一种二维负泊松织物的成型设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备及方法，其特征在于成型设备包括送针机构、送模机构、压针机构、接针机构、卡槽和可嵌套成形针的模具，卡槽的上方两侧设有送针机构和送膜机构、上方和下方设有压针机构和接针机构，送针机构将嵌套成型的针模具放置于卡槽上，送模机构将模具放置于接针机构上，压针机构压送成型针穿透织物后转移至接针机构上的模具内。该发明专利技术方法是将具有负泊松比结构形状的成型针贯穿织物层，使织物产生负泊松比形状，并具有二维负泊松比效应；且由于贯穿织物，织物所形成的拉胀结构高度均匀。本发明专利技术精简、高效，适用于织物、非织物、泡沫、橡胶、塑料、木材、金属及其复合材料等。

A forming equipment and method for two dimensional negative Poisson fabric

The invention relates to a device and a method for forming through the preparation of two-dimensional negative Poisson's high uniform stretching fabric, which is characterized in that the molding equipment comprises a mould needle feeding mechanism and a clamping mechanism, pressure mechanism, needle pin mechanism, clamping groove and forming needle can be nested, the two sides above the slot a needle feeding mechanism and a film feeding mechanism, above and below a pressure needle mechanism and needle needle feeding mechanism, the needle mould forming mechanism nested inside the groove placed on die mould is placed on the agency will send pin mechanism, pressure mechanism of compression molding needle needle sent to penetrate the fabric after the transfer to the mold with needle mechanism on the inside. The method of the invention is to form the molding pin with negative Poisson's ratio structure through the fabric layer, so that the fabric has negative Poisson's ratio shape, and has two dimensional negative Poisson's ratio effect. And because the fabric is formed through the fabric, the pulsation structure formed by the fabric is highly uniform. The invention is simple and efficient, and is suitable for fabric, non fabric, foam, rubber, plastic, wood, metal and composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种二维负泊松织物的成型设备及方法
本专利技术涉及一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备及方法，属于纺织材料与

技术介绍
自然界已发现多种具有负泊松比效应的物质，经研究发现具有负泊松比效应的材料拥有传统材料所没有的特殊性能，且其剪切刚度、断裂韧性、抗压能力、同向曲率、能量吸收能力、渗透性等比之传统材料都有所提高。这些优良的力学性能使负泊松比材料在汽车工业、人体防护、航空航天、生物医学及国防等领域有潜在应用。目前负泊松比结构材料的研究多集中在泡沫和聚合物材料中，纺织材料报道较少，虽有相关的二维负泊松结构纺织材料的编织和针织结构设计方法，具有较好的平面拉胀效应，但制作繁琐，生产效率低。且需要专门改进的针织设备，成本较高，难以满足市场上的大量需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是：实现一种制备方法简单、生产效率高、适用范围广、生产成本低的二维负泊松比材料的加工方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备，其特征在于，包括送针机构、送模机构、压针机构、接针机构、卡槽和可嵌套成型针的模具，成型针具有负泊松比结构形状，卡槽的上方两侧设有送针机构和送膜机构，卡槽的上方和下方设有压针机构和接针机构，其中：送针机构，用于将已嵌套成型针的模具放置于卡槽上；送模机构，用于将未嵌套成型针的模具放置于接针机构上；压针机构，用于从上至下压送卡槽内模具嵌套的成型针，使成型针穿透固定在卡槽上的待成型材料，直至成型针转移至接针机构上的模具内。优选地，所述送针机构与所述送模机构的结构相同，包括可在平面内360°转向的底座，在底座上设有可前后摆动的机械躯干，可前后摆动和竖直伸缩的机械手臂与机械躯干相连，可空间转向和前后摆动的机械手与机械手臂相连，机械手上设有可竖直伸缩的吸盘，吸盘依靠电气控制吸放所述模具；所述模具的截面结构与所述成型针的截面结构及尺寸刚好允许所述成型针在一定大小的力的作用下卡住和穿过。优选地，所述压针机构包含长压针和长压针的储针箱，长压针通过外力驱动将放置于卡槽内的模具上的成型针压出，穿透织物，并将成型针一直压入放置于接针机构上的模具内；长压针直径小于所述成型针最大横截面相应尺寸，以便透过织物继续送针至接针台上的模具内，且长压针在储针箱内紧密排列，储针箱根据成型针横截面结构和尺寸不同，以及相邻两针间距离来安排相应的长压针运动。优选地，所述卡槽为无盖通底的框架结构，底部中心通透，底部四围有边，其尺寸刚好卡住上方来的模具；所述送针机构及所述送模机构进入卡槽内吸取模具。优选地，所述接针机构包含负责放置模具的接针台，接针台四角含有一定高度用于撑起模具的螺丝钉。优选地，所述成型针的底部横截面为负泊松比结构，其针体为锥形，长度根据待成型材料的性能与厚度来设定；所述成型针的针边棱为圆棱，针尖为圆角；多个所述成型针按照阵列形式组成需求的形状，同时嵌套于模具内，并被所述压针机构从模具内压出。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种采用上述的贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备的二维负泊松比织物成型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)送针机构依靠吸盘抓取嵌套有成型针的模具送至卡槽内，送模机构将模具送至接针台上；(2)送针机构和送模机构恢复原位，压针机构将按照模具上成型针的阵列方式，放出对应位置上的长压针，并使长压针接触对应位置的成型针；(3)长压针迅速压成型针，并以一定速度将成型针穿透织物；(4)长压针穿透织物，并继续往下压成型针，直至将成型针卡在接针台上的模具内；(5)长压针迅速回归储针箱内；(6)待长压针完全进入储针箱，送针机构将嵌套有成型针的模具从接针台吸起准备放入卡槽内，送模机构将空模具从卡槽内吸起准备送至接针台上。本专利技术适用于不同种类，不同厚度的织物和非织物及其相应的复合材料、泡沫、橡胶、塑料、木材、金属等，根据针截面形状的不同，可制备具有不同花纹效应的负泊松比材料，制备的二维负泊松比织物及其复合材料可用作缓冲、防弹防刺、减振、隔热、过滤等功能纺织品；拉胀泡沫材料可用于易碎物品包装；拉胀泡沫、拉胀塑料可用作汽车坐垫、靠背、睡垫及床垫等；拉胀橡胶可用作床垫；高性能拉胀塑料可用作深海作业、航天航空材料；拉胀木材可用作建筑材料；拉胀金属用作航天航空材料等；制备的二维负泊松比织物根据材料属性和性能不同可以用作动物表皮细胞、人工骨骼、牙齿，航天航空材料，核、电磁、能源、光学功能材料以及热应力缓和功能材料等。根据针截面形状的不同，可制备具有不同花纹效应的负泊松比材料，制备的二维负泊松比织物及其复合材料可用作缓冲、防弹防刺、减振、隔热、过滤等功能纺织品；拉胀泡沫材料可用于易碎物品包装；拉胀泡沫、拉胀塑料可用作汽车坐垫、靠背、睡垫及床垫等；拉胀橡胶可用作床垫；高性能拉胀塑料可用作深海作业、航天航空材料；拉胀木材可用作建筑材料；拉胀金属用作航天航空材料等；制备的功能梯度拉胀材料根据材料属性和性能不同可以用作动物表皮细胞、人工骨骼、牙齿，航天航空材料，核、电磁、能源、光学功能材料以及热应力缓和功能材料等。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术可以快速生成二维负泊松比效应材料，整个制作过程简便易操作，工艺简单，成本低廉，对环境友好。(2)本专利技术尤其是可以将传统的正泊松比材料通过低成本、高效率地制备成具有拉胀和挤缩功能的负泊松比材料，赋予材料新的性质，且显著提升了材料的附加值。(3)本专利技术适用范围广，可以应用在织物、泡沫、橡胶、塑料、木材、金属等材料上，满足该种材料在相应领域内的各种应用。(4)本专利技术根据材料性能和使用目的不同，采用具有不同横截面结构、尺寸、针体长度的针，通过改变针床上针对排列结构及排列尺寸对材料进行加工，可得到各种结构形状、尺寸、性能材料，满足市场各种要求。附图说明图1为成型设备结构图，其中：图1A为二维负泊松比织物成型设备整体结构示意图，其中送针机构1包括：底座102、机械躯干104、机械手臂106、机械手108、吸盘101；轴承103、105、107等；送模机构2包括：底座202、机械躯干204、机械手臂206、机械手208、吸盘201；轴承203、205、207等；压针机构3包括储针箱302和长压针301；卡槽4为无盖通底框架，悬于待织物5的上方；接针机构6四角含有螺丝钉601；模具7、8一模一样，含有成型针9的即为含针模具7，不含针的为空模具8；送针机构，送模机构，接针台固定在地面10上；图1B为本专利技术整体结构示意图，其中送针机构1正在吸附着针床11；图1C为压针结构3整体结构示意图；图1D为含针模具整体结构示意图；图1E为含负泊松比结构针阵列的整体结构示意图；图2为二维负泊松比织物成型设备流程图，其中：图2A为初始状态图，此时，压针机构不动，送针机构准备将含针模具送至待成型材料上方的卡槽内，送模机构准备将空模具送至接针台上；图2B表示送针、送模完成状态，此时，压针机构不动，含针模具放置在卡槽内，针尖接触待成型材料，空模具在接针台上，送针结构和送模机构恢复原位；图2C表示开始压针状态，此时，储针箱放出与成型针位置对应的长压针，使长压针底面接触成型针；图2D表示长压针压成型针并使其穿过待成型材料；图2E表示长压针透过已成型材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备，其特征在于，包括送针机构、送模机构、压针机构、接针机构、卡槽和可嵌套成型针的模具，成型针具有负泊松比结构形状，卡槽的上方两侧设有送针机构和送膜机构，卡槽的上方和下方设有压针机构和接针机构，其中：送针机构，用于将已嵌套成型针的模具放置于卡槽上；送模机构，用于将未嵌套成型针的模具放置于接针机构上；压针机构，用于从上至下压送卡槽内模具嵌套的成型针，使成型针穿透固定在卡槽上的待成型材料，直至成型针转移至接针机构上的模具内。

【技术特征摘要】
1.一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备，其特征在于，包括送针机构、送模机构、压针机构、接针机构、卡槽和可嵌套成型针的模具，成型针具有负泊松比结构形状，卡槽的上方两侧设有送针机构和送膜机构，卡槽的上方和下方设有压针机构和接针机构，其中：送针机构，用于将已嵌套成型针的模具放置于卡槽上；送模机构，用于将未嵌套成型针的模具放置于接针机构上；压针机构，用于从上至下压送卡槽内模具嵌套的成型针，使成型针穿透固定在卡槽上的待成型材料，直至成型针转移至接针机构上的模具内。2.根据权利要求1所述的一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备，其特征在于，所述送针机构与所述送模机构的结构相同，包括可在平面内360°转向的底座，在底座上设有可前后摆动的机械躯干，可前后摆动和竖直伸缩的机械手臂与机械躯干相连，可空间转向和前后摆动的机械手与机械手臂相连，机械手上设有可竖直伸缩的吸盘，吸盘依靠电气控制吸放所述模具；所述模具的截面结构与所述成型针的截面结构及尺寸刚好允许所述成型针在一定大小的力的作用下卡住和穿过。3.根据权利要求1所述的一种贯穿式制备具有高均匀拉胀结构的二维负泊松织物的成型设备，其特征在于，所述压针机构包含长压针和长压针的储针箱，长压针通过外力驱动将放置于卡槽内的模具上的成型针压出，穿透织物，并将成型针一直压入放置于接针机构上的模具内；长压针直径小于所述成型针最大横截面相应尺寸，以便透过织物继续送针至接针台上的模具内，且长压针在储针箱内紧密排列，储针箱根据成型针横截面结构和尺寸不同，以及相邻两针间距离来安排相应的长压针运...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜赵群，顾龙鑫，仵玉芝，马明英，龚占江，张明月，邵青青，李涵，余卫东，何玲娥，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31