一种复合结构织物及其织造方法与流程

本发明涉及一种复合结构织物及其织造方法，属于三维立体织物及其织造方法领域。

背景技术：

三维纺织复合材料具有优异的损伤容限和抗分层能力，广泛应用于航空航天、军事防护等领域。随着应用范围不断扩大，对其提出更高的承载-结构-功能一体化要求，同一部件为同时满足多种功能，就需要多种织物结构同时存在。而将两种及以上织物结构之间仅靠基体粘接，所成型的复合材料部件必然会出现整体性差、分层处易破坏等问题，因此亟需一种可以满足多种功能同时整体性良好的织物结构。专利“一种新结构立体织物及其编织方法”(公告号cn103061003b)、“新结构立体织物及其编织方法”(公告号cn103061004b)、“一种新结构立体织物及编织方法”(公告号cn103088546b)分别介绍的是三维多向结构和浅交弯联结构、三向正交结构和浅交弯联结构、三维多向结构和三向正交结构组合成形的立体织物及其编织方法，但是这三个专利织物结构均是水平方向的累加，无法满足厚度方向的多层多功能的性能要求。

技术实现要素：

为了解决现有技术中织物无法满足厚度方向的多层次多功能要求，本发明提供一种复合结构织物及其织造方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种复合结构织物及其织造方法，复合结构织物包括经纱、纬纱、x向纱、y向纱和法向纱，经纱、纬纱相互交织，x向、y向沿织物宽度和长度方向伸直，法向纱将各结构单元连接成整体结构。

经纱、纬纱构成角联锁结构，x向纱、y向纱和法向纱构成正交结构，法向纱与其他纱线相互交织。

为了实现不同功能需求法向纱贯穿织物层数可调，法向纱可以贯穿于织物厚度，也可以分区域部分贯穿连接。

根据设计要求，角联锁结构单元和正交结构单元多层次有序叠加成整体结构。

上述复合结构织物可以满足承载-结构-功能一体化复合材料需求。

本申请复合结构织物的织造方法，在现有角联锁和正交织造技术的基础上，增加单根法向纱开口和送纱控制系统，使单根法向纱按照设计要求调整其运动行程，形成不同连接层数的复合结构织物。

进一步复合结构织物的织造方法，包括顺序相接的如下步骤：

(1)初始排纱：在三维织机经纱纱锭上排列m行n列的经纱；在y向纱纱锭上排列m’行n’列的y向纱；在y向纱左右两侧各排列一列法向纱总计n’-1列，各结构单元数量总合为n；

(2)开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，形成梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第a层梭口位置，下层法向纱达到第b层梭口位置，y向纱形成梭口；

(3)引纬运动：在经纱和y向纱形成的梭口中，由引纬装置逐层引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成复合结构；

(4)送纱运动：在法向纱送纱系统驱动下，法向纱分别送出不等量的纱线长度；

(5)二次开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，再次形成梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第c层梭口位置，下层法向纱达到第d层梭口位置，y向纱形成梭口；

(6)二次引纬运动：在经纱和y向纱形成的梭口中，按步骤(3)的方式分别在每层梭口中再次引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成复合结构；

(7)送纱运动：再次在法向纱送纱系统驱动下，法向纱分别送出不等量的纱线长度；

(8)重复所述工艺步骤(2)～(7)至织物目标长度，即得多层次复合结构织物。

上述步骤(2)和(5)中，正交区域法向纱相对运动，达到指定经纱层位置，可根据设计需求来设定。

本发明运用法向纱将各结构有序叠加成为整体织物结构，使得复合结构织物具有功能及力学性能分层设计的特点。本发明织造方法是在现有角联锁和正交织造技术的基础上，增加单根法向纱开口和送纱控制系统，使得单根法向纱贯穿位置可控，工艺简单，可操作性强。

附图说明

图1为现有技术的角联锁结构示意图；

图2为现有技术的正交结构示意图；

图3为本发明法向纱连接正交厚度的复合结构织物结构示意图；

图4为本发明实施例1法向纱贯穿厚度的复合结构织物结构示意图；

图5为本发明实施例2法向纱可变连接厚度的复合结构织物结构示意图；

图6为本发明实施例3角联锁结构+正交+角联锁结构复合结构织物结构示意图。

图中，1为经纱，2为纬纱，3为x向纱，4为y向纱，5为法向纱。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

下述各例中，复合结构织物，包括相互交织的经纱1、纬纱2、x向纱3、y向纱4、法向纱5，经纱1在织物内部上下运动，与纬纱2形成交织；x向纱3、y向纱4、法向纱5相互垂直，法向纱5将x向纱3和y向纱4捆绑固定，同时法向纱5将角联锁和正交结构连接成整体。

本发明未述及之处适用于现有技术。

下面给出本发明的具体实施例。

实施例1

研制宽度为400mm复合结构织物，经纱和y向纱为碳纤维3k×2合股，纬纱和x向纱为碳纤维3k×4合股，法向纱为碳纤维3k×单股，经纱层数为4层、y向纱3层，织物经密为80根/10cm，纬密为30根/10cm，织物结构为4层角联锁和3层正交组成，由法向纱贯穿织物厚度连接成整体。

织物工艺参数设计：

(1)经纱列数320列，y向纱列数320列，法向纱列数319列，角联锁结构和正交结构数量为2；

(2)经纱层数4层，y向纱层数3层，梭口层数8层。

具体实施步骤：

1)初始排纱：在经纱纱锭排布4行×320列经纱，在y向纱纱锭排布3行×320列y向纱，在y向纱左右两侧排布法向纱总计319列；

2)开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，形成5层梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第1层梭口位置，下层法向纱达到第8层梭口底层，形成4层梭口；

3)引纬运动：在8层梭口中，由引纬装置逐层引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成整体结构；

4)送纱运动：在法向纱送纱系统驱动下，法向纱送出等量的纱线长度；

5)重复所述工艺步骤2)～3)至织物目标长度，即得多层次复合结构三维机织物。

上述步骤2)中，正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第1层梭口位置，下层法向纱达到第8层梭口底层。可根据设计需要，上层法向纱达到第5层梭口层，下层法向纱达到第8层梭口底层，形成仅连接角联锁和正交结构的整体织物。

实施例2

研制宽度为400mm复杂织物，经纱和y向纱为碳纤维3k×2合股，纬纱和x向纱为碳纤维3k×4合股，法向纱为碳纤维3k×单股，经纱层数为4层、y向纱3层，织物经密为80根/10cm，纬密为30根/10cm，织物结构为4层角联锁和3层正交组合，由法向纱部分贯穿厚度，部分区域连接3、5层的整体结构。

织物工艺参数设计：

(1)经纱列数320列，y向纱列数320列，法向纱列数319列，2.5d角联锁结构和正交结构数量为2；

(2)经纱层数4层，y向纱层数3层，梭口层数8层。

具体实施步骤：

1)初始排纱：在经纱纱锭排布4行×320列经纱，在y向纱纱锭排布3行×320列y向纱，在y向纱左右两侧排布法向纱总计319列；

2)开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，形成5层梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱部分达到第1层梭口位置，部分达到第3层梭口位置，部分达到第5层梭口位置，下层法向纱达到第8层梭口底层，形成8层梭口；

3)引纬运动：在8层梭口中，由引纬装置逐层引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成整体结构；

4)送纱运动：在法向纱送纱系统驱动下，根据贯穿厚度不同，法向纱送出不等量的纱线长度；

5)二次开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，再次形成5层梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱部分达到第1层梭口位置，部分达到第3层梭口位置，部分达到第5层梭口位置，下层法向纱达到第8层梭口底层，再次形成8层梭口；6)二次引纬运动：在8层梭口中，按步骤3)的方式分别在每层梭口中再次引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成整体结构；

7)送纱运动：再次在法向纱送纱系统驱动下，法向纱送出不等量的纱线长度；

8)重复所述工艺步骤2)～7)至织物目标长度，即得多层次复合结构织物。

上述步骤2)和5)中，正交区域法向纱相对运动，上层法向纱部分达到第1层梭口位置，部分达到第3层梭口位置，部分达到第5层梭口位置，下层法向纱达到第8层梭口底层。

实施例3

研制宽度为400mm复杂织物，经纱和y向纱为碳纤维3k×2合股，纬纱和x向纱为碳纤维3k×4合股，法向纱为碳纤维3k×单股，经纱层数为6层、y向纱3层，织物经密为80根/10cm，纬密为30根/10cm，织物结构为3层角联锁+3层正交组合+3层角联锁，由法向纱连接上下两部分角联锁结构，形成整体织物。

织物工艺参数设计：

(1)经纱列数320列，y向纱列数320列，法向纱列数319列，角联锁结构单元和正交结构数量为3；

(2)经纱层数6层，y向纱层数3层，梭口层数10层。

具体实施步骤：

1)初始排纱：在第1个角联锁区域经纱纱锭排布3行×320列经纱，在正交区域y向纱纱锭排布3层×320列y向纱，在第2个角联锁区域经纱纱锭排布3行×320列经纱，法向纱纱锭排布319列法向纱；

2)开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，形成4层+4层梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第4层梭口上层位置，下层法向纱达到第7层梭口下层，形成4层梭口；

3)引纬运动：在10层梭口中，由引纬装置逐层引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成整体结构；

4)送纱运动：在法向纱送纱系统驱动下，法向纱送出等量的纱线长度；

5)二次开口运动：在开口装置驱动下，角联锁区域相邻经纱上下相对运动，再次形成4层+4层梭口；正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第4层梭口上层位置，下层法向纱达到第7层梭口下层，再次形成4层梭口；

6)二次引纬运动：在10层梭口中，按步骤3)的方式分别在每层梭口中再次引入纬纱，引纬完成后，打纬装置向织口平移，打紧纬纱，形成整体结构；

7)送纱运动：再次在法向纱送纱系统驱动下，法向纱送出等量的纱线长度；

8)重复所述工艺步骤2)～7)至织物目标长度，即得复合结构织物。

上述步骤2)和5)中，正交区域法向纱相对运动，上层法向纱达到第4层梭口上层位置，下层法向纱达到第7层梭口下层。可根据设计需要，上层法向纱达到第1层梭口层，下层法向纱达到第10层梭口底层，形成贯穿厚度整体织物。