專利名稱：蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建及織造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及三維立體機(jī)織物及其織造方法，尤其是指一種結(jié)建橫截面為蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建及織造方法。
背景技術(shù)：
目前，常見的蜂窩狀空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一般采用金屬、塑料等非紡織品作為蜂窩芯，將這類蜂窩芯材料與織物增強(qiáng)復(fù)合材料等面板相粘合而形成空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。這類復(fù)合材料在受到?jīng)_擊時，面板與夾芯層之間容易脫開、層裂而破壞。此外也有以平紋組織為基礎(chǔ)形成的多層空芯織物作為芯部形成空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，因結(jié)構(gòu)中是由單層平紋組織結(jié)構(gòu)所組成，故其各層的增強(qiáng)性能受到影響，且這類結(jié)構(gòu)在制成復(fù)合材料時往往還需要面板層織物結(jié)構(gòu)粘合，這種結(jié)構(gòu)在受沖擊時機(jī)織物結(jié)構(gòu)芯部與面板層間易脫離、導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的抗分層破壞能力較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種具有良好性能及操作簡便的織造方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，以一個六邊形與一個梯形垂向接結(jié)而成的蜂窩型結(jié)構(gòu)為一個經(jīng)向截面結(jié)構(gòu)循環(huán)，各個循環(huán)結(jié)構(gòu)之間依靠斜邊共享相互接結(jié)在一起，其特征是整個蜂窩型三維立體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)中各邊均由相交立體機(jī)織組織結(jié)構(gòu)所構(gòu)成；從垂向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一個六邊形和一個梯形上下接結(jié)而成，構(gòu)成一對蜂窩結(jié)構(gòu)；從經(jīng)向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一對對的蜂窩結(jié)構(gòu)通過各自的斜邊共享沿經(jīng)向延展而成；兩對蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)循環(huán)，一個結(jié)構(gòu)循環(huán)包括四個部分，分別是接結(jié)段A、面板B、斜邊C以及接結(jié)段D。
上述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，所述的接結(jié)段A是沿垂向銜接六邊形與梯形的邊；面板B是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的梯形底邊；斜邊C是六邊形或梯形的斜邊；接結(jié)段D是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的六邊形的底邊。
上述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，所述的斜邊C處匯合方式有大角度匯合、小角度匯合。
上述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，于所述的接結(jié)段D處接結(jié)方式有，雙垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、單垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、正交接結(jié)。
蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建的織造方法，其特征在于是按下述步驟進(jìn)行的(1)將蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的經(jīng)向截面圖設(shè)計(jì)取得，并取一個結(jié)構(gòu)循環(huán)進(jìn)行分區(qū)I、II、III、IV；(2)把I、II、III、IV四個區(qū)的經(jīng)紗走向確定，結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯紗的排列方式及引緯次序根據(jù)不同需求確定；(3)把上述I、II、III、IV四個區(qū)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為上機(jī)紋板圖；(4)織造完成即可。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中各邊的長度和厚度可根據(jù)需要而確定，由所用紗線細(xì)度及密度將厚度轉(zhuǎn)化成對應(yīng)部分的緯紗層數(shù)、將長度轉(zhuǎn)化成對應(yīng)部分的單層緯紗根數(shù)。為形成穩(wěn)定的所需結(jié)構(gòu)形狀，各部分的長度之間、厚度之間應(yīng)有一個協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)關(guān)系。
本發(fā)明的蜂窩狀結(jié)構(gòu)中六邊形及面板層各邊都采用正交立體機(jī)織結(jié)構(gòu)構(gòu)成，且結(jié)構(gòu)內(nèi)六邊形及面板層各邊的連接方式進(jìn)行了專門的構(gòu)建以滿足不同的應(yīng)用要求。
將構(gòu)建完成的結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)了緯線的引入次序，并根據(jù)這一專門的引緯次序轉(zhuǎn)化成上機(jī)織造所需的紋板圖，并在劍桿織機(jī)上成功織造。
蜂窩型三維立體整體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)，以一個六邊形與一個梯形垂向接結(jié)而成的蜂窩型結(jié)構(gòu)為一個經(jīng)向截面結(jié)構(gòu)循環(huán)，各個循環(huán)結(jié)構(gòu)之間依靠斜邊共享相互接結(jié)在一起，整體結(jié)構(gòu)在織機(jī)上能夠一次織造成型。
該結(jié)構(gòu)從垂向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)其垂向由一個六邊形和一個梯形上下接結(jié)而成，稱為一對蜂窩結(jié)構(gòu)；從經(jīng)向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一對對的蜂窩結(jié)構(gòu)通過各自的斜邊共享沿經(jīng)向延展而成。兩對蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)循環(huán)，一個結(jié)構(gòu)循環(huán)包括四個部分，分別是接結(jié)段A、面板B、斜邊C以及接結(jié)段D。接結(jié)段A是指沿垂向銜接六邊形與梯形的邊；面板B是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的梯形底邊；斜邊C泛指六邊形或梯形的斜邊；接結(jié)段D是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的六邊形的底邊。
三維立體整體機(jī)織物結(jié)構(gòu)中，緯紗與垂紗的接結(jié)方式有正交結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中采用正交接結(jié)組織的結(jié)構(gòu)單元具有較好的效果。
所構(gòu)建的三維立體整體機(jī)織物六邊形夾芯結(jié)構(gòu)由接結(jié)段A、面板B、斜邊C、接結(jié)段D四個部分組成，各個部分的長度、厚度以及相互之間的搭配都將影響最終形成的夾芯結(jié)構(gòu)的形狀。主要涉及的幾個結(jié)構(gòu)參數(shù)說明如下1)接結(jié)段A
接結(jié)段A的長度稱為接結(jié)長度用A段單層緯紗根數(shù)(root)RA來表示，接結(jié)段A的厚度稱為接結(jié)厚度，用該段緯紗層數(shù)(layer)LA來表示。
2)面板B面板B的長度、厚度分別用面板B處單層緯紗根數(shù)RB、緯紗層數(shù)LB來表示。面板B的長度及其與A、C長度搭配直接影響織物表面的松緊程度，本發(fā)明中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中面板厚度均為2層。
3)斜邊C斜邊C的長度、厚度分別用斜邊C處單層緯紗根數(shù)RC、緯紗層數(shù)LC來表示。本發(fā)明中設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中斜邊厚度均為2層。
兩個斜邊在接結(jié)處匯合并相互穿插接結(jié)成一個整體，斜邊C處匯合方式有大角度匯合；小角度匯合，在其他參數(shù)相同的前提下，采用小角度匯合方式時，夾芯結(jié)構(gòu)接結(jié)處較牢固，是因?yàn)槭艿诫p組垂紗的固定作用。
4)接結(jié)段D接結(jié)段D的長度、厚度分別用接結(jié)段D單層緯紗根數(shù)RD、緯紗層數(shù)LD來表示。本文設(shè)計(jì)的11種三維夾芯結(jié)構(gòu)其垂紗均與多層緯紗相互接結(jié)，接結(jié)方式也將影響到最終形成的夾芯結(jié)構(gòu)，D處接結(jié)方式可分為雙垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)；單垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)；正交接結(jié)。
5)蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物六邊形夾芯結(jié)構(gòu)與孔形幾何結(jié)構(gòu)、經(jīng)緯紗細(xì)度及經(jīng)緯紗緯密等因素有關(guān)，理論分析說明結(jié)構(gòu)參數(shù)與孔形效果的關(guān)系。
假設(shè)蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物緯密為ρ(根/cm)；A、B、C、D各邊邊長為lA、lB、lC、lD(cm)，并設(shè)lA＝lD；已設(shè)各邊單層緯紗根數(shù)為RA、RB、RC、RD(根)；各邊層數(shù)為LA、LB、LC、LD(層)；各邊單層緯密為ρA、ρB、ρC、ρD(根/cm)。如圖5所示的經(jīng)向結(jié)構(gòu)中，按照織造順序分成I、II、III、IV共四段，織造各段的總緯密分別為ρ1、ρ2、ρ3、ρ4根/cm)。
ρ1＝LDρD+LAρA+LBρB；ρ2=2LBρB+3LC·RClB-lA2=2LBρB+6LC·ρC·lClB-lA;]]>ρ3＝ρ1；
ρ4＝ρ2；織物的平均緯密取四段緯密的平均值即ρ=ρ1+ρ2+ρ3+ρ44=ρ1+ρ22=LAρA+3LBρB+LDρD2+3LC·ρC·lClB-lA]]>三維夾芯織物最終形成的孔形效果主要由邊長lA、lB、lC決定，由上式可以看出，邊長與織物的緯密ρ、各邊層數(shù)LA、LB、LC、LD及各邊緯密ρA、ρB、ρC、ρD形成相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。
有益效果本發(fā)明以三維正交立體組織結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)構(gòu)建蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物，使結(jié)構(gòu)中每一層至少由二層組成的三維正交立體結(jié)構(gòu)所組成，大大提高了其在復(fù)合材料中的增強(qiáng)性能。同時因增強(qiáng)結(jié)構(gòu)是一個整體，顯著提高了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料中抗沖擊分層破壞的能力。


圖1蜂窩狀三維整體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)示意2三維立體正交接結(jié)組織的結(jié)構(gòu)單元圖3結(jié)構(gòu)處匯合方式a大角度匯合、b小角度匯合圖4接結(jié)段D處接結(jié)方式a雙垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、b單垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、c正交接結(jié)圖5蜂窩狀三維立體整體空芯夾芯結(jié)構(gòu)經(jīng)向截面圖及其分區(qū)、經(jīng)紗走向圖6蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物紋板7蜂窩型三維立體整體空芯機(jī)織物實(shí)樣具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實(shí)施作具體說明按照織造順序，六邊形夾芯結(jié)構(gòu)可以分為四段織造，按圖5中I、II、III、IV的順序織造。同時對每一根經(jīng)紗和緯紗按在織機(jī)的排列或引緯次序進(jìn)行標(biāo)注，如圖5。
圖5為一個組織結(jié)構(gòu)循環(huán)的經(jīng)紗走向圖，圖中折線表示經(jīng)紗，圓圈表示緯紗。該三維立體整體空芯機(jī)織物組織的經(jīng)紗循環(huán)為15，緯紗循環(huán)為188，至少需要有15片綜框來織造。由上而下俯視該結(jié)構(gòu)，如圖中箭頭所示。經(jīng)紗位于緯紗上方時形成一個經(jīng)組織點(diǎn)，反之，經(jīng)紗位于緯紗下方時形成一個緯組織點(diǎn)。以此類推得到對應(yīng)的紋板圖如圖6所示，并以此上機(jī)可在劍桿織機(jī)上成功織造。
由于組織中各經(jīng)紗的織縮率不同，故在織造中經(jīng)紗需要分組控制其張力和送經(jīng)量。在實(shí)際控制需要根據(jù)具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行考慮。圖5所示的結(jié)構(gòu)在織造中可將經(jīng)紗分成二組，經(jīng)紗1、2、3和12、13、15為第一組，經(jīng)紗4、5、6、7、8、9、10、11、14為第二組，二組經(jīng)紗的送經(jīng)量和張力需根據(jù)實(shí)際織造情況進(jìn)行調(diào)整。
纖維原料可采用玻璃長絲纖維、碳纖維、芳綸纖維、滌綸纖維、錦綸纖維等，細(xì)度范圍為10tex-2000tex。
權(quán)利要求
1.蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，以一個六邊形與一個梯形垂向接結(jié)而成的蜂窩型結(jié)構(gòu)為一個經(jīng)向截面結(jié)構(gòu)循環(huán)，各個循環(huán)結(jié)構(gòu)之間依靠斜邊共享相互接結(jié)在一起，其特征是整個蜂窩型三維立體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)中各邊均由相交立體機(jī)織組織結(jié)構(gòu)所構(gòu)成；從垂向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一個六邊形和一個梯形上下接結(jié)而成，構(gòu)成一對蜂窩結(jié)構(gòu)；從經(jīng)向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一對對的蜂窩結(jié)構(gòu)通過各自的斜邊共享沿經(jīng)向延展而成；兩對蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個結(jié)構(gòu)循環(huán)，一個結(jié)構(gòu)循環(huán)包括四個部分，分別是接結(jié)段A、面板B、斜邊C以及接結(jié)段D。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，其特征在于所述的接結(jié)段A是沿垂向銜接六邊形與梯形的邊；面板B是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的梯形底邊；斜邊C是六邊形或梯形的斜邊；接結(jié)段D是呈現(xiàn)在結(jié)構(gòu)表面的六邊形的底邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，其特征在于所述的斜邊C處匯合方式有大角度匯合、小角度匯合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建，其特征在于所述的接結(jié)段D處接結(jié)方式有，雙垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、單垂紗準(zhǔn)正交接結(jié)、正交接結(jié)。
5.蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建的織造方法，其特征在于是按下述步驟進(jìn)行的(1)將蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的經(jīng)向截面圖設(shè)計(jì)取得，并取一個結(jié)構(gòu)循環(huán)進(jìn)行分區(qū)I、II、III、IV；(2)把I、II、III、IV四個區(qū)的經(jīng)紗走向確定，結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯紗的排列方式及引緯次序根據(jù)不同需求確定；(3)把上述I、II、III、IV四個區(qū)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為上機(jī)紋板圖；(4)織造完成即可。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種三維立體機(jī)織物及其織造方法，尤其是指一種結(jié)建橫截面為蜂窩狀三維立體整體空芯機(jī)織物的結(jié)構(gòu)構(gòu)建及織造方法。本發(fā)明中的機(jī)織物是由整個蜂窩型三維立體空芯機(jī)織物結(jié)構(gòu)中各邊均由相交立體機(jī)織組織結(jié)構(gòu)所構(gòu)成；從垂向截面來看，該三維機(jī)織物結(jié)構(gòu)由一個六邊形和一個梯形上下接結(jié)而成，構(gòu)成一對蜂窩結(jié)構(gòu)；它的織造方法是一體成型，將經(jīng)向截面圖設(shè)計(jì)取得，并取一個結(jié)構(gòu)循環(huán)進(jìn)行分區(qū)I、II、III、IV；然后把I、II、III、IV四個區(qū)的結(jié)構(gòu)中經(jīng)緯紗的排列方式及引緯次序確定；再編譯成上機(jī)紋板圖進(jìn)行織造。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是大大提高了其在復(fù)合材料中的增強(qiáng)性能。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種體育、航空等高品質(zhì)材料的場合。
文檔編號D03D47/00GK101058914SQ20071006859
公開日2007年10月24日 申請日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者祝成炎, 鄭智毓, 張紅霞, 徐國平 申請人:浙江理工大學(xué)