层间交织板材织物及其织造方法

层间交织板材织物及其织造方法
【专利摘要】本发明提供一种层间交织板材织物及其织造方法。该层间交织板材织物包括经纱系统和纬纱系统，经纱系统与纬纱系统交织成角联锁结构，纬纱系统包括相邻布置的第一纬层和第二纬层以及位于第一纬层和第二纬层之间的层间连结纬纱，第一纬层和第二纬层分别由经纱系统的经纱编织，层间连结纬纱由编织第一纬层的经纱和编织第二纬层的经纱共同编织从而将第一纬层和第二纬层连续在一起。此种层间交织板材织物的结构强度更好。
【专利说明】 层间交织板材织物及其织造方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及三维机织织物，具体而言，涉及一种层间交织板材织物及其织造方法。

【背景技术】
[0002]纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维，碳纤维，芳纶纤维等与基体材料按一定的角度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成，形成层状结构，因此也称层合或层压复合材料。由于纤维增强复合材料比强度高，比模量大，材料性能具有可设计性，抗腐蚀性和耐久性能好等特点，使得纤维增强复合材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。但是，层合复合材料层间剪切强度低，在层间应力作用下容易引起层间破坏，从而导致复合材料结构的破坏。


【发明内容】

[0003]本发明旨在提供一种层间交织板材织物及其织造方法，以解决现有技术中的纤维增强复合材料的层间剪切强度低的问题。
[0004]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种层间交织板材织物，该层间交织板材织物包括经纱系统和纬纱系统，经纱系统与纬纱系统交织成角联锁结构，纬纱系统包括相邻布置的第一纬层和第二纬层以及位于第一纬层和第二纬层之间的层间连结纬纱，第一纬层和第二纬层分别由经纱系统的经纱编织，层间连结纬纱由编织第一纬层的经纱和编织第二纬层的经纱共同编织从而将第一纬层和第二纬层连续在一起。
[0005]进一步地，纬纱系统包括两个表纬层和位于两个表纬层之间的中间部分，中间部分包括至少一个第一纬纱组和至少一个第二纬纱组，沿织物经纱方向第一纬纱组和第二纬纱组相间设置，沿织物厚度方向第一纬纱组的纬纱与第二纬纱组的纬纱交错布置，且第二纬纱组中的纬纱的数量大于第一纬纱组中的纬纱的数量，基于单个该第一纬纱组所包含的纬纱数量形成相应层数的中纬层，表纬层和中纬层中任意相邻的两个纬层中的一个为第一纬层，另一个为第二纬层，各第二纬纱组中的纬纱形成层间连结纬纱。
[0006]进一步地，表纬层和中纬层中任一纬层均由彼此交叉的第一经纱和第二经纱编织，且对应于任一纬层的该彼此交叉的第一经纱和第二经纱之间交替地形成对应于第一纬纱组的第一编织区和对应于第二纬纱组的第二编织区，相邻的两个纬层的两个相邻第二编织区之间形成重叠区，任一第二纬纱组中的任一纬纱被编织在重叠区内。
[0007]进一步地，表纬层的各纬纱沿经向处于同一水平面内，中间部分的中纬层的各纬纱沿经向处于不同水平面内。
[0008]根据本发明的另一方面，提供了一种层间交织板材织物的织造方法，层间交织板材织物的织造方法用于织造上述的层间交织板材织物，包括如下步骤:组织循环确定步骤，确定总经纱根数，并确定完整的组织循环，之后，对组织循环中的经纱和纬纱进行编号；绘制上机图步骤，根据层间交织板材织物的经向截面图绘制上机图；上机织造步骤，根据上机图上机织造。
[0009]进一步地，组织循环确定步骤中，确定总经纱根数中，根据公式I确定，
[0010]N = DXffXM公式 I
[0011]其中，N为总经纱根数，D为经纱密度，W为织物幅宽，M为织物层数。
[0012]进一步地，上机织造步骤中还包括:穿综步骤，将经纱穿过综框的综丝；开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M次梭口 ；引入纬纱步骤，在形成的M次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ；M次以后开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M+1次梭口 ；M次以后引入纬纱步骤，在形成的M+1次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ；重复步骤，重复引入纬纱步骤、M次以后开口运动步骤和M次以后引入纬纱步骤直至完成织物。
[0013]进一步地，在穿综步骤中，采用顺穿法，将经纱依次穿过各综框的综丝。
[0014]应用本发明的技术方案，层间交织板材织物包括经纱系统和纬纱系统，经纱系统与纬纱系统交织成角联锁结构，纬纱系统包括相邻布置的第一纬层和第二纬层以及位于第一纬层和第二纬层之间的层间连结纬纱，第一纬层和第二纬层分别由经纱系统的经纱编织，层间连结纬纱由编织第一纬层的经纱和编织第二纬层的经纱共同编织从而将第一纬层和第二纬层连续在一起。通过层间连结纬纱使得层间交织板材织物的各层间连结为一体，提高了层间交织板材织物承受剪切力的能力，使得结构强度更高。此种结构的层间交织板材织物具有良好的结构设计性、优越的机械性能，相较于编织物，其结构更加紧密，结构强度高，断开困难，同时价格低廉。在第一纬层和第二纬层之间设置层间连结纬纱的结构更容易打纬，且容易织紧，结构强度更好，使得织出的层间交织板材织物的紧密度大，整体性能好。

【专利附图】

【附图说明】
[0015]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0016]图1示出了本发明的实施例的层间交织板材织物的经向截面结构示意图；
[0017]图2示出了本发明的实施例的完整的组织循环的经纱和纬纱的标号示意图；以及
[0018]图3示出了本发明的实施例的四层织物的上机图。
[0019]附图标记说明:10、表纬层；20、中间部分；21、第一纬纱组；22、第二纬纱组；231、第一经纱；232、第二经纱。

【具体实施方式】
[0020]下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0021 ] 如图1至3所示，根据本发明的实施例，层间交织板材织物包括经纱系统和纬纱系统，经纱系统与纬纱系统交织成角联锁结构，纬纱系统包括相邻布置的第一纬层和第二纬层以及位于第一纬层和第二纬层之间的层间连结纬纱，第一纬层和第二纬层分别由经纱系统的经纱编织，层间连结纬纱由编织第一纬层的经纱和编织第二纬层的经纱共同编织从而将第一纬层和第二纬层连续在一起。通过层间连结纬纱使得层间交织板材织物的各层间连结为一体，提高了层间交织板材织物承受剪切力的能力，使得结构强度更高。
[0022]此种结构的层间交织板材织物具有良好的结构设计性、优越的机械性能，相较于编织物，其结构更加紧密，结构强度高，断开困难，同时价格低廉。在第一纬层和第二纬层之间设置层间连结纬纱的结构更容易打纬，且容易织紧，结构强度更好，使得织出的层间交织板材织物的紧密度大，整体性能好。
[0023]在本领域中，角联锁结构是指经纱以一定的倾斜角在长度方向与多纬纱编织。
[0024]在本实施例中，纬纱系统包括两个表纬层10和位于两个表纬层10之间的中间部分20，中间部分20包括至少一个第一纬纱组21和至少一个第二纬纱组22，沿织物经纱方向第一纬纱组21和第二纬纱组22相间设置，沿织物厚度方向第一纬纱组21的纬纱与第二纬纱组22的纬纱交错布置，且第二纬纱组22中的纬纱的数量大于第一纬纱组21中的纬纱的数量，基于单个该第一纬纱组21所包含的纬纱数量形成相应层数的中纬层，表纬层10和中纬层中任意相邻的两个纬层中的一个为第一纬层，另一个为第二纬层，各第二纬纱组22中的纬纱形成层间连结纬纱。在本实施例中，表纬层10的各纬纱在同一水平面内，以保证织物表面平滑。
[0025]表纬层10的各纬纱沿经向处于同一水平面内，中间部分20的中纬层的各纬纱沿经向处于不同水平面内。
[0026]在本实施例中，中间部分20包括多个第一纬纱组21和多个第二纬纱组22，沿经向相邻两个第二纬纱组22之间设置有一个第一纬纱组21。这样便于保证相邻两个纬纱不在同一水平面上，且在织造过程中，此种结构更容易加工，更易于在普通织机上生产，使织造工艺更加简单，成本更低，也更适于工业化生产。
[0027]更优选地，在保证层间交织板材织物的结构强度的需求的情况下进一步降低生产成本，简化生产工艺，第二纬纱组22的层数比第一纬纱组21的层数多一层。
[0028]表纬层和中纬层中任一纬层均由彼此交叉的第一经纱231和第二经纱232编织，且对应于任一纬层的该彼此交叉的第一经纱231和第二经纱232之间交替地形成对应于第一纬纱组21的第一编织区和对应于第二纬纱组22的第二编织区，相邻的两个纬层的两个相邻第二编织区之间形成重叠区，任一第二纬纱组22中的任一纬纱被编织在重叠区内。
[0029]此种结构的经纱与纬纱形成的角联锁结构较传统的角联锁结构织造过程更简单，效率更高，同时能够保证织造出的层间交织板材织物的结构强度高，抗二次冲击性好。
[0030]根据本发明的另一方面，提供一种层间交织板材织物的织造方法，该层间交织板材织物的织造方法用于织造上述的层间交织板材织物，该层间交织板材织物的织造方法包括如下步骤:
[0031]如图2所示，在组织循环确定步骤，确定总经纱根数，并确定完整的组织循环，之后，对组织循环中的经纱和纬纱进行编号；通过织物需求能够确定织物需要的总经纱根数，进而根据织物的结构可以确定织物的完整的组织循环，确定完整的组织循环后就可以对组织循环中的经纱和纬纱进行编号，以便能够绘制上机图。
[0032]在组织循环确定步骤中，确定总经纱根数中，根据公式I确定，
[0033]N = DXffXM公式 I
[0034]其中，N为总经纱根数，D为经纱密度，W为织物幅宽，M为织物层数。这些参数均可根据需求选定。
[0035]如图3所示，在绘制上机图步骤，根据层间交织板材织物的经向截面图绘制上机图；依据层间交织板材织物的径向截面图和编号后的组织循环图即可绘制上机图，以便在织物机上织物。
[0036]上机织造步骤，根据上机图上机织造，根据上步绘制的上机图即可上机织造。
[0037]上机织造步骤中还包括:
[0038]穿综步骤，将经纱穿过综框的综丝，其中穿综步骤中的穿综方法可以根据需要具体选定，在本实施例中，穿综步骤中，采用顺穿法，将经纱依次穿过各综框的综丝。顺穿法操作简单，便于记忆。
[0039]开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M次梭Π ；
[0040]引入纬纱步骤，在形成的M次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ；
[0041]M次以后开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M+1次梭口 ；
[0042]M次以后引入纬纱步骤，在形成的M+1次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ；
[0043]重复步骤，重复引入纬纱步骤、M次以后开口运动步骤和M次以后引入纬纱步骤直至完成织物。
[0044]通过上述方法能够在普通的二维织机上实现织造三维机织物，大大减少了织造成本，同时实现了工业化生产。
[0045]纺织结构复合材料是利用纺织技术(包括三维机织、三维编织、三维针织)将纤维束织造成所需结构的形状，以形成预成型结构件，然后以预成型件作为增强骨架进行浸胶固化而形成的复合材料。在这类结构中，纤维束在空间相互交错、交织形成一个整体结构，从而在厚度方向引入增强纤维，提高了复合材料的层间剪切强度和损伤容限，因此它不会分层。这类结构的另一优点是可以加工各种不同形状的预成型结构件，在浸溃前最终产品已经预成型，因而避免了由切割加工引起的性能下降，减少复合材料加工过程中的材料消耗，零件加工和连接等。由于纺织结构复合材料优异的力学性能，其被广泛应用于航空航天、交通运输、建筑、体育用品及医疗等领域。
[0046]三维机织复合材料在三维纺织结构复合材料中占有相当的比重，具有良好的结构设计性、优越的机械性能、比编织物结构紧密、结构断开困难、价格低廉的优点。本实施例中加工的层间交织板材织物的性能更优，更适于工业化生产。
[0047]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:该层间交织板材织物的内部经向相邻两根纬纱不在同一水平面上，一根第一纬纱在相邻两根第二纬纱之间，这种结构的织物易于打纬，容易织紧，织物紧密度大，整体性能提高，抗二次冲击性能好，且易于在普通织机上生产，织造工艺简单，成本低，适于工业化实施。该种织物适合制作复合材料预制板及型材增强织物，可广泛应用于航空、航天、能源、交通、体育等领域。
[0048]该种织物内部经向相邻两根纬纱不在同一水平面上，一根第一纬纱在相邻两根第二纬纱之间，这种结构的织物易于打纬，容易织紧，织物紧密度大，整体性能提高，抗二次冲击性能好；
[0049]此结构的织物可以在普通织机上实现，织造工艺简单，成本低，适于工业化实施；
[0050]该种织物适合制作复合材料预制板及型材增强织物，应用范围广，可应用在航空、航天、能源、交通、体育等领域；
[0051]用该种结构织造的高性能纤维增强复合材料比强度高，比模量高；传统材料的构件是经过对材料的再加工完成的,而本发明中的纤维增强复合材料是一次成型,故其整体性好，从而缩短加工周期，降低成本，提高了构件的可靠性。
[0052]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种层间交织板材织物，其特征在于，包括经纱系统和纬纱系统，所述经纱系统与所述纬纱系统交织成角联锁结构，所述纬纱系统包括相邻布置的第一纬层和第二纬层以及位于所述第一纬层和第二纬层之间的层间连结纬纱，所述第一纬层和所述第二纬层分别由所述经纱系统的经纱编织，所述层间连结纬纱由编织所述第一纬层的经纱和编织所述第二纬层的经纱共同编织从而将所述第一纬层和第二纬层连续在一起。
2.根据权利要求1所述的层间交织板材织物，其特征在于，所述纬纱系统包括两个表纬层(10)和位于两个所述表纬层(10)之间的中间部分(20)，所述中间部分(20)包括至少一个第一纬纱组(21)和至少一个第二纬纱组(22)，沿织物经纱方向所述第一纬纱组(21)和所述第二纬纱组(22)相间设置，沿织物厚度方向所述第一纬纱组(21)的纬纱与所述第二纬纱组(22)的纬纱交错布置，且所述第二纬纱组(22)中的纬纱的数量大于所述第一纬纱组(21)中的纬纱的数量，基于单个该第一纬纱组(21)所包含的纬纱数量形成相应层数的中纬层，所述表纬层(10)和所述中纬层中任意相邻的两个纬层中的一个为所述第一纬层，另一个为所述第二纬层，各所述第二纬纱组(22)中的纬纱形成所述层间连结纬纱。
3.根据权利要求2所述的层间交织板材织物，其特征在于，所述表纬层和所述中纬层中任一纬层均由彼此交叉的第一经纱(231)和第二经纱(232)编织，且对应于任一纬层的该彼此交叉的第一经纱(231)和第二经纱(232)之间交替地形成对应于所述第一纬纱组(21)的第一编织区和对应于所述第二纬纱组(22)的第二编织区，相邻的两个纬层的两个相邻所述第二编织区之间形成重叠区，任一所述第二纬纱组(22)中的任一纬纱被编织在所述重叠区内。
4.根据权利要求2所述的层间交织板材织物，其特征在于，所述表纬层(10)的各纬纱沿经向处于同一水平面内，所述中间部分(20)的中纬层的各纬纱沿经向处于不同水平面内。
5.一种层间交织板材织物的织造方法，其特征在于，层间交织板材织物的织造方法用于织造权利要求1至4中任一项所述的层间交织板材织物，包括如下步骤: 组织循环确定步骤，确定总经纱根数，并确定完整的组织循环，之后，对所述组织循环中的经纱和纬纱进行编号； 绘制上机图步骤，根据所述层间交织板材织物的经向截面图绘制上机图； 上机织造步骤，根据上机图上机织造。
6.根据权利要求5所述的层间交织板材织物的织造方法，其特征在于，所述组织循环确定步骤中，确定总经纱根数中，根据公式I确定， N = DXffXM公式 I 其中，N为总经纱根数，D为经纱密度，W为织物幅宽，M为织物层数。
7.根据权利要求5所述的层间交织板材织物的织造方法，其特征在于，所述上机织造步骤中还包括: 穿综步骤，将经纱穿过综框的综丝； 开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M次梭口； 引入纬纱步骤，在形成的M次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ； M次以后开口运动步骤，通过提综装置控制前后综框上下运动，依次带动经纱实现M+1次梭口 ； M次以后引入纬纱步骤，在形成的M+1次梭口中，通过引纬装置依次引入纬纱，打纬机构向织口平移，将纬纱打入织口 ； 重复步骤，重复所述引入纬纱步骤、所述M次以后开口运动步骤和所述M次以后引入纬纱步骤直至完成织物。
8.根据权利要求7所述的层间交织板材织物的织造方法，其特征在于，在所述穿综步骤中，采用顺穿法，将经纱依次穿过各综框的综丝。
【文档编号】D03D25/00GK104233584SQ201410490331
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】李姗姗, 杨桂 申请人:中国纺织科学研究院