，而相邻的横行或纵列中的编织纱线则以交错的方式分布排列；对环形编 织机形成的编织物而言，所有编织纱线在编织物中以跳棋方式在环轨和射轨中分布排列， 即，隔一的环轨或射轨中的编织纱线以对齐的方式分布排列，而相邻的环轨或射轨中的编 织纱线则以交错的方式分布排列。在编织纱线的形态及相互之间的组成关系上，编织物中 的每一根编织纱线，围绕自身的长直形态的位置中心线，与且只与其周围的紧邻的编织纱 线产生交绕。如此，所有编织纱线通过“紧邻交绕”的方式连接成一个整体结构的三维编织 物。因为每根编织纱线在编织物中只局限在以自身位置中心线为中心以紧邻纱线为边界的 较小范围内延伸排布，并且位置中心线为编织物长度方向上的长直形态；从编织物的截面 上看，相当于由若干纵向行走的编织纱线，横向“手拉手”地连接而构成编织物。克服了以 往各纱线需从一个侧面到另一个侧面的结构形式所存在的拉伸模量小、断丝损毁面积大等 弊端。这样，达到减少每根编织纱线弯曲程度和曲折分布范围，提高编织纱线拉伸模量利用 率以及限制编织物损伤扩大和延展的目的。本实用新型的有益效果是，可以在构成整体结构的三维编织物的同时，减少编织 纱线在编织物中的分布的曲折程度，提高编织纱线拉伸模量的利用率，增强编织物的抵抗 损伤能力。尤其是能减少每根编织纱线在编织物中的弯曲程度和曲折分布范围来提高编织 纱线拉伸模量利用率的三维编织物，该三维编织物用作复合材料增强体。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的三维编织物中的编织纱线的空间结构的理想形态图。图2、图3是本实用新型的原理叙述中的片状编织物的纱线相互间的连接状态及 结构图。图4是本实用新型实施例一的三维编织物的结构单元及其各编织纱线相互间的 连接状态。图5是本实用新型实施例一的结构单元的各编织纱线的运动轨迹及其相互间的 交绕状态。图6是本实用新型的实施例一的结构单元的各编织纱线在纵横式矩形编织机上 的排布和四步法实现过程。图7是本实用新型的实施例二的矩形三维编织物及其在纵横式矩形编织机上的 实现。图中1、2、3、4、5、6、7·编织纱线，Ζ、Zl、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7.编织纱线的位置中
心线，A、B、C、D.交绕区，Μ.结构单元中的编织纱线的运动范围。
具体实施方式
实施例一本实用新型的三维编织物的结构单元为便于叙述和理解本实施例的“紧邻交绕”编织物结构，首先借助于
图1、图2和图 3来由浅入深地叙述“紧邻交绕”结构及组成。在
图1中，表示了编织纱线的空间结构的理想形态。每根编织纱线在编织物中只 局限在以自身为中心以邻纱为边界的较小范围内排布。本实施例中，编织纱线呈螺旋线状态，有着自身的长直形态的位置中心线Z。在图2和图3中，表示了编织纱线相互间的连接状态及片状编织物结构，为容易理 解，以“紧邻交绕”平面编织物为例。图2表示了按编织轨迹所绘制的片状编织物，各编织纱 线1、2、3为螺旋线形态，并且各自有着长直形态的位置中心线Zl、Z2、Z3 ；图3表示了该编 织物受到拉伸时的实物形态，可看出，各编织纱线组成平面交绕形态的编织物。在图2、图3 的例中，片状编织物是由3根纱线在编织物中通过“紧邻交绕”的方式连接而成的；其中编 织纱线1与左侧的编织纱线2和右侧的编织纱线3分别以螺旋形的交绕方式相连成整片织 物。图4表示了按编织轨迹所绘制的本实施例的三维编织物的结构单元及其各纱线 相互间的连接状态。该图例中是由5根编织纱线通过“紧邻交绕”的方式连接成整体的三 维编织物的结构单元的。按编织轨迹来绘制，各编织纱线1、4、5、6、7为螺旋线形态，并且各 自有着长直形态的位置中心线Zl、Z4、Z5、Z6、Z7 ；其中编织纱线1分别以与左后侧的相邻 的编织纱线4、右后侧的相邻的编织纱线5以及右前侧的相邻的编织纱线6、左前侧的相邻 的编织纱线7以螺旋形的交绕方式相连成整体的结构单元。图5表示了图4实施例的结构单元的各编织纱线的运动轨迹及其相互间的交绕状 态，也可理解为是图4的俯视图。与图4中的相对应，编织纱线4、5、6、7各自运动轨迹如图 中虚线所示，紧邻但各不相交绕，各自按虚线箭线方向作同步回转运动；编织纱线1的运动 轨迹如图中的粗实线所示，也作与编织纱线4、5、6、7相同方向的回转运动，如实线箭线所 示，但其位于编织纱线4、5、6、7的运动轨迹的中间，分别与编织纱线4、5、6、7的运动轨迹产 生交绕，如图中交绕区A、B、C、D所示。这样就通过编织纱线1的交绕连接将原本相互间不 相连的编织纱线4、5、6、7 “桥连”成图4所示的整体三维编织物的结构单元。将图4、图5所示的结构单元循环延续，就构成本实用新型的整体三维编织物。因为本实施例中的结构单元中的各编织纱线1、4、5、6、7在编织物中只局限在以 自身位置中心线Zl、Z4、Z5、Z6、Z7为中心以紧邻纱线为边界的较小范围内延伸排布，并且 位置中心线Z1、Z4、Z5、Z6、Z7为三维编织物长度方向上的长直形态，这样，达到减少每根编 织纱线弯曲程度和曲折分布范围，提高编织纱线拉伸模量的利用率以及限制编织物损伤的 扩大和延展的目的。从图5中还可以看出本实施例的编织实现的条件为使编织纱线1与编织纱线4、 5、6、7分别产生交绕，不但回转运动方向和回转速度要与编织纱线4、5、6、7的一致，而且在 时间上必须与编织纱线4、5、6、7的错开180°，只有这样，才能分别在轨迹相交处，即在交 绕区A、B、C、D产生交绕。这也正是实现本实用新型的编织设备中的纱线运动机构的设计 原则。在图6中，表示了在通常的纵横式矩形编织机上实现本实用新型的编织结构单元 的各纱线的排布和四步法实现过程。在图6的(一)中表示了编织纱线的排布方式，无论 在纵列或横行，编织纱线均一排一空，且所有编织纱线成跳棋状交错排布状态。图6中的方 框M表示了对应于图4和图5的结构单元中的编织纱线1、4、5、6、7的运动范围。在图6的 (二)、(三)、(四)、(五)中，分别用箭线表示了纵横式矩形编织机的四步法编织中的每 步的纵列和横行的移动，即各编织纱线的运动，与传统的四步法编织的不同之处在于本实 用新型的每步移动的步长为2。例如图6的(二)中的箭线表示了从图6的(二)到(三)状态的过渡及形成，即四步法中的第一步；图6的(三)中的箭线表示了从图6的(三)到 (四)状态的过渡及形成，即四步法中的第二步；以此类推，最终就形成四步法编织的一次 完整的循环。如将编织纱线1在图6的(二)、(三)、(四)、(五)中的位置依次连成运 动轨迹，就形成如图5的结构单元中的编织纱线1的运动轨迹，如图5中的粗实线所示；图 5的结构单元中的编织纱线4、5、6、7的运动轨迹也是如此形成，如图5中的虚线所示。实施例二 矩形三维编织物以粗细为6k的碳纤维实现的纵横式矩形三维编织物。首先在编织机上排列纱线。如图7中的(一)所示，图7中的每个“ ”代表一根 编织纱线，对应于该例所要编织的矩形形态和尺寸，将纱线以跳棋方式在编织机上排布成 10横行X 18纵列，即每横行或每纵列均以一排一空的方式排列纱线，在隔一的横行或纵列 中编织纱线以对齐的方式分布排列，而在相邻的横行或纵列中编织纱线则以交错的方式分 布排列。然后进行矩形三维编织物的编织。以每步移动的步长为2的方式进行四步法编 织，四步一个编织循环的编织过程分别如图7中的(一)、(二)、(三)、(四)所示。在图 7的(一)、(二)、(三)、(四)中，分别用箭线表示了纵横式矩形编织机的四步法编织中 的每步的纵列和横行的移动，即各纱线的运动，隔一的横行或纵列总是以相同的方向和步 长移动。图7中的(一)表示为第一步，其中的箭线表示了从图7的(一)到(二)状态 的过渡及形成；图7中的(二)表示为第二步，其中的箭线表示了从图7的(二)到(三) 状态的过渡及形成；以此类推，完成一次四步法编织的循环；如此继续，进行连续编织来实 现矩形三维编织物。实施例三环状三维编织物以粗细为1200tex的无碱无捻直接粗纱玻璃纤维实现的环轨射轨式环形三维编 织物。首先在编织机上排列纱线。对应于该例所要编织的环形编织体的尺寸，将纱线以 跳棋方式在环形编织机上的每个环轨或每个射轨均以一排一空的方式排列纱线，在隔一的 环轨或射轨中编织纱线以对齐的方式分布排列，而在相邻的环轨或射轨中编织纱线则以交 错的方式分布排列。然后进行环形三维编织物的编织。除了每步移动的步长为2之外，和通常的环形 三维编织过程相同地进行四步法编织，如此循环继续，实现环形三维编织物。
权利要求一种三维编织物，其特征是所有编织纱线在编织物中以一排一空的跳棋式行列方式分布排列，所述各编织纱线在所述编织物的纵向上呈螺旋向行走，行走中与且只与其周围紧邻的编织纱线相交绕。
2.根据权利要求1所述的三维编织物，其特征是所述各编织纱线的所述螺旋方向相同。
3.根据权利要求1所述的三维编织物，其特征是所述跳棋式行列方式分布排列的行 和列对纵横式矩形三维编织机编织出的编织物而言，为横行和纵列。
4.根据权利要求1所述的三维编织物，其特征是所述跳棋式行列方式分布排列的行 和列对环形三维编织机编织出的编织物而言，为环轨和射轨。
5.根据权利要求1所述的三维编织物，其特征是所述一排一空的跳棋式行列方式分 布为，在任意行或列中一排一空，并且在隔一的行或列中编织纱线以对齐的方式分布排列， 而在相邻的行或列中编织纱线则以交错的方式分布排列。
专利摘要一种三维编织物。涉及对采用矩形编织和圆形编织方式加工的三维编织物结构的改进。所有编织纱线在编织物中以一排一空的跳棋式行列方式分布排列，所述各编织纱线在所述编织物的纵向上呈螺旋向行走，行走中与且只与其周围紧邻的编织纱线相交绕。本实用新型的有益效果是，可以在构成整体结构的三维编织物的同时，减少编织纱线在编织物中的分布的曲折程度，提高编织纱线拉伸模量的利用率，增强编织物的抵抗损伤能力。尤其是能减少每根编织纱线在编织物中的弯曲程度和曲折分布范围来提高编织纱线拉伸模量利用率的三维编织物，该三维编织物用作复合材料增强体。
文档编号D04C1/06GK201648695SQ20102002286
公开日2010年11月24日 申请日期2010年1月8日 优先权日2010年1月8日
发明者吉庆, 朱俊涛, 汪昭君, 蒋家松 申请人:江南大学