一种表面起圈的三维机织物及其织造方法

技术领域

本发明属于立体织物织造技术领域，特别是涉及一种表面起圈的三维机织物及其织造方法。

背景技术

表面起圈的三维机织物是采用高性能纤维通过整体织造技术，在织物表面形成Z向增强的毛圈。三维机织预制体中经纱和纬纱在平面内呈90度交织或排列，提高了复合材料的面内性能，而贯穿于结构厚度方向的纱束同时又减少了分层现象，增加了材料的层间剪切强度，并提高了材料抗冲击性能以及弯曲疲劳性能。表面起圈的三维机织物作为增强材料，在三维机织物的基础之上通过对部分纤维起圈的形式，在层间形成锚固结构，以提升复合材料的层间拉伸与层间剪切性能，实现复合材料在层间的增强。起圈材料具有面内性能优、成本低、效率高、面内性能损失小等优势，能够满足结构部件需要的层间剪切与韧性性能，达到层间增韧的目标，未来在汽车、航空航天、机械制造等领域均可得到广泛应用。

中国专利CN1804174B介绍了一种织造Z向起圈织物的方法，该起圈织物的织造方法包括经纱预处理、整经、织前准备、织造、下样与整形等步骤，经纱、纬纱所用的纤维为同一种纤维，在织造前需进行预处理，该织物的Z向起圈纤维束可以用来联接多层立体织物，用针刺工艺使织物层间紧密联接，使预制体具备整体增强结构。这种织物存在结构单一、纤维种类单一、起圈纱连接形式单一，不利于其满足各个不同领域的广泛应用需求。

中国专利CN213013325U介绍了一种表层含有毛圈组织的立体编织物，在三维四步编织法的基础上实现三维七向立体编织，通过X轴纱和Y轴纱形成了丰满的表观结构，并与编织纱形成了具有多向纤维的精密网状结构，无法实现连续化织造，难以满足各个不同领域的广泛应用需求。

发明内容

本发明的目的在于解决目前起圈织物结构单一、纤维种类单一、连接方式单一、无法实现连续化织造、难以满足各个不同领域的广泛应用需求的问题，提供一种表面起圈的三维机织物及其织造方法。

为了实现本发明目的，本发明公开了一种表面起圈的三维机织物织造方法，包括以下步骤：

步骤1、根据织物的目标密度、厚度、起圈高度、起圈密度的要求，进行织物经纱层列数的排列，形成层连组织的A层、B列经纱以及起圈组织的C层、D列起圈纱；

步骤2、将层连组织的每层每根经纱穿过对应的经纱张力器以控制经纱的张力；

步骤3、将起圈组织的每层每根经纱穿过起圈纱经轴以控制起圈纱的张力及起圈纱的主动送经；

步骤4、根据层连组织和起圈组织经纱层列数的排列将经纱分别穿进相应的综丝及筘齿中；

步骤5、逐根调整层连组织的经纱张力，使其开口清晰；

步骤6、逐根调整起圈组织的经纱张力并使起圈纱经轴处于零位状态，使其开口清晰；

步骤7、根据预设的层连组织要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；根据预设的起圈组织要求，提综装置带动相应的起圈纱运动；

步骤8、每次形成开口后，由引纬装置引入纬纱，完成引纬后，打纬装置根据预设的起圈组织要求向织物织口水平移动完成长打纬或短打纬，将纬纱打进织口，完成打纬，并在织物表面形成起圈组织；

步骤9、打纬完成后，根据织物的纬密要求将织物向成型方向牵引相应距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。

进一步地，层连组织包括正交三向、浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、空芯夹层及其之间的组合结构；起圈组织跨越层连组织的层数不少于一层。

进一步地，织物起圈组织的起圈高度为0～1000mm。

进一步地，织物起圈组织为单面起圈组织或双面起圈组织。

进一步地，织物起圈组织沿经向起圈或沿纬向起圈。

进一步地，织物起圈组织沿经向起圈能够跨越的纬纱根数不少于1根。

进一步地，织物起圈组织沿纬向起圈能够跨越的经纱根数不少于1根。

进一步地，织物起圈组织沿经向起圈每两个圈之间间隔的纬纱根数不少于1根。

进一步地，织物起圈组织沿纬向起圈每两个圈之间间隔的经纱根数不少于1根。

为了实现本发明的目的，本发明还公开了一种表面起圈的三维机织物，三维机织物织物包括由经纱和纬纱经三维机织而成的层连组织以及贯穿或非贯穿于层连组织的起圈组织，能够使用一种高性能纤维，也能够使用多种高性能纤维混合，整体连续织造成型。

与现有技术相比，本发明的显著进步在于：本方法所获得的一种表面起圈的三维机织物，包括层连组织以及贯穿或非贯穿于层连组织的起圈组织，整体连续织造成型；在织造过程中，通过层连组织的层列数排列、起圈组织的层列数排列，达到预制体的密度、厚度、起圈高度、起圈密度要求，通过经纱与起圈纱运动形成清晰开口，便于纬纱自动连续引入，具有组织结构多样、纤维种类多样、预制体尺寸控制范围大、可设计性强、起圈高度和起圈密度可控可调、整体性好、织造过程操作方便，适于连续化织造等优点。用该织物复合增强的材料具有高模量、高强度、高层间韧性、高层间强度、高承载性等优点，可广泛应用于航空、航天、汽车、海运、发电、石油等领域。

为更清楚说明本发明的功能特性以及结构参数，下面结合附图及具体实施方式进一步说明。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明第一实施例的沿经向单面起圈的表面起圈的三维机织物示意图；

图2为本发明第二实施例的沿经向双面起圈的表面起圈的三维机织物示意图；

图3为一种表面起圈的三维机织物织造方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，一种表面起圈的三维机织物织造方法，包括以下步骤：

步骤1、根据织物的目标密度、厚度、起圈高度、起圈密度的要求，进行织物经纱层列数的排列，形成层连组织的A层、B列经纱以及起圈组织的C层、D列起圈纱；

步骤2、将层连组织的每层每根经纱穿过对应的经纱张力器以控制经纱的张力；

步骤3、将起圈组织的每层每根经纱穿过起圈纱经轴以控制起圈纱的张力及起圈纱的主动送经；

步骤4、根据层连组织和起圈组织经纱层列数的排列将经纱分别穿进相应的综丝及筘齿中；

步骤5、逐根调整层连组织的经纱张力，使其开口清晰；

步骤6、逐根调整起圈组织的经纱张力并使起圈纱经轴处于零位状态，使其开口清晰；

步骤7、根据预设的层连组织要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；根据预设的起圈组织要求，提综装置带动相应的起圈纱运动；

步骤8、每次形成开口后，由引纬装置引入纬纱，完成引纬后，打纬装置根据预设的起圈组织要求向织物织口水平移动完成长打纬或短打纬，将纬纱打进织口，完成打纬，并在织物表面形成起圈组织；

步骤9、打纬完成后，根据织物的纬密要求将织物向成型方向牵引相应距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。

实施例1

如图1所示，实施例1提供了一种表面起圈的三维机织物，包括由经纱和纬纱经三维机织而成的层连组织以及沿经向单面起圈的起圈组织，整体连续织造成型，层间连接、纱线连续。

层连组织可以正交三向、浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹、缎纹、空芯夹层、组合结构，本实施例中以浅交直连和空芯夹层组合结构为代表。

表面起圈的三维机织物可以使用一种高性能纤维进行织造，也可以使用多种高性能纤维混合织造。在本实施例中，选用两种纤维材料玻璃纤维和碳纤维为代表，其中层连组织选用碳纤维，起圈组织选用玻璃纤维。

起圈组织可以贯穿或非贯穿于层连组织，本实施例以非贯穿于层连组织为例，起圈组织跨越层连组织的层数为3层。

起圈组织可以为单面起圈，也可以为双面起圈，本实施例以单面起圈为例。

起圈组织可以沿经向起圈，也可以沿纬向起圈，本实施例以沿经向起圈为例。

起圈组织沿经向起圈可以跨越的纬纱根数不少于1根，本实施例以跨越2根纬纱为例。

起圈组织沿经向起圈每两个圈之间间隔的纬纱根数不少于1根，本实施例以间隔1根纬纱为例。

本实施例的变密度的三维预制体的织造方法包括以下步骤：

(1)根据织物密度、厚度、起圈高度、起圈密度的要求，进行织物经纱层列数的排列，形成层连组织的11层、200列经纱以及起圈组织的1层、200列起圈纱；

(2)将层连组织的每层每根经纱穿过对应的经纱张力控制装置以控制经纱的张力；

(3)将起圈组织的每层每根经纱穿过起圈纱控制装置以控制起圈纱的张力及起圈纱的主动送经；

(4)根据层连组织和起圈组织的经纱层列数的排列将经纱分别穿进相应的综丝及筘齿中；

(5)逐根调整层连组织的经纱张力，使其满足织造要求；

(6)逐根调整起圈组织的经纱张力并使起圈纱控制装置处于初始状态，使其满足织造要求；

(7)根据织物的层连组织要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；根据起圈组织要求，提综装置带动相应的起圈纱运动；

(9)每次形成开口后，由引纬装置引入一根纬纱，完成引纬后，打纬装置根据起圈组织要求向织物织口水平移动完成长打纬或短打纬，将纬纱打进织口，完成打纬，并在织物表面形成起圈组织；

(10)打纬完成后，根据织物的纬密要求将织物向成型方向牵引一定距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。

根据织物要求不同，可以通过调整长短打纬之间的距离差来满足起圈高度的要求，可以通过调整起圈纱的运动规律来满足起圈组织穿过层连组织不同层数的要求，可以通过增加或减少织物的经纱层数来满足织物厚度要求，可以通过调整组织结构、纱线种类、纱线细度、纱线股数配比、经密、纬密等方式来满足织物密度的要求，可以通过增加或减少织物经纱的列数来满足织物的幅宽要求，可以通过增加或减少织物织造的总纬数来满足织物织造长度的要求。

实施例2

如图2所示，实施例2提供了一种表面起圈的三维机织物，包括由经纱和纬纱经三维机织而成的层连组织以及沿经向双面起圈的起圈组织，整体连续织造成型，层间连接、纱线连续。

层连组织可以正交三向、浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹、缎纹、空芯夹层、组合结构，本实施例中以浅交弯连和浅交直连组合结构为代表。

表面起圈的三维机织物可以使用一种高性能纤维进行织造，也可以使用多种高性能纤维混合织造。在本实施例中，选用两种纤维材料玻璃纤维和碳纤维为代表，其中层连组织选用碳纤维，起圈组织选用玻璃纤维。

起圈组织可以贯穿或非贯穿于层连组织，本实施例以贯穿于层连组织为例。

起圈组织可以为单面起圈，也可以为双面起圈，本实施例以双面起圈为例。

起圈组织可以沿经向起圈，也可以沿纬向起圈，本实施例以沿经向起圈为例。

起圈组织沿经向起圈可以跨越的经纱根数不少于1根，本实施例以跨越3根纬纱为例。

起圈组织沿经向起圈每两个圈之间间隔的纬纱根数不少于1根，本实施例以间隔2根纬纱为例。

本实施例的变密度的三维预制体的织造方法包括以下步骤：

(1)根据织物密度、厚度、起圈高度、起圈密度的要求，进行织物经纱层列数的排列，形成层连组织的17层、200列经纱以及起圈组织的1层、200列起圈纱；

(2)将层连组织的每层每根经纱穿过对应的经纱张力控制装置以控制经纱的张力；

(3)将起圈组织的每层每根经纱穿过起圈纱控制装置以控制起圈纱的张力及起圈纱的主动送经；

(4)根据层连组织和起圈组织的经纱层列数的排列将经纱分别穿进相应的综丝及筘齿中；

(5)逐根调整层连组织的经纱张力，使其满足织造要求；

(6)逐根调整起圈组织的经纱张力并使起圈纱控制装置处于初始状态，使其满足织造要求；

(7)根据织物的层连组织要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；根据起圈组织要求，提综装置带动相应的起圈纱运动；

(9)每次形成开口后，由引纬装置引入一根纬纱，完成引纬后，打纬装置根据起圈组织要求向织物织口水平移动完成长打纬或短打纬，将纬纱打进织口，完成打纬，并在织物表面形成起圈组织；

(10)打纬完成后，根据织物的纬密要求将织物向成型方向牵引一定距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。

根据织物要求不同，可以通过调整起圈纱的运动规律来满足起圈组织穿过层连组织不同层数的要求，可以通过增加或减少织物的经纱层数来满足织物厚度要求，可以通过调整组织结构、纱线种类、纱线细度、纱线股数配比、经密、纬密等方式来满足织物密度的要求，可以通过增加或减少织物经纱的列数来满足织物的幅宽要求，可以通过增加或减少织物织造的总纬数来满足织物织造长度的要求。

本方法所获得的表面起圈的三维机织物，整体连续织造成型，织物层间连接，具有组织结构多样、纤维种类多样、织物尺寸控制范围大、可设计性强、结构紧密、起圈高度和起圈密度可控可调、整体性好、织造过程操作简单、适于连续化织造等优点。用该类型织物复合增强的变密度材料具有低热胀系数、高耐热性、高比强度、高比模量、抗冲击、耐磨损和抗老化等优点，可广泛应用于汽车、航空、航天、机械制造、石油等领域。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。