整体三维多向结构平顶预制体的制备方法技术

整体三维多向结构平顶预制体的制备方法，本发明专利技术涉及一种三维编织技术，该方法采用三维多向结构，在方型四步法工艺制备平顶基础上，通过“选束引出-补偿引入”纱线制备身部并使平顶和身部整体编织成型，解决现有封顶制备技术中角联锁结构层间力学性能低，顶部和身部采用不同结构和制备工艺对复合及材料性能易造成不利影响等问题。本发明专利技术有效提高了平顶及整体力学性能，填补了三维编织技术在平顶预制体上的应用空白，为其在主、次承力结构件上的应用奠定了技术基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种三维编织技术，具体是一种顶部和身部均为三维多向结构预制体的整体编织成型方法，属于增强纤维及编织

技术介绍
中国专利公告号CN1851083，公告日是2006年10月25日，名称为‘封顶三维织物及其织造方法’中公开了一种封顶三维织物及其织造方法，该织物具有顶部和身部由经纱与纬纱一次连续织造完成的不分层的三维整体结构。该专利解决了封顶织物顶部和身部整体制造的难题，相比顶部和身部分开制造再连接成整体的制备方法有显著的进步和优势。不足之处是顶部和身部采用不同结构及制备工艺，特别是顶部采用角联锁结构，该结构只是相邻层两两相连，层间力学性能低，且该结构中经纱弯曲对其经向力学性能影响较大，因此，在顶部力学性能要求高的结构复合材料领域应用限制较大。此外，顶部和身部采用不同结构和制备工艺，不同结构间存在界面问题，界面性能对复合材料的整体性能影响较大。‘三维编织中纱线的运动规律分析’(文章编号1000-3851- (2002)02-0071-04)一文中介绍了三维编织复合材料是近年来迅速发展的工程结构复合材料，具有整体性能好，力学性能合理，高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩散的能力，为复合材料应用于主承力结构件提供了广阔的前景。《南京航空航天大学学报》期刊2008年第40卷第2期中‘三维五向矩形编织复合材料的细观结构模型’ 一文中介绍了三维五向编织复合材料不仅保持了三维四向编织复合材料沿厚度方向良好的力学性能，且显著改善了其面内力学性能，因此，日益受到复合材料学术界和工业界的高度重视。
技术实现思路
本专利技术克服了现有封顶技术中角联锁结构层间力学性能低，顶部和身部采用不同结构和制备工艺对复合及材料性能易造成不利影响等问题，采用“选束引出-补偿引入”工艺整体制备三维多向平顶预制体。本专利技术的技术方案概述如下一种，包括下列步骤I)根据预制体平顶的外形尺寸及纤维体积含量确定携纱器的阵列，按总数N准备起始纱线，把每组起始纱线的两端分别固定到第I号、第2号方机行列编号相同的携纱器上；前述起始纱线为合股纱，由S (S > 2)股同规格的纱束自然捻合形成；前述携纱器的阵列为主体编织纱或轴向纱的行列排布，m为行数、η为列数；前述起始纱线总数N=编织纱总数+轴向纱总数=(mXn+ m+ n)+ (mXn)；2)从起始纱线纱长的中间位置开始，按第一编织成型方向4 (即由起始纱线中间到起始纱线与第I号方机相对应一端的方向)，方型四步法工艺编织平顶的前半部分，第I号方机每运动一个机器循环，把其左侧边界携纱器上的起始纱线逐组“选束引出”同一股数的纱束，另在起始纱线外准备新纱束，任取新纱束中的两组，将第一组新纱束的一端“补偿引入”到前述“选束引出”纱束后剩余的纱线中，两者自然捻合后固定到原起始纱线固定的携纱器上，另一端暂不固定留作它用，继而将第二组新纱束沿起始纱线“选束引出”纱线的起始点回绕固结后一端与起始纱线“选束引出”的纱束自然捻合成一组纱线，另一端与前述“留作它用”的一端自然捻合成另一组纱线，把上述新组合形成的两组纱线依次固定到第3号方机右半边同一行相邻列的携纱器上；依次重复循环，直至第I号方机左侧边界携纱器上的起始纱线全部完成“选束引出”操作，继而进行第I号方机右侧“选束引出-补偿引入”操作，方法及步骤同左侧，不同之处是最后新组合形成的两组纱线依次固定到第4号方机左半边同一行相邻列的携纱器上，重复循环，完成预制体平顶前半部分的编织； 改变编织方向，按第二编织成型方向6(即由起始纱线中间到起始纱线与第2号方机相对应一端的方向)编织预制体平顶的后半部分，方法及步骤同前半部分，不同之处是起始编织用方机改为第2号方机，最后新组合形成的共四组纱线分别固定到第3号方机左半边、第4号方机右半边同一行相邻列的携纱器上，重复循环，完成平顶后半部分的编织，制备出全部平顶；前述一个机器循环是指携纱器完成一个循环的四步运动，在预制体编织成型方向形成一个节距的花节；前述携纱器包括主体纱携纱器和边纱携纱器，主体纱携纱器和边纱携纱器都由编织纱线携纱器和轴向纱携纱器组成；前述准备的新纱束总数为2 m，其细度同于“选束引出”的纱束；前述的第I号、第3号、第2号、第4号方机依次按顺时针方向等间距排列；3)把前述的第I号、第3号、第2号、第4号方机布置成方形或圆形，按四步法方型或圆型编织工艺制备身部。前述的“选束引出”工艺每次引出的纱束股数为S-I (S ^ 2)，“引入”工艺每次引入的纱束股数也为s-l (S ^ 2)，“选束引出-引入”后纱线的细度和起始纱线保持一致。3.采用本专利技术编织的平顶预制体身部上、下部分的周长、厚度等外形尺寸相同或不同。4.采用本专利技术编织的平顶预制体为三维四向或四向以上结构；采用四步法方型或圆型编织工艺。5.采用本专利技术编织的平顶预制体顶部为平顶，身部为方柱形、圆柱形、截锥形或锥台形，平顶预制体为顶部和身部的组合。6.采用本专利技术进行平顶预制体编织用纱线为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维、聚乙烯纤维、芳纶纤维或金属纤维等其它高性能纤维。本专利技术所采用的方型和圆型四步法工艺为三维编织技术的已知编织方法，以四步为一个编织循环。本专利技术所采用的方机是指三维编织设备底盘的形状为方形，为现有技术，该方机的结构型式分行列结构和角轮结构两种，本专利技术采用的方机是行列结构。本专利技术所制备的平顶预制体身部上、下部分周长变化通过增减携纱器列数，壁厚变化通过增减携纱器行数予以实现，行列数增减工艺为三维编织领域的已知技术。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是顶部和身部均采用三维多向结构并整体编织成型，不仅丰富了封顶预制体的制备工艺，且破解了顶部和身部采用不同结构及制备工艺造成的界面问题，有效提高了顶部及整体力学性能。本专利技术可应用于三维多向结构整体平顶预制体的制备，填补了三维编织技术在整体封顶预制体上的应用空白，有效提高了顶部及整体力学性能，为其在主、次承力结构件上的应用奠定了技术基础。 附图说明图1-1为本专利技术中方型四步法三维四向编织工艺的携纱器排布及运动规律示意图；图1-2为本专利技术中方型四步法三维五向编织工艺的携纱器排布及运动规律示意图；图2-1为本专利技术制备的方管型三维多向整体平顶预制体形状示意图；图2-2为本专利技术制备的圆管型三维多向整体平顶预制体形状示意图；图2-3为本专利技术制备的圆台型三维多向整体平顶预制体形状示意图；图2-4为本专利技术制备的棱台型三维多向整体平顶预制体形状示意图；图3-1为本专利技术制备的三维四向结构预制体表面纹理示意图；图3-2为本专利技术制备的三维五向结构预制体表面纹理示意图；图3-3为本专利技术制备的三维六向结构预制体表面纹理示意图；图3-4为本专利技术制备的三维七向结构预制体表面纹理示意图；图4-1为本专利技术中方型预制体编织用方机的平面布置示意图；图4-2为本专利技术中圆型预制体方机的平面布置示意图；图5为本专利技术中平顶的制备工艺示意图；图6为本专利技术中“选束引出-补偿引入”工艺示意图；图7为本专利技术制备的三维四向方管型整体平顶预制体尺寸及形状示意图；图8为本专利技术制备的三维五向圆台型整体平顶预制体尺寸及形状示意图；图9为本专利技术制备的三维五向圆台型整体平顶预制体加纱用方机的平面布置示意图。图I中，“〇”表示编织纱线携纱器，“ X ”表示轴向纱携纱器；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹锋，
申请(专利权)人：宜兴市华恒高性能纤维织造有限公司，
类型：发明
国别省市：