[发明专利]一种多向织物及其织造成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型多向织物及其织造成形方法，属于三维织造技术领域。该方法主要用于织造大型、复杂、高纤维体积分数的多向织物，可显著降低织造成形时间，节省人力。

背景技术

多向织物中纱线的方向数是3或3以上，内部纱线大多是处于伸直状态。多向织物作为增强体材料用于制作先进复合材料，已成功用于航空、航天、船舶、轨道交通等高技术领域，具有良好的发展前景。

目前多向织物主要是通过机织工艺、三维编织工艺和细编穿刺工艺来实现。中国专利CN1068607A公开了一种采用机织工艺织造三轴向正交立体织物的织造方法，通过多臂机构控制综框运动形成多层移动的梭口，采用两根以上引纬针双侧交替引纬，Z向纱分上、下两层，也由综框控制。采用该方法织造的织物宽度可达20mm-100mm，但其X-Y平面纤维的方向只有0°和90°两种。这种方法难以实现大厚度织物的织造成形，织造过程中纤维受到的机械损伤也较大。中国专利CN1851083A公开了一种封顶三维织物及其织造方法，该方法首先织造封顶三维织物的顶部，并预留一定长度的经纱和纬纱，顶部织造完成后，再利用织物顶部预留的经纱和纬纱织造织物身部。该方法同样难以实现大厚度织物的织造成形。细编穿刺工艺是采用钢针阵列逐层穿刺碳纤维平纹织物或缎纹织物，达到要求织物厚度后，再用碳纤维束逐根替代钢针，形成三向正交结构。细编穿刺工艺可以实现大厚度织物的织造，但目前尚无自动化成型设备，完全依赖工人手工操作，劳动强度大，生产周期长，产品质量不稳定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型多向织物及其织造方法。该织物特别适用于作为先进复合材料的增强体，具有纤维取向多、纤维体积分数高、Z向纤维体积含量高、各部分纤维体积含量均匀性好、整体性能优良等特点；该织造方法具有织造周期短、操作简单、织造成本低、适应性强等优点。

本发明所述的多向织物由X-Y平面纱线、Z向纱线和热熔粘合丝组成，Z向纱线与X-Y平面纱线垂直且无交织，X-Y平面纱线可按设计要求任意角度取向，织物上下表面的热熔粘合丝将X-Y平面纱线和Z向纱线粘接成一个整体，构成多向织物。

所述X-Y平面纱线至少由2个方向的纱线构成。

所述X-Y平面纱线和Z向纱线为碳纤维、石墨纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、高分子量聚乙烯纤维等高性能纤维中的至少一种。

所述X-Y平面纱线和Z向纱线选择同一种类纤维，或者选择不同种类纤维。

所述热熔粘合丝为聚丙烯纤维、聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯纤维等纤维中的至少一种。

所述热熔粘合丝呈网状分布于多向织物的上下表面。

所述热熔粘合丝的直径是X-Y平面纱线所用纱线直径的10%-15%。

本发明所述多向织物的织造成形方法，具体包括以下工艺步骤：

(1)   根据多向织物中纱线的排布要求设计导纱杆阵列和绕纱杆阵列；

(2)   将导纱织造板和绕纱织造板组装在一起，再将导纱杆布置在导纱织造板上，将绕纱杆布置在绕纱织造板上；

(3)   使用绕纱器将热熔粘合丝缠绕在导纱杆阵列和绕纱杆阵列上，形成网状结构；

(4)   X-Y平面纱线的缠绕：使用绕纱器将纱线经过导纱杆间隙按照要求角度逐行缠绕在平行排列的两根绕纱杆上，直至X-Y平面纱线缠绕至织物要求的层数后，重复步骤（3），然后将Z向纱线挂在导纱杆阵列的钩纱槽上；

(5)   将导纱织造板下移，直至由导纱杆阵列携带的Z向纱线贯穿织物的整个厚度；

(6)   Z向纱线贯穿织物整个厚度后，将织物上下表面的热熔粘合丝熔化，熔化的热熔粘合丝将Z向纱线和织物表面的X-Y平面纱线粘接在一起；

(7)   将Z向纱线从导纱杆阵列的钩纱槽上取下，然后剪断上下表面多余的Z向纱线；

(8)   沿绕纱杆处剪断多余的X-Y平面纱线和热熔粘合丝，将多向织物从绕纱织造板上取下，完成多向织物的织造。

所述导纱杆表面光滑，横截面形状为圆形，长度根据多向织物厚度设计，顶端设有钩纱槽。

所述绕纱杆表面光滑，绕纱杆横截面为圆形，绕纱杆长度根据多向织物厚度设计。

所述导纱杆阵列的形状根据多向织物的外形确定，可以是正方形、矩形、圆形、三角形、环形、六边形、八边形及其他不规则形状。

所述绕纱杆根据多向织物中X-Y平面纱线的方向排布。

所述导纱杆根据多向织物中Z向纱线的位置排布。

所述导纱织造板和绕纱织造板是可以组装在一起，也可以分离。