一种三维夹层结构织物及其织造方法
技术领域
本发明涉及立体织物织造技术领域，具体涉及一种三维夹层结构织物及其织造方法。
背景技术
夹层结构是由三层以上的材料或结构组合而成的复合结构，由两层薄而高强度的面板结构，其间夹着一层厚而轻的芯层，这是为了满足轻质高强要求而发展起来的一种结构形式。加入芯层的目的是维持两面板层之间的距离，这一距离使夹层面板截面的惯矩和弯曲刚度增大。由于芯层的比重小，所以用它制成的夹层结构能在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。夹层结构具有比强度高、比刚度高、结构稳定性好、承载能力高、耐疲劳、抗振动、隔音、隔热等优点，可用于航空、航天、汽车、建筑等多个领域。
目前，国外对夹层结构复合材料的研究已经做了比较多的工作，而国内在这方面的研究则比较少，仍处于起步阶段，极大多数的研究工作都是针对层合夹层结构复合材料进行的，这种通过粘接方式连接而成的层合夹层结构复合材料在受力时，面板与芯层之间容易脱离而破坏，从而影响复合材料的抗冲击性能。另外，国内有采用传统的有梭织机方式进行蜂窝状三维织物的织造，这种方式对于经纱穿综要求高，在成型时对于两层结合部位的设计和织造要求高，成型难度大，且织物组织结构单一、截面形状单一，无法实现多种不同截面形状织物的连续化成型。
中国专利CN 106676763A介绍了一种整体缝合成型蜂窝状立体织物及其制备方法，该方法引入“置入模具-整体缝合成型”的概念，在铺层的织物中间放入模具并用夹具固定位置，再使用缝合设备整体缝合，过程复杂且操作难度大，层层间通过缝合线连接，连接强度较弱，影响其作为增强结构材料的使用。
中国专利CN 101476193A介绍了多层蜂窝立体织物结构及整体织造方法，织物倾斜经纱方向的各蜂窝侧边为单层结构，蜂窝平行与经纱方向的两个边是相邻的两个重叠单层采用经重平结接组织接结而成，存在连接方式单一、结构单一、织物层数少、厚度上具有一定的局限、且没有高强度的面板层，不利于其作为增强结构材料的使用。
中国专利CN 107541834A介绍了一种具有拓扑结构的三维蜂窝织物及其织造方法，织物由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，这种织物组织结构单一、截面形状单一，并且这种成型方式对于每层经纱的送经以经纱张力控制要求高，成型难度难度大，无法实现连续化织造。
中国专利CN 101058914A介绍了蜂窝状三维立体整体空芯机织物的结构构建及织造方法，织物结构中各边均由相交立体机织组织结构构成，织物结构由一个六边形和一个梯形上下接结而成，构成一对蜂窝结构，这种织物截面形状单一、织物层数少、厚度上具有一定的局限性，无法实现各种不同截面形状的厚织物的织造。
发明内容
为解决现有采用整体缝合、整体织造或有梭织机织造等方法织造的蜂窝状织物，制备工艺复杂、织物强度差、织物截面形状单一、织物层数少、不能整体连续化织造、没有高强度的面板层等问题，本发明提供一种三维夹层结构织物及其织造方法。
本发明采用的第一技术方案是：包括由至少一层的上层经纱和纬纱交织而成的上面板层，由至少一层的下层经纱和纬纱交织而成的下面板层，及由至少一层的中间层经纱和纬纱交织而成的芯层；上、下面板层与芯层之间以层连结构形成连接，整体连续织造成型。
本发明采用的第二技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第二技术方案是：芯层的截面形状可为三角形、矩形、梯形、四边形或六边形。
本发明采用的第三技术方案是在第一技术方案上的改进，本发明采用的第三技术方案是：层连结构包括浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹或缎纹。
本发明采用的第四技术方案是在第一、第二或第三技术方案上的改进，本发明采用的第四技术方案是：上、下面板层的纬纱不仅与本层的经纱交织，还与芯层的经纱交织。
本发明采用的第五技术方案是在第四技术方案上的改进，本发明采用的第五技术方案是：至少一层的上、下面板层纬纱与至少一层的芯层经纱交织。
本发明采用的第六技术方案是在第一、第二或第三技术方案上的改进，本发明采用的第六技术方案是：可以使用一种高性能纤维进行织造，也可以使用多种高性能纤维混合织造。
本发明采用的第七技术方案是：一种如1～6任意一个技术方案所述的三维夹层结构织物的织造方法，包括上、下面板层、芯层单独织造的步骤，上面板层与芯层交织的步骤，及下面板层与芯层交织的步骤。
本发明采用的第八技术方案是：一种如1～6任意一个技术方案所述的三维夹层结构织物的织造方法，包括上、下面板层、芯层单独织造的步骤，上、下面板层同时与芯层交织的步骤，及芯层各边交织的步骤。
本发明采用的第九技术方案是在第七或第八技术方案上的改进，本发明采用的第九技术方案是：
所述的三维夹层结构织物的织造方法具体包括依次连接的如下步骤：
(1)根据织物厚度要求，进行上、下面板层及芯层的经纱层列数的排列，形成X层、Y列经纱；
(2)将每层每根经纱穿过经纱张力控制装置以控制经纱的张力；
(3)根据经纱层列数的排列将经纱分别穿进相应的综丝及筘齿中；
(4)逐根调整经纱张力，使其保持均匀一致；
(5)根据织物的组织结构要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；
(6)每次形成开口后，由引纬装置引入一根纬纱，完成引纬后，打纬装置向织物织口水平移动，将纬纱打进织口，完成打纬；
(7)打纬完成后，根据织物的纬密要求将织物向成型方向牵引一定距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。
本发明采用的第十技术方案是在第九技术方案上的改进，本发明采用的第十技术方案是：每一筘齿内的各列各层的经纱按照从高向低的顺序排列，在织造过程中其相对位置保持不变。
本发明的有益效果：本发明可实现多层织物的不同结构成型，通过织物经纱层列数的排列达到织物的厚度要求及截面形状要求；在织造过程中，通过经纱运动使经纱、纬纱处于不同的交织方式，从而形成浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹、缎纹等多种不同的织物组织结构；上面板层、下面板层、中间芯层以层连结构形成连接，整体连续织造成型，大大增加层间连接强度，提高材料的力学性能；在织造过程中，根据各不同截面形状的尺寸要求，进行经纱层列数的排列，通过经纱运动形成清晰开口便于引纬织造，织物尺寸范围大，织造过程操作方便，可织造多种截面形状的三维夹层结构织物。
本发明的三维夹层结构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、适于连续化织造等优点，用该类型织物复合增强的材料具有比强度高、比刚度高、结构稳定性好、承载能力高、耐疲劳、抗振动、隔音、隔热等特点，可广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、建筑等领域。
附图说明
图1(a)为本发明三角截面的三维夹层结构织物的结构示意图；图1(b)为本发明矩形截面的三维夹层结构织物的结构示意图；图1(c)为本发明梯形截面的三维夹层结构织物的结构示意图；图1(d)为本发明六边形截面的三维夹层结构织物的结构示意图。
图2为本发明第一实施例的三维夹层结构织物的结构示意图。
图3(a)为上面板层单独织造的经纱运动规律示意图；图3(b)为芯层单独织造的经纱运动规律示意图；图3(c)为下面板层单独织造的经纱运动规律示意图。
图4(a)为上面板层与芯层交织的经纱运动规律示意图；图4(b)为下面板层单独织造的经纱运动规律示意图。
图5(a)为上面板层单独织造的经纱运动规律示意图；图5(b)为下面板层与芯层交织的经纱运动规律示意图。
图6为本发明第二实施例的三维夹层结构织物的结构示意图。
图7(a)为上面板单独织造的经纱运动规律示意图；图7(b)为芯层单独织造的经纱运动规律示意图；图7(c)为下面板层单独织造的经纱运动规律示意图。
图8(a)为上面板层与芯层上层交织的经纱运动规律示意图；图8(b)芯层各边交织的经纱运动规律示意图；图8(c)为下面板层与芯层下层交织的经纱运动规律示意图。
图9(a)为上面板层单独织造的经纱运动规律示意图；图9(b)为芯层上层各边交织的经纱运动规律示意图；图9(c)为芯层下层各边交织的经纱运动规律示意图；图9(d)为下面板层单独织造的经纱运动规律示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
参阅图2，实施例1提供了一种梯形截面的三维夹层结构织物，包括由三层上层经纱和纬纱交织而成的上面板层，由三层下层经纱和纬纱交织而成的下面板层，以及由一层中间层经纱和纬纱交织而成的芯层；上、下面板层与芯层之间以层连结构形成连接，通过整体连续织造成型。
层连结构可以为浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹或缎纹，在本实施例中以浅交弯连结构为代表。
三维夹层结构织物可以使用一种高性能纤维进行织造，也可以使用多种高性能纤维混合织造。在本实施例中，选用同一种纤维材料500tex的玻璃纤维为代表。
实施例1的三维夹层结构织物的工艺参数如表1所示。
表1梯形截面形状织物
本实施例的三维夹层结构织物的织造方法包括以下步骤：
1、根据芯层截面形状及织物厚度，进行上、下面板层及芯层经纱层列数的排列，形成7层、200列经纱；
2、将每层每根经纱穿过经纱张力控制装置以控制经纱的张力；
3、按照经纱层列数的排列，将每层经纱的第一根经纱逐根穿入第一列综丝中，然后穿入同一个筘齿；每层经纱的第二根经纱逐根穿入第二列综丝中，然后穿入同一个筘齿，以此规律将各层经纱逐根穿入相应的综丝中，然后穿入相应的筘齿；
4、逐根调整经纱张力，保证每根经纱处于伸直状态且张力均匀一致；
5、根据设定的织物组织结构的要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口，具体运动步骤依次如下：
5.1、上面板层、下面板层、芯层单独织造(如图2中的1,2,3所示)，各层经纱运动规律如图3(a)、图3(b)及图3(c)所示，在织造各层时，把该层上面的经纱全部提起；
5.2、上面板层与芯层交织(如图2中的4所示)，各层经纱运动规律如图4(a)、图4(b)所示；
5.3、上面板层、下面板层、芯层单独织造(如图2中的1,2,3所示)，各层经纱运动规律如图3(a)、图3(b)及图3(c)所示，在织造各层时，把该层上面的经纱全部提起；
5.4、下面板层与芯层交织(如图2中的5所示)：各层经纱运动规律如图5(a)、图5(b)所示；
6、每次形成开口后，由引纬装置引入一根纬纱，完成引纬后，打纬装置向织物织口水平移动，将纬纱打进织口，完成打纬；
7、打纬完成后，根据设定的织物的维密将织物向成型方向牵引一定距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。
根据织物要求不同，可以通过增加或减少织物上下面板层以及芯层的经纱层数来满足织物厚度要求，可以通过增加或减少每部分织造的单元循环数以及调整纬密的方式来满足织物梯形截面各边长尺寸的要求，可以通过增加或减少织物经纱的列数来满足织物的幅宽要求，可以通过增加或减少织物织造的总纬数来满足织物织造长度的要求。
实施例2
参阅图6，实施例2提供了一种正六边形的三维夹层结构织物，包括由三层上层经纱和纬纱交织而成的上面板层，由三层下层经纱和纬纱交织而成的下面板层，以及由四层中间层经纱和纬纱交织而成的芯层；上、下面板层与芯层之间以层连结构形成连接，通过整体连续织造成型。
层连结构可以为浅交弯联、浅交直联、深交弯联、深交直联、斜纹或缎纹，在本实施例中以浅交弯连结构为代表。
三维夹层结构织物可以使用一种高性能纤维进行织造，也可以使用多种高性能纤维混合织造。在本实施例中，选用同一种纤维材料500tex的玻璃纤维为代表。
实施例2的三维夹层结构织物的工艺参数如表2所示。
表2正六边形截面形状织物
本实施例的三维夹层结构织物的织造方法包括以下步骤：
1、根据芯层截面形状及织物厚度，进行上、下面板层及芯层经纱层列数的排列，形成10层、200列经纱；
2、将每层每根经纱穿过经纱张力控制装置以控制经纱的张力；
3、按照经纱层列数的排列，将每层经纱的第一根经纱逐根穿入第一列综丝中，然后穿入同一个筘齿；每层经纱的第二根经纱逐根穿入第二列综丝中，然后穿入同一个筘齿，以此规律将各层经纱逐根穿入相应的综丝中，然后穿入相应的筘齿；
4、逐根调整经纱张力，保证每根经纱处于伸直状态且张力均匀一致；
5、根据设定的织物组织结构的要求，提综装置开始自下而上或自上而下循环运动，带动相应的经纱自下而上或自上而下循环运动，每次运动形成等高度开口；具体运动步骤依次如下：
5.1、上面板层、芯层、下面板层单独织造(如图6中的1,2,3所示)，各层经纱运动规律如图7(a)、图7(b)及图7(c)所示；
5.2、上面板层与芯层上层交织、芯层各边交织、下面板层与芯层下层交织(如图6中的4所示)，各层经纱运动规律如图8(a)、图8(b)及图8(c)所示；
5.3、上面板层、芯层、下面板层单独织造(如图6中的1,2,3所示)，各层经纱运动规律如图7(a)、图7(b)及图7(c)所示；
5.4、上面板层单独织造、芯层上层各边交织、芯层下层各边交织、下面板层单独织造(如图6中的5所示)，各层经纱运动规律如图9(a)、图9(b)、图9(c)及图9(d)所示；
6、每次形成开口后，由引纬装置引入一根纬纱，完成引纬后，打纬装置向织物织口水平移动，将纬纱打进织口，完成打纬；
7、打纬完成后，根据设定的织物的维密将织物向成型方向牵引一定距离，完成牵引后，进行下一个运动循环，直至完成整个织物的织造。
根据织物要求不同，可以通过增加或减少织物上下面板层以及芯层的经纱层数来满足织物厚度要求，可以通过增加或减少每部分织造的单元循环数以及调整纬密的方式来满足织物正六边形截面边长尺寸的要求，可以通过增加或减少织物经纱的列数来满足织物的幅宽要求，可以通过增加或减少织物织造的总纬数来满足织物织造长度的要求。
通过上述实施例可以看出，只需根据具体的截面形状要求进行经纱层列数的排列，按照组织结构的要求进行经纱的规律运动，依次开口引纬织造就可以得到不同截面形状，如图1(a)所示的三角截面的三维夹层结构织物；图1(b)所示的矩形截面的三维夹层结构织物；图1(c)所示的梯形截面的三维夹层结构织物及图1(d)所示的六边形截面的三维夹层结构织物。本发明所得三维夹层结构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、可连续化织造、比强度高、比刚度高、结构稳定性好、承载能力高、耐疲劳、抗振动、隔音、隔热等特点，可广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、建筑等领域。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
