專利名稱：三維全五向編織預(yù)型件及其編織設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種三維編織預(yù)型件及其編織方法和編織設(shè)備，特別涉及 一種改進(jìn)的四步法三維五向編織預(yù)型件及其編織方法。
背景技術(shù)：
三維四向和五向(或更多向)編織是近二、三十年發(fā)展起來的新型立體編 織成型技術(shù)。三維四向矩形編織復(fù)合材料內(nèi)部的編織束沿空間四個方向(立方 體的四個對角線方向)延伸并互相交叉，從而形成致密的不分層的整體結(jié)構(gòu)。 在四向編織的基礎(chǔ)上，在其它特定方向加入非編織束束即可形成三維五向、六 向、七向及更多向編織復(fù)合材料，起到在特定方向增強(qiáng)材料性能的作用。其中 三維五向中的第五向為編織軸線方向，在此方向加入紗束(軸向束)可加強(qiáng)軸 向性能，是較常見的實用的三維多向編織形式。
目前，通常采用四步法編織技術(shù)(以下簡稱四步法)制造三維五向編織預(yù) 型件，這種產(chǎn)品存在著不足之處。如圖l所示，是采用傳統(tǒng)四步法得到的三維 五向矩形編織預(yù)型件的橫截面示意圖，在部分編織束1交叉路徑處，具有空隙3 而沒有軸向束2，導(dǎo)致這種復(fù)合材料的軸向性能不能達(dá)到最佳。另外，由于編織 束l張力的作用，預(yù)型件內(nèi)部會產(chǎn)生橫向收縮擠壓，如圖1A所示，在所述的空 隙3周圍，編織束1由于軸向束2占據(jù)空間位置而發(fā)生彎曲以填充空隙3,因此 編織束1在其空間行進(jìn)方向上呈波浪狀彎曲，不能很好地承受載荷，導(dǎo)致整體 性能的進(jìn)一步下降。
以上雖然是以矩形編織為例說明現(xiàn)有三維五向產(chǎn)品的不足，在四步法三維 五向圓環(huán)形編織產(chǎn)品中，由于編織方法相似，也存在同樣的問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的在于提供一種三維全五向編織 預(yù)型件及其編織設(shè)備，在每個編織束交叉路徑形成的空隙里均形成有軸向束，以提升現(xiàn)有三維五向編織預(yù)型件的軸向性能與整體性能。 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案包括
一種三維全五向編織預(yù)型件，包括由編織束與軸向束通過傳統(tǒng)四步法編織
技術(shù)交織形成的三維五向編織結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的三維五向編織結(jié)構(gòu) 的編織束的交叉路徑形成的空隙內(nèi)，還沿編織軸線方向添加有軸向束。
在較佳的技術(shù)方案中，在每個編織束的交叉路徑形成的空隙里均形成有軸 向束。
在較佳的技術(shù)方案中，在三維全五向編織預(yù)型件中的編織束和軸向束以外 的其它方向還添加有紗線，以形成三維六向編織預(yù)型件、三維七向編織預(yù)型件 或者更多向的編織預(yù)型件。
在較佳的技術(shù)方案中，所述的三維全五向編織預(yù)型件的橫截面形狀是矩形、 圓環(huán)形、部分圓環(huán)形、多個矩形的組合形狀、多個圓環(huán)形的組合形狀、多個部 分圓環(huán)形的組合形狀或者是矩形、圓環(huán)形和部分圓環(huán)形的組合形狀。
在較佳的技術(shù)方案中，所述的編織束與軸向束全部是紗束。
在較佳的技術(shù)方案中，部分軸向束是光纖束、壓電材料束、磁致伸縮材料
束或者寶。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案還包括
一種用于編織三維全五向矩形編織預(yù)型件的專用編織設(shè)備，在編織機(jī)器底 盤上按照傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織方式排列著數(shù)個行方向軌道和列方向軌 道，其特征在于在所述的行方向軌道之間增加軸向束載紗器固定掛點，以供 放置新軸向束載紗器。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型釆用的技術(shù)方案還包括
一種用于編織三維全五向圓環(huán)形編織預(yù)型件的專用編織設(shè)備，在編織機(jī)器 底盤上按照傳統(tǒng)四步法三維五向圓環(huán)形編織方式排列著數(shù)個環(huán)形軌道和輻射軌 道，其特征在于在所述的環(huán)形軌道之間增加軸向束載紗器固定掛點，以供放 置新軸向束載紗器。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型具有的有益效果是
1.本實用新型三維全五向編織預(yù)型件，除包含傳統(tǒng)四步法預(yù)型件中的所有軸 向束，還在其余的編織束交叉空隙處完全加滿軸向束，使軸向束數(shù)量比現(xiàn)有四 步法預(yù)型件中軸向束數(shù)量提高近一倍，軸向性能顯著提高。可用于航天航空、高性能船艇、運(yùn)輸車輛、建筑、體育、休閑娛樂用品等的結(jié)構(gòu)部件、功能結(jié)構(gòu) 集成部件。
2. 本實用新型方法使其產(chǎn)品具有優(yōu)越的整體性能及可設(shè)計性。由其制成的三 維全五向編織復(fù)合材料既有二步法三維五向編織復(fù)合材料突出的軸向性能，又 有四步法的可設(shè)計性強(qiáng)的特點，因此在輕質(zhì)高強(qiáng)的先進(jìn)復(fù)合材料應(yīng)用中優(yōu)勢突 出，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。
3. 本實用新型專用編織設(shè)備可以在不改變機(jī)器底盤大小的前提下，實現(xiàn)三維
全五向編織。

圖1是采用傳統(tǒng)四步法得到的三維五向編織矩形預(yù)型件的橫截面示意圖； 圖1A是圖1空隙處的局部放大示意圖2A、圖2B、圖2C、圖2D是傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織的一個動作 循環(huán)示意圖3A、圖3B、圖3C、圖3D是本實用新型矩形編織的第一種實現(xiàn)方法的 一個動作循環(huán)示意圖4是本實用新型的三維五向編織矩形預(yù)型件的橫截面示意圖； 圖5是本實用新型圓環(huán)形編織的第 一種實現(xiàn)方法的底盤排列示意圖； 圖6是本實用新型的三維五向編織圓環(huán)形預(yù)型件的橫截面示意圖。 附圖標(biāo)記說明l-編織束；2-軸向束；3-空隙；4-底盤；41-矩形框；42-邊 紗載紗器；5-行方向軌道；51-環(huán)形軌道；6-列方向軌道；61-輻射軌道；7-編織 束載紗器；8-軸向束載紗器；9-新軸向束載紗器；91-軸向束載紗器固定桂點。
具體實施方式
一、為了使本申請?zhí)攸c更加突出，也為了使本申請的結(jié)構(gòu)與方法能夠更清 楚地被理解，首先需要介紹傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織技術(shù)。
傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織中，編織機(jī)器的底盤4上排列著數(shù)個行方向 軌道5和列方向軌道6，以供載紗器7、 8在軌道上定位與移動。
在矩形編織中，行方向軌道5與列方向軌道6縱橫交錯，而且編織束載紗 器7與軸向束載紗器8在機(jī)器底盤4上的初始排列方式如圖2A所示，多個編織束載紗器7呈矩陣式排列在一個矩形框41中，且在矩形框41內(nèi)的每相鄰兩列 編織束載紗器7之間設(shè)置有一列軸向束載紗器8,矩形框41內(nèi)的編織束載紗器 7與軸向束載紗器8也呈矩陣式排列，矩形框41外還間隔排列著邊紗載紗器42。 圖2A-圖2D中多個載紗器7、 8可沿軌道5、 6以一定規(guī)律反復(fù)運(yùn)動，載紗器 7、 8的運(yùn)動就帶動從其退繞出來的纖維束或紗線一同運(yùn)動，其運(yùn)動每進(jìn)行四步 稱為一個循環(huán)，每完成運(yùn)動的一個循環(huán)之后，打緊棒就在紗線之間擺動，把相 互編織的紗線打向編織物的織口 ，同時編織物向上運(yùn)動 一 個距離(相當(dāng)編織物中 的一個節(jié)距)。然后載紗器7、 8再以其規(guī)律運(yùn)動一個循環(huán)，這樣不斷反復(fù)進(jìn)行載 紗器運(yùn)動、打緊運(yùn)動、編織物輸出運(yùn)動就可連續(xù)編織出三維編織物。 具體而言，四步法就是在紗線的 一 個運(yùn)動循環(huán)中分為四步
在第一步中，相鄰行的編織束載紗器7連同軸向束載紗器沿行向軌道向左 或向右(其中的"左"、"右"的方向與行的方向平行，下同)交錯地運(yùn)動一 個編織束載紗器7的位置(如圖2A所示)；
在第二步中，相鄰列的編織束載紗器7沿列向軌道向上或向下(其中的"上"、 "下"的方向與列的方向平行，下同)交錯地運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置 (如圖2B所示)；
第三步的運(yùn)動方向與第一步的相反(如圖2C所示)；
第四步的運(yùn)動方向與第二步的相反(如圖2D所示)。
紗線不斷反復(fù)上述四個運(yùn)動步驟再加上打緊運(yùn)動和織物輸出運(yùn)動就可完成 編織過程。
以上雖然僅以矩形編織為例介紹了傳統(tǒng)四步法三維五向編織，其實在圓環(huán) 形編織中，將其中的環(huán)形軌道視為行方向軌道，將其中的輻射軌道視為列方向 軌道，其編織方法和原理與矩形編織是相同的。
二 、三維全五向編織預(yù)型件的編織方法以及編織設(shè)備。
1 、以增加軸向束載紗器固定掛點的方式實現(xiàn)矩形編織
如圖3A所示，在編織機(jī)器底盤4上按照傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織方式 排列著數(shù)個行方向軌道5和列方向軌道6,而且在編織機(jī)器底盤4上按照傳統(tǒng)四 步法三維五向編織方式排列著數(shù)個編織束載紗器7和軸向束載紗器8，本實用新 型的變化在于在所述的行方向軌道5之間增加軸向束載紗器固定掛點91，在所述的固定掛點91上固定新軸向束載紗器9 (即相當(dāng)于在每相鄰兩行軸向束載 紗器8之間增加設(shè)置有一行新軸向束載紗器9)，然后按照傳統(tǒng)四步法三維五向
編織過程進(jìn)行編織。
在矩形編織中，所述的載紗器的一個運(yùn)動循環(huán)中分為四步
如圖3A所示，在第一步中，相鄰行的編織束載紗器7連同該行的軸向束載 紗器8沿行向軌道向左或向右交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置；
如圖3B所示，在第二步中，相鄰列的編織束載紗器7沿列向軌道向上或向 下交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置，軸向束載紗器8保持不動；
如圖3C所示，在第三步中，相鄰行的編織束載紗器7連同該行的軸向束載
紗器8沿行向軌道向左或向右交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置，其運(yùn)動方 向與第一步的相反；
如圖3D所示，在第四步中，相鄰列的編織束載紗器7沿列向軌道向上或向 下交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置，其運(yùn)動方向與第二步的相反，軸向束 載紗器8保持不動。
采用上述方法得到的三維五向編織矩形預(yù)型件，包括由編織束1與軸向束2 通過傳統(tǒng)四步法編織技術(shù)交織形成的三維五向編織結(jié)構(gòu)，其特征如圖4所示的 橫截面圖，在所述的三維五向編織結(jié)構(gòu)的編織束的交叉路徑形成的空隙3內(nèi)， 還沿編織軸線方向添加有軸向束2。在本實施例中，為了得到軸向性能最好的預(yù) 型件，在每個編織束1交叉路徑形成的空隙3里均形成有軸向束2。
2、以增加軸向束載紗器固定掛點的方式實現(xiàn)圓環(huán)形編織 如圖5所示，在編織機(jī)器底盤4上按照傳統(tǒng)四步法三維五向圓環(huán)形編織方 式排列著數(shù)個環(huán)形軌道51和輻射軌道61。如圖5所示，在編織機(jī)器底盤4上還 按照傳統(tǒng)四步法三維五向圓環(huán)形編織方式排列著數(shù)個編織束載紗器7和軸向束 載紗器8，本實用新型的變化在于在所述的環(huán)形軌道51之間增加軸向束載紗 器固定掛點91,在所述的固定掛點91上固定新軸向束載紗器9 (即相當(dāng)于在每 相鄰兩環(huán)軸向束載紗器8之間增加設(shè)置有一環(huán)新軸向束載紗器9)，然后按照傳 統(tǒng)四步法三維五向編織過程進(jìn)行編織。
在圓環(huán)形編織中，所述的載紗器的一個運(yùn)動循環(huán)中分為四步 在第一步中，相鄰環(huán)的編織束載紗器7連同該環(huán)的軸向束載紗器8沿環(huán)向
7軌道順時針或者逆時針(其中的"順時針"、"逆時針"是相對編織軸方向而 言)方向交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置；
在第二步中，相鄰輻射方向的編織束載紗器7沿輻射軌道向外或向內(nèi)(其 中的"外"、"內(nèi)"是相對輻射方向而言)交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位 置，軸向束載紗器8保持不動；
在第三步中，相鄰環(huán)的編織束載紗器7連同該環(huán)的軸向束載紗器8沿環(huán)向 軌道順時針或者逆時針方向交錯運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置，其運(yùn)動方向 與第一步的相反；
在第四步中，相鄰輻射方向的編織束載紗器7沿輻射軌道向外或向內(nèi)交錯 運(yùn)動一個編織束載紗器7的位置，其運(yùn)動方向與第二步的相反，軸向束載紗器8 保持不動。
可見，只要將其中的環(huán)形軌道51視為行方向軌道5，將其中的輻射軌道61 視為列方向軌道6，圓環(huán)形編織方法與矩形編織方法的工作原理是完全一致的。 由于此編織方法與矩形編織十分相似，在此不再以分解步驟圖祥述。
釆用上述方法得到的三維五向編織圓環(huán)形預(yù)型件，包括由編織束1與軸向 束2通過傳統(tǒng)四步法編織技術(shù)交織形成的三維五向編織結(jié)構(gòu)，其特征如圖6所 示的橫截面圖，在所述的三維五向編織結(jié)構(gòu)的編織束的交叉路徑形成的空隙3 內(nèi)，還沿編織軸線方向添加有軸向束2。
在本實施例中，為了得到軸向強(qiáng)度最好的預(yù)型件，在每個編織束1交叉路 徑形成的空隙3里均形成有軸向束2。本實用新型三維五向編織圓環(huán)形預(yù)型件， 除包含傳統(tǒng)四步法預(yù)型件中的所有軸向束，還在其余的編織束交叉空隙處完全 加滿軸向束，使軸向束數(shù)量比現(xiàn)有四步法預(yù)型件中軸向束數(shù)量提高近一倍，軸 向性能顯著提高。
由以上描述可知，以增加軸向束載紗器固定掛點91的方式進(jìn)行矩形編織或 者圓環(huán)形編織，可以在不改變機(jī)器底盤4的大小的前提下，實現(xiàn)三維全五向編 織。
以上僅僅針對本實用新型的創(chuàng)作要點進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但本實用新型的實 現(xiàn)形式并不限于以上幾種，還有各種變化形式。
實際生產(chǎn)中，為了使預(yù)型件的截面尺寸符合某些特定要求，不能在每個編織束1交叉路徑形成的空隙3里均添加軸向束2，也就是說，要保留一個或者更
多個空隙3。這時候，在生產(chǎn)過程中，可以對應(yīng)欲保留空隙3的位置，拆除軸向 束載紗器8或者新軸向束載紗器9，這樣得到的三維全五向編織預(yù)型件就會出現(xiàn) 預(yù)定空隙。
在實際生產(chǎn)中，編織束1和軸向束2的材料以紗束最為常見，當(dāng)然，也可 以根據(jù)設(shè)計要求將軸向束取為與編織束不同的纖維種類，以便形成混雜編織復(fù) 合材料。軸向束還可部分取為彼此不同的纖維種類，甚至可取為非纖維材料， 如光纖束、壓電材料束、磁致伸縮材料束等，以實現(xiàn)三維編織復(fù)合材料的智 能化。
實際生產(chǎn)中，三維全五向編織預(yù)型件的橫截面形狀不僅僅可以是矩形，還 可以是十字形、丁字形、口字形、工字形、三角形、六邊形或者門字型等多個 矩形的組合，其橫截面形狀不僅僅可以是圓環(huán)形，還可以是圓環(huán)形的部分形狀， 如弓形、扇形或者半圓環(huán)形，還可以是上述各種形狀的組合形狀。即所述的三 維全五向編織預(yù)型件的橫截面形狀是矩形、圓環(huán)形、多個矩形的組合形狀、多 個圓環(huán)形的組合形狀或者是矩形和圓環(huán)形的組合形狀。需要實現(xiàn)這些形狀時， 本領(lǐng)域技術(shù)人員只要相應(yīng)地改變底盤4的形狀就可以輕易做到。
實際生產(chǎn)時，還可以在三維全五向編織預(yù)型件中的編織束和軸向束以外的 其它方向添加紗線，以形成三維六向編織預(yù)型件、三維七向編織預(yù)型件或者更 多向的編織預(yù)型件。
以上說明對本實用新型而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，還可作出許多 修改、變化或等效，但都將落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種三維全五向編織預(yù)型件，包括由編織束與軸向束通過傳統(tǒng)四步法編織技術(shù)交織形成的三維五向編織結(jié)構(gòu)，其特征在于在所述的三維五向編織結(jié)構(gòu)的編織束的交叉路徑形成的空隙內(nèi)，還沿編織軸線方向添加有軸向束。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全五向編織預(yù)型件，其特征在于在每個編 織束的交叉路徑形成的空隙里均形成有軸向束。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全五向編織預(yù)型件，其特征在于在三維全 五向編織預(yù)型件中的編織束和軸向束以外的其它方向還添加有紗線，以形成三 維六向編織預(yù)型件、三維七向編織預(yù)型件或者更多向的編織預(yù)型件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全五向編織預(yù)型件，其特征在于所述的三 維全五向編織預(yù)型件的橫截面形狀是矩形、圓環(huán)形、部分圓環(huán)形、多個矩形的 組合形狀、多個圓環(huán)形的組合形狀、多個部分圓環(huán)形的組合形狀或者是矩形、 圓環(huán)形和部分圓環(huán)形的組合形狀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全五向編織預(yù)型件，其特征在于所述的編 織束與軸向束全部是紗束。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維全五向編織預(yù)型件，其特征在于部分軸向 束是光纖束、壓電材料束、磁致伸縮材料束或者空束。
7、 一種用于編織三維全五向矩形編織預(yù)型件的專用編織設(shè)備，在編織機(jī)器 底盤上按照傳統(tǒng)四步法三維五向矩形編織方式排列著數(shù)個行方向軌道和列方向 軌道，其特征在于在所述的行方向軌道之間增加軸向束載紗器固定掛點，以 供放置新軸向束載紗器。
8、 一種用于編織三維全五向圓環(huán)形編織預(yù)型件的專用編織設(shè)備，在編織機(jī) 器底盤上按照傳統(tǒng)四步法三維五向圓環(huán)形編織方式排列著數(shù)個環(huán)形軌道和輻射 軌道，其特征在于在所述的環(huán)形軌道之間增加軸向束載紗器固定掛點，以供 放置新軸向束載紗器。
專利摘要本實用新型是一種三維全五向編織預(yù)型件及其編織方法和編織設(shè)備，通過在編織機(jī)器的底盤上增加數(shù)行或者數(shù)環(huán)軸向束載紗器，使得預(yù)型件的軸向束數(shù)目增多。本實用新型三維全五向編織預(yù)型件，除包含傳統(tǒng)四步法三維五向預(yù)型件中的所有軸向束，還在其余的編織束交叉空隙處添加有軸向束，使軸向束數(shù)量比現(xiàn)有四步法預(yù)型件中軸向束數(shù)量提高近一倍，軸向性能顯著提高。
文檔編號D04C1/00GK201151798SQ20082007857
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月16日
發(fā)明者劉振國, 闞玉華 申請人:闞玉華