准三维正交封顶锥形织物的制造方法及封顶锥形织物与流程

本发明涉及立体编织技术领域，具体而言，涉及准三维正交封顶锥形织物的制造方法及封顶锥形织物。

背景技术：

陶瓷复合材料及构件，尤其是陶瓷复合材料天线罩等构件，其尺寸与厚度一般都较大，高度往往大于400mm，厚度一般大于3mm，部分厚度甚至超过100mm，这就要求构件具有高强度、高模量、耐高温、高温透波等特殊性能，因此必须采用立体三维编织才能满足要求。陶瓷复合材料天线窗虽然尺寸较小，但也需要要三维编织织物。

对于平板形三维正交立体织物，在任意一根纱线的任意一点上，总存在两根与之垂直并相交的纱线，形成类似直角坐标系的x、y、z轴线。而对于锥形立体而言，织物是曲面的，往往只有纬纱可以实现均匀排布，相邻的两条经纱或相邻的两条法向纱，严格讲都不是严格平行的，也就是说经纱法向纱均难以实现均匀排布，部分纱线不能像平板形三维正交立体织物中的纱线那样规整均匀，因此称这种锥形立体织物中的编织结构为“准三维正交”或“仿三维正交”或“近三维正交”编织结构。

在国内，经过多家单位几十年的努力，目前已经形成了2.5d(或2.5维或二维半)、三维正交、三维四向、三维五向、三维六向、三维多向以及它们之间的组合结构。对于锥形的天线罩织物而言，从目前公布的文献来看，仅2.5d以及配合以局部三维正交等编织结构才能满足要求，这样导致编织的效率低下、成本高昂。

近年来为实现锥形织物的快速制造以及低成本化，出现了层叠布缝合穿刺工艺制备仿形织物以及针刺毡工艺制备的仿形织物，这些织物确实提高了速度降低了成本，但这不是严格意义上的立体编织，且层叠布缝合穿刺织物的缺点是层间强度低，而针刺毡工艺的问题是由于大量的针刺过程使大部分连续纤维受到损伤而实际成为短纤维，会降低复合材料的强度。

同时，也有一些公开的资料对锥形织物进行阐述，如申请号为201210585266.8的专利申请公开了2.5维及2.5维衍生结构组合单元体的编织方法，又如申请号为201210586502.8的专利申请公开了厚顶转薄壁封顶织物的仿形编织成形方法。上述均属于立体织物制造领域，且也涉及封顶锥形立体织物、变厚度编织等概念，但均未涉及准三维正交立体织物。

有鉴于此，本发明特提出一种技术方案。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，以改善现有技术中缺乏准三维正交封顶锥形织物的制造方法的技术问题。

本发明的第二个目的在于提供一种封顶锥形织物。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明提供了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，包括以下步骤：

(a)布置经纱和纬纱：平行于模具表面按照一层经纱与一层纬纱进行交互垂直铺排，反复铺排直至达到厚度要求，形成经纬纱层；

或，将缠绕纱与模具轴线形成10°～80°的角度，通过缠绕形成与模具表面贴合的纱线层，每相邻的纱线层之间呈相反的走向，与模具轴线形成对称等值的夹角，纱线层在轴向与径向的分量分别对应经纱与纬纱，反复铺排直至达到厚度要求，形成经纬纱层；

(b)布置法向纱：将纱线沿经纬纱层的厚度方向植入，形成法向纱；

(c)脱模，得到封顶锥形织物。

进一步的，还包括将步骤(b)中的纱线穿于针上，将穿有纱线的针预植于所述模具上的步骤，所述步骤设于步骤(a)之前或者步骤(a)之后；

步骤(b)布置法向纱时，将模具上的针拔出，带动纱线沿经纬纱层的厚度方向植入，形成法向纱。

进一步的，所述模具为中空锥形体，在所述模具的表面上设有若干个孔洞；

步骤(b)中，将穿有纱线的针预植于所述模具的若干个孔洞中。

进一步的，所述模具上的任意相邻的两个孔洞之间的间距为1-20mm；

优选的，所述模具的材质为金属、塑料或木质中一种。

进一步的，所述模具为中空锥形体，在所述模具的表面上设有植针层；

步骤(b)中，将穿有纱线的针预植于所述模具的植针层中。

进一步的，所述模具上的植针层的厚度为5-50mm，优选为10-30mm。

进一步的，步骤(b)布置法向纱时，将步骤(a)中铺排在模具表面形成经纱、纬纱或者缠绕纱的纱线的两端植入到经纬纱层中，形成法向纱；

和/或，将步骤(a)中铺排在模具表面形成经纱、纬纱或者缠绕纱的纱线的中间多点植入到经纬纱层中，形成法向纱。

进一步的，所述封顶锥形织物的外形为圆锥或者多棱锥；

优选的，所述封顶锥形织物的厚度为2-200mm。

进一步的，所述经纱、纬纱、法向纱和缠绕纱所采用的纱线原料选自高硅氧纤维、石英纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维或碳纤维中的一种或至少两种的组合。

本发明还提供了一种封顶锥形织物，采用上述的准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，通过利用特制的模具，采用不同铺排方式的经纱、纬纱与不同植入或编织方式的法向纱的结合，制造得到准三维正交封顶锥形织物，该制造方法新颖独特、简便易行，解决常规三维正交编织无法制造封顶织物的难题，且生产效率高，适合于工业化生产。

(2)本发明提供了一种封顶锥形织物，采用上述准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得，该封顶锥形织物具有整体均匀性、纤维连续性和结构完整性的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中的模具简图；

图2为本发明实施例1中的经纱、纬纱和法向纱的铺排方式；

图3为本发明实施例2中的缠绕纱和法向纱的铺排方式。

图标：1-模具；11-孔洞；2-经纱；3-纬纱；4-法向纱；5-缠绕纱。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

根据本发明的一个方面，如图1-3所示，提供了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，包括以下步骤：

(a)布置经纱2和纬纱3：平行于模具1表面按照一层经纱2与一层纬纱3进行交互垂直铺排，反复铺排直至达到厚度要求，形成经纬纱层；

或，将缠绕纱5与模具1轴线形成10°～80°的角度，通过缠绕形成与模具1表面贴合的纱线层，每相邻的纱线层之间呈相反的走向，与模具1轴线形成对称等值的夹角，纱线层在轴向与径向的分量分别对应经纱2与纬纱3，反复铺排直至达到厚度要求，形成经纬纱层；

(b)布置法向纱4：将纱线沿经纬纱层的厚度方向植入，形成法向纱4；

(c)脱模，得到封顶锥形织物。

本发明提供了一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，通过利用特制的模具1，采用不同铺排方式的经纱2、纬纱3或者缠绕纱5与不同植入方式的法向纱4的结合，制造得到准三维正交封顶锥形织物，该制造方法新颖独特、简便易行，且效率高，可提高封顶锥形织物的仿形精度，适合于工业化生产。

首先，应当说明的是，对于锥形立体而言，织物是曲面的，往往只有纬纱3可以实现均匀排布，相邻的两条经纱2或相邻的两条法向纱4，严格来讲都不是平行的，也就是说经纱2、法向纱4均难以实现均匀排布，部分纱线不能像平板形三维正交立体织物中的纱线那样规整均匀，因此称这种锥形立体织物中的编织结构为“准三维正交”。

在本发明中“三维”等同于“三向”，“准三维正交”等同于“仿三维正交”或“近三维正交”，2.5d等同于2.5维或二维半。所谓“封顶织物”是相对于顶部开口织物而言的。早期的锥形立体织物，由于当时技术局限，难以实现封顶，锥形立体织物的顶部是开口的，因此这里将顶部不开口的锥形立体织物称为“封顶织物”。

具体的，在步骤(a)中，可根据织物形状，制备仿形的芯模或阳模作为专用模具1，模具1的主要作用是在模具1表面布置经纬纱层和通过向其表面植针引入法向纱4。

通过分别布置经纱2与纬纱3来实现经纬纱的铺排，也可以通过层层交错缠绕的方式实现平行于模具1表面的纱线铺排，该纱线在经纬向的分量相当于经纱2和纬纱3。当纱线以缠绕方式在模具1表面进行铺排时，纱线与模具1轴线形成的角度为10°～80°，优选为25°～65°，典型但非限制性的角度为10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°70°、75°或80°。

在布置经纱2与纬纱3的过程中，对于大锥角的产品容易产生滑纱现象，此时可以采用胶水辅助(后期去除)、临时固定等方法防止滑纱。

在步骤(b)中，将纱线沿经纬纱层的厚度方向植入，也可以理解为沿织物的厚度方向或者沿垂直于模具1表面方向植入，此处的垂直可以是近似垂直，近似垂直时偏差角度不超过±10°。

当法向纱4沿经纬纱层的厚度方向植入时，可以是从经纬纱层的内层向其外层穿过，也可以是从经纬纱层的外层向内层穿过。

本发明所述的“包括”，意指其除所述步骤外，还可以包括其他步骤，这些步骤，赋予准三维正交封顶锥形织物的制造方法不同的特性。除此之外，本发明所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。

在本发明的一种优选实施方式中，还包括将步骤(b)中的纱线穿于针上，将穿有纱线的针预植于模具1上的步骤，该步骤位于步骤(a)之前或者步骤(a)之后；

步骤(b)布置法向纱4时，将模具1上的针拔出，带动纱线沿经纬纱层的厚度方向植入，形成法向纱4。

将针穿上纱线植入到模具1表面上的这一步骤，可以是在布置经纱2和纬纱3之前，也可以是布置经纱2和纬纱3之后，此处对于植针的顺序不作特殊限定。

在本发明的一种优选实施方式中，具体如图1所示，模具1为中空锥形体，在模具1的表面上设有若干个孔洞11；

步骤(b)中，将穿有纱线的针预植于模具1的若干个孔洞11中。

按照织物中法向纱4的分布及数量，在模具1上预制成多个与纱线粗细相当的孔洞11，相邻的孔洞11之间的距离相等。

当采用先植针再布置经纱2和纬纱3的方式时，即将每根针穿上纱线后，针尖朝外植于孔洞11中，穿在针上的纱线则位于模具1内部，这样使得针布满模具1外表面。再在模具1的外表面铺排经纱2、纬纱3或缠绕纱5，当经纱2、纬纱3或缠绕纱5达到指定厚度时，将预先植入的针一根根拔出，带动纱线沿经纬纱层厚度方向从经纬纱层内层植入到外层，形成法向纱4。经纱2、纬纱3和法向纱4的铺排截面图具体如图2所示，缠绕纱5与法向纱4的铺排截面图具体如图3所示。

也可以采用先布置经纬纱层再植针的方式，即当模具1表面的经纬纱层达到指定厚度时，将穿有纱线的针从最外层向最内层逐根植入，或采用针像纳鞋底一样进行缝合植入，缝合植入的法向纱4与模具1捆绑在一起，后期从模具1内侧剪断即可。为提高效率，可以采用自动化机械植入，或采用多排同时植入法以提高效率，脱模后就完成了封顶织物的制备。

待脱模时，将针与法向纱4分离，即得到封顶锥形织物。注意的是，法向纱4的长度略大于织物厚度或者经纬纱层厚度即可，使得法向纱4的两端均与织物内、外表面齐平，从而使得不管是织物内表面还是外表面均处于较为平滑的状态。

在本发明的一种优选实施方式中，模具1的材质为金属、塑料或木质中一种，优选为塑料或木质。

优选的，模具1上的相邻的两个孔洞11之间的间距为1-20mm，进一步优选为3-8mm，典型但非限制性的间距为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm或20mm。

在本发明的一种优选实施方式中，模具1为中空锥形体，在模具1的表面上设有植针层；

步骤(b)中，将穿有纱线的针预植于模具1的植针层中。

在模具1不打孔的情况下，也可以在模具1外表面布置适当厚度的植针层，其作用是为了可以植入针。植针层可由适当厚度的胶膜或泡沫等材料制成。

在本发明的一种优选实施方式中，模具1上的植针层的厚度为5-50mm，优选为10-30mm。

典型但非限制性的植针层的厚度为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm。

在本发明的一种优选实施方式中，步骤(b)布置法向纱4时，将步骤(a)中铺排在模具1表面形成经纱2、纬纱3或者缠绕纱5的纱线的两端植入到经纬纱层中，形成法向纱4；

和/或，将步骤(a)中铺排在模具1表面形成经纱2、纬纱3或者缠绕纱5的纱线的中间多点植入到经纬纱层中，形成法向纱4。

此种方式为法向纱4的另一种植入方式，当经纬纱层到达一定的厚度时，经纱2、纬纱3或缠绕纱5的两端是植入到织物中的，这样两端植入的纱线起到法向固定作用。为了增加法向纱4的含量，可以通过缩短每根经纱2、纬纱3或缠绕纱5的长度以增加法向纱4的含量，也可以在纱线中间的多点植入法向纱4，以增加法向纱4含量。这样不断的布置经纱2、纬纱3或缠绕纱5，同时也在不断的增加法向纱4含量，直至达到指定的厚度。

在本发明的一种优选实施方式中，步骤(a)中，通过局部逐步增加经纱2、纬纱3或纱线的层数来改变局部经纬纱层的厚度；

或，通过变化经纱2、纬纱3或纱线的丹尼尔数来改变局部经纬纱层的厚度；

或，通过改变局部纱线的密度来改变局部经纬纱层的厚度。

通过上述方式，可以实现局部变厚或者变薄，跟根据生产需要，选择对应的厚度变化处理方法。

在本发明的一种优选实施方式中，封顶锥形织物的外形为圆锥或者多棱锥；其中，多棱锥可以三棱锥、四棱锥、五棱锥或者其他多边棱锥。

优选的，封顶锥形织物的厚度为2-200mm，典型但非限制性的封顶锥形织物的厚度为2mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm、160mm、170mm、180mm、190mm或200mm。

在本发明的一种优选实施方式中，经纱2、纬纱3、法向纱4和缠绕纱5所采用的纱线原料选自高硅氧纤维、石英纤维、氮化硅纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维或碳纤维中的一种或至少两种的组合。

但当织物用于透波时，经纱2、纬纱3、法向纱4和缠绕纱5所采用的纱线原料应避免采用碳化硅纤维和碳纤维。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种封顶锥形织物，采用上述准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得。

所制得的封顶锥形织物具有整体均匀性、纤维连续性和结构完整性的优点。

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1

一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，包括以下步骤：

(a)制备带孔洞的模具：根据产品形状，制备仿形的芯模，该模具是铝合金材质，在模具上预制成直径为1.5mm、深度为15mm的垂直于模具型面的孔洞，任意相邻两个孔洞之间的间距为5mm；

在模具上植针：用直径为1mm的针，穿上号数为190tex、长度为90mm的石英纱线，针尖朝外植于孔洞中，这样在模具外表面布满了针；

布置经纱与纬纱：在上述模具上，按照一层经纱与一层纬纱进行交互垂直铺排，经纱的号数为900tex，纬纱的号数为600tex；在局部较厚的部位通过纱线首位固定的方法进行局部加厚，待织物大部分厚度为23mm、局部厚度达到45mm后，停止铺排，形成经纬纱层。

(b)布置法向纱：当经纬纱层达到厚度要求后，将预先植入穿有纱线的针一根根拔出，带动纱线沿经纬纱层厚度方向从经纬纱层内层植入到外层，形成法向纱，然后将法向纱与针分离。

(c)脱模，即得到封顶锥形织物。

采用该准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得的封顶锥形织物，该织物外观呈三棱锥状，高度为1000mm，端部呈等腰三角形，底部三角形的边长为570mm，三角形的腰长为410mm。织物大部分厚度为23mm，局部厚度达到45mm。

实施例2

一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，包括以下步骤：

(a)制备带植针层的模具：用玻璃钢制备成仿形模具，然后在模具外表面布置厚度为10mm的植针层，该植针层采用泡沫材料制成；

布置经纱与纬纱：采用缠绕的方式，将号数为600tex的石英纤维材质的缠绕纱沿着与模具轴向呈45°角进行层与层之间的交叉缠绕，对于局部厚度较大的部位通过折回缠绕的方法实现，当织物大部分厚度为18mm、局部厚度达到35mm后，停止缠绕，形成经纬纱层。

(b)布置法向纱：当经纬纱层达到厚度要求后，将穿有约400tex的石英纱的针沿经纬纱层的厚度方向从经纬纱层的外层向内层逐根植入，形成法向纱，保持法向纱的间距为5mm，然后将法向纱与针分离。

(c)脱模，即得到封顶锥形织物。

采用该准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得的封顶锥形织物，该织物外观呈圆锥状，高度为700mm，端部呈圆形，外直径为410mm，织物大部分厚度为18mm，局部厚度达到35mm。

实施例3

一种准三维正交封顶锥形织物的制造方法，包括以下步骤：

(a)制备模具：根据产品形状，制备仿形的金属芯模；

布置经纱与纬纱：在上述模具上，按照一层经纱与一层纬纱进行交互垂直铺排，经纱的号数为900tex，纬纱的号数为600tex，形成一定厚度的经纬纱层。

(b)布置法向纱：当经纬纱层厚度达到约6mm时，将经纱、纬纱的两端通过针植入到经纬纱层中，这样两端植入的纱线起到法向固定作用，从而形成法向纱。

为了增加法向纱的含量，把经纱、纬纱的中间部位每隔约100mm植入法向一次，以增加法向纱含量。这样在经纬纱厚度增加的同时，法向纱的含量也不断的增加。当织物大部分厚度为21mm、局部厚度达到38mm时，停止布置纱线，然后将法向纱与针分离；

(c)脱模，即得到封顶锥形织物。

采用该准三维正交封顶锥形织物的制造方法制得的封顶锥形织物，该织物外观呈圆锥状，高度为920mm，端部呈圆形，外直径为450mm，织物大部分厚度为21mm，局部厚度达到38mm。

综上所述，采用本发明提供的准三维正交封顶锥形织物的制造方法可简单、高效的制造出封顶锥形织物，该封顶锥形织物具有整体均匀性、纤维连续性和结构完整性的优点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。