專利名稱：一種高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)織空芯增強(qiáng)體的形成方法，尤其是一種表面層為多層組織的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的形成方法。
背景技術(shù)：
空芯機(jī)織物是一種三維結(jié)構(gòu)的紡織品，通常用途是與樹脂復(fù)合后形成空芯結(jié)構(gòu)的板型復(fù)合材料，常用作輕質(zhì)承力結(jié)構(gòu)材料。它應(yīng)用于復(fù)合材料領(lǐng)域能夠一次完成與樹脂基體的復(fù)合成型，不但簡(jiǎn)化了復(fù)合材料的后加工工藝，降低了生產(chǎn)成本，而且這種結(jié)構(gòu)材料上下表面層之間是靠接結(jié)經(jīng)和樹脂共同聯(lián)接，具有一定的整體高度，因此可改善復(fù)合材料的層間抗剪切能力。由于用作增強(qiáng)體時(shí)具有較好的整體機(jī)械性能，這種織物已成為研究方向。目前，公知的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的形成方法是上下兩個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)緯紗各自交織形成織物的單層結(jié)構(gòu)形式的上下層，接結(jié)經(jīng)以一定的規(guī)律輪流出現(xiàn)在織物上下層，將織物上下層連接成整體空芯結(jié)構(gòu)。例如，在專利C擬8638 ( 一種玻璃纖維整體間隔機(jī)織物)中，提出了一種具有較大空芯高度和一定密度的玻璃鋼用空芯機(jī)織物，其特點(diǎn)是，在織物的中間有連接經(jīng)紗形成對(duì)左層織物和右層織物的“W”型的空芯連接。在專利CN1297073 (中空層連織物復(fù)合材料)中，提出了一種機(jī)織物為骨架的復(fù)合材料。該復(fù)合材料骨架由上層織物的經(jīng)、緯紗交織形成該織物的上層；下層織物經(jīng)、緯紗交織形成該織物的下層，然后有一組經(jīng)紗與所述上、下層織物中的緯紗交織，并將所述的上、下層織物連接為一個(gè)整體織物。上述兩專利有一共同的不足之處，即所形成的表面層都是單層織物組織，抗彎性能較差。因?yàn)樵趶澢鷳?yīng)力的作用下，應(yīng)力由材料的上、下表面到中性層逐漸減小，而材料的上表面和下表面承受了較大的應(yīng)力，這就限制了表面層為單層的織物的力學(xué)性能的提高，進(jìn)而使織物及其復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域的拓展受到影響。如何提高空芯機(jī)織物及其復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度就成為生產(chǎn)中面臨的研究課題。作為板材以及各種形態(tài)的梁，如工程結(jié)構(gòu)材料中得到大量使用層合板、空芯夾層板，又如矩形、T字型、工字型、Π字型(鐵路橋多用)和箱型截面梁等，對(duì)各機(jī)械強(qiáng)度，如拉伸強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等都有著較高的要求。由材料力學(xué)可知，一般地，材料的抗彎強(qiáng)度與其它的強(qiáng)度成正相關(guān)關(guān)系。于是，對(duì)材料的機(jī)械性能的提高的研究及討論可用抗彎強(qiáng)度為代表，這和許多構(gòu)件和產(chǎn)品，尤其是板材的使用狀態(tài)相符，它們?cè)谑褂弥型ǔＲ捕汲惺軓澢鷳?yīng)力的作用。如何不斷提高板狀材料或型材的機(jī)械性能，一直是材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和研究的追求，也出現(xiàn)了一些針對(duì)于此的技術(shù)方案。例如，在專利CN1038613(高抗彎強(qiáng)度輕體芯板制造方法)中，提出了一種可預(yù)先制成大幅面板材的制造方法，這種材料是在芯層的兩面分別鋪以涂膠的竹筋網(wǎng)等材料，再經(jīng)熱壓或冷壓工藝，這樣來(lái)提高抗彎強(qiáng)度的。
3
在專利CN1289285 (層合酚醛樹脂泡沫板及其制造方法)中，提供了一種縱向彎曲彈性模量和抗彎強(qiáng)度有所提高且撓曲性得到改進(jìn)的酚醛樹脂泡沫體層合板和它的適宜生產(chǎn)方法，該方法是將通過(guò)傳送機(jī)的條紋狀泡沫體在完全固化前沿前進(jìn)方向被拉伸4-12%來(lái)達(dá)到的，這種拉伸本身就提高了材料的力學(xué)性能。在專利CN1344602(竹(木)板材的抗彎結(jié)構(gòu))中，提供了一種竹(木)板材抗彎結(jié)構(gòu)，該方法是將通過(guò)在竹(木)板材抗彎結(jié)構(gòu)設(shè)置有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到的。從上述的專利和生產(chǎn)實(shí)際中，可以看出抗彎強(qiáng)度的提高不但與材料本身的性能有關(guān)，而且與截面或材料空間分布有關(guān)。在生產(chǎn)實(shí)際中，為提高空芯機(jī)織物的抗彎等機(jī)械強(qiáng)度，常用的改善方式為，在表面層都是單層織物組織的空芯機(jī)織物的上、下表面，在將織物與樹脂復(fù)合成型的加工過(guò)程中， 再疊合一層或更多層的普通結(jié)構(gòu)的織物，以加厚表層組織。但這種方式的不足之處是層合成的制品在后續(xù)加工或使用中容易產(chǎn)生撕裂分層現(xiàn)象，這就影響了最終材料的整體性能和使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的空芯機(jī)織物中上下表面層為單層組織，從而影響該類織物增強(qiáng)的復(fù)合材料的抗彎性能的不足，或者，為了克服現(xiàn)有的空芯機(jī)織材料中上下表面層為層合結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生撕裂分層破壞的不足，本發(fā)明提供一種表面層為多層組織的機(jī)織空芯整體結(jié)構(gòu)的形成方法。該方法所形成的織物上下表面層的厚度得到增加，從而提高了織物的力學(xué)性能，尤其是最終復(fù)合材料的力學(xué)性能。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在機(jī)織空芯增強(qiáng)體的織造過(guò)程中就增加織物上、下表層的組成層數(shù)。即，無(wú)論是對(duì)上表層或下表層而言，均是由兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)的經(jīng)緯紗交織形成數(shù)層互相平行的織物結(jié)構(gòu)，并且，在整個(gè)組織循環(huán)中，這種數(shù)層互相平行的織物結(jié)構(gòu)由一組或多組表層接結(jié)經(jīng)以較慢的送經(jīng)速度在上表層或下表層范圍進(jìn)行上下貫穿運(yùn)動(dòng)，目的將這數(shù)層織物緊密地連接成一個(gè)結(jié)構(gòu)上為接結(jié)多層組織的具有一定整體厚度的上表層或下表層；同時(shí)，對(duì)于位處上表層和下表層之間的芯部而言，由另一組或多組芯部接結(jié)經(jīng)以較快的送經(jīng)速度對(duì)上下兩表面層的內(nèi)層進(jìn)行連接，將上下兩個(gè)已成多層結(jié)構(gòu)的表面層連接成一個(gè)整體的間隔狀態(tài)的空芯結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案在材料力學(xué)理論上的根據(jù)是(以抗彎強(qiáng)度為性能指標(biāo)的代表來(lái)討論)合理設(shè)計(jì)及優(yōu)化材料的截面形狀來(lái)增大抗彎截面模量是
提高彎曲強(qiáng)度的重要措施。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)材料的截面上的最大正應(yīng)力，其中，Mmax
W
為最大彎矩，W稱為截面圖形的抗彎截面模量，W只與截面圖形的幾何性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于高為
bhV
h，寬為b的矩形截面，抗彎截面模量爐== bhV6，因此可知，當(dāng)材料所受最大彎矩Mmax
不變時(shí)，材料的高度h越大，抗彎截面模量就W越大，截面上所受最大正應(yīng)力σ max越小，也就提高了結(jié)構(gòu)材料的抗彎強(qiáng)度。由此也可以看出，在外邊緣達(dá)到許用應(yīng)力時(shí)，中性軸附近的應(yīng)力很小，為盡可能地避免材料的使用造成浪費(fèi)，材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能往“上、下”分布，以增大高h(yuǎn)。例如，對(duì)具有一定高度的矩形截面的板或梁來(lái)說(shuō)，理想的情況是，將面積之半分布于距中性軸為h/2處，在結(jié)構(gòu)上對(duì)中性軸距離越小處，耗用材料應(yīng)越少。整體空芯板正是符合該設(shè)計(jì)原則。而本發(fā)明的解決其技術(shù)問題所采用的增加織物上下表層的層數(shù)的技術(shù)方案也正是該設(shè)計(jì)原則的進(jìn)一步的運(yùn)用。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案在紡織技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)性是由上述的本發(fā)明的技術(shù)方案可知，要制成表面層為多層組織的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)的織物，織機(jī)必須具備兩個(gè)基本條件，一是具有多綜框的分層織造技術(shù)，另一是具有多軸或多速送經(jīng)技術(shù)，而現(xiàn)在的機(jī)織布機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)及功能上，存在著能夠完全滿足所需的這兩個(gè)基本條件的成熟技術(shù)。本發(fā)明的有益效果是，提供了一種表面層為多層組織的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)的形成方法，增加了織物表面層的厚度，改善了織物及其與其它材料復(fù)合后的最終制品的抗彎、抗沖擊等物理機(jī)械性能，拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域的范圍，尤其有助于其向產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域的發(fā)展。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明方法的實(shí)施例一的織物結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明方法的實(shí)施例一的織物結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。圖3是本發(fā)明方法的實(shí)施例一的各根經(jīng)紗運(yùn)動(dòng)軌跡圖。圖4是本發(fā)明方法的實(shí)施例一的織物在多臂布機(jī)上的織造工藝圖。圖5是本發(fā)明方法的實(shí)施例二的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的縱向截面圖。圖6是本發(fā)明方法的實(shí)施例三的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的縱向截面圖。圖中1、2、3、10、11、12為上表面層經(jīng)紗；4、5、6、13、14、15為下表面層經(jīng)紗；7,16為上表面層連接經(jīng)紗；8、17為下表面層連接經(jīng)紗；9、18為空芯間隔連接經(jīng)紗；A為上表層結(jié)構(gòu)；C為下表層結(jié)構(gòu)；B為芯部結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一圖1是本發(fā)明方法實(shí)施例一的織物結(jié)構(gòu)示意圖?？椢镌诮Y(jié)構(gòu)上由三部分組成，一是上表層結(jié)構(gòu)A，由三層組織緊密地連接而成；二是下表層結(jié)構(gòu)C，也由三層組織緊密地連接而成；三是芯部結(jié)構(gòu)B，由芯部接結(jié)經(jīng)以較快的送經(jīng)速度對(duì)上下兩表面層的內(nèi)層進(jìn)行空芯性連接形成，芯部接結(jié)經(jīng)為V型連接。圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例一的多根紗線組成織物結(jié)構(gòu)的縱向橫截面圖。整個(gè)織物在結(jié)構(gòu)上由18根紗線織成的三部分組成上表層結(jié)構(gòu)A、芯部結(jié)構(gòu)B和下表層結(jié)構(gòu)C。與圖1所示的相對(duì)應(yīng)，上表層結(jié)構(gòu)A在組成上是再由三層組織通過(guò)上表面層連接經(jīng)紗緊密地貼層連接而成的，下表層結(jié)構(gòu)C在組成上也是再由三層組織通過(guò)下表面層連接經(jīng)紗緊密地貼層連接而成，而芯部結(jié)構(gòu)B由芯部接結(jié)經(jīng)以較快的送經(jīng)速度對(duì)上下兩表面層的內(nèi)層進(jìn)行空芯性連接形成。圖3是本發(fā)明方法實(shí)施例一的經(jīng)紗運(yùn)動(dòng)軌跡圖，表示了各根經(jīng)紗對(duì)緯紗的圍繞或運(yùn)動(dòng)方式，這種圍繞方式就構(gòu)成了織物結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵趫D2中，織物的縱向橫截面圖是由多根紗線共同組成的，因?yàn)榧喚€間存在著重疊，不易進(jìn)行清楚的敘述，所以，以圖3來(lái)準(zhǔn)確清晰地表示。圖中，各根經(jīng)紗按布機(jī)上的穿綜順序排列。圖3不但表示了本發(fā)明方法實(shí)施例一的各根紗線組成整體織物結(jié)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)方式，而且，這種方式也正是針對(duì)本發(fā)明方法實(shí)施例一的作為織機(jī)主要成布機(jī)件的綜框的運(yùn)動(dòng)方式。圖3中表示出上表層經(jīng)紗1、2、3、10、 11、12形成上表層的三片組織，而上表層連接經(jīng)紗7、16則形成對(duì)上表層的三片組織的貫穿式連接，將上表層的三片組織緊密地連成一體；相應(yīng)地，下表層經(jīng)紗4、5、6、13、14、15形成下表層的三片組織，而下表層連接經(jīng)紗8、17則形成對(duì)下表層的三片組織的貫穿式連接，將下表層的三片組織緊密地連成一體；空芯間隔連接經(jīng)紗9、18位于上、下表層之間，形成對(duì)上表層和下表層的空芯形式的連接，在織物結(jié)構(gòu)上，形成上、下表層間的空芯部分。表層連接經(jīng)紗7、8、16、17以相對(duì)于空芯間隔連接經(jīng)紗9、18的較慢的速度進(jìn)行送經(jīng)。對(duì)圖3的綜合，就形成了圖1、2所示的表面層為多層組織的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)的織物。圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例一的織物在多臂布機(jī)上的織造工藝圖。圖4中的左圖表示了實(shí)施例一中的各根經(jīng)紗的穿綜圖，采用18頁(yè)綜框，18根經(jīng)紗從左至右1、2、3等順序地穿綜。圖4中的右圖表示了實(shí)施例一中控制多臂機(jī)構(gòu)的紋版圖。穿綜圖和紋版圖是織造的最主要的工藝技術(shù)圖紙，是實(shí)現(xiàn)織物特定組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，按工藝圖對(duì)織機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)設(shè)置，就可織造出相應(yīng)的織物。上述4個(gè)圖完整地表示了本發(fā)明的實(shí)施例一的織物結(jié)構(gòu)和織造技術(shù)。實(shí)施例二 圖5是本發(fā)明方法的實(shí)施例二的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)的縱向截面圖，表示了形成的是表面層為三層組織，芯部接結(jié)經(jīng)為W型連接的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)。其中，圖5的左圖中，上表層經(jīng)紗1、2、3、10、11、12與緯紗交織形成上表面層的三層互相平行的織物，下表層經(jīng)紗4、5、6、 13、14、15與緯紗交織形成下表面層的三層互相平行的織物；上表層接結(jié)經(jīng)7、11 一隔一輪流貫穿于上表面層的最上層和最下層，下表層接結(jié)經(jīng)8、17 —隔一輪流貫穿于下表面層的最上層和最下層，也如圖5的中圖所示，形成緊密的上下表面層的接結(jié)三層組織；空芯間隔連接經(jīng)紗9、18以W型規(guī)律輪流出現(xiàn)在上下表面層的最內(nèi)層，如圖5中的右圖所示，將上下表面層的內(nèi)層組織連接起來(lái)，如此，形成整體間隔空芯結(jié)構(gòu)。圖5的實(shí)施例二與圖1-圖4的實(shí)施例一的主要區(qū)別在于芯部接結(jié)經(jīng)的連接形式不同，實(shí)施例一為V型連接，而實(shí)施例二為W型連接，在實(shí)現(xiàn)及技術(shù)上屬同一類的，其敘述類同，故從略。實(shí)施例三圖6是本發(fā)明方法的實(shí)施例三的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的縱向截面圖。圖6中左圖表示的是表面層為二層組織，芯部接結(jié)經(jīng)為V型連接的機(jī)織空芯結(jié)構(gòu)。上表層經(jīng)紗1、2、10、11與緯紗交織形成上表面層的二層互相平行的織物，下表層經(jīng)紗4、5、13、14與緯紗交織形成下表面層的二層互相平行的織物，上表層接結(jié)經(jīng)7、11 一隔一輪流貫穿于上表面層的最上層和最下層，下表層接結(jié)經(jīng)8、17—隔一輪流貫穿于下表面層的最上層和最下層，也如圖6的中圖所示，形成緊密的上下表面層的接結(jié)二層組織；空芯間隔連接經(jīng)紗9、18以V型規(guī)律輪流出現(xiàn)在上下表面層的最內(nèi)層，如圖6中的右圖所示，將上下表面層的內(nèi)層組織連接起來(lái)， 如此，形成整體間隔空芯結(jié)構(gòu)的織物。圖6的實(shí)施例三與圖1-圖4的實(shí)施例一的主要區(qū)別在于上下表面層的層數(shù)不同， 實(shí)施例一的上下表面層的層數(shù)為3層，而實(shí)施例三的上下表面層的層數(shù)為2層，在實(shí)現(xiàn)及技術(shù)上的敘述類同，故從略。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是芯部織造為接結(jié)經(jīng)空芯連接上下兩表面層的同時(shí)，上下兩表面層本身織造成接結(jié)經(jīng)貼層連接的多層組織。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征是構(gòu)成上下表面層的組織可采用任一種單層組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是對(duì)上表面層或下表面層進(jìn)行貼層連接的接結(jié)經(jīng)以貫穿上表面層或下表面層的方式進(jìn)行織造運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是芯部接結(jié)經(jīng)對(duì)上下兩表面層的內(nèi)層進(jìn)行空芯連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是芯部接結(jié)經(jīng)以V 型運(yùn)動(dòng)方式對(duì)上下兩表面層進(jìn)行空芯連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是芯部接結(jié)經(jīng)以W 型運(yùn)動(dòng)方式對(duì)上下兩表面層進(jìn)行空芯連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是上表面層或下表面層的接結(jié)經(jīng)以V型運(yùn)動(dòng)方式對(duì)上表面層或下表面層進(jìn)行貼層連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)機(jī)織空芯增強(qiáng)體的制織方法，其特征是上表面層或下表面層的接結(jié)經(jīng)以W型運(yùn)動(dòng)方式對(duì)上表面層或下表面層進(jìn)行貼層連接。
全文摘要
一種表面層為多層組織的機(jī)織空芯增強(qiáng)體的形成方法。它是在機(jī)織空芯增強(qiáng)體的織造過(guò)程中，芯部織造為接結(jié)經(jīng)空芯連接上下兩表面層，與此同時(shí)，上下兩表面層本身織造成接結(jié)經(jīng)貼層連接的多層組織。這種數(shù)層互相平行的織物結(jié)構(gòu)由一組或多組表層接結(jié)經(jīng)以較慢的送經(jīng)速度在上表層或下表層范圍進(jìn)行上下貫穿運(yùn)動(dòng)，目的將這數(shù)層織物緊密地連接成一個(gè)結(jié)構(gòu)上為接結(jié)多層組織的具有一定整體厚度的上表層或下表層；同時(shí)，對(duì)于位處上表層和下表層之間的芯部而言，由另一組或多組芯部接結(jié)經(jīng)以較快的送經(jīng)速度對(duì)上下兩表面層的內(nèi)層進(jìn)行連接，將上下兩已成多層結(jié)構(gòu)的表面層連接成一個(gè)整體間隔空芯結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)D03D13/00GK102560808SQ20101057850
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者吉慶, 周頔 申請(qǐng)人:江南大學(xué)