本發(fā)明涉及立體織物制備領(lǐng)域，具體是一種多層多向織物的織造方法。

背景技術(shù)：

多層多向織物是近年來迅速發(fā)展的一種新型立體織物，具有面內(nèi)纖維取向可設(shè)計、層間纖維連續(xù)貫穿、織物結(jié)構(gòu)整體等特點，是樹脂基、陶瓷基和碳基復(fù)合材料的理想增強結(jié)構(gòu)相，通過引入面內(nèi)斜向紗線，顯著提高了傳統(tǒng)立體機織復(fù)合材料的面內(nèi)剪切性能。

張一帆等在《多層多向織物復(fù)合材料力學(xué)性能分析》中簡單描述了多層多向織物的兩種織造新工藝，其一為在正交三向織物成型工藝的基礎(chǔ)上，通過特殊的斜向攜紗機構(gòu)攜帶斜向紗線運動，斜向紗線每次運動一個紗線位置，法向紗貫穿所有紗層，并將各層紗線捆綁在一起，形成整體織物；其二為鋪紗置換法織造多層多向織物，將鋼針排列成矩陣形式，在間隙中鋪放紗線，達(dá)到設(shè)計要求后再用紗線將鋼針置換，形成多層多向立體織物。但是方法一未涉及具體的織造工藝技術(shù)；方法二采用紗線鋪層和紗線置換鋼針相結(jié)合的工藝，工藝過程基本為手工操作，效率低、工藝穩(wěn)定性差。

高巖在《多軸向三維機織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能研究》中采用四步法三維編織織造工藝織造了多層多向織物，斜向紗由攜紗器牽引單向運動，相鄰斜向紗層通過到邊互換的方法實現(xiàn)紗線連續(xù)織造。但是該方法中沿織物厚度方向上+θ斜向紗和-θ斜向紗必須成對、相鄰排列，且兩層的位置不可改變，局限了織物的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的可設(shè)計性，不能滿足復(fù)合材料的面內(nèi)抗剪切性能的設(shè)計需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種多層多向織物的織造方法。該方法可以實現(xiàn)沿織物厚度方向上±θ斜向紗的排列位置的任意設(shè)計，且斜向紗沿行方向每次運動的紗錠位置數(shù)可以變化，斜向紗的傾斜角度也可以調(diào)控。該方法顯著提高了多層多向織物的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的可設(shè)計性，滿足了復(fù)合材料的面內(nèi)抗剪切性能的設(shè)計需求。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種多層多向織物的織造方法，其特征在于該織造方法包括如下步驟：

(1)主體紗排列：主體紗包括經(jīng)紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗；經(jīng)紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗的一端按照排列規(guī)律懸掛在紗錠上，并在紗錠的攜帶下運動；紗錠安裝在主體紗底盤、左側(cè)邊條和右側(cè)邊條上，在行向氣缸的推動下沿行向運動；經(jīng)紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗的另一端穿過成型裝置，懸掛在提升裝置上；主體紗排列成m行n列，其中，經(jīng)紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗分別排列在不同的行中，形成各自的主體紗層，且每一層的紗線根數(shù)相同；根據(jù)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，計算經(jīng)紗、+θ斜向紗和-θ斜向紗的總層數(shù)m和每層的主體紗根數(shù)n；

(2)斜向紗邊紗排列：根據(jù)斜向紗的排列位置，在左側(cè)邊條上+θ斜向紗對應(yīng)行的位置排列斜向紗邊紗；斜向紗邊紗的根數(shù)與斜向紗每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)n相同；斜向紗運動過程中，當(dāng)斜向紗運動到邊條上時稱之為斜向紗邊紗；

(3)斜向紗運動：斜向紗運動包含四個步驟，①+θ斜向紗在行向氣缸的推動下沿行向向右運動n個紗錠位置；②左側(cè)邊條和右側(cè)邊條在邊條氣缸作用下同時沿列向向下運動m個紗錠位置；③-θ斜向紗在行向氣缸的推動下沿行向向左運動n個紗錠位置；④左側(cè)邊條和右側(cè)邊條在邊條氣缸作用下同時沿列向向上運動m個紗錠位置；

(4)法向紗引入：引法向紗裝置攜帶有法向紗，引法向紗裝置沿著主體紗的列向運動，在主體紗的每個列間隙中引入一根法向紗；

(5)緯紗引入：引緯裝置攜帶有緯紗，引緯裝置沿著主體紗的行向運動，按照設(shè)計的緯紗層位置，在相應(yīng)的行間隙中引入緯紗；

(6)壓緊紗線：在主體紗的列間隙中插入壓紗裝置，并向織口移動，將引入的法向紗和緯紗壓入織口，并至紗線壓實后撤走壓紗裝置；

(7)重復(fù)所述步驟(3)-(6)至得到織物的目標(biāo)長度，即得多層多向織物。

-θ斜向紗每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)與+θ斜向紗每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)相同。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于：該多層多向織物的織造方法可以靈活設(shè)計織物中斜向紗線層的排列位置，解決了斜向紗的傾斜角度可控調(diào)整的難題，有利于提高復(fù)合材料的面內(nèi)剪切性能，同時該方法具有操作簡單、生產(chǎn)效率高，工藝穩(wěn)定等優(yōu)點，可以滿足高性能復(fù)合材料低成本制造需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明多層多向織物的織造方法所用織造設(shè)備中紗線排列示意圖；

圖2為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例1的多層多向織物結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例1的初始排紗示意圖；

圖4為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例1的斜向紗運動示意圖；

圖5為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例1的法向紗引入示意圖；

圖6為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例1的緯紗引入示意圖；

圖7為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例2中的初始排紗示意圖；

圖8為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例2的斜向紗運動示意圖；

圖9為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例2的法向紗引入示意圖；

圖10為本發(fā)明多層多向織物的織造方法實施例2的緯紗引入示意圖；(圖中：1、經(jīng)紗；2、緯紗；3、+θ斜向紗；4、-θ斜向紗；5、法向沙；6、行向氣缸；7、左側(cè)邊條；8、紗錠；9、引法向紗裝置；10、成型裝置；11、提升裝置；12、多層多向織物；13、引緯裝置；14、壓紗裝置；15、右側(cè)邊條；16、邊條氣缸；17、主體紗底盤；18、機器底座；19、紗錠穴位；20、斜向紗邊紗)

具體實施方式

下面給出本發(fā)明的具體實施例。具體實施例僅用于進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明，不限制本申請權(quán)利要求的保護范圍。

圖1為多層多向織物的織造設(shè)備示意圖；所述織造設(shè)備包括行向氣缸6、左側(cè)邊條7、紗錠8、引法向紗裝置9、成型裝置10、提升裝置11、引緯裝置13、壓紗裝置14、右側(cè)邊條15、邊條氣缸16、主體紗底盤17和機器底座18；所述側(cè)邊條7、主體紗底盤17和右側(cè)邊條15具有紗錠穴位19，用于安放紗錠8；所述左側(cè)邊條7、主體紗底盤17和右側(cè)邊條15安裝在機器底座18上；主體紗底盤17固定不動；左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15在邊條氣缸16作用下往復(fù)運動；紗錠8安裝在主體紗底盤17、左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15上，在行向氣缸6的推動下沿行向運動；經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4按照排列規(guī)律懸掛在紗錠8上，并在紗錠8的攜帶下運動；經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4穿過成型裝置10，懸掛在提升裝置11上；引法向紗裝置9沿著主體紗的列向運動，將法向紗5引入主體紗線的每個列間隙中；引緯裝置13沿著主體紗的行向運動，按照織物12中的緯紗排列位置將緯紗引入主體紗線的行間隙中；壓紗裝置14插入主體紗列間隙，并向織口移動，將引入的法向紗和緯紗壓入織口，形成多層多向織物12。

本發(fā)明提供了一種多層多向織物的織造方法(參見圖1-10)，其特征在于該織造方法包括如下步驟：

(1)主體紗排列：主體紗包括經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4；經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4的一端按照排列規(guī)律懸掛在紗錠8上，并在紗錠8的攜帶下運動；紗錠8安裝在主體紗底盤17、左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15上，在行向氣缸6的推動下沿行向運動；經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4的另一端穿過成型裝置10，懸掛在提升裝置11上；主體紗排列成m行n列，其中，經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4分別排列在不同的行中，形成各自的主體紗層，且每一層的紗線根數(shù)相同；根據(jù)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，計算經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4的總層數(shù)m和每層的主體紗根數(shù)n；

(2)斜向紗邊紗20排列：根據(jù)斜向紗的排列位置，在左側(cè)邊條7上+θ斜向紗3對應(yīng)行的位置排列斜向紗邊紗20；斜向紗邊紗20的根數(shù)與斜向紗每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)n相同；斜向紗運動過程中，當(dāng)斜向紗運動到邊條上時稱之為斜向紗邊紗20；

(3)斜向紗運動：斜向紗運動包含四個步驟，①+θ斜向紗3在行向氣缸6的推動下沿行向向右運動n個紗錠位置；②左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15在邊條氣缸16作用下同時沿列向向下運動m個紗錠位置；③-θ斜向紗4在行向氣缸6的推動下沿行向向左運動n個紗錠位置；④左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15在邊條氣缸16作用下同時沿列向向上運動m個紗錠位置；

(4)法向紗5引入：引法向紗裝置9攜帶有法向紗5，引法向紗裝置9沿著主體紗的列向運動，在主體紗的每個列間隙中引入一根法向紗5；

(5)緯紗2引入：引緯裝置13攜帶有緯紗2，引緯裝置13沿著主體紗的行向運動，按照設(shè)計的緯紗層位置，在相應(yīng)的行間隙中引入緯紗2；

(6)壓緊紗線：在主體紗的列間隙中插入壓紗裝置14，并向織口移動，將引入的法向紗5和緯紗2壓入織口，并至紗線壓實后撤走壓紗裝置14；

(7)重復(fù)所述步驟(3)-(6)至得到織物的目標(biāo)長度，即得多層多向織物12。

織造過程中，經(jīng)紗1始終保持在原始位置，不運動。

多層多向織物12的層數(shù)根據(jù)用戶的需求來設(shè)定；

所述步驟(1)中，主體紗的行數(shù)m和列數(shù)n可根據(jù)織物寬度(cm)、經(jīng)紗密度(根/cm)、紗線總層數(shù)和緯紗層數(shù)來設(shè)計；m＝紗線總層數(shù)-緯紗層數(shù)；n＝織物寬度×經(jīng)紗密度；

所述步驟(3)中，+θ斜向紗3每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)n可以根據(jù)設(shè)計調(diào)整，且-θ斜向紗4每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)與+θ斜向紗3每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)相同。

所述步驟(3)中，左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15同時沿列向運動的紗錠位置數(shù)m由同一組+θ斜向紗層和-θ斜向紗層之間的間隔層數(shù)確定，可根據(jù)設(shè)計調(diào)整。

所述步驟(7)中，織物的目標(biāo)長度根據(jù)用戶的需求來設(shè)定。

所述多層多向織物中，斜向紗與織物長度方向的夾角θ是通過調(diào)整織物中經(jīng)紗密度(根/cm)、緯紗密度(根/cm)和斜向紗沿行向運動的紗錠位置數(shù)n來控制的；tanθ＝緯紗密度×n÷經(jīng)紗密度；

斜向紗邊紗20為臨時性的，當(dāng)斜向紗運動到左側(cè)邊條7或者右側(cè)邊條15上就稱之為斜向紗邊紗；同理，當(dāng)主體紗運動到邊條上就稱之為邊紗。

實施例1

研制10層的多層多向織物，如圖2所示?？椢飳挾葹?0cm，包含經(jīng)紗1、緯紗2、+θ斜向紗3、-θ斜向紗4和法向紗5，均采用12k的碳纖維。經(jīng)紗密度為5根/cm，緯紗密度為5根/cm。斜向紗與織物長度方向的夾角為45°?？椢锖穸确较蚣喚€層的排列為[90/0/-45/+45/90/0/-45/+45/0/90]，其中：0代表0°經(jīng)紗1，90代表90°的緯紗2，+45代表+θ斜向紗3，-45代表-θ斜向紗4。其織造方法具體包括如下步驟：

(1)主體紗排列：根據(jù)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，織物的紗線層排列的規(guī)律為[90/0/-45/+45/90/0/-45/+45/0/90]。主體紗初始排紗僅考慮經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4。剔除緯紗2的層數(shù)，織物中經(jīng)紗1和斜向紗的總層數(shù)m＝10-3＝7層，每層的紗線根數(shù)n＝織物的寬度×經(jīng)紗密度＝30×5＝150根。在主體紗底盤18上的紗錠穴位19中排列7行150列紗錠8。每個紗錠8上懸掛一根紗線。如圖3所示。

(2)斜向紗邊紗20排列：剔除緯紗2后，經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4的排列為[0/-45/+45/0/-45/+45/0/]。+θ斜向紗3每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)n＝經(jīng)紗密度×tan45°÷緯紗密度＝1。在主體紗的m3和m6行對應(yīng)的左側(cè)邊條7上的紗錠穴位19中分別排列1個紗錠8。每個紗錠8上懸掛一根斜向紗邊紗20。其它紗錠穴位19為空。如圖3所示。

(3)斜向紗運動：斜向紗運動包含四個步驟，如圖4所示，①m3和m6行的行向氣缸6推動+θ斜向紗3的紗錠沿行向軌道向右運動1個紗錠位置；②邊條氣缸16推動左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15同時沿列向軌道向下運動1個紗錠位置；③m2和m5行的行向氣缸6推動-θ斜向紗4的紗錠沿行向軌道向左運動1個紗錠位置；④邊條氣缸16推動左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15同時沿列向軌道向上運動1個紗錠位置。

(4)法向紗引入：沿主體紗的列向插入引法向紗裝置9，在每個列間隙中引入一根法向紗5，如圖5所示。

(5)緯紗引入：分別在主體紗的下外側(cè)、m3與m4行間、上外側(cè)的位置，插入引緯裝置13，引入緯紗2，如圖6所示。

(6)壓緊紗線：在主體紗列間隙中插入壓紗裝置14，壓紗裝置14向織口移動，將引入的法向紗5和緯紗2壓入織口，并保持至紗線壓實后撤出壓紗裝置14。

(7)重復(fù)所述步驟(3)-(6)至得到織物的目標(biāo)長度，即得多層多向織物12。

上述織造過程中，m1、m4和m7行的經(jīng)紗1始終保持在原始位置，不運動。

實施例2

研制13層的多層多向織物?？椢飳挾葹?0cm，包含經(jīng)紗1、緯紗2、+θ斜向紗3、-θ斜向紗4和法向紗5。經(jīng)紗1、緯紗2、+θ斜向紗3、-θ斜向紗4均采用190tex×4股石英纖維，法向紗采用190tex×2股石英纖維。經(jīng)紗密度為6根/cm，斜向紗與織物長度方向的夾角為60°，緯紗密度為5.2根/cm。織物厚度方向紗線層的排列為[90/-60/0/+60/90/-60/0/+60/90/-60/0/+60/90]。其織造方法具體包括如下步驟：

(1)主體紗排列：根據(jù)織物結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，織物的紗線層排列的規(guī)律為[90/-60/0/+60/90/-60/0/+60/90/-60/0/+60/90]。主體紗初始排紗僅考慮經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4。剔除緯紗2的層數(shù)，織物中經(jīng)紗和斜向紗的總層數(shù)m＝13-4＝9層，每層的紗線根數(shù)n＝織物的寬度×經(jīng)紗密度＝50×6＝300根。在主體紗底盤18上的紗錠穴位19中排列9行300列紗錠。每個紗錠8上懸掛一根紗線。如圖7所示。

(2)斜向紗邊紗20排列：剔除緯紗2后，經(jīng)紗1、+θ斜向紗3和-θ斜向紗4的排列為[-60/0/+60/-60/0/+60/-60/0/+60]。+θ斜向紗3每次沿行向運動的紗錠位置數(shù)n＝經(jīng)紗密度×tan60°÷緯紗密度＝2。在主體紗的m3、m6和m9行對應(yīng)的左側(cè)邊條7上的紗錠穴位19中分別排列2個紗錠。每個紗錠上懸掛一根斜向紗邊紗20。其它紗錠穴位19為空。如圖7所示。

(3)斜向紗運動：斜向紗運動包含四個步驟，如圖8所示，①m3、m6和m9行的行向氣缸6推動+θ斜向紗3的紗錠8沿行向軌道向右運動2個紗錠位置；②邊條氣缸16推動左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15同時沿列向軌道向下運動2個紗錠位置；③m1、m4和m7行的行向氣缸6推動-θ斜向紗4的紗錠8沿行向軌道向左運動2個紗錠位置；④邊條氣缸16推動左側(cè)邊條7和右側(cè)邊條15同時沿列向軌道向上運動2個紗錠位置。

(4)法向紗引入：沿主體紗列向插入引法向紗裝置9，在每個列間隙中引入一根法向紗5，如圖9所示。

(5)緯紗引入：分別在主體紗的下外側(cè)、m3與m4行間、m6與m7行間、上外側(cè)的位置，插入引緯裝置13，引入緯紗2，如圖10所示。

(6)壓緊紗線：在主體紗列間隙中插入壓紗裝置14，壓紗裝置14向織口移動，將引入的法向紗5和緯紗2壓入織口，并保持至紗線壓實后撤出壓紗裝置14。

(7)重復(fù)所述步驟(3)-(6)至得到織物的目標(biāo)長度，即得多層多向織物12。

上述織造過程中，m2、m5和m8行的經(jīng)紗1始終保持在原始位置，不運動。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。