本發(fā)明涉及一種組合結(jié)構(gòu)織物及其織造方法，屬于織物織造領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

立體織物增強復(fù)合材料由于其比強度高、比模量高、抗沖擊性能好、可設(shè)計性強等優(yōu)點，是先進多功能復(fù)合材料部件和主承力復(fù)合材料部件所必需的材料。隨著立體織物在航空航天、交通運輸、國防防護等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，承力部件對材料的力學(xué)性能要求更加苛刻，其中有一類承力部件要求織物既能承受扭轉(zhuǎn)載荷，又能承受彎曲和壓縮載荷。已有的單一結(jié)構(gòu)織物難以滿足復(fù)雜應(yīng)力載荷材料應(yīng)用需求。專利“一種新結(jié)構(gòu)立體織物及其編織方法”(申請?zhí)?01210589892.4)、“新結(jié)構(gòu)立體織物及其編織方法”(申請?zhí)?01210590084.x)、“一種新結(jié)構(gòu)立體織物及編織方法”(專利號201310045602.4)分別介紹的是三維多向結(jié)構(gòu)和2.5d淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)、正交三向結(jié)構(gòu)和2.5d淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)、三維多向結(jié)構(gòu)和正交三向結(jié)構(gòu)組合成型的的立體織物及編織方法。雖然這三個專利成型的織物都是組合結(jié)構(gòu)，但織物結(jié)構(gòu)不具有抗扭性能，無法滿足力學(xué)性能要求。專利“一種機織2d+2.5d仿形織物組合織物及成型方法”(專利號201310183497.0)介紹了一種機織2d+2.5d仿形織物組合織物及其成型方法，具體為織物采用2d、2.5d兩種結(jié)構(gòu)，織物部分厚度層由數(shù)層2d結(jié)構(gòu)的織物組成，另一部分厚度層由單層或數(shù)層2.5d結(jié)構(gòu)的織物組成。兩種結(jié)構(gòu)的織物各自成型后，以芯模進行套模定型時，將數(shù)層2d結(jié)構(gòu)的織物套裝于2.5d結(jié)構(gòu)織物外。該專利由于兩種結(jié)構(gòu)織物各自成型，兩種結(jié)構(gòu)織物之間紗線不連接，所成型的復(fù)合材料整體性差，織物在扭轉(zhuǎn)過程中容易出現(xiàn)分層。專利“一種三向斜交織物、其織造裝置及其織造方法”(專利號201610818203.0)介紹了一種三向斜交織物的成型方法，能夠制備出平面纖維層與z向形成特定傾斜角的織物，可提高傾角方向的力學(xué)性能。但該方法成型的織物高度方向無連續(xù)貫穿螺旋紗線，抗扭性差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中織物抗扭性能差、易分層、均勻性差等缺陷，本發(fā)明提供一種組合結(jié)構(gòu)織物及其織造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種組合結(jié)構(gòu)織物，組合結(jié)構(gòu)織物包括相互交織的x向紗線、y向紗線、z向紗線和纏繞紗，x向紗線、y向紗線和z向紗線相互垂直，纏繞紗與x向紗線、y向紗線和z向紗線的夾角均不為零。

x向紗線、y向紗線和z向紗線構(gòu)成正交三向結(jié)構(gòu)，纏繞紗與正交三向結(jié)構(gòu)中三個方向紗線相互交織。

上述組合結(jié)構(gòu)織物抗扭性能提升顯著、不易分層、均勻性好。

為了進一步提高組合結(jié)構(gòu)織物的抗扭性能，纏繞紗在空間上沿順時針和/或逆時針旋轉(zhuǎn)的纏繞在x向紗線、y向紗線和z向紗線上。

斜交結(jié)構(gòu)中纏繞紗的根數(shù)可根據(jù)纏繞紗含量進行設(shè)計。

本申請組合結(jié)構(gòu)織物的織造方法，在正交三向織物織造方法的基礎(chǔ)上，增加了纏繞紗在空間上沿順時針和/或逆時針的纏繞，為了更好的保證力學(xué)性能，優(yōu)選，包括順序相接的如下步驟：

(1)排布鋼針矩陣及z向纏繞紗的固定：根據(jù)織物外形尺寸在帶孔定位裝置上選取有效區(qū)域，在有效區(qū)域內(nèi)選取n個正方形或長方形作為纏繞紗底部固定位置，將纏繞紗與z向鋼針矩陣逐行或逐列排布，纏繞紗一端固定在帶孔定位裝置上，一端固定在纏繞紗運動環(huán)上，其中，帶孔定位裝置上設(shè)有鋼針插孔，纏繞紗穿過鋼針插孔固定在帶孔定位裝置的底部；纏繞紗運動環(huán)為圓環(huán)狀，每個正方形或長方形對應(yīng)一個纏繞紗運動環(huán)，纏繞紗運動環(huán)設(shè)置在帶孔定位裝置的正上方；

(2)x向、y向紗線引入：沿織物厚度方向在鋼針矩陣的縫隙之間逐行引入x向紗，沿織物寬度方向在鋼針矩陣的縫隙之間逐列引入y向紗；

(3)纏繞紗運動：纏繞紗的運動通過旋轉(zhuǎn)纏繞紗運動環(huán)實現(xiàn)；

(4)加壓：將x、y向紗線及兩個方向交替纏繞的纏繞紗降至鋼針矩陣底部，進行加壓密實；

(5)重復(fù)所述工藝步驟(2)～(4)至要求的織物長度；

(6)將已成型織物中的鋼針置換成z向紗，即得組合結(jié)構(gòu)織物。

步驟(1)中，將纏繞紗與z向鋼針矩陣逐行或逐列排布指在排布鋼針的同時，完成纏繞紗在帶孔定位裝置上的固定，不能等鋼針排布完成后再進行纏繞紗在帶孔定位裝置上的固定。

上述步驟(1)中有效區(qū)域的形狀與組合結(jié)構(gòu)織物的橫截面形狀相同。

z向鋼針矩陣由特定細度鋼針組成并固定在帶孔定位裝置上，最終形成矩陣，鋼針細度的選擇參照現(xiàn)有正交三向織物編織時的選擇。

為了提高編織效率，避免紗線的纏繞，步驟(1)中選取的n個正方形或長方形包括一組以上的同心的正方形或長方形，一組同心的正方形或長方形對應(yīng)一組纏繞紗運動環(huán)，每組同心的正方形或長方形中，邊長大的正方形或長方形所對應(yīng)的纏繞紗運動環(huán)的直徑大于邊長小的正方形或長方形所對應(yīng)的纏繞紗運動環(huán)的直徑，同組纏繞紗運動環(huán)按照直徑遞增的方式自下而上依次排列。

也即大直徑的纏繞紗運動環(huán)位于小直徑纏繞紗運動環(huán)的正上方。

為了保證織物的力學(xué)性能，步驟(3)中纏繞紗的運動是通過纏繞紗運動環(huán)順時針或逆時針的旋轉(zhuǎn)帶動下端纏繞紗的運動。

本發(fā)明未提及的技術(shù)均參照現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明組合結(jié)構(gòu)織物，在保留現(xiàn)有正交三向結(jié)構(gòu)織物典型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還根據(jù)抗扭性能的需求，增加了斜交結(jié)構(gòu)，使得織物可滿足復(fù)雜力學(xué)性能要求；本發(fā)明織造方法是在現(xiàn)有正交三向結(jié)構(gòu)織物織造技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了纏繞紗運動環(huán)，纏繞紗通過纏繞紗運動環(huán)的旋轉(zhuǎn)完成運動，并通過x向紗實現(xiàn)兩結(jié)構(gòu)之間的交織連接，工藝簡單，可操作性強，通用型強，可實現(xiàn)不同組合形狀織物的制備。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的正交三向結(jié)構(gòu)示意圖(1-x向紗，2-y向紗，3-z向紗)；

圖2為本發(fā)明斜交結(jié)構(gòu)示意圖(1-x向紗，2-y向紗，3-z向紗，4-纏繞紗)；

圖3為本發(fā)明組合結(jié)構(gòu)織物制備示意圖(4-纏繞紗，5-鋼針，6-帶孔定位裝置，7-纏繞紗運動環(huán))；

圖4為實施例1織物橫截面圖(8為厚度方向，9為寬度方向)；

圖5為實施例1纏繞紗和鋼針排布示意圖(4-纏繞紗，5-鋼針)；

圖6為實施例1x向、y向紗線引入示意圖(1-x向紗，2-y向紗，4-纏繞紗，5-鋼針)；

圖7為實施例1紗線走向示意圖(1-x向紗，2-y向紗，3-z向紗，4-纏繞紗)；

圖8為實施例2織物橫截面圖；

圖9為實施例2纏繞紗和鋼針排布示意圖(4-纏繞紗，5-鋼針)；

圖10為實施例1x向、y向紗線引入示意圖(1-x向紗，2-y向紗，4-纏繞紗，5-鋼針)。

具體實施方式

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。

下述各例中，組合結(jié)構(gòu)織物，包括相互交織的x向紗線、y向紗線、z向紗線和纏繞紗，x向紗線、y向紗線和z向紗線相互垂直，纏繞紗與x向紗線、y向紗線和z向紗線的夾角均不為零；纏繞紗在空間上沿順時針和/或逆時針旋轉(zhuǎn)的纏繞在x向紗線、y向紗線和z向紗線上。斜交結(jié)構(gòu)中纏繞紗的根數(shù)可根據(jù)纏繞紗含量進行設(shè)計。

本發(fā)明組合結(jié)構(gòu)織物的織造方法，在正交三向織物織造方法的基礎(chǔ)上，增加了纏繞紗在空間上沿順時針和/或逆時針的纏繞。

帶孔定位裝置上設(shè)有鋼針插孔，纏繞紗穿過鋼針插孔固定在帶孔定位裝置的底部；纏繞紗運動環(huán)為圓環(huán)狀，每個正方形或長方形對應(yīng)一個纏繞紗運動環(huán)，纏繞紗運動環(huán)設(shè)置在帶孔定位裝置的正上方；一組同心的正方形或長方形對應(yīng)一組纏繞紗運動環(huán)，每組同心的正方形或長方形中，邊長大的正方形或長方形所對應(yīng)的纏繞紗運動環(huán)的直徑大于邊長小的正方形或長方形所對應(yīng)的纏繞紗運動環(huán)的直徑，同組纏繞紗運動環(huán)按照直徑遞增的方式自下而上依次同軸排列。

實施例1：

研制橫截面由實心圓管和厚度30mm、寬度40mm平板織物組成的立體織物，要求圓管部分可承受扭轉(zhuǎn)載荷，平板部分可承受彎曲、壓縮載荷，選用的x向紗、y向紗為6k碳纖維，纏繞紗和z向紗為12k碳纖維，經(jīng)密為7根/cm，緯密為5根/cm，圓管部分選用斜交結(jié)構(gòu)，平板部分選用正交三向結(jié)構(gòu)，鋼針及纏繞紗排布如圖5所示。

具體實施步驟：

(1)根據(jù)織物外形尺寸在帶孔定位裝置上選取有效區(qū)域(有效區(qū)域與織物的橫截面形狀相同)，如圖5所示。在該有效區(qū)域內(nèi)選取5個正方形作為纏繞紗底部固定位置，將纏繞紗與z向鋼針矩陣逐行排布。纏繞紗一端固定在帶孔定位裝置上，一端固定在纏繞紗運動環(huán)上；z向鋼針矩陣由鋼針組成并固定在帶孔定位裝置上，最終形成矩陣。

(2)x向、y向紗線引入：沿織物厚度方向在21個鋼針矩陣的縫隙之間逐行引入x向紗，沿織物寬度方向在40個鋼針矩陣的縫隙之間逐列引入y向紗。

(3)纏繞紗運動：每個正方形對應(yīng)一個纏繞紗運動環(huán)，旋轉(zhuǎn)纏繞紗運動環(huán)，每個運動環(huán)的運動方向如圖5所示。

(4)加壓：將x、y向紗線及兩個方向交替纏繞的纏繞紗降至鋼針矩陣底部，進行加壓密實。

(5)重復(fù)所述工藝步驟(2)～(4)至要求的織物長度。

(6)將已成型織物中的鋼針置換成z向紗，即獲得本例要求的組合結(jié)構(gòu)織物。

對實施例1工藝參數(shù)下的組合結(jié)構(gòu)織物和正交三向結(jié)構(gòu)織物進行復(fù)合、抗扭性能測試，得出：正交三向結(jié)構(gòu)增強復(fù)合材料在扭矩達到2850n·m時被扭斷，而組合結(jié)構(gòu)增強復(fù)合材料在扭矩為6320n·m時被扭斷。

實施例2：研制圖7所示的空心六邊形織物，要求織物外部可承受扭轉(zhuǎn)載荷，內(nèi)部可承受壓縮載荷，選用的x向紗為9k碳纖維，y向紗為6k碳纖維，纏繞紗和z向紗為3k碳纖維8股合股，經(jīng)密為5根/cm，緯密為5根/cm，織物外部選用斜交結(jié)構(gòu)，內(nèi)部選用正交三向結(jié)構(gòu)，鋼針及纏繞紗排布如圖8所示。

具體實施步驟：

(1)根據(jù)織物外形尺寸在帶孔定位裝置上選取有效區(qū)域(有效區(qū)域與織物的橫截面形狀相同)，如圖8所示。在該有效區(qū)域內(nèi)選取2個長方形作為纏繞紗底部固定位置，將纏繞紗與z向紗逐列排布。纏繞紗一端固定在帶孔定位裝置上，一端固定在纏繞紗運動環(huán)上；z向鋼針矩陣由鋼針組成并固定在帶孔定位裝置上，最終形成矩陣。

(2)x向、y向紗線引入：沿織物厚度方向在20個鋼針矩陣的縫隙之間逐行引入x向紗，沿織物寬度方向在45個鋼針矩陣的縫隙之間逐列引入y向紗。

(3)纏繞紗運動：每個長方形對應(yīng)一個纏繞紗運動環(huán)，旋轉(zhuǎn)纏繞紗運動環(huán)，每個運動環(huán)的運動方向如圖8所示。

(4)加壓：將x、y向紗線及兩個方向交替纏繞的纏繞紗降至鋼針矩陣底部，進行加壓密實。

(5)重復(fù)所述工藝步驟(2)～(4)至要求的織物長度。

(6)將已成型織物中的鋼針置換成z向紗，即獲得本例要求的組合結(jié)構(gòu)織物。

上述各例所得的織物，抗扭性能優(yōu)異，不分層、不變形，均勻性好。