專利名稱：截面尺寸可擴展的預成型體制備方法
技術領域：
本發明涉及一種截面尺寸可擴展的預成型體制備方法，屬于增強纖維及編織技術領域。
背景技術：
三維編織設備多采用攜紗器行列式運動的結構設計，成形纖維由攜紗器提供。三維編織設備容量即攜紗器數量受攜紗器尺寸限制，只能局限在一定范圍內，這就使三維編織產品尺寸受到限制，阻礙了應用。機織2. 5D雖然可以制備尺寸(特別是寬度方向)相對較大的產品，但其結構只是相鄰層兩兩相連，層間力學性能不如三維編織優異，因此，在結構復合材料領域應用受到很大限制。為了提高三維編織產品尺寸，拓展三維編織技術在結構復合材料的應用，發明了該制備方法。

發明內容
本發明要解決的技術問題就是現有三維編織預成型體制備方法中垂直中心線方向的尺寸受設備容量限制的問題，提出一種采用三維多向結構，通過“甩出-植入”纖維束制備截面尺寸可擴展預成型體的方法。本發明截面尺寸可擴展的預成型體制備方法包括如下步驟1)將方機陽-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6_6)按方環形對稱分布；2)按三維多向方形平板編織工藝為編制織平面I作如下準備按設計的行列數準備相應組數的母體紗線(1)，將每組母體紗線的兩端分別固定到對稱設置的方機(6-1)、(6-2)的攜紗器上；前述母體紗線的總組數=攜紗器行數X列數；每組母體紗線為合股紗，由η股品種與細度相同的單股纖維自然合股而成，前述 η ^ 2 ；母體紗線兩端分別固定在方機(6-1)、(6-2)行列序號相同的攜紗器上；3)以母體紗線紗長的中點為起點，按第一方向( 制備平面I的前半部，攜紗器每運動一個機器循環，把方機(6-1)左右兩側邊最外緣(3)區域內與對應預成型體平面I的兩側位置( 對應的攜紗器所攜帶的兩對母體紗線分別“甩出”相同股數的纖維束 (7-1)，另在前述母體紗線(1)外準備相應組數的新紗線，任取其中兩組(8-1、8-2)，將第一組(8-1)的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線(7-2)中，并與其自然合股后固定到原母體紗線(1)固定的攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線(8-2)從其紗長中點(4)處對折，沿前述母體紗線(1)的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線 (1) “甩出”的纖維束(7-1)自然合股成一組紗線，另一端與第一組新紗線(8-1)暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，平面I左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-3)的攜紗器上，參與由方機(6-1、6-2,6-3)組合成的方環形設備編織；平面I右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-4)的攜紗器上，作為后續編織擴展平面V預留的起始紗線(1)；前述每組母體紗線上“甩出”和“植入”的纖維束股數相等；前述一個機器循環是指攜紗器完成一個完整的四步行列運動，在編織方向上形成一個花節長度的預成型體；4)重復步驟幻直至達到平面I前半部的長度尺寸，完成平面I前半部的編織；5)按照步驟幻至步驟4)相同的工藝制備平面I的后半部，不同之處是紗線固定的方機發生改變，前述平面I前半部的制備工藝中固定到方機(6-1)上的紗線全部改為固定到方機(6- 上，其行列固定位置與方機(6-1)呈鏡面對稱分布(以平面I前半部的起始編織線為軸線)，前述平面I前半部的制備工藝中固定到方機(6-3)、(6-4)與方機(6-1) 相鄰的兩側紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，改為固定到方機(6-3)、 (6-4)與方機(6- 相鄰兩側，其余均同步驟幻至步驟4)，達到平面I的長度尺寸后即完成平面I的編織；6)把方機(6-1、6-2、6_；3)組合成方環形設備進行整體編織，攜紗器按四步法方環形規律運動，全部攜紗器運動完一個機器循環，采取和步驟幻相同的方法在方機(6-1)、 (6-2)與方機(6- 不相鄰的兩側邊“甩出-植入”纖維束，重復循環直至完成平面11、111、 IV的編織，并形成立方體A的兩條豎直棱邊(aia/ , a2a2')，同時預留出為其后編織擴展平面VI和VII的紗線(1YJ (該紗線有兩組紗線集成第一組紗線是母體紗線(1) “甩出” 的一端(7-1)與新紗線(8-2)的一端自然合股后形成，第二組紗線是新紗線(8-1)未“植入”的一端與新紗線(8-2)的另一端自然合股后形成)，至此完成了立方體A的編織；7)再以平面I與平面II、III、IV不相鄰的側邊為編織起點，按第二方向(11)編織平面V，攜紗器每運動一個機器循環，把方機(6-4)左右兩側邊最外緣(3')區域內與預成型體平面I的兩側位置議)對應的攜紗器所攜帶的兩對母體紗線(1')分別“甩出” 相同股數的纖維束(7-1')，另在前述母體紗線(I')外準備相應組數的新紗線，任取其中兩組(8-1' ),(8-2')，將第一組(8-1')的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線(7-2')中，并與其自然合股后固定到原母體紗線(I')固定的攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線(8-2')在其紗長的中點)處對折，沿前述母體紗線 (1')的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線(I') “甩出”的纖維束(7-1')自然合股成一組紗線，另一端與第一組新紗線(8-1')暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，平面V左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-5)的攜紗器上；平面V右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-6)的攜紗器上；前述另準備的新紗線(8-1、8_2)和(8-1' ,8-2')，其總組數分別是“甩出”纖維束前的母體紗線(1)和(I')的2倍，細度是母體紗線(1)的一半；8)把方機(6-4、6-5、6_6)組合成方環形設備進行整體編織，攜紗器按四步法方環形編織規律運動，全部攜紗器運動完一個機器循環，就把步驟6)中兩條豎直棱邊(aia/ , a2a2')上預留的紗線(1Υ )，按其站位由高到低的先后順序，依次織入到當前編織紗線中，即把當前要織入的預留紗線(、)所對應的運動攜紗器放到方機(6-5、 6-6)的運動攜紗器引入區(13)，使其參加下一個機器循環的運動，依次循環直到把兩條豎直棱邊(aA ‘ ,a2a2')上預留的紗線(、)全部織入，完成平面VI、VII的編織，并形成立方體B的兩條豎直棱邊(hb/ ,b2b2')，同時從立方體B兩條豎直棱邊(hb/ ,b2b2')中移出與前述預留紗線(IyJ組數相同的紗線，該部分紗線最后剪去或作為擴展下一個立方體預留的紗線(1")。前述一個機器循環是指攜紗器完成行列方向的四步運動，在編織方向上形成一個母向花節長度的預成型體。前述母體紗線的總組數=攜紗器行數X列數；每組母體紗線為合股紗，由η股品種與細度相同的單股纖維自然合股而成 (n ^ 2)；母體紗線兩端分別固定在方機6-1、6-2行列序號相同的攜紗器上；前述母向花節長度單位為mm/ΙΟ個花節。上述“甩出”纖維束工藝只針對三維編織工藝，固定在攜紗器上的母體紗線為合股紗(股數，攜紗器每運動一個機器循環，從母體紗線中選出一定股數的纖維束(根據設計確定)，讓它脫離原母體紗線固定的攜紗器，此工藝過程稱之為“甩出”。上述“植入”纖維束工藝是“甩出”的逆過程，當把一定股數的纖維束“甩出”后，又在原母體紗線外填充與“甩出，，纖維束等量的新紗線，以達到細度平衡，此工藝過程稱之為 “植入”。前述每組母體紗線首次“甩出”纖維束的股數，由母體紗線纖維束的原始組成和 “甩出-植入”工藝操作的便利性確定；每組母體紗線每次“甩出”纖維束的股數可設定為 η-1 (η彡2)，每次“植入”纖維束的股數也可設定為η-1 (η彡2)。前述另準備的新紗線8-1、8-2(或8-1' ,8-2')，其總組數是“甩出”纖維束前的母體紗線1(或1')的2倍，細度則是其的一半。本發明制備的預成型體為實心或內襯芯模的空心立方體。采用本發明進行預成型體編織用紗線為碳纖維、玻璃纖維、石英纖維、高硅氧纖維、聚乙烯纖維、芳綸纖維或金屬纖維。前述方機是指三維編織設備的底盤形狀為方形，為現有技術，該方機攜紗器的設計有行列結構和角輪結構兩種型式，本發明采用的是行列結構的方機。前述制備的預成型體為三維四向或四向以上結構，對于三維四向結構只使用運動攜紗器，對于三維四向以上結構需同時使用運動攜紗器和軸向不動攜紗器，而且軸向不動攜紗器的行列數分別為運動攜紗器的(行數- 和(列數_2)，軸向不動母體紗線的細度與運動母體紗線可以相同或不同，上述預成型體結構設計準則、紗線排布及攜紗器運動規律均為現有技術；前述方形平板、方環形、實心立方體的三維多向編織工藝均為三維編織技術領域已知的主要編織方法，都以四步為一個編織循環。與現有技術相比，本發明的有益效果是1.在不增加編織設備容量的前提下，可近成倍地拓寬與編織軸線垂直方向的尺寸，使三維編織結構在大尺寸部件上應用成為可能。2.整體連接預成型體中紗線完整、連續，有利于充分發揮紗線的力學性能，可應用到對力學性能要求較高的結構復合材料中。本發明可用于截面尺寸可擴展的預成型體制備，拓展三維編織預成型體在面積較大的結構部件上應用，提高三維編織技術的研究和應用水平，形成具有自主知識產權的工藝技術，意義重要。


圖1-1為本發明中三維四向結構四步法方形平板編織攜紗器運動規律示意圖；圖1-2為本發明中三維五向及以上結構四步法方形平板編織攜紗器運動規律示意圖；圖1-3為本發明中三維四向結構四步法方環形編織攜紗器運動規律示意圖；圖1-4為本發明中三維五向及以上結構四步法方環形編織攜紗器運動規律示意圖；圖2-1為本發明中制備空心立方形預成型體A的組成平面I、II、III、IV的工藝示意圖；圖2-2為本發明中制備擴展空心立方形預成型體B的組成平面V、VI、VII的工藝示意圖；圖2-3為本發明制備的截面尺寸可擴展的空心立方形預成型體A+B外形尺寸示意圖；圖2-4為本發明制備的實心立方形預成型體A的外形示意圖；圖2-5為本發明制備的擴展實心立方形預成型體A+B的外形示意圖；圖3-1為本發明中制備截面尺寸可擴展空心立方形預成型體的平面I的工藝及紗線在各方機中的固定位置關系示意圖；圖3-2為本發明中制備截面尺寸可擴展空心立方形預成型體的擴展平面V的工藝及紗線在各方機中的固定位置關系示意圖；圖4-1為本發明空心或實心立方形預成型體A制備采用的“甩出-植入”纖維束工藝及各紗線組合關系示意圖；圖4-2為本發明在制備擴展的空心或實心立方形預成型體B中采用的“甩出-植入”纖維束工藝及各紗線組合關系示意圖；圖5-1為本發明截面尺寸可擴展的預成型體制備方法中制備三維五向實心立方形預成型體A的工藝示意圖；圖5-2為本發明截面尺寸可擴展的預成型體制備方法中制備擴展的三維五向實心立方形預成型體B的工藝示意圖。圖1-1、1-3中，“〇”表示運動攜紗器，“一”、“一”、“丨”、“丨”表示運動攜紗器下一
步的運動方向。圖1-2、1-4中，“〇”表示運動攜紗器，“ X ”表示軸向不運動攜紗器，“一”、“一”、
“ ”、“丨”表示運動攜紗器下一步的運動方向。圖2-1中，“<”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線；“ΧΜ”表示編織用芯模。圖2-2中，“\”表示經“移出”纖維束工藝操作后形成的紗線，最后剪去或作為擴展下一個立方體預留的紗線。圖2-3中，“<”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線，即為下一個立方體編織預留的紗線。圖2-4中，“<”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線，即為下一個立方體編織預留的紗線。圖3-1、3_2中，“<”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線。圖4-1、4-2、4_3中，“□)”表示經“甩出-植入”纖維束后自然合股形成的紗線。圖5-1中，“<”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線；“JJ”表示編織成型的夾具；“L”表示方機左側，“R”表示方機右側。圖5-2中，“ <”表示經“甩出-植入”纖維束工藝操作后形成的紗線，“ \ ”表示經“移出”纖維束工藝操作后形成的紗線，最后剪去或作為擴展下一個立方體預留的紗線； “JJ”表示編織成型的夾具；“L”表示方機左側，“R”表示方機右側。
具體實施例方式下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述。實施例1 用T300碳纖維I兩股合股，采用截面尺寸擴展的方法制備一件三維四向、內襯芯模中空底部不封閉的立方形預成型體。預成型體外形尺寸217X72X 155mm3(aXbXC)，壁厚δ為5mm，纖維體積含量Vf為50%，內襯芯模的尺寸106 X 62 X 150mm3。其編織方法如下(1)編織工藝參數設計根據預成型體的外形尺寸和纖維體積含量設計編織工藝參數，此為該領域技術人員熟知的技術，設計確定的母體紗線總列數為3M列(對應圖2-3 中&為102列，b為60列)，行數為9行，母向花節長度為42. 8mm/10個花節(平均值)，周向花節長度為20. 7mm/10個花節(平均值)。此實施例是針對三維四向結構預成型體，母體紗線全部固定在運動攜紗器上，軸向攜紗器上不固定任何紗線。(2)制備平面I 按三維四向方形平板布紗(102列X9行)，參見圖1_1、圖3_1， 以母體紗線紗長的中點為起點，按方形平板四步法工藝編織，先以第一方向5編織平面I的前半部，參見圖2-1，運動攜紗器每運動一個機器循環(即編織一個花節長度)，把方機6-1 左右兩側邊最外緣3區域內的運動攜紗器所攜帶的兩對母體紗線(對應預成型體平面I的兩側位置2、分別“甩出”相同股數的纖維束7-1，細度為3K，使其暫不參與編織，另在前述母體紗線1外準備相應組數的新紗線，共18組，每組新紗線細度均為3K，任取其中兩組8-1、 8-2，將第一組新紗線8-1(細度為3K)的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線7-2中，并與其自然合股為6K固定到原母體紗線1固定的運動攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線8-2 (細度為3K)從其紗長中點4處對折，沿前述母體紗線1的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線1 “甩出”的纖維束7-1自然合股成一組紗線，細度為6K，另一端與第一組新紗線8-1暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，細度為6K，按照 “位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，平面I左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機6-3的運動攜紗器上，參與方機(6-1、6-2、6-；3)組合成的方環形設備編織； 平面I右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機6-4的運動攜紗器上，為后續編織擴展平面V預留的起始母體紗線1，重復步驟幻直至達到要求的長度尺寸36mm，即完成平面I前半部的編織；
按照步驟幻相同的工藝制備平面I的后半部，不同之處是紗線固定的方機發生改變，參見圖3-1，前述平面I前半部的制備工藝中固定到方機6-1上的紗線全部改為固定到方機6-2上，行列固定位置與方機6-1呈鏡面對稱分布(以平面I前半部的起始編織線為軸線)，前述平面I前半部的制備工藝中固定到方機6-3、6-4與方機6-1相鄰兩側的紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，改為固定到方機6-3、6-4 與方機6-2相鄰兩側，其余步驟均同平面I前半部，據此制備完平面I，其外形尺寸為 lllX72X5mm3(aAXbX δ )；(3)把方機(6-1、6-2、6_；3)組合成方環形設備進行整體編織，運動攜紗器按方環形四步法編織規律運動，參見圖1-3，運動攜紗器整體運動一個機器循環，采取和步驟2)相同的方法在方機6-1、6-2與方機6-3不相鄰的兩側邊“甩出-植入”纖維束，重復循環直至完成平面II、III、IV的編織，并形成立方體A的兩條豎直棱邊 '>a2a2'，同時預留出為其后編織擴展平面VI和VII的紗線1&，細度均為6K，參見圖2-1 (該紗線有兩組紗線組成 第一組紗線是母體紗線1 “甩出”的一端7-1與新紗線8-2的一端自然合股后形成，細度為 6K，第二組紗線是新紗線8-1未“植入”的一端與新紗線8-2的另一端自然合股后形成，細度為6K))，循環步驟幻完成立方體A的制備(立方體A由平面I、II、III、IV組成)，立方體 A 的外形尺寸為lllX72X 155_3(￡iAXbXc)；(4)再以平面I與平面II、III、IV不相鄰的側邊為編織起點，按第二方向11編織平面V，參見圖3-1，運動攜紗器每運動一個機器循環，把方機6-4左右兩側邊最外緣3'區域內的運動攜紗器所攜帶的兩對母體紗線1'(對應預成型體平面V的兩側位置2')分別 “甩出”相同股數的纖維束7-1'，細度為I，另在步驟幻所述母體紗線1'外準備相應組數的新紗線，任取其中兩組8-1' ,8-2'，細度分別為I，將第一組8-1'的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線7-2'中，并與其自然合股后固定到原母體紗線1'固定的運動攜紗器上，細度為6K，另一端暫不固定，再將第二組新紗線8-2'從其紗長的中點 4'處對折，沿前述母體紗線1'的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線1' “甩出” 的纖維束7-1'自然合股成一組紗線，細度為6K，另一端與第一組新紗線8-1'暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，細度為6K，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法， 平面V左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機6-5的運動攜紗器上；平面V 右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機6-6的運動攜紗器上，參見圖3-2 ；(5)把方機(6-4、6-5、6_6)組合成方環形設備進行整體編織，運動攜紗器按四步法方環形編織規律運動，每編織一個機器循環，即母向每編織成形一個花節的高度，就把步驟3)中兩條豎直棱邊 ‘>a2a2'上預留的紗線Im，按其站位(指當前紗線所處的高度位置，為該領域已知技術術語)由高到低的先后順序，依次織入到當前編織紗線中，即把當前要織入的預留紗線、所對應的運動攜紗器放到方機6-5、6-6的運動攜紗器引入區13， 使其參加下一個機器循環的運動，依次循環直到把兩條豎直棱邊, a2a2'上預留的紗線、全部織入，完成平面VI、VII的編織，并形成立方體B的兩條豎直棱邊hb/ ,b2b2'， 同時從立方體B兩條豎直棱邊hb/ ,b2b2 ‘中移出與前述預留紗線、組數相同的紗線，細度為3K，即把當前要移出的的紗線放到運動攜紗器的引出區14，使其脫離下一個機器循環的運動，依此循環直至編織完立方體B，最后把移出的多余紗線剪去，參見圖2-2 ；(6)至此，在制備立方體A的基礎上又通過截面擴展的方法制備出了立方體B，立方體B的外形尺寸為106 X 72 X 155mm3，參見圖2_3，且立方體A和立方體B 中的紗線相互貫穿形成一個整體，最終制備完成的預成型體為A+B，其外形尺寸為 217X72X 155mm3(aXbXc)。實施例2 用環氧型石英紗190Tex兩股合股，采用截面尺寸可擴展的預成型體制備方法制備一件三維五向、實心立方形預成型體，參見圖2-4所示。預成型體尺寸 600mmX15mmX300mm(aXbXc)，纖維體積含量Vf為50%。其制備方法如下(1)實施例1是針對三維四向結構預成型體，其母體紗線均固定在運動攜紗器上， “甩出-植入”纖維束操作只在運動攜紗器上進行；對于三維五向及以上結構預成型體，除運動攜紗器按實施例1的步驟2)進行“甩出-植入”纖維束操作外，還要附加對軸向不動攜紗器的“甩出-植入”纖維束操作，這才構成一個完整的“甩出-植入”纖維束工藝循環， 軸向不動攜紗器“甩出-植入”纖維束的操作方法詳見實施例2中的步驟2)。按截面尺寸可擴展的預成型體制備方法，可以通過擴展一次、二次或以上的方法制備出規定尺寸的預成型體。本例只提供擴展一次的制備方法，擴展二次或以上的制備方法與其完全相同，只是增加重復循環的次數。本實施例為采取截面尺寸擴展一次的方法制備寬度尺寸增大一倍的實心立方形預成型體。首先制備預成型體A，其外形尺寸300mmX15mmX300mm(￡iAXbXC)， 再通過截面尺寸擴展一次的方法，制備預成型體(A+B)，最終預成型體的外形尺寸 600mm X 15mm X 300mm (a X b X c)。首先，根據預成型體A的外形尺寸及纖維體積含量設計編織工藝參數母體紗線由運動母體紗線1和軸向不動母體紗線Ira組成，其中運動母體紗線1的行列數16行X398 列，軸向不動母體紗線Iex的行列數14行X396列；預成型體的母向花節長度40mm/10個花節(平均值)，周向花節長度15mm/10個花節(平均值)。(2)制備實心立方體A 參見圖1-2，按上述運動母體紗線1和軸向不動母體紗線Irai的行列數布紗，運動母體紗線1和軸向不動母體紗線1。X分別固定在運動攜紗器和軸向不動攜紗器上，采用三維五向方形平板立式編織工藝，立式編織工藝是三維編織研究及應用領域技術人員熟知的工藝方法之一，參見圖5-1，按方向12制備立方體A，運動攜紗器每運動一個機器循環(此時軸向不動攜紗器雖不運動，但其紗線l。x和運動攜紗器攜帶的母體紗線1發生一次交織，故機器循環已運動攜紗器的運動循環為標志，此為本領域的已知方法)，把方機6-7右側3區域內的運動攜紗器所攜帶的母體紗線(對應立方體A的右側面VIII) “甩出” 一股纖維束7-1，細度為190Tex，“甩出”的纖維束7_1暫不參與編織，另在本例母體紗線1外準備新紗線，總組數是上述可供“甩出”纖維束的母體紗線總組數的2倍即16根，每組新紗線的細度為190Tex，任取其中兩組8-1、8-2，將第一組新紗線 8-l(190TeX纖維束)的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線7-2中，與其自然合股成190TexX2固定到原母體紗線1固定的方機6_1的運動攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線8-2(190TeX纖維束)從其紗長中點4處對折，沿前述母體紗線1 的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線廣甩出”的纖維束7-1自然合股成一組紗線， 細度為190TexX2，另一端與第一組新紗線8_1暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，細度為190TexX2，依次操作，直至完成3區域內全部運動攜紗器所攜帶的運動母體紗線1“甩出-植入”纖維束操作。其后進行軸向不動攜紗器所攜帶的軸向不動母體紗線Ira “甩出-植入”纖維束操作，參見圖4-3，首先軸向不動攜紗器所攜帶的母體紗線l。x “甩出”纖維束9-1，細度為 190Tex，在本例的軸向不動母體紗線Irai和運動母體紗線1外準備新紗線10-1，其總組數與一列軸向不動母體紗線Iex相等即14根，細度均為190Tex，對折后一端與該軸向不動母體紗線Iex “甩出”的纖維束9-1自然合股成一組紗線，細度為190TexX2，另一端與軸向不動母體紗線Ira “甩出”纖維束后的剩余紗線9-2自然合股成另一組紗線，細度為190TexX2，依次操作，直至完成3區域內全部軸向不動攜紗器所攜帶的軸向不動母體紗線Irai “甩出-植入”纖維束操作。重復循環直至完成立方體A的編織，并形成立方體A的側面VIII，同時預留出其后編織擴展立方體B的紗線，它由運動母體紗線1和軸向不動母體紗線Irai兩個系統的紗線，經“甩出-植入”纖維束操作后的紗線組成，細度均為190TexX2，在后續制備擴展立方體B時按其站位高度由上到下的順序依次織入。(3)制備實心立方體B 參見圖5-2，緊貼實心立方體A進行第二次布紗，運動母體紗線1的行列數16行X 398列，軸向不動母體紗線Irai的行列數14行X 396列，仍采用立式編織方法，按方向12制備立方體B，運動攜紗器每運動一個機器循環，即母向每編織成形一個花節的高度，就把步驟幻中立方體A側面VIII的預留紗線，按其站位由高到低的先后順序，依次織入到當前編織紗線中，即把當前要織入的預留紗線、所對應的運動攜紗器和軸向不動攜紗器，按先運動攜紗器、后軸向不動攜紗器的順序，把其放到方機6-5、6-6的攜紗器引入區13，使其參加下一個機器循環的運動，依上循環直至把側面VIII上的預留紗線、全部織入，同時從立方體B的側面IX上移出與前述預留紗線、組數相同的紗線，細度均為190TexX2，參見圖2-5，即把當前要移出的紗線放到運動攜紗器引出區14，使其脫離下一個機器循環的運動，重復循環直至編織完立方體B，最后把立方體B的側面IX上移出的多余紗線剪去，參見圖5-2;(4)至此，在完成實心立方體A制備基礎上，又通過截面尺寸擴展一次的方法制備出了立方體B，且立方體A與立方體B中的紗線相互貫穿成為一個整體，最終制備出的實心預成型體是立方體A+立方體B，其外形尺寸600_X15_X300mm(aXbXc)。注1.母體紗線是指按設計起始編織的行列排列的紗線，以組為單位，一組母體紗線固定在1個攜紗器上，每組母體紗線由η股纖維束組成，每股纖維束再由η根纖維單絲組成，單絲的組成數量及捻度在纖維出廠時已定做。2.為了計量纖維細度方便，石英纖維借用特克斯(Tex)，碳纖維借用K數(1Κ即有 1000根單絲構成的單根纖維)進行細度比較與計量。3.說明書中發明內容中步驟8)和實施例1及2中所述母體紗線總列數是指主體紗線和邊界附加紗線的列數之和，母體紗線總行數也是主體紗線和邊界附件紗線的行數之和。
權利要求
1.截面尺寸可擴展的預成型體制備方法，其特征是包括下列步驟1)將方機陽-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6)按方環形對稱分布；2)按三維多向方形平板編織工藝為編制織平面I作如下準備按設計的行列數準備相應組數的母體紗線(1)，將每組母體紗線的兩端分別固定到對稱設置的方機(6-1)、(6-2)的攜紗器上；前述母體紗線的總組數=攜紗器行數X列數；每組母體紗線為合股紗，由η股品種與細度相同的單股纖維自然合股而成，前述η > 2 ； 母體紗線兩端分別固定在方機(6-1)、(6-2)行列序號相同的攜紗器上；3)以母體紗線紗長的中點為起點，按第一方向( 編織平面I的前半部，攜紗器每運動一個機器循環，把方機(6-1)左右兩側邊最外緣(3)區域內與對應預成型體平面I的兩側位置( 對應的攜紗器所攜帶的兩對母體紗線分別“甩出”相同股數的纖維束(7-1)，另在前述母體紗線(1)外準備相應組數的新紗線，任取其中兩組(8-1、8-2)，將第一組(8-1) 的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線(7-2)中，并與其自然合股后固定到原母體紗線(1)固定的攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線(8- 從其紗長中點(4)處對折，沿前述母體紗線(1)的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線(1) “甩出”的纖維束(7-1)自然合股成一組紗線，另一端與第一組新紗線(8-1)暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，平面I左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-3)的攜紗器上，參與由方機(6-1、6-2、6-3) 組合成的方環形設備編織；平面I右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機 (6-4)的攜紗器上，作為后續編織擴展平面V預留的起始紗線(1)；前述每組母體紗線上“甩出”和“植入”的纖維束股數相等；前述一個機器循環是指攜紗器完成一個完整的四步行列運動，在編織方向上形成一個花節長度的預成型體；4)重復步驟幻直至達到平面I前半部的長度尺寸，完成平面I前半部的編織；5)按照步驟幻至步驟4)相同的工藝編織平面I的后半部，不同之處是紗線固定的方機發生改變，前述平面I前半部的編織工藝中固定到方機(6-1)上的紗線全部改為固定到方機(6- 上，其行列固定位置與方機(6-1)呈鏡面對稱分布，前述平面I前半部的編織工藝中固定到方機(6-3)、(6-4)與方機(6-1)相鄰的兩側紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，改為固定到方機(6-3)、(6-4)與方機(6- 相鄰兩側，其余均同步驟 2)至步驟4)，達到平面I的長度尺寸后即完成平面I的編織；6)把方機(6-1、6-2、6-；3)組合成方環形設備進行整體編織，攜紗器按四步法方環形規律運動，全部攜紗器運動完一個機器循環，采取和步驟幻相同的方法在方機(6-1)、(6-2) 與方機(6- 不相鄰的兩側邊“甩出-植入”纖維束，重復循環直至完成平面II、III、IV的編織，并形成立方體A的兩條豎直棱邊(aia/ , a2a2')，同時預留出為其后編織擴展平面 VI和VII的紗線(IyJ，該紗線有兩組紗線集成第一組紗線是母體紗線(1) “甩出”的一端 (7-1)與新紗線(8-2)的一端自然合股后形成，第二組紗線是新紗線(8-1)未“植入”的一端與新紗線(8-2)的另一端自然合股后形成；至此完成了立方體A的編織；7)再以平面I與平面II、III、IV不相鄰的側邊為編織起點，按第二方向(11)編織平面V，攜紗器每運動一個機器循環，把方機(6-4)左右兩側邊最外緣(3')區域內與預成型體平面I的兩側位置⑶)對應的攜紗器所攜帶的兩對母體紗線(1')分別“甩出”相同股數的纖維束(7-1')，另在前述母體紗線(I')外準備相應組數的新紗線，任取其中兩組 (8-1' )、(8-2')，將第一組(8-1')的一端“植入”到前述“甩出”纖維束后剩余的母體紗線(7-2')中，并與其自然合股后固定到原母體紗線(I')固定的攜紗器上，另一端暫不固定，再將第二組新紗線(8-2')在其紗長的中點)處對折，沿前述母體紗線(I') 的“甩出”部位回繞固定后一端與該母體紗線(I') “甩出”的纖維束(7-1')自然合股成一組紗線，另一端與第一組新紗線(8-1')暫未固定的一端自然合股成另一組紗線，按照“位置就近、編織方向一致”的紗線就位方法，平面V左側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-5)的攜紗器上；平面V右側經“甩出-植入”纖維束后形成的紗線固定到方機(6-6)的攜紗器上；前述另準備的新紗線(8-1、8-2)和(8-1' ,8-2')，其總組數分別是“甩出”纖維束前的母體紗線(1)和(I')的2倍，細度是母體紗線(1)的一半；8)把方機(6-4、6-5、6-6)組合成方環形設備進行整體編織，攜紗器按四步法方環形編織規律運動，全部攜紗器運動完一個機器循環，就把步驟6)中兩條豎直棱邊(aia/、 a2a2‘)上預留的紗線(1J，按其站位由高到低的先后順序，依次織入到當前編織紗線中， 即把當前要織入的預留紗線(IyJ所對應的運動攜紗器放到方機(6-5、6-6)的運動攜紗器引入區(13)，使其參加下一個機器循環的運動，依次循環直到把兩條豎直棱邊(aia/、 a2a2‘)上預留的紗線(IyJ全部織入，完成平面VI、VII的編織，并形成立方體B的兩條豎直棱邊(hb/ , b2b2')，同時從立方體B兩條豎直棱邊(hb/ , b2b2‘)中移出與前述預留紗線(IyJ組數相同的紗線，該部分紗線最后剪去或作為擴展下一個立方體預留的紗線 (1〃)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述方機上的攜紗器指運動攜紗器和/或軸向不動攜紗器。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征是所述的“甩出”工藝每次“甩出”的纖維束股數為η-1，η ^ 2，“植入”是“甩出”的逆反過程，與“甩出”的操作步驟相同，對纖維束的操作結果正好相反，每次“植入”纖維束的股數為η-1，η > 2。
4.根據權利要求1或2或3所述的方法，其特征是所述的預成型體為全三維四向或四向以上結構；采用四步法實心方形或空心方環形或實心方環形編織工藝進行編織。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的方法，其特征是所述的預成型體為實心或空心內襯芯模的立方體。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征是編織用紗線為碳纖維、玻璃纖維、石英纖維、 高硅氧纖維、聚乙烯纖維、芳綸纖維或金屬纖維。
全文摘要
本發明涉及一種截面尺寸可擴展的預成型體制備方法，該方法通過采用三維多向結構，通過“甩出-植入”纖維束制備截面尺寸可擴展預成型體，以解決現有三維編織預成型體制備方法中垂直中心線方向的尺寸受設備容量限制的問題。本發明可在不增加編織設備容量的前提下，近成倍地拓寬與編織軸線垂直方向的尺寸，使三維編織結構在大尺寸部件上應用成為可能，所制備的整體連接預成型體中紗線完整、連續，有利于充分發揮紗線的力學性能，可應用到對力學性能要求較高的結構復合材料中。本發明可用于截面尺寸可擴展的預成型體制備，拓展三維編織預成型體在面積較大的結構部件上應用。
文檔編號D04C1/06GK102505336SQ20111034118
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者吳超, 朱建勛, 蔣云 申請人:中材科技股份有限公司