[發明專利]一種整體環形三維織物及其織造方法

無效

• 申請號: 201210455756.6
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102899778A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 孫穎;張倩倩;張典堂;陳利;李嘉祿
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: D03D25/00
• 分類號: D03D25/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群

技術領域

本發明涉及三維織物織造技術，具體是一種整體環形三維織物及其織造方法。該織物主要用于做復合材料增強體，可提高復合材料構件的整體性能，并降低成本。

背景技術

環形結構是最常用的工程結構之一，主要包括法蘭盤和加強環等。現有技術中，這些環形結構件常常是由金屬制成，特別是采用普通鋼材制造的制件，不耐腐蝕，易發生事故，安全系數低，特別不利于減重。纖維增強復合材料具有比強度和比剛度高、可設計性強、耐疲勞性好、耐腐蝕等優點。作為一種結構材料，纖維增強復合材料已經在航空航天、交通、運輸等方面得到了廣泛的應用。

目前，復合材料法蘭盤和加強環等環形結構件的制造主要通過纖維纏繞成型、手糊工藝模壓成型來實現。其中，纖維纏繞成型是將浸過樹脂的連續纖維或布帶、預浸紗按照一定規律纏繞到芯模上，然后經固化、脫模，獲得制品。中國專利CN1640652A、CN181939A和CN101022200A公開的換向器加強環的制造方法都涉及到纖維纏繞成型方法，具體為將浸潤過樹脂的玻璃纖維經多道工序纏繞到芯模上，再將芯模放入烘箱內加熱使玻璃纖維固化，然后取出芯模加工成加強環產品。纖維纏繞制品易于實現機械化、自動化，生產效率高，應用十分廣泛。然而，纖維纏繞成型要求必須有能實現規定纏繞線型的纏繞機、高質量的芯模和專用的固化加熱爐，設備投資大，只有大批量生產時成本才能降低，且纏繞獲得的制件各部分的纖維體積含量均勻性和一致性不好，影響制件的整體性能，特別是，制件層間及平面內剪切或橫向性能差，很容易產生剪切失效，進而導致制品破壞。手糊工藝模壓成型時，一般采用二維織物做增強體，在所需環形制件的陽膜內鋪覆二維織物，在其上涂抹樹脂，裝入模具，通過加溫加壓固化成型。中國專利CN102494009A中涉及復合材料傳動軸法蘭盤就是采用手糊工藝模壓成型。這種手糊工藝操作簡單，但是二維織物的變形能力有限，加上碳纖維、玻璃纖維等增強纖維的彈性差，為避免復合成型時織物折疊起皺，往往需要對織物進行裁剪，導致織物大量浪費，成本高，質量難以保證，且由于二維布層與層間僅靠樹脂連接，厚度方向缺乏增強纖維，其增強復合材料法蘭盤缺乏承載整體性，存在層間強度低，易分層，抗低速沖擊性能差等性能弱點。

三維紡織技術織造的三維環形織物由于各系統紗線的空間網狀交織，整體性好，再結合樹脂傳遞模塑復合固化技術復合而成的復合材料法蘭盤和加強環使用過程中減重效果好，耐沖擊、抗分層、損傷容限高，可廣泛用于航空航天、武器和民用等相關領域。常見的三維紡織技術有三維機織，三維編織和三維非織造技術等，它們都可以成形三維環形織物。但是，針對法蘭盤和加強環這一類均勻連續、首尾相接并具有多種異形截面的環形織物，常規的三維機織和三維編織技術只能采用沿織物環向織造成形后搭接實現（如將直徑、高度不等的兩個環形織物縫合成一個具有特殊截面的用于增強法蘭盤或加強環的三維環形織物等），這樣增加了工序，降低了生產效率，增大了成本，且難以真正意義上實現三維環形織物的完全整體成型。在申請人檢索的范圍內，整體的環形三維織物一次性完全整體成型的技術尚未見報道。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明要解決的技術問題是，提供一種整體環形三維織物及其織造方法，該織物特別適用于作為復合材料法蘭盤、復合材料加強環等復合材料環形結構件的增強體，具有織物制件各部分纖維體積含量均勻性好、一致性高，整體性能優良等特點；該織造方法可一次完全整體成為環形織物，具有織造成本低、周期短、操作簡單、適應性強、方便實際應用等優點。

本發明解決所述織物技術問題的技術方案是：設計一種整體環形三維織物，該織物具有完全整體的三維紗線交織結構，不分層，無搭接，z向紗線垂直于環形織物環向和徑向所在的xoy平面，且xoy平面內的紗線可以按設計要求以任意角度取向。

本發明解決所述織造方法技術問題的技術方案是：設計一種整體環形三維織物的織造方法，其具體工藝步驟包括：

（1）設計并預置鋼管陣列；根據織物的外形結構要求，在織造設備的定位板上，設計并預置鋼管陣列；

（2）穿插鋼片；在定位板上，先沿y方向在鋼管陣列穿插下層鋼片，再沿x方向在鋼管陣列穿插上層鋼片，用于夾持固定鋼管；

（3）穿引xoy平面內紗線；憑借穿引裝置在鋼管陣列中采用直線法引入xoy平面內的紗線，紗線在最外側鋼管處折返；

（4）引入z向紗線；采用往返頂出法引入z向紗線替換所述的鋼管，并把z向紗線垂直引入織物內部，且與xoy平面內紗線形成交織，進而沿x或y方向依次替換所有鋼管，直至整體環形三維織物織造完成。