一种含斜向纱线的角联锁织物及其织造方法与流程

本发明涉及立体织物制备领域，具体为一种含斜向纱线的角联锁织物及其织造方法。

背景技术：

角联锁织物，也称2.5d织物或层联织物，具有结构紧密、整体性能好、力学性能优良等特点，已成功应用于航空、航天等高技术领域，具有很好的发展前景。

期刊文献《复合材料用3d角联锁结构预制体的结构设计及新型织造技术》(杨彩云、李嘉禄，东华大学学报，2005，31(5)：53-58)描述了角联锁织物由2～4个纱线系统组成，即经纱(或接结经纱)系统、纬纱系统、衬经纱系统和衬纬纱系统，前两个纱线系统是构成角联锁结构必不可少的，而后两个纱线系统是可以选择的。角联锁织物中的纬纱系统和衬纬纱系统沿织物的宽度方向(纬向)伸直分布、经纱系统沿织物的长度方向(经向)排列且沿厚度方向(法向)弯曲、衬经纱系统沿织物的长度方向(经向)伸直分布。上述的4个纱线系统分别沿着相互垂直的织物长度方向和织物宽度方向分布，导致了角联锁织物平面内的抗剪切性能较差，较大程度限制了角联锁织物的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种含斜向纱线的角联锁织物及其织造方法。该织物包含了与织物长度方向的倾斜角为θ的±θ斜向纱线，且斜向纱线的倾斜角θ和斜向纱线层在织物厚度方向(法向)上的排列位置可调，提高了织物平面内的抗剪切性能，同时具有力学性能可设计的特点。该织物的织造方法是在现有的角联锁织物织造技术的基础上，通过斜向纱纱锭的运动将斜向纱线引入到织物中，形成包含斜向纱线的角联锁织物，工艺简单，操作性强。

本发明解决所述织物技术问题的技术方案是，提供一种含斜向纱线的角联锁织物，该织物包括经纱系统、纬纱系统、衬经纱系统，还包括与织物长度方向(经向)的倾斜角为θ的斜向纱线系统，+θ斜向纱系统和-θ斜向纱系统，沿织物长度方向(经向)排列的经纱在厚度方向(法向)上弯曲，将伸直的纬纱系统、衬经纱系统、+θ斜向纱线系统和-θ斜向纱线系统捆绑在一起，形成一个整体织物。

为了保证织物平面内的抗剪切性能，上述织物至少包含一组斜向纱线，+θ斜向纱线和-θ斜向纱线。

为了且斜向纱线与织物长度方向(经向)的斜向角θ为20°～70°，角度可调。当倾斜角θ为±45°时可以获得面内抗剪切性能最好的织物。

上述织物中，+θ斜向纱线层和-θ斜向纱线层在织物厚度方向(法向)上的排列位置可调。

本发明解决上述含斜向纱线的角联锁织物织造方法技术问题的技术方案是，斜向纱的引入是通过斜向纱纱锭的运动完成的。

上述织造方法包括如下顺序相接的步骤：

(1)初始排纱：①经纱排列。经纱纱锭排列在经纱导条上，同一经纱导条上的经纱纱锭按照“空4排1”的规律循环排列，在经纱纱锭上排列m层n列的经纱。②衬经纱和斜向纱排列。衬经纱纱锭和斜向纱纱锭排列在衬纱导条上，同一衬纱导条上的纱锭按照“衬经纱-斜向纱-衬经纱-斜向纱-衬经纱”的规律循环排列；在衬经纱纱锭上排列m′层n-1列的衬经纱；在斜向纱纱锭位置排列m″层n-1列的斜向纱。③边纱排列。主体纱的左右两侧各有一个斜向纱边条，当斜向纱纱锭运动到边条位置时即为边纱纱锭；在向右运动的+θ斜向纱纱锭层的左边边纱纱锭上排列1根斜向纱；在向左运动的-θ斜向纱纱锭层的右边边纱纱锭上排列1根斜向纱。

(2)经纱开口运动。衬经纱导条固定不动，相邻的经纱导条上下相对运动6个纱锭位置，带动经纱形成m+1个经纱开口。

(3)斜向纱引入。斜向纱的引入是通过斜向纱纱锭的运动完成的。所述的斜向纱纱锭的运动是指：斜向纱纱锭以相邻的两层斜向纱为一组，即+θ斜向纱线和-θ斜向纱线，+θ斜向纱纱锭向右移动1个步距，-θ斜向纱纱锭向左移动1个步距，+θ斜向纱的边纱纱锭移动到-θ斜向纱纱锭层，-θ斜向纱的边纱纱锭移动到+θ斜向纱纱锭层。

(4)纬纱引入。在形成的m+1个经纱开口中，由纬纱装置依次在每个经纱开口中引入纬纱。在衬经纱、斜向纱的层间开口中，可以选择性引入纬纱。

(5)打紧纱线。压纱装置插入经纱的列间，向织口平移，把纬纱打入织口，撤走压纱装置。

(6)重复所述步骤(2)-(5)至织物的目标长度，即得含斜向纱线的角联锁织物。

上述步骤(1)中，经纱、衬经纱、斜向纱的层数和列数可根据所需织物的形状和尺寸来设计。

上述步骤(3)中，斜向纱的倾斜角θ是通过经纱密度和纬纱密度来控制的。

上述步骤(6)中，织物的目标长度根据用户的需求来设定。

本发明未特别说明的技术均为现有技术。

与现有技术相比，本发明在现有角联锁织物典型结构的基础上，在织物中引入了倾斜角θ可调的斜向纱线层，使织物具有了良好的面内抗剪切性能，同时具有力学性能可设计的特点。本发明织造方法是在现有的角联锁织物织造技术的基础上，增加了一套斜向纱纱锭运动系统，将斜向纱线沿着织物的厚度方向(法向)按照斜向纱纱锭的运动方式引入到经纱的层间，形成了包含斜向纱线的角联锁织物，工艺简单，操作性强。

附图说明

图1为现有技术的角联锁织物基本结构示意图。

图2为现有技术的含衬经纱线的角联锁织物结构示意图。

图3为本发明实施例1的含斜向纱线的角联锁织物结构示意图。

图4为本发明实施例2的含斜向纱线的角联锁织物结构示意图。

图5为现有技术的角联锁织物基本结构纱锭运动规律示意图。

图6为现有技术的含衬经纱线的角联锁织物结构纱锭运动规律示意图。

图7为本发明实施例1的含斜向纱线的角联锁织物结构纱锭运动规律示意图。

图8为本发明实施例2的含斜向纱线的角联锁织物结构纱锭运动规律示意图。

图中，1为经纱，2为纬纱，3为衬经纱，4为+θ斜向纱、5为-θ斜向纱线，i为第一次经纱开口开口，ii为第二次经纱开口运动。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步叙述本发明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

现有技术的角联锁织物包含经纱系统1和纬纱系统2，参见附图1，沿织物长度方向(经向)排列的经纱1在厚度方向(法向)上弯曲，将伸直的纬纱2捆绑在一起，形成一个整体织物。现有技术的角联锁织物织造方法，参加附图5，相邻的经纱列上下相对运动2个纱锭位置，带动经纱1形成5个经纱开口。依次在每个经纱开口中引入纬纱2。

现有技术的含衬经纱线的角联锁织物包含经纱系统1、纬纱系统2和衬经纱系统3，参见附图2，衬经纱3沿着织物的长度方法伸直分布，弯曲的经纱1将伸直的纬纱2和衬经纱3捆绑在一起，形成一个整体织物。现有技术的含衬经纱线的角联锁织物织造技术，参见附图6，衬经纱3排列在经纱1的列间，相邻的经纱列上下相对运动2个纱锭位置，带动经纱1形成5个经纱开口。依次在每个经纱开口中引入纬纱2。

本发明提供的含斜向纱线的角联锁织物包含经纱系统1、纬纱系统2和衬经纱系统3，还包括与织物长度方向(经向)的倾斜角为θ的斜向纱线系统，+θ斜向纱系统4和-θ斜向纱系统5，参见附图4，沿织物长度方向(经向)排列的经纱1在厚度方向(法向)上弯曲，将伸直的纬纱系统2、衬经纱系统3、+θ斜向纱线系统4和-θ斜向纱线系统5捆绑在一起，形成一个整体织物。本发明所述的含斜向纱线的角联锁织物织造方法，参见附图7，衬经纱3、+θ斜向纱线系统4和-θ斜向纱线系统5排列在经纱1的列间，相邻的经纱列上下相对运动6个纱锭位置，带动经纱1形成5个经纱开口。斜向纱的引入是通过斜向纱纱锭的运动完成的。在形成的5个经纱开口中，依次在每个经纱开口中引入纬纱2。

下面给出本发明的具体实施例。

实施例1

研制宽度为300mm，经纱层数为4层的平板织物。纬纱、衬经纱、斜向纱均为3k碳纤维4合股，经纱为3k碳纤维单股。衬经纱(用0表示)、+θ斜向纱(用+θ表示)和-θ斜向纱(用-θ表示)的在厚度方向上的排列方式为[0/+θ/0/-θ/0]4，下标4表示顺序排列的次数。经纱密度为4根/cm，纬纱密度为4根/cm。织物结构为含斜向纱线的角联锁织物，斜向纱纱锭每次移动1个步距。

织物工艺参数设计：

(1)经纱列数n＝织物宽度×经纱密度＝300/10×4＝120列；经纱层数m＝4层。

(2)衬经纱列数n′＝经纱列数n-1＝120-1＝119列，衬经纱层数m′＝经纱层数×3＝4×3＝12层。

(3)斜向纱列数n″＝经纱列数n-1＝120-1＝119列；斜向纱层数n″＝经纱层数×2＝4×2＝8层。

(4)斜向纱的倾斜角θ＝tan^-1(纬纱密度/经纱密度)＝tan^-1(4/4)＝45°。

具体实施步骤：

(1)初始排列：经纱排列为4层120列；衬经纱排列为12层119列；+θ斜向纱排列为4层119列，-θ斜向纱排列为4层119列；在+θ斜向纱和-θ斜向纱的相应的边纱位置各排列1个边纱。为说明简单，选取经纱1排列为4层8列；衬经纱3排列为12层7列；+θ斜向纱4排列为4层7列；-θ斜向纱排列为4层7列；在+θ斜向纱层和-θ斜向纱层相对应的边纱位置排列1个边纱。参见附图7。

(2)经纱开口运动。相邻的经纱导条上下相对运动6个纱锭位置，带动经纱1形成5个经纱开口。

(3)斜向纱引入。+θ斜向纱纱锭4向右移动1个步距，-θ斜向纱纱锭5向左移动1个步距，+θ斜向纱4的边纱纱锭移动到-θ斜向纱纱锭层，-θ斜向纱5的边纱纱锭移动到+θ斜向纱纱锭层。

(4)纬纱引入。在形成的5个经纱开口中，由纬纱装置依次在每个经纱开口中引入纬纱2。

(5)打紧纱线。压纱装置插入经纱1的列间，向织口平移，把纬纱2打入织口，撤走压纱装置。

(6)重复所述步骤(2)-(5)至织物的目标长度，即得含斜向纱线的角联锁织物(参见附图3)，织物中衬纱的排列方式为[0/+45/0/-45/0]，4组顺序循环排列。

实施例2

研制宽度为400mm的平板织物，经纱层数m＝4层的平板织物。纬纱、衬经纱、斜向纱均为12k碳纤维单股，经纱为3kt碳纤纬2合股。衬经纱(用0表示)、+θ斜向纱(用+θ表示)和-θ斜向纱(用-θ表示)的在厚度方向上的排列方式为[0/+θ/-θ/0]2s，下标2表示顺序排列次数，s表示上下对称排列。经纱密度为4根/cm，纬纱密度为2根/cm。织物结构为含斜向纱线的角联锁织物，斜向纱纱锭每次移动1个步距。

织物工艺参数设计：

(1)经纱列数n＝织物宽度×经纱密度＝400/10×4＝160列；经纱层数m＝4层。

(2)衬经纱列数n′＝经纱列数n-1＝160-1＝159列，衬经纱层数m′＝经纱层数×2＝4×2＝8层。

(3)斜向纱列数n″＝经纱列数n-1＝160-1＝159列；斜向纱层数n″＝经纱层数×2＝4×2＝8层。

(4)斜向纱的倾斜角θ＝tan^-1(纬纱密度/经纱密度)＝tan^-1(2/4)＝26.6°。

具体实施步骤：

(1)初始排列：经纱排列为4层160列；衬经纱排列为8层119列；+θ斜向纱排列为4层119列，-θ斜向纱排列为4层119列；在+θ斜向纱和-θ斜向纱的相应的边纱位置各排列1个边纱。为说明简单，选取经纱1排列为4层8列；衬经纱3排列为8层7列；+θ斜向纱4排列为4层7列；-θ斜向纱排列为4层7列；在+θ斜向纱层和-θ斜向纱层相对应的边纱位置排列1个边纱。参见附图8。

(2)经纱开口运动。相邻的经纱导条上下相对运动6个纱锭位置，带动经纱1形成5个经纱开口。

(3)斜向纱引入。+θ斜向纱纱锭4向右移动1个步距，-θ斜向纱纱锭5向左移动1个步距，+θ斜向纱4的边纱纱锭移动到-θ斜向纱纱锭层，-θ斜向纱5的边纱纱锭移动到+θ斜向纱纱锭层。

(4)纬纱引入。在形成的5个经纱开口中，由纬纱装置依次在每个经纱开口中引入纬纱2。

(5)打紧纱线。压纱装置插入经纱1的列间，向织口平移，把纬纱2打入织口，撤走压纱装置。

(6)重复所述步骤(2)-(5)至织物的目标长度，即得含斜向纱线的角联锁织物(参见附图4)，织物中衬纱的排列方式为[0/+26.6/-26.6/0]、[0/+26.6/-26.6/0]、[0/-26.6/+26.6/0]、[0/-26.6/+26.6/0]，上下对称排列。