CN116005317B - 一种利用普通织机织造仿竹结构三维机织管状织物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用普通织机织造仿竹结构三维机织管状织物的方法，此方法将仿生设计结构和三维机织结构两者相结合，在普通织机上实现增加管状织物内部结构。所述织物由三部分组成，不同大小直径的管状织物和连接两个管状织物的加强肋部分。该方法通过设计加强肋部分，使用普通织机将两个不同直径的管状织物织造成一个整体三维机织管状织物。解决了使用层合工艺容易出现层与层的粘接脱落，导致其力学性质差，层间剪切强度低、抗冲击损伤性差等缺点，也避免了使用改造三维织机成本高的难题。同时该方法具有操作简单等优点，适合高性能管状复合材料预制件生产制造需求。

Description

一种利用普通织机织造仿竹结构三维机织管状织物的方法

技术领域

本发明涉及三维机织物技术领域，具体涉及一种仿竹结构的三维机织管状织物的设计与织造方法。

背景技术

管状结构是各工程设计中最为常见的结构，目前常见的三维管状织物根据织造方法有三维机织管状织物、三维针织管状织物、三维编织管状织物，其与不同性能的树脂基体，通过各种复合材料成型工艺可制备成管状复合材料结构件，此类复合材料具有生产成本低等优点。虽然管状结构是很好的一种吸能、承载结构，但目前的三维机织管状织物结构件大多以中空规则圆管为主，当其长径比较大时，稳定性会有所下降，出现弯曲、抗弯能力下降等问题，已经不能适应各领域对高性能管状结构件的需求。目前，提高管结构耐冲击性能方法主要有新结构的设计和新材料的使用，现有的关于通过结构创新提升管状织物复合材料力学性能的方法大多是采用异形模具，通过复合材料材料成型工艺异形管状复合材料。研究证明，相比于规则管状复合材料，不规则管状复合材料可以有效提升，但关于增加管状内部结构的研究较少，且现有的关于增加三维机织管状织物内部结构的织造技术大多是通过层合工艺进行制备。通过改造三维织机进行仿竹结构三维机织管状织物织造，织物整体性能高，但存在生产成本大，无法控制内外管状织物直径比例等技术难点；通过模具制备层合仿竹结构管状织物复合材料，该方法简单易操作，只需要定制不同结构的模具便可制备，但层合工艺之别的复合材料整体性能较差，织物之间仅仅依靠树脂进行粘合，当受到交变外力时，粘结处易开裂，造成层与层之间的分层，导致其力学性质差，层间剪切强度低、抗冲击损伤性差等，造成复合材料力学性能降低。

发明内容

基于上述不足之处，本发明结合仿生设计和三维机织结构，在增加管状织物内部结构的同时提高其抗分层能力。

本发明的目的在于针对现有三维织机生产成本高、难点多，金属材料一体成型自重较重、生产成本高、不耐腐蚀等不足，以传统的管状织物为基础，利用结构仿生，通过观察竹壁微观结构，简化其结构，设计出适合普通织机织造的仿竹结构三维机织管状织物，并提供利用普通织造进行一体化织造的方法。该织物由内外管状织物和连接两部分织物之间的加强肋三部分组成。该织造方法通过设计加强肋部分实现内外管状织物连接成一个整体，避免了使用改造三维织机织造成本高的缺点，同时其复合材料避免了使用层合工艺容易出现内外层不同织物间仅靠树脂进行粘连，受到外力容易出现分层、脱散等容易造成力学性能下降的问题。本发明的仿竹结构三维机织管状织物整体性能得到提高，弥补了层合管状织物力学性能差的缺点，具有整体性得到提高，力学性能好的优势，来满足管材在轻量化设计中的更高的力学性能要求。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种仿竹结构三维机织管状织物，所述的仿竹结构三维机织管状织物总共由三部分组成，如图1所示，两个同心、不同直径的管状织物和连接内外两个管状织物的加强肋部分，加强肋位于外管状织物与内管状织物之间；两个不同直径的管状织物和加强筋三个部分通过普通织机织造成一个整体，织物整体性能高，且管状织物中空结构得到增加，其复合材料的力学性能得到提升。

作为一种优选技术方案，步骤(1)中，在设计仿竹结构三维机织管状织物时，应避免内管直径过大或过小，外管状织物与内管状织物的直径差应大于10mm，例如外管状织物与内管状织物的直径比保持在3:2。

上述仿竹结构三维机织管状织物的织造方法，包括如下步骤：

(1)上机前准备：根据织物要求设计出仿竹结构三维机织管状织物的经向剖面图，如图2所示，并根据经向剖面图画出相应个各部分的纹板图，如图3、4所示。

(2)经纱准备：根据仿竹结构的三维机织管状织物的最大直径预制所有经纱，然后进行上机穿综、穿筘操作；

(3)上机织造：将仿竹结构三维机织管状织物分为三部分进行织造，采用纬向管的分层织造方法；先织内管状织物，后织外管状织物，再通过织造加强肋实现将内外管状织物通过三维织物结构织造成为一个整体织物。该织造方法通过设计加强肋部分实现内外管状织物连接成一个整体。

作为一种优选技术方案，步骤(3)中，如图5所示，在整体织物织造开始织造之前，先开始织造平板部分A1，平板部分A1位于外管状织物的两侧，是织造纬向管的必要部分，同时可以实现不下机连续织造，在整体织物织造完成后对其进行修剪；A2部分是连接内外管状织物的加强肋，A3部分是外层管状织物，A4部分是内层管状织物。通过对织造工艺参数的合理设定，按特定的顺序分区进行织造，以达到先织内管状织物，后织外管状织物，通过分区织造以实现不同内外径的变化，并通过织造加强肋部分实现将内外管状织物通过三维织物结构织造成为一个整体织物。

作为一种优选技术方案，步骤(1)中，加强肋部分A2和平板部分A1三维织物结构应为三维正交结构、三维角连锁结构中的至少一种，例如浅交弯联结构。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中，织物整体由四层组成，即8层经纱，故需要8页综框，采用顺穿法进行穿筘，根据织物要求选择合适的筘齿。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中，织物的纱线细度为400～1000D。

作为一种优选技术方案，步骤(2)中，织物所用钢筘号数为40～80号。

作为一种优选技术方案，步骤(3)中，A3和A4部分管状织物的基础组织为平纹、斜纹中的至少一种。

作为一种优选技术方案，步骤(3)中采用多梭子引纬，引纬织造顺序应为由内到外或有下至上的至少一种。

作为一种优选技术方案，步骤(3)中，采用多梭子引纬的织造方法，共需要四个梭子，不同层用不同的梭子进行引纬

作为一种优选技术方案，步骤(3)中，在进行内外管状织物的织造时，每一层需用不同的梭子进行纬纱引纬，第一个梭子完成外管状织物上半部分的引纬，第二个梭子完成内管状织物上半部分的引纬，第三个梭子完成内管状织物下半部分的引纬，第四个梭子完成外管状织物下半部分的引纬，选用多梭子进行引纬，避免了内外织物之间通过纬纱连接成整体，无法出现中空结构，同时属于连续引纬，不需要剪断纬纱，整体性能得到提升。

具体地，第一步采用一个梭子完成A1部分的引纬，A1部分可以与外层管状织物上半部分或下半部分共用一个梭子；

第二步是采用第二个梭子完成A2部分的引纬，此部分的作用为连接内外层管状织物，A2加强肋部分可以与内层管状织物上半部分或下半部分共用一个梭子；

第三步是完成内层管状织物A4部分的引纬，上下层用不同的梭子；

第四步为织造A2加强肋部分的右半部分，完成仿竹结构三维机织管状织物的内部结构；

第五步是完成外层管状织物的引纬织造，此部分同A4部分一样，上下层用不同的梭子进行引纬；

第六步是完成A1右半部分织造，完成整体织物织造，后续便可以重复上述操作完成下一个管状织物的织造，实现不下机连续织造。

本发明的仿竹结构三维机织管状织物长度与经纱数量有关，织物内外径与纬纱数量有关，可以通过设计织物经向剖面图时控制织物的内外直径，通过增加纬纱根数，可以增大织物的直径。本发明在进行上机整体织造时，由内到外的分层织造方法，此方法能很好的控制内外管状织物的直径，可以织造任何直径比例的仿竹结构三维机织管状织物，并进一步增强仿竹结构三维机织管状织物整体性增强。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的制备方法无需改造织机，在普通织机上即可织造出仿竹结构三维机织管状织物，降低了生产成本，具有较好的社会效益。经过合理仿生设计，通过设计加强肋部分连接内外两部分管状织物成为一个整体，相较于传统管状织物，一体织造成型，既增加了中间结构，又提高了织物的整体性能，力学性能得到提升。解决了使用层合工艺容易出现层与层的粘接脱落，导致其力学性质差，层间剪切强度低、抗冲击损伤性差等缺点，也避免了使用改造三维织机成本高的难题。同时该方法具有操作简单等优点，适合高性能管状复合材料预制件生产制造需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为仿竹结构三维机织管状织物示意图；

图2为实施例1中的织物经向截面图；

图3为实施例1中织物A1部分的经向截面图和上机纹板图；

图4为实施例1中织物A2部分的经向截面图和上机纹板图；

图5为实施例1中织造示意图。

图6为实施例1中织造出的织物实物图。

具体实施方式

下述非限制性实施例的描述仅说明本发明的基本原理和主要特征，不以任何方式限制本发明的变化。本发明的变化和改进均属于本发明要求保护的范围。下面结合附图与具体实施例对本发明技术方案作进一步阐述。

实施例1

一种仿竹结构三维机织管状织物，如图1所示，设计织物外管状织物直径为60mm，内管状织物直径为40mm，壁厚为2mm，连接内外管状织物的加强肋部分长度为10mm，织物长度为100mm，经纱密度为440根/10cm，纬纱密度为50根/10cm，选择细度为1000D的超高分子量聚乙烯长丝作为经纬纱。该织物的织造方法包括以下步骤：

(1)上机准备

a.设计织物的经向剖面图，如图2所示，设计连接内外管状织物的A2部分为浅交弯联结构，织物管壁厚度为一层，设计织物组织为平纹组织。图中黑色交织线条代表经纱，实心圆点代表纬纱。

b.根据织物的经向剖面图画出相对应部分的上机纹板图，如图3、4所示。

c.计算经纱根数：织物层数为4层，每层2股经纱，根据织物尺寸和经纬纱密度计算出共需60个经纱循环，总经根数为480根。

d.穿综：根据设计好的穿综图采用顺穿法进行穿筘，共用到8片综框。

e.穿筘：根据设计好的穿筘图进行穿筘，筘号为60号，每筘穿8根经纱。

(2)上机织造

采用纬向管的分层织造方法，将整个结构分为四部分进行织造，织造部分示意图如图5所示，根据组织图，需采用4个梭子完成引纬织造。

第一步采用1号梭子完成A1左侧部分的引纬织造，此部分为四层浅交弯联结构，织造此部分的目的是为了不下机连续织造，引纬顺序如图3所示。

第二步采用2号梭子完成A2左侧部分的引纬织造，此部分为两层浅交弯联结构，两层用一个梭子依次完成引纬，如图4所示，为连接A3和A4部分的加强肋部分。

第三步采用2号梭子和3号梭子完成A4部分内层管状织物的织造，管状织物的基础组织为一层平纹组织，上半部分采用2号梭子完成引纬，下半部分采用3号梭子完成引纬，2号和3号梭子上下交替依次完成引纬。

第四步是采用2号梭子或3号梭子完成A2右侧部分织造，重复上述第二步操作。

第五步采用1号和4号梭子完成A3部分外层管状织物的织造，管状织物的基础组织为一层平纹组织，上半部分采用1号梭子完成引纬，下半部分采用4号梭子完成引纬，2号和3号梭子上下交替依次完成引纬。

第六步采用1号梭子完成A1右侧部分的引纬织造，重复上述第一步操作，织造完成。

下机后，使用模具将织物撑开，进行还原，对A1部分进行修剪。

本实施例中，内层与外层管状织物上下两部分采用两个梭子进行引纬是为了避免采用一个梭子造成上下层连接在一起，造成织物两端封闭，还避免了因选择剪断纬纱而造成织物整体性能下降，力学性能得到损失。

本实施例重复上述步骤，可实现仿竹结构三维机织管状织物不下机连续织造，织造效率得到进一步提高，如图6所示。

在织造过程中，由于A1和A2部分为浅交弯联结构，但不限于此结构，应至少为三维正交结构或三维角连锁结构中的一种。

实施例2

一种仿竹结构三维机织管状织物，设计织物外管状织物直径为60mm，内管状织物直径为50mm，壁厚为2mm，连接内外管状织物的加强肋部分长度为5mm，织物长度为50mm，选择细度为1000D的超高分子量聚乙烯长丝作为经纬纱。该织物的织造方法如下：

织物上机步骤和织造方法与实施例1中相同，区别在于：

织物内管直径变大，长度减少1倍，计算出共需30个经纱循环，总经根数为240根。在绘制经纱剖面图时，加强肋部分的纬纱循环减少一倍，内管状织物的纬纱循环应适当增大。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种仿竹结构三维机织管状织物的织造方法，其特征在于，所述的仿竹结构三维机织管状织物的结构包括：两个同心、不同直径的管状织物和连接内外两个管状织物的加强肋，两个不同直径的管状织物和加强肋由普通织机织造成一个整体织物；外管状织物与内管状织物的直径差大于10mm；

所述的仿竹结构的三维机织管状织物的织造方法，包括如下步骤：

（1）上机准备：绘制仿竹结构的三维机织管状织物的经向剖面图，根据剖面图绘制出相应的上机纹板图；

（2）经纱准备：根据仿竹结构的三维机织管状织物的最大直径预制所有经纱，然后进行上机穿综、穿筘操作；

（3）上机织造：将仿竹结构三维机织管状织物分为三部分进行织造，采用纬向管的分层织造方法；先织内管状织物，后织外管状织物，再通过织造加强肋实现将内外管状织物通过三维织物结构织造成为一个整体织物；

在进行分层织造时，采用多梭子引纬织造的方法，需采用4个梭子，在进行内外管状织物的织造时，每一层需用不同的梭子进行纬纱引纬，第一个梭子完成外管状织物上半部分的引纬，第二个梭子完成内管状织物上半部分的引纬，第三个梭子完成内管状织物下半部分的引纬，第四个梭子完成外管状织物下半部分的引纬。

2.根据权利要求1所述的织造方法，其特征在于，步骤（2）中，所述织物的纱线细度为400～1000D。

3.根据权利要求1所述的织造方法，其特征在于，步骤（2）中，所述织物所用钢筘号数为40～80。

4.根据权利要求1所述的织造方法，其特征在于，步骤（3）中，在整体织物织造开始织造之前，先开始织造平板部分，平板部分位于外管状织物的两侧，在整体织物织造完成后对平板部分进行修剪。

5.根据权利要求1所述的织造方法，其特征在于，所述内外管状织物的基础组织为平纹、斜纹中的至少一种，外管状织物两侧的平板部分和连接内外管状织物的加强肋为三维正交结构、三维角连锁结构中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的织造方法，其特征在于，采用多梭子引纬，引纬织造顺序应为由内到外或由下至上的至少一种。