CN110258004A - 一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，涉及一种锥形高性能纤维罩体预制织物的成型工艺。所述的锥形高性能纤维罩体预制织物的结构件由外层锥形骨架、内层模具切片，支撑底座组成，具体制作步骤如下：首先根据所要设计的锥形高性能纤维罩体预制织物的结构参数要求，确定所设计的外层锥形骨架、内层模具，以及支撑底座的结构参数；然后根据经纬密设计孔洞路径及内层模具的切片数量，接着对模具切片进行组装、插针，经纬纱在锥形骨架上按照一定的规律铺排到所设定的厚度为止，最后将针从模具层顶出到织物层，并将对应的该块模具切片抽出，用置换的方法对织物进行法向缝合，脱去张力线和外层锥形骨架，制得锥形高性能纤维罩体预制织物。
Description
技术领域
本发明涉及立体织物织造领域，具体涉及一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法。
背景技术
雷达天线罩是航空飞行器实现通信、探测、火控、敌我识别、电子干扰等任务功能时重要的电磁透波窗口，用于保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作，并使电磁波正常透过的一种制件。天线罩所使用的材料要求同时具备优良的耐热性能、力学性能和透波性能，为实现透波复合材料在轻量化、宽频带、高透波、耐大功率辐照、耐高温、耐环境性能等方面提出的技术要求，天线罩预制织物所采用的纤维原料一般为陶瓷纤维，制备方法通常采用三维织造技术，三维织造技术是目前能够满足复杂结构复合材料的增强体加工技术，三维立体织物具备其他增强体结构难以比拟的准各向同性特点和结构可设计性，通过在织物厚度方向引入增强纤维来实现的，有助于提高复合材料层间剪切强度和损伤容限。
专利CN103031651B公开了厚顶转薄壁封顶织物的编织方法，该方法属于立体织物制造领域，经纱通过减层或合股或减细操作，实现织物由厚顶变薄壁，该方法能够得到成型效果良好的增强织物，但对于原料为无捻的纱线来说，该方法中的减层或合股或减细操作复杂，费时费工；专利CN107083606A介绍了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，在模具的表面设置植针层，将穿有纱线的针预植于植针层，铺排好了经纬纱以后，再引入法向纱，能够实现常规三维正交编织无法制造封顶织物的难题，但该方法中的法向纱不连续，织物的层间密度不高，且该方法中的经纱在铺排的时候没有张力牵伸，经纱在织物内部会有较多的屈曲，纤维体积含量不高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷或改进需求，本发明提供了一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，采用模具切片组装插针的方式，经纬纱先用高性能纤维铺排在外层锥形骨架上，再用“置换法”缝合，引入连续的法向纱来对织物进行层间增强，用张力线赋予经纱张力，提高了纤维的体积含量，该方法操作便捷，织造效率高，可用于解决以上高性能纤维天线罩预制织物的加工成型问题，从而制备一种锥形高性能纤维天线罩预制织物。为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
(a)根据所要设计的锥形高性能纤维天线罩预制织物的结构、尺寸的参数要求，确定所设计的外层锥形骨架、模具切片，以及支撑底座的结构参数；
(b)根据经纬纱以及法向纱的线密度来设计孔洞的排列路径；根据孔洞的排列路径，设置模具切片的形状；
(c)对模具切片进行组装、插针，经纬纱按照一定的规律铺排，后面的经纬向铺法重复第二层的操作，直至铺排到所设定的厚度为止；
(d)沿经纱方向缝合，依次将所要缝合的列对应的模具切片上的针从模具层拔出到织物层；再将对应的该块模具切片抽出，用置换的方法在针的位置上，将连续的法向纱引入到织物中；
(e)法向纱置换完毕后，去掉张力线，脱去外层锥形骨架，制得锥形高性能纤维天线罩预制织物。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的锥形骨架由若干根骨架丝组成，根据骨架丝的数量变化，该方法可满足制备多棱锥形和近似圆锥形的罩体织物，骨架丝材质优选为实心不锈钢丝，骨架丝截面优选为圆柱形，骨架丝数量优选为3-24个，骨架丝直径优选为1-5mm。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的锥形骨架的锥形角度与模具的锥形角度相同，所述锥形骨架与模具平行面的间距为2-100mm，优选为2-30mm。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述模具的壁厚为6-48mm，优选为11-29mm。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法中，模具的材料为现有技术，如金属、陶瓷、木质、塑料中的一种。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述织物的厚度优选为3-150mm。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述模具切片的数量优选为2-100个。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述针的孔径优选为0.5mm-1.8mm，所述针的长度范围为(1mm+模具厚度+模具到锥形骨架的距离+织物的厚度，10mm+模具厚度+模具到锥形骨架的距离+织物的厚度)，所述模具上的孔洞直径优选为0.6mm-1.9mm。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法中，经纬纱铺排方法为现有技术，如所述步骤c的挂纱顺序是从锥顶到锥底，从上到下沿着孔洞的路径先将第一层纬纱均匀地绕在外层锥形骨架上，再挂第一层经纱，经纱头端挂在外层锥形骨架的顶部，末端与张力线相连，张力线系在底座的挂钩上，接下来的第二层纬纱可以根据制品需要采用第一层的铺排方法或是经纬纱按照机织平纹的规律逐根交错铺排，后面的经纬向铺法重复第二层的操作，直至铺排到所设定的厚度为止。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤d中经纬纱铺排结束后，采用纵向缝合的方法，先将所要缝合的列对应的针从模具中拔出，但针仍然停留在织物层，然后抽出对应的模具切片，采用置换的方法引入法向纱替换针，进行S型缝合，每缝合一个点就从织物中退掉该缝合点上对应的一根针。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述的高性能纤维天线罩预制织物的纬纱或缠绕纱与模具轴线形成的角度为0-9°。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤e中，支撑底座起到固定上层模具的作用，底座边上开有限位槽，用来稳定锥形骨架，支撑底座可实现原地转动，便于操作，底座的下方有一环环挂钩，用来系张力线。
如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法中，天线罩预制织物的原料为现有技术，如石英纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、玻璃纤维中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，采用模具切片的方法，将模具分成近似三角形的片状并组合，在模具上插针，经纬纱采用不同的交织方式铺排，通过“置换法”在织物的法向引入连续的法向纱，得到锥形高性能纤维天线罩预制织物，该制造方法新颖独特，节约生产成本，采用该法制得的织物预制体，解决了常规织造工艺中高性能纤维天线罩中纤维摩擦损伤大、工艺复杂的问题，能够制得纤维连续性、制品完整性、整体均匀性的天线罩预制织物。
附图说明
图1是本发明高性能纤维天线罩预制织物中经纱、纬纱、法向纱的铺排示意图；
图2是本发明高性能纤维天线罩预制织物模具切片示意图；
图3是本发明高性能纤维天线罩预制织物外层锥形骨架示意图；
图4是本发明高性能纤维天线罩预制织物支撑底座示意图；
图5是本发明高性能纤维天线罩预制织物结构示意图。
图标：1-纬纱；2-经纱；3-法向纱；4-模具切片；5-孔洞；6-骨架丝；7-支撑底座；8-销孔；9-挂钩；10-定位环；11-锥形骨架；12-针；13-织物层。
具体实施方式
现结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施方式：
首先，应当说明的是，本发明一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法中，经纱、纬纱是直接铺排在锥形骨架上的，最终得到的织物预制体的形状为近似圆形的棱锥，选用的骨架丝应能承受织造张力且不发生弯曲变形，织造时应当避免将骨架丝织入织物内，脱模时，锥形骨架上的骨架丝可单根拆卸。
对于锥形体模具而言，模具表面本身是曲面，铺排中只有纬纱层能够实现均匀分布，经纱、法向纱都是不均匀分布的，需要进行局部的纬纱增行，经纱增列，以满足经纬密的要求。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“经纱”、“纬纱”、“经纬向”只是为了便于描述本发明和简化描述，“经纱”可以用“圆锥母线纱”代替，“纬纱”可以用“缠绕纱”代替，“经纬向”可以用“圆锥母线方向和缠绕方向”来代替，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内因此不能理解为对本发明地限制。
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，制备步骤如下：
(a)结构件参数表的设计：根据所要制备的天线罩预制织物织物的规格参数，设计相应规格的模具切片4、锥形骨架11、支撑底座7的参数表，如表1-4所示。
(b)孔洞5路径及模具切片4数量的确定：孔洞5的路径一方面是用来确定纬纱1路径的，同时也确定了经纱2的挂纱路径，另一方面是确定了法向纱3的缝合路径；本实施例中孔洞5直径设为1.5mm，上下相邻两层针12之间的距离设为5mm，孔洞5经向路径沿着圆锥母线方向布置。根据织物高1000mm，锥形角度21.8°可得到织物底面最大外径为1210mm；相邻两孔洞5间距为5mm，孔洞5直径为1.5mm，可计算出最底层有186列孔洞5，按照每片模具切片4上分布3列孔洞5，需要62片模具切片4。
(c)织造前的准备：将模具切片4上的销孔8与支撑底座7上的销孔8对齐，并用销钉依次固定于支撑底座7上；锥形骨架11罩于模具外侧，定位环10置于支撑底座7上的定位槽中。将针12插入安装好的模具中，插入深度为刚好到达模具内壁表面。
(d)布置经纬纱：经纱2、纬纱1、法向纱3采用的原料都是190tex的石英纤维，为了给经纱2提供一个支撑，第一层为纬纱1层，按照纬密100±2根/10cm的量，即上下相邻两层针12之间每层绕5圈纬纱，纱线应尽量避免重合，将锥形骨架11的外圈均匀铺满纱线，第二层从锥形骨架11顶端开始挂经纱2，主体经纱2的长度为1000mm，每一阶段局部补充的经纱2位于同一层高上，且纬向每隔同等数量的针12，补充同等数量的经纱2，局部补充的经纱2长度根据实际织造中针12的层数而定，根据织物内层底面周长1210mm，经纱密度100±2根/10cm，底层孔洞5个数为186个，实际铺排中，最底层总经根数为931根。
经纱2的末端捆绑张力线，张力线挂于支撑底座7下端的挂钩上，且按照最内层的经纱2所连接的张力线挂于支撑底座7最内层的一圈挂钩上的顺序逐层挂纱。经纬纱按照缠绕一层纬纱1，铺排一层经纱2的规律铺排，直至铺排到所设定的厚度为止。
(e)缝合：法向纱3沿着经纱2方向缝合，缝合步骤开始前，需要将模具切片4上对应的一列或几列的针12从模具层拔出，剩下的模具切片4上的针12保持不动，针12的末端刚好脱离出模具层即可，将该处的模具切片4抽出，并沿经向S型连续缝合，直至所有的模具切片4都被抽出为止。
脱模：法向纱3置换完毕后，将锥形骨架11上面的骨架丝6逐一拆下，再将张力线取下，即完成脱模，制得锥形高性能纤维天线罩预制织物，织物的大部分厚度达20mm，局部厚度达26mm。
实施例2
一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，制备步骤如下：
(a)结构件参数表的设计：根据所要制备的天线罩预制织物织物的规格参数，设计相应规格的模具切片4、锥形骨架11、支撑底座7的参数表，如表1-4所示。
(b)孔洞5路径及模具切片4数量的确定：孔洞5的路径一方面是用来确定纬纱1路径的，同时也确定了经纱2的挂纱路径，另一方面是确定了法向纱3的缝合路径；本实施例中孔洞5直径设为1.2mm，上下相邻两层针12之间的距离设为4.5mm，孔洞5经向路径沿着圆锥母线方向布置。根据织物高800mm，锥形角度30°可得到织物底面最大外径为1346mm；相邻两孔洞5间距为4.5mm，孔洞5直径为1.2mm，可计算出最底层有236列孔洞5，按照每片模具切片4上分布4列孔洞5，需要59片模具切片4。
(c)织造前的准备：将模具切片4上的销孔8与支撑底座7上的销孔8对齐，并用销钉依次固定于支撑底座7上；锥形骨架11罩于模具外侧，定位环10置于支撑底座7上的定位槽中。将针12插入安装好的模具中，插入深度为刚好到达模具内壁表面。
(d)布置经纬纱：经纱2、纬纱1、法向纱3采用的原料都是215tex的氧化铝纤维，为了给经纱2提供一个支撑，第一层为纬纱1层，按照纬密95±2根/10cm的量，纱线应尽量避免重合，将锥形骨架11的外圈均匀铺满纱线，第二层从锥形骨架11顶端开始挂经纱2，主体经纱2的长度为828mm，每一阶段局部补充的经纱2位于同一层高上，且纬向每隔同等数量的针12，补充同等数量的经纱2，局部补充的经纱2长度根据实际织造中针12的层数而定，根据织物内层底面周长1347mm，经纱密度95±2根/10cm，底层孔洞5个数为236个，实际铺排中，最底层总经根数取1010根。
经纱2的末端捆绑张力线，张力线挂于支撑底座7下端的挂钩上，且按照最内层的经纱2所连接的张力线挂于支撑底座7最内层的一圈挂钩上的顺序逐层挂纱。经纬纱按照缠绕一层纬纱1，铺排一层经纱2的规律铺排，直至铺排到所设定的厚度为止。
(e)缝合：法向纱3沿着经纱2方向缝合，缝合步骤开始前，需要将模具切片4上对应的一列或几列的针12从模具层拔出，剩下的模具切片4上的针12保持不动，针12的末端刚好脱离出模具层即可，将该处的模具切片4抽出，并沿经向S型连续缝合，直至所有的模具切片4都被抽出为止。
脱模：法向纱3置换完毕后，将锥形骨架11上面的骨架丝6逐一拆下，再将张力线取下，即完成脱模，制得锥形高性能纤维天线罩预制织物，织物的大部分厚度达25mm，局部厚度达30mm。
表1织物规格参数表
表2模具规格参数表
表3锥形骨架规格参数表
表4支撑底座规格参数表
| 支撑底座规格 | 材料 | 尺寸/高*底面直径(mm) |
| 实施例1 | 铸铁 | 25*480 |
| 实施例2 | 铸铁 | 25*480 |
以上的表1-4中所述的底面直径、底面周长均指的是织物的内层测量指标，所述的模具规格参数表中的底面直径指的是模具的外层测量指标。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其结构件由外层锥形骨架、内层模具切片，支撑底座组成，制备步骤如下：
(a)根据所要设计的锥形高性能纤维天线罩预制织物的结构参数要求，确定所设计的外层锥形骨架、模具切片、支撑底座的结构参数；
(b)根据经纬纱以及法向纱的线密度来设计针孔路径以及模具切片的数量；
(c)对切片进行组装、插针，经纬纱按照一定的规律铺排，后面的经纬纱铺排方法重复第二层的操作，直至铺排到所设定的厚度为止；
(d)沿经纱方向缝合，依次将所要缝合的列对应的模具切片上的针从模具层拔出到织物层；再将对应的该块模具切片抽出，用置换的方法在针的位置上，对织物进行法向缝合；
(e)法向纱置换完毕后，去掉张力线，脱去外层锥形骨架，制得锥形高性能纤维天线罩预制织物。
2.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的锥形骨架呈锥形，由若干根骨架丝组成，根据骨架的数量变化，该方法可满足制备多棱锥形和近似圆锥形的罩体织物，骨架丝材质优选为实心不锈钢丝，骨架丝截面优选为圆柱形，骨架丝的数量优选为3-24个，骨架丝直径优选为1-5mm。
3.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤a中的锥形骨架的锥形角度与模具的锥形角度相同，所述锥形骨架与模具平行面的间距为2-100mm，优选为2-30mm。
4.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述模具的壁厚为6-48mm，优选为11-29mm。
5.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述织物的厚度优选为3-150mm。
6.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述插针的孔径优选为0.5mm-1.8mm，所述插针的长度范围为(1mm+模具厚度+模具到锥形骨架的距离+织物的厚度，10mm+模具厚度+模具到锥形骨架的距离+织物的厚度)，所述模具上的针孔直径优选为0.6mm-1.9mm。
7.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤d中经纬纱铺排结束后，沿着经纱方向缝合，先将所要缝合的列对应的针从模具中拔出，但针仍然停留在织物层，然后抽出对应的模具切片，采用置换的方法引入法向纱替换针，进行S型缝合，每缝合一个点就从织物中退掉该缝合点上对应的一根针。
8.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述步骤e中，支撑底座起到固定上层模具的作用，底座边上开有限位槽，用来稳定锥形骨架，支撑底座可实现原地转动，便于操作，底座的下方有一环环挂钩，用来系张力线。
9.如上所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述的高性能纤维天线罩预制织物的纬纱或缠绕纱与模具轴线形成的角度为0-9°。
10.根据权利要求1所述的一种锥形高性能纤维天线罩预制织物的制备方法，其特征在于：所述模具切片的数量优选为2-100个。
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