一种具有拓扑结构的三维蜂窝织物及其织造方法技术

本发明专利技术涉及一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物及其织造方法，属于纺织技术领域。本发明专利技术所述的机织物，由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，且上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。所采用的方法为在织造时分别计算每一层经纱所需经纱消耗量并且分类后，安置于主经轴和次经轴上，并通过张力控制部件对每一层经纱单独控制进行织造。本发明专利技术可以提高材料的力学性能，有效解决传统三维蜂窝复合材料应用领域受材料厚度和硬度限制的问题，且织造过程中经纱通道清晰，织物布面均匀，经轴占地面积少。

A three dimensional honeycomb fabric with topological structure and its weaving method

The invention relates to a three-dimensional honeycomb woven fabric with a topological structure and a weaving method, which belongs to the field of textile technology. The woven fabric of the invention is composed of two layers of honeycomb holes arranged vertically and evenly, wherein the upper straight edge of the upper honeycomb hole is connected with the upper straight edge of the lower honeycomb hole, and the diameter of the upper honeycomb hole is lower than the diameter of the lower honeycomb hole, which is 3:1 or 4:1. The method used is calculated respectively in each layer of weaving warp warp required for consumption and classification, placed on the main beam and the secondary beam, and the tension control components of each individual control layer warp weaving. The invention can improve the mechanical properties of the material, effectively solve the traditional applications of 3D honeycomb composite material thickness and hardness limit problem, and warp channel in the process clear, uniform fabric, warp less area.

【技术实现步骤摘要】
一种具有拓扑结构的三维蜂窝织物及其织造方法
本专利技术涉及三维蜂窝织物及其织造方法，具体涉及一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物及其织造方法，属于纺织

技术介绍
以三维蜂窝织物为增强体的传统蜂窝复合材料，具有轻质高强，隔热隔音、层间结构连续等优势，可用于航空航天、汽车、建筑等多个领域。但三维蜂窝织物被复合后，其强度、厚度和硬度均随织物层数的增加而增大，当织物层数过多时，无法满足对材料的硬度和厚度有限制的场合(如警用护盾)；若织物层数过少，则其强度无法达到应用的要求。因此，若对蜂窝复合材料引入一个直径变化的拓扑结构，可以有效提升其能量吸收、抗冲击、隔热等力学性能，从而减少其厚度和硬度，并且在对材料的厚度和硬度没有要求的其它领域，力学性能的提升也增加了这种材料的竞争力。然而，现有的利用纺织技术所织造的三维蜂窝织物，仍停留在蜂窝孔具有相同直径的阶段；现有的对具有拓扑结构的蜂窝复合材料的研究，仍局限于在实验室电脑上对其进行有限元模拟和分析。通过纺织技术直接制备具有拓扑结构的三维蜂窝织物，可为它在更多领域的应用提供实验基础和材料基础。中国专利公开号CN101058914A，公开日2007年10月24日，专利技术名称为蜂窝状三维立体整体空芯机织物的结构构建及织造方法，该方法公开了一种横截面为蜂窝状为三维立体整体空芯机织物及织造方法，按照该方法所织造的三维蜂窝织物，在沿织物厚度方向撑开后所形成的正六边形蜂窝孔直径始终相等。董敬贵等采用有梭织机制备三维蜂窝织物，所织造的蜂窝织物直径也处处相等(董敬贵.蜂窝状板材三维织物的设计与生产[J].棉纺织技术,2006,34(1):36-37.)。Ajdar等和Ali等将均匀蜂窝分为有限几层并对不同层胞元赋予不同的直径而形成拓扑结构蜂窝，并通过有限元方法数值研究梯度蜂窝的冲击响应，发现对蜂窝引入一个拓扑结构可以有效地改变能量吸收特性和变形特征(AjdariA,Nayeb-HashemiH,VaziriA.Dynamiccrushingandenergyabsorptionofregular,irregularandfunctionallygradedcellularstructures[J].InternationalJournalofSolids&Structures,2011,48(3–4):506-516.)。问题在于制备蜂窝织物时，会涉及到多层织造，特别是送经系统的调整，其过程相对复杂。目前，多层织造时所采用的送经方式包括了筒子架送经和多经轴送经。当织物层数较少，且消耗的总经根数较少时，特别适合采用筒子架送经；但当织物层数过多、总经根数较大时，若继续采用筒子架送经，则将占用巨大的场地，且筒子架上部的经纱也将给穿综带来困难，加大了织造难度；如果采用多经轴送经，仅使用单经轴分层或双经轴送经，又无法单独控制每层经纱的耗纱量，不能满足多层织造的需求，若每个经轴控制一层经纱的耗纱量，往往需要十多个甚至数十个经轴才能满足送经需求，也将占用巨大的场地。
技术实现思路
针对上述存在问题，本专利技术的目的在于提供一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物及其织造方法，为了实现上述目的，本专利技术的技术解决方案为：一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，所述的三维蜂窝机织物由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的织造方法，所述的织造方法是按以下步骤进行的：a.根据织物的层数、上下层蜂窝孔的直径比例，画出该机织物沿厚度方向的结构示意图，其中上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。b.确定结构示意图中蜂窝孔的直边和斜边所采用的组织，对直边采用接结组织，斜边采用基础组织，画出一个基础单元完整组织循环的织物经向截面图。c.根据上层蜂窝孔的直边和斜边所在的位置，从左至右将上述经向截面图分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个大区。d.分别计算每个区域内的经纱数、纬纱数，并根据投纬顺序，分别画出每个区域内的纹板图。纱线上机时采用多经轴送经装置送经，包括次经轴、主经轴、分层辊、张力补偿装置，其中张力补偿装置对每一层经纱的张力进行控制，且数目与综框数相等，其上机操作步骤如下：e.分别计算每层经纱的消耗量。g.将经纱消耗量相等的经纱放安置在同一根或几根主经轴上，经纱从经轴引出后先通过分层辊进行分层，再经过所对应的张力补偿装置。f.将经纱消耗量不同的经纱分别安置在不同的次经轴上进行供纱；经纱从经轴引出后直接经过所对应的张力补偿装置。g.从张力补偿装置引出的经纱按照穿综图分别依次穿入综框的综丝眼内。i.由织机的开口结构控制综框的有序升降，形成梭口，并引入纬纱，拨动钢筘完成打纬，形成具有拓扑结构三维蜂窝机织物。由于采用了以上技术方案，本专利技术具有以下优点：针对现有的三维蜂窝织物复合材料仍停留在蜂窝直径处处相等的阶段，无法满足对材料的厚度和硬度有限制的场合；而现有的对具有拓扑结构的蜂窝复合材料，仍局限于在实验室电脑上对其进行有限元模拟和分析。本专利技术采用纺织技术直接制备具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，在织物层数相同的情况下，经复合后具有比传统三维蜂窝复合材料更好的能量吸收、抗冲击隔热等性能，从而提升了该复合材料的竞争力。另外。在相同的性能条件下，可以减少材料的厚度和硬度从而增加其柔性，扩大其应用领域。针对三维蜂窝织物层数和总经根数过多的情况下，若全部使用筒子架供纱则占地广，经纱牵引距离长，张力控制难度系数大，而全部使用经轴供纱，每个经轴负责所对应的那层经纱的送经，往往需要十多个经轴甚至数十个经轴才能满足送经的要求，经轴的数量过多也会导致占地空间过大。根据织造具有拓扑结构三维蜂窝织物中每层经纱的经纱消耗量，可将经纱消耗量相同的某几层经纱全部放置在同一个主经轴上，并通过分层辊分层，将经纱消耗量不同的某层经纱分别放置在不同的经轴上，这样既能满足经纱的张力控制，使得经纱通道清晰，织物布面均匀，也能减少经轴的数量，从而减少经轴的占地空间。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图图2是是本专利技术的不同层蜂窝直径比例图：(a)3:1，(b)4:1图3是本专利技术实施例1中由两层竖直均匀排列的蜂窝孔构成，且上、下层蜂窝孔直径为3:1的具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的结构示意图图4是具有图3所示结构的机织物的经向截面图图5是具有图3所示结构的机织物的纹板图图6是具有图3所示结构的机织物的穿综图图7是本专利技术实施例2中由两层竖直均匀排列的蜂窝孔构成，且上、下层蜂窝孔直径为4:1的具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的结构示意图图8是具有图7所示结构的机织物的经向截面图图9是具有图7所示结构的机织物的纹板图图10是具有图7所示结构的机织物的穿综图图11是本专利技术实施例3中由三层竖直均匀排列的蜂窝孔构成，且上、中、下层蜂窝孔直径为9：3：1的具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的结构示意图图12是具有图11所示结构的机织物的经向截面图图13是具有图11所示结构的机织物的纹板图图14是具有图11所示结构的机织物的穿综图具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细阐述。参见图1—图6。一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，所述的三维蜂窝机织物由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，其特征在于，所述的三维蜂窝机织物由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。

【技术特征摘要】
1.一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，其特征在于，所述的三维蜂窝机织物由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。2.一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的织造方法，其特征在于，所述的织造方法是按以下步骤进行的：针对拓扑结构的三维蜂窝机织物a.根据织物的层数、上下层蜂窝孔的直径比例，画出该机织物沿厚度方向的结构示意图，其中上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3:1或4；1；b.确定结构示意图中蜂窝孔的直边和斜边所采用的组织，对直边采用接结组织，斜边采用基础组织，画出一个基础单元完整组织循环的织物经向截面图；c.根据上层蜂窝孔的直边和斜边所在的位置，从左至右将上述经向截面图分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个大区；d.分别计算每个区域内的经纱数、纬纱数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚小舟，裴鹏英，胡雨，胡慧娜，李宇，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42