可搭接三维多层-中空纤维增强织物的制作方法

本实用新型涉及一种织物结构，属于复合材料技术领域。

背景技术：

纤维织物增强复合材料，包括以树脂、陶瓷、混凝土为基体纤维织物增强复合材料，具有轻质、高强、综合性能优异的优点，近年来在建筑、水利、堤坝防护、交通运输等领域的应用越来越广泛。

目前的纤维织物增强复合材料的织物增强结构形多为二维织物、三维中空织物或经编三维间隔织物，单层的二维织物增强形式不能实现与基体材料的三维复合，存在二维的增强两相层间界面，而将多层二维织物叠层为三维再与基体复合的三维叠层二维织物增强又会产生层间剪切性能差，易分层的问题，且施工复杂。而目前的经编三维间隔织物采取“手拉手”圈圈相连的针织结构，织物中纱线彼此成圈套结形成三维织物，存在以下问题：

1、成圈组织中纱线屈曲较大，内部增强纤维弯曲很大，交织点多，不利于应力波在增强结构的传播，易导致应力集中，降低纤维的使用性能；

2、经编三维织物成圈后造成的延伸性，无法让纤维承担应力，发挥其本应具有的增强作用；

3、成圈套结的增韧作用也不能全部发挥织物的作用，当水泥基材料断裂后，经编织物的增韧作用滞后；

4、三维间隔经编织物纱线的成圈及屈曲不适于无机高性能纤维（玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、陶瓷纤维等）的应用，限制了TRC在更广泛的领域的应用和推广。

现有三维中空间隔织物，上下两层均为单层，在抗拉伸、抗弯曲、抗穿刺、抗磨损等性能上存在不足。

另外现有搭接方式方面，目前的三维纤维织物，如果采用叠层搭接，存在以下不足：在搭接处易产生叠层凸起或密度不均的问题，易产生应力集中及材料分布不均，导致材料搭接处易受力破坏，压平或锤平的方式也造成了人力、物力和工期的浪费，且易对造成材料破坏及不均。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种增强结构的整体性强、增强增韧、抗折抗裂、使用便捷、可在快速实现施工过程中进行高性能和低成本搭接的可搭接三维多层-中空纤维增强织物。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种可搭接三维多层-中空纤维增强织物，包括第一层、第二层和位于所述第一层和第二层之间的中间层；所述第一层由第一经纱和第一纬纱交织形成二维组织；所述第二层由第二经纱和第二纬纱交织形成三维多层组织；所述中间层由连接所述第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构；所述垂经线分别与所述第一纬纱和第二纬纱交织，用以将所述第一层、第二层和中间层织成三维整体结构；该织物的一侧边制为可与相邻织物搭接的U型搭接边部。

上述本实用新型公开的可搭接三维多层-中空纤维增强织物的技术方案的工作机理及有益效果陈述如下：

本实用新型的可搭接三维多层-中空纤维增强织物包括第一层、第二层和中间层，由垂经线将第一层、第二层和中间层织成三维整体结构，这是与三维立体经编间隔织物的组织结构完全不同，其空间结构存在X、Y、Z方向分布的三向纱，具有三维中空结构（中间层由分别连接第一层和第二层的垂经线形成三维中空结构）和三维多层组织结构二者所具有的优良性能。

同时，本实用新型的织物基本组织形态是“肩并肩”，纤维顺向根根并立，充分发挥纤维增强的作用，同时增韧效果更好，整体性强，受力时各经纬纱线受力协同效应强。

本发明的三维多层-中空纤维增强织物中的三维多层组织所具有的结构大大提升了抗拉伸、抗弯曲、抗冲击、抗穿刺和抗侵彻性能。

概括上述本实用新型的可搭接三维多层-中空纤维增强织物技术方案的有益效果是：

1）良好的抗冲击性能：三维多层组织中的第二纬纱呈直线状态，而第二经纱呈近似直线状的空间反射式分布，当受到冲击作用时，冲击作用点处的纱线可以通过垂经线迅速将冲击载荷及冲击能力传递到第二层的三维多层组织中，再沿直线型的第二经纱和第二纬纱以应力波的形式向更远的范围扩散与、传播，将点作用力迅速转化为面作用力和体作用力，因此具有良好的抗冲击性能。

2）良好的抗拉伸性能：第二层的三维多层组织中的第二经纱和第二纬纱沿材料长度及宽度方向均匀顺向伸展，并彼此交织连接，因此纤维的顺向性、整体性强，且在材料内部分布均匀，收拉伸载荷作用时，这种顺向排布连接的三维多层机织纱线共同承受拉伸作用力，且因机织纱比三维经编间隔织物纱弯曲变形小，不易因变形过大而率先产生与基体混凝土界面分离破坏，因此纤维织物与混凝土复合材料拉伸性能非常好。

3）良好的防穿刺性能：第二层的三维多层组织的第二经纱和第二纬纱的纱线彼此紧密交织形成整体，且在厚度方向成多层分布，在外力穿刺时，会受到第二层的三维多层组织中的经纬纱的层层阻隔，可有效避免外部环境尖锐物体如刀具、尖木、尖石等引起的穿刺损伤。

4）本实用新型的搭接平整，密度均匀，解决了普通叠层搭接的接头处凸起问题；本实用新型的包覆式搭接牢固，在同样搭接长度条件下，延长搭接路径，且搭接段上、下层分层搭接边部分形成了U型口包覆式搭接，防水、防渗性能非常好；与叠层搭接相比，本实用新型的搭接无需开挖沟槽，无需经锤平或压平施工过程，搭接施工和使用便捷，节省人力物力和工期。

本实用新型不仅解决了织物作为TRC的增强骨架的不足，弥补了传统结构材料的缺陷，同时也在已有国内外研究基础上进行推陈出新，性能更好，应用更广泛。

上述技术方案的改进是：所述U型搭接边部包括分别与第一层和第二层织成一体的两条边层以及连接两条边层的封边层。

上述技术方案的进一步改进是：所述二维组织是按照三原组织或其变化组织交织形成,所述三维多层组织是按照三维多层角联锁结构或三维多层正交结构交织形成。

上述技术方案的更进一步改进是：所述三原组织是平纹、斜纹或缎纹，所述变化组织是平纹、斜纹或缎纹的组合变化组织；所述三维多层角联锁结构包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁；所述三维多层组织的层数不少于两层。

上述技术方案的完善之一是：所述边层是由经纱和纬纱交织形成二维组织、三维多层组织、三维中空结构或三维多层-中空组合结构。

上述技术方案的完善之二是：该织物的U型搭接边部以外的其余侧边处均织造有封边。

上述技术方案的完善之三是：所述第一层制有多个长度和宽度均≥3mm的网格孔。

上述技术方案的完善之四是：所述垂经线是一种单丝长纤维纱线、一种单丝长纤维作为支撑纱和一种或多种较细的纤维组成的纱线、一种较细的纤维纱线、或多种较细的纤维组成的纱线。

本实用新型采用上述技术方案，垂经线所选择的纤维具有广泛适用性，可以采用各类有机纤维（如涤纶、丙纶、锦纶、腈纶、氨纶、尼龙、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、PBO、PI），也可以采用各类无机纤维（如玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、氧化铝纤维、硼纤维、高硅氧纤维、金属纤维等），也可以采用动植物纤维（如棉、麻、毛、丝等）。

上述技术方案的完善之五是：每根垂经线分别与至少三根第一纬纱和至少三根第二纬纱进行交织。

上述技术方案的完善之六是：所述垂经线以V形、X形、I形、S形或口形其中的一种或多种分别与第一层和第二层连接。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型实施例的可搭接三维多层-中空纤维增强织物的结构示意图。

图2是图1中去除U型搭接边部和封边的织物的结构示意图。

图3是图2的立体图。

图4是图1中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图一。

图5是图1中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图二。

图6是图1中垂经线分别与第一层和第二层连接形成的结构示意图三。

具体实施方式

实施例

本实施例的可搭接三维多层-中空纤维增强织物，如图1、图2和图3所示，包括第一层1、第二层2和位于第一层和第二层之间的中间层3。

第一层1由第一经纱1-1和第一纬纱1-2交织形成二维组织。二维组织是按照三原组织或其变化组织交织形成，等等。三原组织是平纹、斜纹或缎纹，变化组织是平纹、斜纹或缎纹的组合变化组织。

第二层2由第二经纱2-1和第二纬纱2-2交织形成三维多层组织。三维多层组织是按照三维多层角联锁结构或三维多层正交结构交织形成。三维多层角联锁结构包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁。

中间层3由连接第一层1和第二层2的垂经线4形成三维中空结构；垂经线4分别与第一纬纱1-2和第二纬纱2-2交织，用以将第一层1、第二层2和中间层3织成三维整体结构。

该织物的一侧边制为可与相邻织物搭接的U型搭接边部5。U型搭接边部5包括分别与第一层和第二层织成一体的两条边层5-1以及连接两条边层的封边层5-2。

本实施例的边层5-1是由经纱和纬纱交织形成二维组织、三维多层组织、三维中空结构或三维多层-中空组合结构。边层5-1的二维组织是按照三原组织或其组合变化交织形成，等等。三原组织是平纹、斜纹或缎纹，组合变化是平纹、斜纹或缎纹的组合变化。边层5-1的三维多层组织是按照角联锁结构或三维正交结构交织形成。角联锁包括多层贯穿角联锁、多层层间角联锁和带衬经衬纬的多层角联锁。三维多层组织的层数不少于两层。

本实施例的该织物的U型搭接边部以外的其余侧边处均织造有封边。

本实施例的第一层1制有多个长度和宽度均≥3mm的网格孔。该织物的厚度为5～40mm。

垂经线4可以是垂直的经线，也可以是其它角度倾斜的经线，如图4、图5和图6所示，垂经线4以V形、X形、I形、S形或口形其中的一种或多种分别与第一层1和第二层2连接。

本实施例的垂经线4是一种单丝长纤维纱线、一种单丝长纤维作为支撑纱和一种或多种较细的纤维组成的纱线、一种较细的纤维纱线、或多种较细的纤维组成的纱线。

较细的纤维纱采用玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维，等等。当采用超细纤维及无机纤维组成的垂经线4时，有以下优势：1）无机纤维与混凝土基体界面结合性比有机纤维更好，因此大大提升了织物增强混凝体的整体性能；2）超细纤维比表面积更大，与混凝土基体结合界面更大，因此结合更牢固，性能更好。

本实用新型所采用的经纱、纬纱和垂经线4的纤维种类为：各种动植物纤维如棉、麻、毛、丝等，各种合成纤维如：聚乙烯、涤纶、锦纶、腈纶、尼龙、维纶、丙纶、氨纶、氯纶等，各种无机纤维如：玻璃纤维、石英玻璃纤维、硼纤维、陶瓷纤维、金属纤维、玄武岩纤维、钢纤维等，各种高性能纤维如：碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、PBO、PI等的其中一种或多种混杂织造。

本实用新型的不局限于上述实施例，例如：每根垂经线4分别与至少三根第一纬纱和至少三根第二纬纱进行交织。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。