[发明专利]一种盒状立体织物及其耦合织造方法

说明书

本发明涉及一种盒状立体织物及其耦合织造方法，所述盒状立体织物包括盒底和盒壁，其特征在于所述盒底为2.5D结构，所述盒壁为三维编织结构，所述织物采用耦合织造方法一体成型。本发明能够实现两种织物结构无缝衔接；本发明提供的织造方法是在现有两种织物结构的基础上，人为将盒体分为两部分，纱线在盒体不同部位的运动交织规律不同，但纱线是完全连续的，通过对纱线的重新排列及增减，实现两种三维结构的无缝耦合连接；本发明可根据复合材料的性能对织物结构进行设计，实现衍生结构的耦合织造以及织物异形、变厚的耦合织造；采用本发明制成的复合材料整体力学性能更好，可设计性更高，可用于航空、航天、能源等领域的主承力结构和防热结构。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种盒状立体织物及其耦合织造方法，具体说是一种复合材料用盒状立体织物的多结构耦合整体织造方法。

背景技术

在航天器飞行器及航空领域中有多种盒体形状的结构件，工作条件以及环境极其严格，不仅要求质量小、层间性能好，而且还需具有防热、透波、抗烧蚀等功能性要求。

不同编织结构的纤维走向和各向纤维比例不同，单一结构实现大尺寸是设备能力和工程能力的扩大，但不同结构耦合涉及到纱线数量和方向的变化，要保证纱线在不同结构间连续过渡，需要建立单一结构的纱线模型和耦合结构间的纱线集成转换规律，遵循纱线连续的原则，否则会出现过渡处纱线纹路紊乱，纤维不连续以致造成性能上的应力集中，容易产生破坏。

不同结构耦合情况通常有一个以上的构件主方向，织造过程中要考虑编织主方向的转换以实现构件外形，编织方向的转换涉及纱线方向的转换，需要考虑纱线的张力、挤压变形能力对方向转变的影响，使纱线连续的同时纤维体积含量要均匀一致，不致造成疏密不均匀的现象。

为了从工艺以及性能方面都满足盒体的应用要求，在不同的部位采用不同的织造方法满足盒体结构件的使用要求。盒体的底部采用2.5D结构，盒壁采用三维编织结构。盒底采用2.5D结构，不仅在工艺上易于实现，而且经纬向纱线交织能够保证盒状织物底部的力学性能，并且织造效率高；盒壁采用三维编织结构，三维编织结构易于实现仿形编织，能够很好的成型出盒壁的直角特征，同时纱线在空间形成网状交织结构，侧壁不易产生分层破坏，具有整体性好、力学性能优良等优点。因此，两种三维织物结构的耦合织造能够充分发挥各自结构的特点，协同作用，整体性好且性能稳定，可操作性显著提高，经复合后性能测试盒体力学性能完全满足设计指标要求。该耦合织造方法可实现大尺寸异型结构件的形状仿形，为三维立体织物复合材料应用于主承力构件提供了广阔的前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有单一纺织技术的缺陷，提供种盒状立体织物及其耦合织造方法，采用该织造方法制备高性能纤维(石英纤维、碳纤维等)盒体结构件，根据盒体的性能要求和工艺方法，在不同的部位根据需要采用不同的织造技术，经过复合工艺，可以满足复合材料构件不同部位对性能、外观、均匀性的要求。

本发明包括如下技术方案：

一种盒状立体织物，包括盒底和盒壁，其特征在于所述盒底为2.5D结构，所述盒壁为三维编织结构，所述盒状立体织物采用耦合织造方法一体成型。

优选的，所述的盒状立体织物的盒底为2.5D结构，具体可以为2.5D角联锁结构、2.5D衬经角联锁结构、2.5D衬纬角联锁结构或2.5D衬经衬纬角联锁结构。

优选的，所述的盒状立体织物的盒壁为三维编织结构，具体可以为三维四向、三维五向、三维六向或三维七向结构。

优选的，所述的盒状立体织物盒底形状为n边形(n≥3)、圆形、椭圆形或不规则形状。

一种盒状立体织物的多结构耦合织造方法，其特征在于，包括以下步骤：