[发明专利]一种管状立体织物及其快速成型制备方法

说明书

本发明公开了一种管状立体织物及其快速成型制备方法。该织物包括由多层织物和法向纤维组成，其中多层织物是由根据织物性能要求设计的单层仿形编织套逐层叠加而成，单层仿形编织套可通过一种或多种连续化编织工艺按照设计的编织参数编织成型，法向纤维可通过缝合、Z‑Pin、针刺等一种或多种工艺引入纤维。本发明的管状立体织物具有组织结构多样、织物尺寸控制范围大，截面形状多样、可设计性强、通用型强、适用于连续化织造、层间性能优异等优点，使得织物可满足复杂形状、复杂应力载荷材料应用需求的复合材料成型，该织物可广泛应用于航天、航空、船舶、汽车、建筑等领域。

技术领域

本发明属于立体织物织造技术领域，具体涉及一种管状立体织物及其快速成型制备方法。

背景技术

立体织物增强复合材料由于其比强度高、比模量高、抗冲击性能好、可设计性强等优点，是先进多功能复合材料部件和主承力复合材料部件所必需的材料。随着立体织物在航空航天、交通运输、国防防护、建筑等领域的广泛应用，其中管状部件对材料性能要求更加苛刻，有些管状部件要求织物既能承受扭转载荷，又能承受拉伸、弯曲压缩和层间载荷。目前国内外对薄壁二维管状织物的研究已经做了比较多的工作，而在层间具有连接强度的管状立体织物这方面的研究则比较少，极大多数的研究工作都是通过粘结方式连接而成具有一定厚度的层合复合材料，在受力时容易出现分层，从而影响复合材料的性能。已有单一结构织物难以满足复杂应力载荷材料应用需求，专利“一种机织2D+2.5D仿形织物组合织物及成型方法”(专利号201310183497.0)专利“一种立体织物复合辊轴及其制备方法”(申请号201910367178.2)分别是数层2D和数层2.5D结构、正交三向和2.5D结构组合成型的立体织物及其编织方法，但两种结构织物各自成型，两种织物之间纱线不连接，所成型的复合材料整体性差、均匀性差，织物在扭转过程中容易出现分层，而且后者专利中立体织物截面形状、原材料等均比较单一，无法实现多种不同截面形状管状立体织物的连续化成型，且应用范围具有局限性。

发明内容

为了解决现有技术中织物抗扭转性能差、易分层、均匀性差等缺陷以及制备工艺复杂、织物截面形状单一、织造效率低等问题，本发明提出了一种管状立体织物及其快速成型制备方法。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种管状立体织物，所述立体织物由多层织物和法向纤维组成，其中所述多层织物是由单层仿形编织套织物逐层叠加而成，所述法向纤维沿所述多层织物厚度方向引入所述多层织物。

进一步地，截面形状可为边长数N≥3的多边形，包含三角形、四边形、圆形等多边形，不局限于所列举。

进一步地，所述管状立体织物的内外截面形状相同或不同，所述内外截面的形状包括内多边形外多边形、内圆形外多边形。

进一步地，所述立体织物的截面形状是轴对称或不对称的，即内外截面形状的中心点重合或者不重合。

进一步地，沿所述管状立体织物轴向方向的不同截面为等截面或变截面。

进一步地，所述多层织物是由单层仿形编织套织物按照预定的铺层顺序逐层叠加而成。

进一步地，所述单层仿形编织套通过一种或多种连续化编织工艺按照设计的编织参数编织成型，所述连续化编织工艺的编织成型方法包含2D机织、2D编织、2.5D机织、2.5D编织、三维编织、缠绕、成网中的一种或多种。

进一步地，所述法向纤维的引入工艺包括缝合、Z-Pin、针刺中的一种或多种，其纤维是纤维丝或纤维棒的一种或两种混用，所述法向纤维逐层引入或整体贯穿引入。

进一步地，所述铺层顺序是根据材料性能要求，设计不同体积含量、不同纤维方向的单层仿形编织套织物，分别同步利用连续化编织工艺快速实现不同体积含量和不同纤维方向的单元层仿形编织套织物成型，然后逐层叠加，以快速实现织物沿轴向、环向变密度或等密度铺层。