三维中空织物增强复合板的制作方法

专利名称：三维中空织物增强复合板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合外墙板，尤其涉及一种无机纤维三维中空织物复合板增强复合外墙板，属于新型建材领域。
背景技术：
复合材料三维编织结构技术是20世纪80年代发展起来的一种新型先进复合材料，是下一代低成本、轻质、高损伤容限和长寿命材料。这项技术首先是基于国家安全战略的考量，被运用于航天航空、尖端武器之上，直到现在，异性三维织物依然是研究热点和世界各国优先发展和竞争激烈的关键技术。然后，渐次运用于飞机、船舶、轨道交通、风电、化工和体育竞技等领域。80年代，南玻院等承担了防热材料和透波材料等关键部件用立体织物配套研制任 务。天津工业大学、东华大学开始三维机织设计原理的研究，并研制了无梭无边纱三维立体织造设备，实现了三维机织物的织造，研究重点转向军事尖端用途的异性织物，并获得成功，因此我国是世界上第二个掌握该项技术的国家。一般的三维中空织物复合板都是由三维间隔织物(三维立体织物)经浸胶固化制成，浸胶和固化可以对纤维材料产生纤维增强作用，浸胶、固化后纤维的力学性能远大于浸胶、固化前。早期的三维间隔织物基本上是在双针床拉舍尔机上生产的，由于脆性较大的无机纤维材料不宜进行编织，因此当时的间隔织物是全部以有机纤维纱线作为材料进行编织的。在编织成型的间隔织物内可以看到有机纤维纱线相互串套形成线圈。虽然推出这种纯粹由有机纤维作纱编织出的间隔织物一定程度的解决了当时的实际需要。但是，有机纤维的纤维增强作用不大，因此这种纯由有机纤维纱线制得的三维中空织物复合板在抗压性能方面还是不够理想。因此随后，市场上有人提出利用高性能纤维对上述的三维中空织物复合板进行改造，增加整个三维中空织物复合板的抗压性，所谓的高性能纤维是指玻纤、碳纤维、高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维等纤维增强作用大的纤维，这类纤维本身脆性也较大同样不适于弯曲编织。公开号为CN 101519827A的中国专利公开了 “一种三维增强编间隔织物的制作方法，在经过改造的带有全幅衬纬装置的双针床拉舍尔经编机上生产。该方法采用的原料主体为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高模量聚乙烯等高能纤维丝束，X轴方向通过机前和机后加装的两个衬纬装置在整个机器幅宽上引入高性能纤维衬纬纱；γ向通过导纱梳引入高性能纤维衬经纱；用普通或高强合成纤维长丝纱以编链或经平组织对衬经、衬纬纱进行绑缚固定；上下表层连接纱同样采用高性能纤维，保证两个表层之间保持5-6cm间距……”。该方法通过在有机纤维间隔织物的面层的X和Y轴、背层的X和Y轴以及面层与背层之间的Z轴方向上均引入高性能纤维，同时用成圈性能好的有机纤维以“编链”或“经平”的组织形式在面层和背层上对这些高性能纤维的交点进行“绑缚”固定，其重点是通过有机纤维捆绑难以成圈的高性能纤维，并减少高性能纤维之间的摩擦损伤，使高性能纤维在浸胶固化后发挥纤维增强作用，最终获得具有较佳抗压性的三维中空织物复合板。该方法将高性能纤维具有高纤维增强作用的特点和普通有机纤维具有柔性可成圈特点进行结合，使最终获得的三维中空织物复合板的抗压性相比之前的复合板得到增强。然而，虽然上述这些高性能纤维具有极高的纤维增强作用，但其本身在浸胶固化前的硬挺度并不好。特别是当织物在完成浸胶之后“上下表层”的自重会明显增加，其中面层增加的自重直接施加给“连接纱”导致“连接纱”呈“S”形趴伏地连接在上下表层之间。随着进一步对三维织物进行的固化工序，连接纱的这种“S”形趴伏状态被永久保存下来。随着对纤维的“加捻工艺”进一步发展和成熟，经“加捻”的玄武岩纤维可以满足纺织的要求。市场上也出现了整体全部使用无机纤维进行编织和固化的复合板，这种复合板在力学性能上要比上述的由有机纤维和无机纤维混合制成的三维中空织物复合板更好。如授权公告号为CN2923306Y的发明专利披露了 “一种增强复合板，具有立体织物芯，立体织物芯具有2-6个由无机非金属材料制成的经线和纬线编织而成的织物绵长，织物面层之间由连接经线间隔在上下对应的位置之间呈8字形站立连接，织物面层和连接经线的外 部均包覆有树脂层。该增强复合板的立体织物芯由玻璃纤维、碳纤维或者玄武岩纤维制成网络型结构并经树脂复合后而成，当纤维吸收树脂固化后，可加强张力并保持坚挺。该增强复合板虽然在强度上有进一步的提高，但其连接经线仍在面层的压力呈“S”形趴伏地连接在上下表层之间，即“织物面层之间由连接经线间隔在上下对应的位置之间呈8字形站立连接”。因为连接经线不够绷直而导致了该复合板不能将无机纤维的抗压性发挥到最大。综合上述现有技术可知，现有三维中空织物复合板的连接经线在树脂固化前后的均无法形成真正的挺直，即都是呈弯曲的趴伏状态，只能通过树脂固化后让趴伏状态连接经线变硬后来提高强度。

发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种在树脂固化前后均具有绷直状态的连接经线的三维中空织物复合板。本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是一种三维中空织物增强复合板，包括包覆有树脂层的三维立体织物，三维立体织物包括由无机纤维经纬线机织成的面层和背层，面层与背层之间连接有由无机纤维经线编织的第一连接经线；面层与背层之间还连接有由高强纤维制成的与第一连接经线并列紧靠编织的第二连接经线，第二连接经线的长度大于等于第一连接经线的长度。其中，第二连接经线用于对第一连接经线产生绷直的作用。本发明的申请人经过大量实验后发现连接经线呈“I”字形绷直状的三维中空织物复合板的抗压远好于连接纱呈“S，，形趴伏的三维中空织物复合板；即无机织物的纱线匀直与否，关乎无机纤维潜在性能的充分发挥程度。基于此，本发明的申请人结合多年的实验和研究，得出上述技术方案。该技术方案的有益效果可以总结如下
I、本发明创造性的在织物的面层和背层之间设置与第一连接经线并列紧靠的且具有高初始刚度的高强纤维第二连接经线，当在织物编织成型之后，高强纤维第二连接经线因为其具有较高的初始刚度而站立在面层和背层之间。即使在浸胶后，面层因浸胶所增加的自重全部施加在该高强纤维上也不会使其产生倒伏，又因为高强纤维第二连接经线的长度大于等于第一连接经线的长度，所以面层的绝大部分自重由高强纤维第二连接经线所承担而不会施加到第一连接经线上。与高强纤维第二连接经线紧靠设置的第一连接经线在该高强纤维第二连接经线绷直作用下保持紧绷直到整个三维立体织物的固化完成，因此连接经线在树脂固化前后均具有绷直状态。本发明充分将高强纤维的高初始刚度低纤维增强作用特点和无机纤维的低初始刚度高纤维增强作用进行巧妙的结合，获得了一种具有绷直连接经线的新型三维中空织物复合板。设置高强纤维第二连接经线可以起到(I)能够在三维立体织物在生产之初，使与高强纤维共同设置的无机纤维处于竖直状态，因而无机纤维可以在直立状态下进行浸胶；(2)有效应对面层在浸胶之后自重会增大的情况，设置高强纤维后，由高强纤维抵抗来自面层的压力，给无机纤维营造了一个能够竖直固化的条件。2、相对于本发明，背景技术中公开号为CN 101519827A的中国专利仅是在由有机纤维制成的三维立体织物的三维方向绑缚高性能纤维的方法来提高复合板材的抗压性。其出发点是想利用高性能纤维具有的高纤维增强作用来提高整个复合板最终的抗压性，其手法也还是仅仅停留在对材料进行替换的层面。而且，在面层和背层之间也仅存在高性能纤维连接纱而不存在其他的材料的连接纱。虽然高性能纤维具有极高的纤维增强特点，但高性能纤维在浸胶固化前硬挺度并不好。特别是当上述织物在完成浸胶之后“上下表层”的 自重会明显增加，其中面层增加的自重直接施加给“连接纱”，导致“连接纱”会呈“S”形肌伏地连接在上下表层之间，降低了复合板最终的抗压性。在公开号为CN 101519827A的中国专利所公开的技术方案中也没有提及任何能使“连接纱”变得挺立的技术手段，而且根据其公开的技术方案表述在“上下表层”之间也不存在主要起辅助绷直作用的纤维。3、同样，相对本发明的另一项授权公告号为CN2923306Y的发明专利也没有公开任何能使“上下表层”之间的连接经线变得绷直的技术方案。4、而本发明通过设置高强纤维第二连接经线的的方法获得了具有紧绷连接经线的三维中空织物复合板，紧绷固化的连接经线抗压性能远远大于呈“8”字形或“S”字形的连接经线。因此在保证抗压性能不变的前提下，可以大大减少纤维的用量，降低了成本，减轻了重量、提升了施工安全度，值得一提的是本发明仅通过与无机纤维连接经线并列设置高强纤维连接经线，就解决了人们长久以来一直想要解决而难以解决的如何使连接经线不发生弯曲的技术问题。上述技术方案的完善和改进有
为了加大本发明中三维中空织物复合板的整体性和抗分层性，第一、第二连接经线的两端分别编织在面层、背层中。为了能够进一步便于施工时对增强复合板的安装，在所述背层的外表面设有由第一连接经线在背层外表面上起圈形成的毛圈。为了加强毛圈结构和本三维中空织物复合板之间的抗分层能力，所述毛圈和三维立体织物是通过织机一体织造成的，在起圈时，所述第一连接经线位于背层表面的部分在织机的推动下弯曲成圈。为了加强本发明的保温性和隔音性，在面层与背层之间填充有轻质无机保温材料。为保证本发明中三维中空织物复合板的抗压性，第一连接经线和第二连接经线分别至少为两根。进一步完善是该复合板采用的无机纤维是玄武岩纤维。
进一步完善是该复合板采用的高强纤维是高强涤纶长纤维。进一步完善是该复合板采用的高强纤维是不锈钢纤维。



下面结合附图对本发明的三维中空织物增强复合板作进一步说明。图I是本发明实施例一的三维中空织物增强复合板结构示意图。图2是本发明实施例二的三维中空织物增强复合板的微观结构示意图。图3是本发明实施例二的三维中空织物增强复合板的整体结构示意图。图4是本发明实施例三的三维中空织物增强复合板的结构示意图。图5是本发明实施例三的三维中空织物增强复合板的安装方式示意图。
具体实施例方式实施例一
本实施例的三维中空织物复合板由裁成一定大小的具有中空结构的三维立体织物浸在树脂中，然后再取出经过固化制成的。三维立体织物在浸胶及固化后其表面包覆有一层树脂层。如图I所示，三维立体织物主要由未经固化的玄武岩纤维经纬线编织成的面层I、玄武岩纤维第一连接经线2、高强涤纶长纤维第二连接经线3和由玄武岩纤维经纬线编织成的背层4构成。本实施例的三维立体织物是通过剑杆织机一次编织出来的。编织时，由玄武岩纤维纱线为主要编织材料，在玄武岩纤维纱线中还混合有高强涤纶长纤维纱线。编织时在面层1，连续排列的数根经线和单独的另一根经线与面层织物纬线形成交编；在织物的背层4，连续排列的经线和单独的另一根经线与背层织物纬线形成交编；在织物的面层I和背层4之间，由玄武岩纤维第一连接经线2和高强涤纶长纤维第二连接经线3共同形成对面层I纬线和背层4纬线的连接，玄武岩纤维第一连接经线2和高强涤纶长纤维第二连接经线3以混编的方式被并列紧靠地编织在一起，玄武岩纤维第一连接经线2、高强涤纶长纤维第二连接经线3的两端分别编织在面层I、背层4中，如此形成具有中空结构的三维立体织物。第一、第二连接经线2、3的数目分别至少为2根且该高强涤纶长纤维第二连接经线3的长度不小于玄武岩纤维第一连接经线2的长度。这样，第二连接经线3就可以在第一连接经线2的两端产生拉直的作用。在纺织成型后，因为高强涤纶长纤维因自身存在较强的初始刚性，即直立于面层I和背层4之间，又因为连接经线内玄武岩纤维第一连接经线2和高强涤纶长纤维第二连接经线3是紧密依附并列设置的，并且玄武岩纤维第一连接经线2长度不大于高强涤纶长纤维第二连接经线3。所以，高强涤纶长纤维第二连接经线3对玄武岩纤维第一连接经线2有一个绷直作用，于是连接在面层I和背层4之间的玄武岩纤维第一连接经线2呈绷直状。为了获得三维中空织物复合板要对三维立体织物进行浸胶、固化，浸胶后的三维立体织物面层I的自重压力由高强涤纶长纤维第二连接经线3承受而并不压迫到玄武岩纤维第一连接经线2，与高强涤纶长纤维第二连接经线3紧密依附的玄武岩纤维第一连接经线I在紧绷的直立的状态下完成固化，固化后的三维立体织物表面包覆有一层树脂层，这样便制成了具有绷直玄武岩纤维连接经线的三维中空织物复合板。
玄武岩纤维的抗压性在浸胶、固化的作用下提升巨大，因此最终由玄武岩纤维第一连接经线2替代高强涤纶长纤维第二连接经线3来抵抗更大的外界压力，而且具有绷直状玄武岩纤维连接经线的三维中空织物复合板在压力抵抗性能方面远远超出那些玄武岩纤维连接经线处于弯曲状态的三维中空织物复合板。为了保温和隔音，向本发明中的三维中空织物复合板的面层I和背层4之间的中空部填充轻质无机保温材料，该轻质无机保温材料固化后和连接经线相互加强，与本发明的复合板形成了整体预制件。轻质无机保温材料可以根据用途选用发泡水泥轻质保温材料、玻化微珠聚合保温材料、膨胀珍珠岩聚合保温材料或无机相变保温材料等。实施例二
如图3和图4所示，为了使本发明的三维中空织物复合板能方便和牢固的通过粘贴剂粘贴。在实施例一的基础上进行的改进是，三维中空复合板起有由第一连接经线2在背层4外表面上起圈形成的毛圈8，毛圈组织8在浸胶、固化后也自然挺立，这样该板可以通过水 泥砂浆等粘结剂方便和牢固的粘结在建筑物的外部。发明人通过在剑杆织机上增加打纬筘动起圈机构。剑杆织机上的中间纱轴不仅仅提供面层I、背层4之间的玄武岩纤维第一连接经线2，同时也提供用于起圈的经线。在编织时，剑杆织机一体化地织造了三维立体织物和在该三维立体织物背层4上的毛圈组织8，该毛圈组织8与三维立体织物是一体化的，该织物具有强大的抗分层作用。背层设有与面层纬纱9相同的纬纱，上述织物的起圈过程是在连续打数根背层纬纱以后，钢筘位置落在织口后面，然后，再增加钢筘的打纬动程，使织口与打纬点重合。此时，织机上的钢筘将这根重合的背层纬纱打向织口，从而将张力较小的第一连接经线推起，形成连续排列的一组毛圈8。在编织后，将背层4上设有毛圈组织8的三维立体织物进行浸胶、固化，最终所获得的三维中空织物复合板的背层4外表面设有毛圈组织8。实施例三
如图5所示，本实施例在实施例一的基础上对本发明还可以进行的改进的是在该三维中空织物复合板的背层上设有背砂层5。设置背砂层5的目的是为了便于将本发明中的三维中空织物复合板通过水泥砂浆7安装到墙体6上，且不易脱落。背砂层5的喷涂是通过手动喷枪或往复式喷房自动固化生产线，将混有丙烯酸、石英砂、增塑剂、增稠剂及其他助剂的聚合物砂浆，喷在板材背面，并在固化表面时进行辊压，形成槽沟状，以便于提高粘接的紧密性。经过发明人反复使用，在浸胶时选用的树脂可以是环氧树脂、不饱和聚酯树脂或酚醛树脂。对于上述实施例所描述的技术方案，显然可以想到的一种变换是用玻璃纤维或碳纤维等具有高纤维增强作用的纤维来代替玄武岩纤维；用高强尼龙长纤维、高强丙纶长纤维或高强腈纶长纤维等其他具有高初始强度的纤维来代替高强涤纶长纤维；甚至还可以用一些金属高强纤维来代替高强涤纶长纤维，金属纤维可以包括不锈钢纤维、铜纤维、铁铬铝纤维、钢纤维或铝纤维等。本发明的不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
权利要求
1.一种三维中空织物增强复合板，包括包覆有树脂层的三维立体织物，所述三维立体织物包括由无机纤维经纬线编织成的面层和背层，所述面层与背层之间连接有由无机纤维经线编织的第一连接经线；其特征在于所述面层与背层之间还连接有用于将第一连接经线绷直的第二连接经线，所述第二连接经线由高强纤维制成且与第一连接经线并列紧靠编织，所述第二连接经线的长度大于等于第一连接经线的长度。
2.根据权利要求I所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述背层的外表面设有由第一连接经线在背层外表面上起圈形成的毛圈。
3.根据权利要求2所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述毛圈是由所述第一连接经线位于所述背层外表面的部分在织机的推动下弯曲而成。
4.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于在面层与背层 间填充有轻质无机保温材料。
5.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述第一连接经线、第二连接经线的两端分别编织在所述面层、背层中。
6.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述第一连接经线和第二连接经线分别至少为两根。
7.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述无机纤维是玄武岩纤维。
8.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述高强纤维是高强涤纶长纤维。
9.根据权利要求1、2或3所述三维中空织物增强复合板，其特征在于所述高强纤维是不锈钢纤维。
全文摘要
本发明涉及一种三维中空织物增强复合板，包括包覆有树脂层的三维立体织物，三维立体织物包括由无机纤维经纬线机织成的面层和背层，面层与背层之间连接有由无机纤维经线编织的第一连接经线；面层与背层之间还连接有由高强纤维制成的与第一连接经线并列紧靠编织的第二连接经线，第二连接经线的长度大于等于第一连接经线的长度，第二连接经线用于对第一连接经线产生绷直的作用。本发明中的三维中空织物增强复合板具有绷直的连接经线，因此抗压能力大大增强。
文档编号E04C2/296GK102852273SQ20121034055
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月14日 优先权日2012年9月14日
发明者林通泉 申请人:江苏鑫石器玄武岩纤维有限公司