一种带有加强筋的层连结构板状织物及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种带有加强筋的层连结构板状织物及其制造方法。带有加强筋的层连结构板状织物，包括主体板块和设在主体板块正面和/或反面的加强筋，其中，主体板块和加强筋为整体成型的层连结构。本申请所得织物整体成型、且成型速度快，成本低，纤维分布均匀，用其制作的复合材料力学性能和电性能优异，尤其是大大提高了复合材料抗剪切、抗分层的能力，在航空航天领域得到了广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种带有加强筋的层连结构板状织物及其制造方法
本专利技术涉及一种带有加强筋的层连结构板状织物及其制造方法，属于立体织物编织领域。
技术介绍
立体织物作为增强预制体是高性能复合材料的关键组成部分，在复合材料中起着增加强度、改善材料性能的作用，在很大程度上决定了复合材料的综合性能。当前，大尺寸带有加强筋板状织物的复合材料增强预制体大多采用高性能纤维布铺层缝合的制造方法，或者是高性能纤维布预浸料铺设的成型方法。采用缝合或者铺层方法制造的加强筋板状织物经过复合，用其增强的复合材料具有成型速度快，成本低的特点，满足一定的力学性能和使用环境，但用其增强的复合材料在特殊使用条件下抗分层能力无法满足使用要求，在外力作用下容易层与层之间剥离分层，材料抗层剪能力较差。随着复合材料科技水平的不断发展，复合材料的型面越来越复杂，应用越来越广泛。需要带有加强筋增强的预制体复合材料其应用越来越多，这就需要有快速成型，低成本，具有优良综合力学性能整体成型的带有加强筋的层连结构板状织物作为先进复合材料用增强预制体的优选材料。
技术实现思路
为了解决现有技术中带有加强筋板状织物抗分层能力差等缺陷，本专利技术提供一种带有加强筋的层连结构板状织物及其制造方法，所得织物整体成型、且成型速度快，成本低，纤维分布均匀，用其制作的复合材料力学性能和电性能优异，尤其是大大提高了复合材料抗剪切、抗分层的能力，在航空航天领域得到了广泛应用。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种带有加强筋的层连结构板状织物，包括主体板块和设在主体板块正面和/或反面的加强筋，其中，主体板块和加强筋为整体成型的层连结构。上述结构的板状织物，主体板块与加强筋为整体成型的层连结构，整体型好、纤维分布均匀，用其制作的复合材料力学性能和电性能优异，尤其是大大提高了复合材料抗剪切、抗分层的能力，在航空航天领域得到了广泛应用。本申请主体板块与加强筋可以为任何厚度，但为了更好地满足航空航天领域的需求，进一步保证织物的抗分层能力，优选，主体板块的厚度为0.5mm～20mm，加强筋的厚度为0.5mm～30mm。为了进一步以提高所得织物的适应性，优选，加强筋的横截面为圆弧面，圆弧面的半径为0.5mm～15mm。上述带有加强筋的层连结构板状织物的制造方法，包括如下步骤：1)根据带有加强筋的层连结构板状织物规格，计算不同位置、不同厚度区域所需要的经纱层数与列数；2)根据第1)步骤的经纱层数与列数分布结果，进行经纱的分布排列；根据多眼综丝的前后综框的列数总和，确定加强筋在多眼综丝综框上的位置；3)根据加强筋在多眼综丝上的位置，以及加强筋的经纱层数与列数分布，进行经纱的拴纱操作；4)经纱拴完后，再一次进行经纱层列数的梳理，进行分层操作，使经纱开口清晰便于分层，引纬操作；5)提综装置按照层连结构的组织结构要求进行运动，实现多层经纱的同时开口运动，以主体板块的经纱开口为分层引入纬纱的路径，从上到下依次引入纬纱，主体板块为每层经纱开口均引入一层纬纱，加强筋部分为在每三层经纱的最下层开口引入一层纬纱；纬纱引入完成进行打纬操作；6)循环操作5)完成带有加强筋的层连结构板状织物的编织。步骤3)中的拴纱包括对主体板块的经纱层、列数统一进行拴纱。上述步骤1)首先根据目标产品的要求(如纱线的粗细、性能要求等)，选取织物成型制造的原材料并确定纱线规格，具体参照现有技术；再根据织物的纤维体积含量要求，计算经向、纬向的纤维体积含量分布，确定织物的经向密度和纬向密度(如根据不同方向性能的要求等来定，具体参照现有技术)；然后根据加强筋的外形尺寸要求、纱线规格和密度计算织物的单元层厚度；结合单元层的厚度，根据加强筋的厚度分布，计算出不同位置，不同厚度区域所需要的经纱层数。带有加强筋层连结构板状织物厚度和其它工艺参数之间的关系计算方法如下列公式(1)、(2)、(3)所示；主体板块和加强筋不同位置厚度尺寸的实现可由选取纱线的层列数、织物密度和所在位置的纤维体积含量所决定。式中：Vf—加强筋部分的体积含量，V纤维—加强筋部分计算单元内纤维的总体积，V计算单元—加强筋部分选取的计算单元的体积，H厚—加强筋部分或主体板块部分的厚度，N层—加强筋部分的总层数，J经—加强筋部分的经纱密度，W纬—加强筋部分的纬纱密度，V经为径向纤维的体积含量，V纬为纬向纤维的体积含量。为了操作方便，同时保证所得产品的性能，上述步骤3)中拴纱，包括顺序相接的如下两步：A、经纱由上到下进行拴纱，并且前综框与后综框按照综丝排列交替进行；首先拴主体板块的第一层经纱和加强筋的第一层经纱，二者在多眼综丝上处于同一层；然后在加强筋的位置按照加强筋的经纱分布再拴两层经纱，加强筋的两层经纱拴完后，加强筋两边的主体板块相同层的两层的多眼综丝的综丝眼空出来，不拴经纱，此步骤完成了一层主体板块经纱和3层加强筋经纱的拴纱操作；B、重复步骤A进行主体板块和加强筋的其余经纱层数的拴纱操作。拴纱时注意加强筋的经纱层数和列数的分布，按照分布图进行拴纱，有些加强筋的经纱层列数是完全布纱；有些加强筋的经纱层列数是不完全布纱，即加强筋的最高点经纱层数布满，其余列数加强筋根据实际厚度需要所有层没有布满经纱，通过不完全布纱的方法实现加强筋的厚度渐变，提高加强筋的尺寸和仿形精度的控制。本申请带有加强筋层连结构板状织物增强体所使用的原材料可以为现有技术各种织物原料，如可以是石英纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氮化硼纤维、无碱玻璃纤维、高强玻璃纤维、低介电玻璃纤维、高模量玻璃纤维、玄武岩纤维、高密度聚乙烯纤维或芳纶纤维等高性能纤维的一种或几种。本申请带有加强筋层连结构板状织物的编织结构可采用现有织物的任何结构，如浅交直连、浅交弯连、浅交直连+法向、浅交弯连+法向或正交三向的一种或几种。为了保证所得符合材料的力学性能，优选，本申请带有加强筋层连结构板状织物在复合材料中的纤维体积含量为35％～55％。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。本专利技术带有加强筋层连结构板状织物，主体板块与加强筋为整体成型的层连结构，整体型好、纤维分布均匀，用其制作的复合材料力学性能和电性能优异，尤其是大大提高了复合材料抗剪切、抗分层的能力，在航空航天领域得到了广泛应用；本申请带有加强筋层连结构板状织物制备是根据加筋板状织物的几何尺寸变化要求，设计加强筋经向纱线的空间仿形精确分布，研究经纱空间几何形态的堆积状态，确定加强筋经纱层数与列数的分布形式，并与纬纱相交织，从而实现层连结构加强筋板状织物的整体、净尺寸成型制备。通过层数、列数不完全布纱的方法在主体板块的单侧或双侧形成加强筋，结合主体板状的经纱层数进行经纱层间相间排列，两者相结合技术形成加强筋的构建；本申请是经向纱线结合加强筋尺寸在织物成型区空间分布排列实现仿形制造，不会破坏织物的单元结构，该成型方法可提高带有加强筋板状织物的仿形精度，所得织物具有净尺寸整体成型、整体均匀性好、单元结构完整、纤维连续和成型速度快等优点，用本申请所得织物作为先进复合材料的增强预制体，大大提高了材料的综合性能，在航空、航天等领域将得到广泛的应用。附图说明图1为本专利技术实施例1带有加强筋的层连结构板状织物所用到的提综综框示意图，图中，1为前综框，2为后综框；1与2列向交替排列；图2为本专利技术实施例1中步骤9)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有加强筋的层连结构板状织物，其特征在于：包括主体板块和设在主体板块正面和/或反面的加强筋，其中，主体板块和加强筋为整体成型的层连结构。

【技术特征摘要】
1.一种带有加强筋的层连结构板状织物的制造方法，其特征在于：带有加强筋的层连结构板状织物，包括主体板块和设在主体板块正面和/或反面的加强筋，其中，主体板块和加强筋为整体成型的层连结构；带有加强筋的层连结构板状织物的制造方法，包括如下步骤：1)根据带有加强筋的层连结构板状织物规格，计算不同位置、不同厚度区域所需要的经纱层数与列数；2)根据第1)步骤的经纱层数与列数分布结果，进行经纱的分布排列；根据多眼综丝的前后综框的列数总和，确定加强筋在多眼综丝综框上的位置；3)根据加强筋在多眼综丝上的位置，以及加强筋的经纱层数与列数分布，进行经纱的拴纱操作；4)经纱拴完后，再一次进行经纱层列数的梳理，进行分层操作，使经纱开口清晰便于分层，引纬操作；5)提综装置按照层连结构的组织结构要求进行运动，实现多层经纱的同时开口运动，以主体板块的经纱开口为分层引入纬纱的路径，从上到下依次引入纬纱，主体板块为每层经纱开口均引入一层纬纱，加强筋部...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建勋，郭洪伟，张立泉，朱梦蝶，赵敬，乔志炜，
申请(专利权)人：中材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32