一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法

摘要

本发明公开了一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法，利用高性能纤维良好的物化性能，在旋转法三维编织平台上通过采用不同形状的异型模型，结合编织平台上的模块进行组装拼接，编织出变截面、变形状的三维四向、三维五向和三维全五向的异型制品，制备成复合材料，通过比较编织工艺优缺点，进一步优化三维编织机的携纱器、编织底盘、打紧机构、输出机构、卷曲机构和控制系统，使高性能纤维由三维编织平台编织出多种不同形状的承力梁、接头及多种形式的耐烧蚀、具备承力的异型制件应用于航空航天等领域；同时，也为新的编织方法提供了可行性分析，促进新产品的开发和应用，缩短产品的开发周期，提高产品的质量，提高企业的竞争力。

说明书

技术领域

本发明涉及三维编织技术领域，特别涉及一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法。

背景技术

目前复合材料按增强材料(纺织材料)的结构分，有缠绕结构复合材料、层压结构复合材料和三维整体结构复合材料。前两者由于层间强度低，在外力超过其极限强度时，最先破坏的地方总是发生在层间界面，使得这种二维复合材料的应用受到限制，只能作为不承受主要载荷的次结构件。而后者克服了前两者层间强度低的缺点，能满足航空航天及其它领域的特殊结构要求；

三维编织复合材料是近年来迅速发展的一种新型复合材料，具有突出的功能性和经济性优势，自产生以来，就受到国内外工程界、材料界和力学界的高度重视并获得了迅速发展。三维编织复合材料以三维编织物为骨架，编织物内的纱线贯穿在整个厚度方向上，具有很高的整体性，不需缝合和机械加工。三维编织复合材料消除了传统层合复合材料的层间结构,通过增强纤维束空间交织的网状结构，从而保持了复合材料构件承载变形的整体性。其具有比强度高、比模量高、性能可设计和易于一次成型复杂形状构件等优点,特别适合用于替代金属材料以满足航空航天领域减重和高承载性的要求。三维多向编织复合材料可以用于制作飞机机翼、机体骨架、整流罩、不同形状的承力梁、接头及承力的圆筒型或锥筒型制件等结构件，并且在生物医药、交通运输、体育用品等领域也得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法，可以实现异形变截面编织，同时采用芳纶、超高分子超强聚乙烯、玻纤及碳纤维作为原料，以及编织的特殊工艺，可以有效保证制品的强力，减少制品弱节，扩大制品的使用范围。

本发明所采用的技术方案是，一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，选取纱线；

步骤2，根据拼接圆形及方形平台，确定纱线根数；

步骤3，设计实现异性编织的模型；

步骤4，设定编织器的的参数，进行编织；

步骤5，以台柱型三维异型编织物为增强体，采用树脂和固化剂对编织的模型进行固化，得到异形工程复合材料。

本发明的特点还在于：

其中步骤1中纱线包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及超强聚乙烯纤维中的一种或几种；

其中玻璃纤维、芳纶纤维及超强聚乙烯纤维的规格为3000D/2760F，碳纤维的规格为T800 3K，所有纤维的单丝直径为6.0μm；

其中步骤2中确定纱线根数的具体过程为：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接出能够编织圆形及方形管件增强体的平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数；

其中步骤3中设计实现异性编织的模型的具体过程为：利用包装用泡沫塑料材料，制作出锥型、台柱型及异形圆管型模型，异形模型长度为15～50cm之间，异形模型直径为5～10cm；

其中步骤4中设定编织器的参数以及编织模型的具体过程为：据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速为10～60r/min，提升装置的提升速度为0.1～10mm/s，编织过程中纱线的长度设定在70～120cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物。

本发明的有益效果是：

本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法将几种高性能纤维按照不同比例进行组合，在三维编织机上采用模型编织法对模块进行组装拼接，从而编织出变截面、变形状的织物，然后对其进行树脂复合，开发出具有变截面、变形状、高性能的复合材料制品，以满足航空航天领域的飞机机翼、机体骨架、整流罩及交通领域的承力梁、接头等制件的多种形状及多项性能要求。

附图说明

图1是本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法中实施例1中的台柱型模型图；

图2是本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法中实施例2中的圆锥型模型图；

图3是本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法中实施例3中的葫芦形型模型图；

图4是本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法中实施例4中的截面棱锥套件模型；

图5是本发明的一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法中实施例5中的子弹型模型图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种在旋转法三维编织平台上编织异型制品的加工方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，选取纱线：纱线包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维及超强聚乙烯纤维中的一种或几种；玻璃纤维、芳纶纤维及超强聚乙烯纤维的规格为3000D/2760F，碳纤维的规格为T800 3K，所有纤维的单丝直径为6.0μm；

步骤2，根据拼接圆形及方形平台，确定纱线根数：

按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接出能够编织圆形及方形管件增强体的平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数；

步骤3，设计实现异性编织的模型：

利用泡沫塑料材料，制作出锥型、台柱型及异形圆管型模型，异形模型长度为15～50cm之间，异形模型直径为5～10cm；

步骤4，设定编织器的参数，进行编织：

据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速为10～60r/min，提升装置的提升速度为0.1～10mm/s，编织过程中纱线的长度设定在70～120cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物；

步骤5，以台柱型三维异型编织物为增强体，采用树脂和固化剂对编织的模型进行固化，得到异形工程复合材料。

实施例1

首先选择碳纤维为原料，选择旋转法三维编织平台为机器，选择圆形模块为编织模块，制作台柱型泡沫塑料模型，然后挂纱，将台柱型泡沫塑料模型挂于纱线顶端，调整平台转速及提升装置速度，编织出台柱型的三维编织物，然后以此为增强体，选择合适的树脂及固化剂，得到台柱型复合材料；

步骤1，确定纱线规格：结合旋转法三维编织平台的机器编织要求，选择碳纤维规格为T800 3K，单丝直径6.0μm；

步骤2，拼接圆形平台，确定纱线根数：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接出能够编织圆形平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数,；

步骤3，设计实现异型编织的模型：利用本领域常见的泡沫塑料材料，制作出台柱型模型，根据编织要求，设计的异型模型长度在30cm之间，设计的异型模型小直径为5～8cm，大直径在8～10cm之间，如图1所示；

步骤4，设定参数，进行编织：根据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速为20～40r/min，设定提升装置的提升速度为1～5mm/s，编织过程中纱线的长度设定为70～100cm，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物，编织出台柱型三维编织织物；

步骤5，以台柱型三维异型编织物为增强体，采用树脂、固化剂，选择合适的固化工艺，制造异型工程复合材料。

实施例2

首先选择芳纶纤维和超强聚乙烯纤维为原料，使用比例(50/50)，选择旋转法三维编织平台为机器，选择圆形模块为编织模块，制作圆锥型泡沫塑料模型，然后挂纱，将圆锥型泡沫塑料模型挂于纱线顶端，调整平台转速及提升装置速度，编织出圆锥型的三维编织物，然后以此为增强体，选择合适的树脂及固化剂，得到圆锥型复合材料。

步骤1，确定纱线规格：结合旋转法三维编织平台的机器编织要求，选择芳纶和超强聚乙烯纤维长丝束规格为3000D/2760F；

步骤2，拼接圆形平台，确定纱线根数：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接出圆形平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数；

步骤3，设计实现异型编织的模型：利用本领域常见的泡沫塑料材料，制作出圆锥型模型，根据编织要求，设计的圆锥模型长度在60～80cm之间，设计的异型模型直径在7～10cm之间，如图2所示。

步骤4，设定参数，进行编织：根据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速为30～60r/min，提升装置的提升速度为5～10mm/s，编织过程中纱线的长度设定在80～110cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物。编织出台锥型三维编织织物；

步骤5，以台锥型三维异形编织物为增强材料，采用树脂、固化剂，选择合适的固化工艺，制造异型工程复合材料。

实施例3

首先选择玻璃纤维为原料，选择旋转法三维编织平台为机器，选择圆形模块为编织模块，制作葫芦型泡沫塑料模型，然后挂纱，将葫芦型泡沫塑料模型挂于纱线顶端，调整平台转速及提升速度，编织出葫芦型的三维编织物，然后以此为增强体，选择合适的树脂及固化剂，得到葫芦型复合材料。

步骤1，确定纱线规格：结合旋转法三维编织平台的机器编织要求，选择玻璃纤维长丝束规格为3000D/2760F；

步骤2，拼接圆形平台，确定纱线根数：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接圆形平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数。

步骤3，设计实现异型编织的模型：利用本领域常见的泡沫塑料材料，制作出葫芦型模型，根据编织要求，设计的葫芦模型长度在90～110cm之间，设计的异形模型直径在6～10cm之间，如图3所示。

步骤4，设定参数，进行编织：根据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速在10～30r/min，提升装置的提升速度在0.1～4mm/s，编织过程中纱线的长度设定在100～120cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物，编织出葫芦型三维编织织物。

步骤5，以葫芦型三维异型编织物为增强体，采用树脂、固化剂，选择合适的固化工艺，制造异型工程复合材料。

实施例4

首先选择芳纶纤维和玻璃纤维为原料(65/35)，选择旋转法三维编织平台为机器，选择方形模块为编织模块，制作变截面棱锥套件塑料模型，然后挂纱，将截面棱锥套件塑料模型挂于纱线顶端，调整平台转速及提升速度，编织出变截面棱锥套件的三维编织物，然后以此为增强体，选择合适的树脂及固化剂，得到变截面棱锥套件复合材料；

步骤1，确定纱线规格：结合旋转法三维编织平台的机器编织要求，选择玻璃纤维长丝和芳纶纤维长丝束规格为2500D/3000F,；

步骤2，拼接方形平台，确定纱线根数：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接方形平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数；

步骤3，设计实现异型编织的模型：利用本领域常见的泡沫塑料材料，制作出变截面棱锥套件模型，根据编织要求，设计的变截面棱锥套件模型长度在60～90cm之间，设计的异形边长在4～9cm之间，如图4所示；

步骤4，设定参数，进行编织：根据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速在20～50r/min，提升装置的提升速度在0.5～8mm/s，编织过程中纱线的长度设定在80～120cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物，编织出变截面棱锥套件三维编织织物；

步骤5，以变截面棱锥套件三维异型编织物为增强体，采用树脂、固化剂，选择合适的固化工艺，制造异型工程复合材料。

实施例5

首先选择超高分子超强聚乙烯纤维和玻璃纤维为原料(40/60)，选择旋转法三维编织平台为机器，选择圆形模块为编织模块，制作子弹型塑料模型，然后挂纱，将子弹型塑料模型挂于纱线顶端，调整平台转速及提升速度，编织出子弹型的三维编织物，然后以此为增强体，选择合适的树脂及固化剂，得到子弹型复合材料。

步骤1，确定纱线规格：结合旋转法三维编织平台的机器编织要求，选择超高分子超强聚乙烯纤维和玻璃纤维长丝束规格为2500D/3000F；

步骤2，拼接圆形平台，确定纱线根数：按照旋转法三维编织平台的编织要求，对编织平台进行模块拼接，拼接圆形平台，同时按照三维四向、三维五向及三维全五向的编织工艺要求，确定纱线的编织根数；

步骤3，设计实现异型编织的模型：利用本领域常见的泡沫塑料材料，制作出子弹型模型，根据编织要求，设计的子弹型模型长度在90～110cm之间，设计的异形模型直径在6～10cm之间，如图5所示；

步骤4，设定参数，进行编织：根据旋转法三维编织平台的编织工艺，设定平台转速在10～30r/min，提升装置的提升速度在0.1～4mm/s，编织过程中纱线的长度设定在100～120cm之间，同时每编织三个花节高，手动打紧编织物。编织出子弹型三维编织织物；

步骤5，以子弹型三维异型编织物为增强体，采用树脂、固化剂，选择合适的固化工艺，制造异型工程复合材料。