一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法
技术领域
本发明涉及三维编织复合材料技术领域，具体地说是一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法。
背景技术
目前，复合材料已经广泛应用于各行各业，尤其是在航空航天领域，复合材料的占比越来越大。其中，三维编织复合材料凭借着其整体性好、可实现复杂制件的一体化成型、不易分层、力学性质优良等优点已然成为各领域的新宠儿。
三维编织技术采用的材料大多是碳纤维、芳纶纤维、碳化硅、超高分子量聚乙烯等高性能纤维，这些纤维虽然在强度模量等方面都很优异，但是普遍具有刚性大的缺点，多次磨损后容易出现断裂的情况，尤其是在厚度较大的地方，更加难以整经，磨损现象严重，这对编织件的整体性能影响很大。同时，在编织形状复杂的异形件时，不同厚度方向的密度可能会有所差异，编织的难度相对会增加。而且三维编织是种很难全自动化生产的技术，异形件的编织很难实现工艺化。为了实现三维异形编织件的编织，学者们做了很多尝试：一、通过构件连接或者机械加工切割得到异形编织件，虽然实现了外观要求，但在力学性能上远不如一体化编织技术；二、在编织的过程中，在行列方向进行增减纱处理、适当调整纱线细度，调整编织纱和轴纱的位置等。三、在加密层和非加密层之间设过渡区，将外层纱线互绕一下，但是这种方式连续性较差，纱线之间的内在锁结少。
对于那些对性能要求较高的一体化三维织物，仅仅通过增减纱或者纱线的表面交织来实现不同厚度方向的密度变化，并不是最好的方法。很多应用在航空航天领域应用的材料，都要能够经受住高温及各种拉压弯剪的力学损伤，这对织物不同密度的过渡区要求甚高，如果三维织物的连续性差，其整体性能也会大打折扣，难以实现生产要求。
发明内容
本发明的目的是针对三维变密度织物难以成型以及连续性不好、编织过程增减纱复杂且难以整经的问题，提供一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法，其特征在于：所述三维编织方法的步骤为：以三维四步编织法为基础，将编织纱分为里层编织纱和加密外层编织纱，让里层编织纱和加密外层编织纱的纱线按顺序交换位置，使加密层的纤维部分与非加密部分编织在一起。
在所述加密外层编织纱里选三股纱的其中一股纱与里层编织纱中的一股纱按照运动轨迹交换位置。
该三维编织方法的换纱纱线运动方向一致，防止撞纱和绞纱。
该三维编织方法的换纱纱段变化且换纱位置不变，一直都是加密外层编织纱的三股纱中的一股纱与里层编织纱的一股纱交换位置。
该三维编织方法能够使得编织角度随着织物厚度的变化而随之变化。
运用该三维编织方法的沿厚度方向变密度织物的里层编织纱和加密外层编织纱的行列数根据编织要求确定。
所述的三维编织方法适用于三维方形编织和三维圆形编织。
另外需要说明的是，里层编织纱的纱线运动方向不一定是单独的，由于里层编织纱的直径小，其运动速度相对较慢。
所述里层编织纱和加密外层编织纱的四部分在运动的过程中，每一大步换纱区交换一次，一个循环有包含八小步的四大步，换纱区交换四次。
一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法，其特征在于：所述三维编织方法的具体步骤为：
第一步，里层编织纱部分的奇数行的纱向右走一步，加密外层编织纱部分的奇数行的纱向右走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第二步，里层编织纱部分的偶数列的纱向下走一步，加密外层编织纱部分的偶数列的纱向下走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第三步，里层编织纱部分的偶数行的纱向左走一步，加密外层编织纱部分的偶数行的纱向左走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第四步，里层编织纱部分的奇数列的纱向上走一步，加密外层编织纱部分的奇数列的纱向上走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱。
一种沿厚度方向变密度织物的三维编织方法，其特征在于：所述三维编织方法的具体步骤为：
第一步，里层编织纱部分的偶数行的纱向右走一步，加密外层编织纱部分的偶数行的纱向右走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第二步，里层编织纱部分的奇数列的纱向下走一步，加密外层编织纱部分的奇数列的纱向下走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第三步，里层编织纱部分的奇数行的纱向左走一步，加密外层编织纱部分的奇数行的纱向左走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱；
第四步，里层编织纱部分的偶数列的纱向上走一步，加密外层编织纱部分的偶数列的纱向上走一步，里层编织纱和加密外层编织纱同时运动，然后里层编织纱和加密外层编织纱的换纱部分进行换纱。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的三维编织方法以三维四步编织法为基础，将编织纱分为里层编织纱和加密外层编织纱，并且让里层编织纱和加密外层编织纱的纱线按顺序交换位置，使加密层的纤维部分与非加密部分编织在一起，通过里外层换纱的方式，使各层纱之间连接紧密，不仅可以保持编织件的美观，还可以保证编织件的整体性，减少力学损伤。
附图说明
附图1为本发明的三维编织方法中的里层编织纱与加密外层编织纱换纱状态示意图。
其中：a—里层编织纱；a1、a2、a3—里层编织纱行后置边缘倒纱；aⅠ、aⅡ、aⅢ、aⅣ、aⅤ、aⅥ、aⅦ—里层编织纱列后置边缘倒纱；a11—里层编织纱的换纱纱段；b—加密外层编织纱；b1、b2、b3、b4、b5—加密外层编织纱行后置边缘倒纱；bⅠ、bⅡ、bⅢ、bⅣ、bⅤ、bⅥ、bⅦ—加密外层编织纱列后置边缘倒纱；b11—加密外层编织纱的换纱纱段；c—换纱区。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
实施例
如图1所示，纱线行列的个数并不止是图1中的行列数，图1只是截取其中的一部分行列数，具体行列数可根据需要进行设置。本发明的三维编织方法中的里层编织纱a选用了3行7列纱、加密外层编织纱b选用了4行7列纱。
该沿厚度方向变密度织物的三维编织方法在三维四步法的编织基础上，将编织纱分为里层编织纱a和加密外层编织纱b，根据编织件的尺寸规定里层编织纱a和加密外层编织纱b的密度大小，从而排列纱线。里层编织纱a和加密外层编织纱b又分为主纱段和后置边缘倒纱；换纱区c是里外层进行换纱的区域，保证里外层连接紧密。需要说明的是，换纱区c所对应的里层编织纱a和加密外层编织纱b的换纱纱段a11、b11可根据四步编织法的编织规律，换纱位置不变、但换纱纱段在变，一直都是加密外层编织纱b的三股纱中的一股纱与里层编织纱a的一股纱交换位置；换纱区c的纱线运动方向一致，不容易撞纱和绞纱，在四部分运动的过程中，每一大步换纱区c交换一次，一个循环有包含八小步的四大步，换纱区c交换四次。
该实施例所体现的三维编织方法的具体操作步骤如下：
第一步，里层编织纱a部分的第a1、a3两行的纱向右走一步，加密外层编织纱b部分的第b1、b3、b5行的纱向右走一步，里层编织纱a和加密外层编织纱b同时运动，然后里层编织纱a和加密外层编织纱b的换纱部分进行换纱；
第二步，里层编织纱a部分的第aⅡ、aⅣ、aⅥ列的纱向下走一步，加密外层编织纱b部分的第bⅡ、bⅣ、bⅥ列的纱向下走一步，里层编织纱a和加密外层编织纱b同时运动，然后里层编织纱a和加密外层编织纱b的换纱部分进行换纱；
第三步，里层编织纱a部分的第a2行的纱向左走一步，加密外层编织纱b部分的第b2、b4行的纱向左走一步，里层编织纱a和加密外层编织纱b同时运动，然后里层编织纱a和加密外层编织纱b的换纱部分进行换纱；
第四步，里层编织纱a部分的第aⅠ、aⅢ、aⅤ、aⅦ列的纱向上走一步，加密外层编织纱b部分的第bⅠ、bⅢ、bⅤ、bⅦ列的纱向上走一步，里层编织纱a和加密外层编织纱b同时运动，然后里层编织纱a和加密外层编织纱b的换纱部分进行换纱。
按照以上四个步骤如此循环编织，可让里外层纱线连接紧密。
上述步骤中的换纱部分的换纱位置不变、但换纱纱段变化，一直都是加密外层编织纱b的三股纱中的一股纱与里层编织纱a的一股纱交换位置。
另外对于上下厚度方向密度都有变化的部分，可合理改变里外层的花节大小，如果里层比较密，可将外层的几股纱分到里层，按照图1的方式交替编织。
本发明的三维编织方法以三维四步编织法为基础，将编织纱分为里层编织纱a和加密外层编织纱b，并且让里层编织纱a和加密外层编织纱b的纱线按顺序交换位置，使加密层的纤维部分与非加密部分编织在一起，通过里外层换纱的方式，使各层纱之间连接紧密，不仅可以保持编织件的美观，还可以保证编织件的整体性，减少力学损伤。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
