三維編織管及製作該三維編織管的三維編織機和編織工藝的製作方法

2023-07-23 02:59:52

本發明涉及三維編織領域中的基於空間群P4的三維編織管及該製作該三維編織管的三維編織機和編織工藝。

背景技術：

近年來三維編織複合材料作為一種新型的工程材料得到廣泛應用，因其具有完整結構、一次成型和省時省力等優點，這種編織物被廣泛的應用於各個領域，並得到織造技術研究院相當大的關注。

為了能夠得到幾何結構更加穩定，力學性能更加優異的編織材料，從基於空間群P3到基於空間群P4，人們對編織結構一直進行著新的嘗試。中國專利CN105063885A公開了一種「基於空間群P4對稱性的三維編織材料」，該文件公開了一種基於空間群P4的四紗線紡織結構，該四紗線紡織結構包括多個在橫向和縱向上順序相接的代表性體積單元，該代表性體積單元如公開文件的圖1所示：包括四根紗線節，任意一根紗線節穿插於其相鄰兩個紗線節之間，各代表性體積單元在橫向上和縱向上順序相接而形成一塊平面結構的三維編織織物。現有的這種三維編織織物存在的問題在於：該三維編織織物為平面結構，而在實際生產應用中，管狀的三維編織物更有應用價值。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種基於空間群P4的三維編織管；本發明的目的還在於提供一種製作該三維編織管的三維編織機和編織工藝。

為了解決上述問題，本發明中三維編織管的技術方案為：

基於空間群P4的三維編織管，包括多個代表性體積單元，每個代表性體積單元均由兩根由對應周向攜紗器周向運動而形成的周向紗線節和兩根由對應徑向攜紗器徑向移動而形成的徑向紗線節構成，同一個代表性體積單元中任意一根紗線節穿插於其相鄰兩根紗線節之間，各代表性體積單元排列成各紗線節在圓周方向上對應順序相接、在軸向上對應順序相接的圓管結構。

在垂直於圓管結構的軸向截面上，三維編織管包括至少兩個由單層所述代表性體積單元形成的編織層。

本發明中三維編織機的技術方案為：

三維編織機，包括2n個同軸線設置有的周向移動軌道，周向移動軌道上導向移動裝配有多個沿圓周方向均勻間隔布置的周向攜紗器，不同周向移動軌道上的對應周向攜紗器以周向移動軌道的中心輻射狀分布，定義位於同一輻射線上的周向攜紗器形成一列，三維編織機還包括與周向攜紗器列數對應的多列以周向移動軌道的中心輻射狀分布的可沿周向移動軌道徑向移動的徑向攜紗器，各列徑向攜紗器分別位於對應相鄰兩列周向攜紗器之間，每列徑向攜紗器中徑向攜紗器的個數為2n個，任意一列徑向攜紗器的相鄰兩列徑向攜紗器中的對應兩個徑向攜紗器處於以周向移動軌道的中心為圓心的同一半徑上，各徑向攜紗器與其相鄰的周向攜紗器在圓周方向上錯位布置，任意一列周向攜紗器的相鄰兩列徑向攜紗器中，其中一列徑向攜紗器的最外側徑向攜紗器位於該列周向攜紗器的最外側周向攜紗器的外側且可沿圓周方向移動，另外一列徑向攜紗器的最內側徑向攜紗器位於該列周向攜紗器的最內側周向攜紗器的內側且可沿圓周方向移動，n取正整數。

本發明中編織工藝的技術方案為：

編織工藝，包括多個重複的編織步驟單元，每個編織步驟單元包括以下步驟，第一步，相鄰兩個周向移動軌道上的周向攜紗器分別沿對應周向移動軌道朝向反方向移動一個周向角度，周向角度等於相鄰兩列周向攜紗器的夾角；第二步，相鄰兩列徑向攜紗器分別沿周向移動軌道的徑向朝向反方向移動一個徑向距離，徑向距離等於同一列徑向攜紗器中相鄰兩個徑向攜紗器的間距；第三步，相鄰兩列徑向攜紗器中，距離周向移動軌道中心最近的徑向攜紗器和距離周向移動軌道中心最遠的徑向攜紗器沿周向朝向反方向移動一個所述周向角度。

本發明的有益效果為：本發明中周向攜紗器沿周向移動軌道的周向移動形成周向紗線節，徑向攜紗器沿徑向移動形成徑向紗線節，每個代表性體積單元均包含均由兩個周向紗線節和兩個徑向紗線節構成，從而形成了基於空間群P4的三維編織管，相對於平面結構的P4編織而言，有更廣闊的應用價值。

附圖說明

圖1是本發明中三維編織管的一個實施例的結構示意圖；

圖2是圖1的理論模型圖；

圖3是圖1中的A處放大圖；

圖4是圖1中處於中間位置的單個代表性體積單元的結構示意圖；

圖5是圖4的立體圖；

圖6是圖1中處於內側邊緣位置的單個代表性體積單元的結構示意圖；

圖7是圖1中處於外側邊緣位置的單個代表性體積單元的結構示意圖；

圖8是本發明中代表性體積單元的拓撲結構圖；

圖9是本發明中三維編織工藝中各周向攜紗器和徑向攜紗器的移動示意圖。

具體實施方式

基於空間群P4的三維編織管的實施例如圖1～7所示：該三維編織管10包括五個由單層代表性體積單元11形成的編織層，每個代表性體積單元11均由兩根由對應周向攜紗器周向於運動而形成的周向紗線節12和兩根由對應徑向攜紗器徑向移動而形成的徑向紗線節13構成，同一個代表性體積單元11中任意一根紗線節穿插於其相鄰兩根紗線節之間。各代表性體積單元排列成各紗線節在圓周方向上對應順序相接、在軸向上對應順序相接的圓管結構。

由於具有多個編織層，處於內側邊緣位置的代表性體積單元、處於外側邊緣位置處的代表性體積單元和處於中間位置(即由內至外數的第二層、第三層和第四層)的代表性體積單元的徑向紗線節會有所不同，處於中間位置的代表性體積單元的結構如圖4-5所示，處於內側邊緣位置的代表性體積單元的結構如圖6所示，處於外側邊緣位置的代表性體積單元的結構如圖7所示，從圖中可以看出，處於內側邊緣位置的代表性體積單元的徑向紗線節的內端在周向上具有內側拐角結構，處於外側邊緣位置的代表性體積單元的徑向紗線節的外端在周向上具有外側拐角，而處於中間位置的代表性體積單元的徑向紗線節無上述的拐角結構，在俯視方向上徑向紗線節的軌跡為方環形。不同位置的代表性體積單元的周向紗線節的形狀是一致的，只不過在半徑上有所區別，外層的代表性體積單元的周向紗線節的半徑會大於內層的代表性體積單元的周向紗線節的半徑。圖中△θ為每個代表性單元的圓心角；γ'表示周向紗線節12與徑向紗線節13的夾角，該夾角大於90度；△R表示代表性單元的半徑增量；α'、β'分別代表編織角；h'表示代表性單元的高度。

三維編織機的實施例如圖9所示：包括2n個同軸線設置有的周向移動軌道22，本實施例中n取2，n值就意味著編織層的層數，使用該實施例中的三維編織機可以編織出兩層結構的三維編織管，周向移動軌道22上導向移動裝配有多個沿圓周方向均勻間隔布置的周向攜紗器20(圖9中實心點表示)，不同周向移動軌道上的對應周向攜紗器以周向移動軌道的中心輻射狀分布，定義位於同一輻射線上的周向攜紗器形成一列，三維編織機還包括與周向攜紗器列數對應的多列以周向移動軌道的中心輻射狀分布的可沿周向移動軌道徑向移動的徑向攜紗器21(圖9中空心圈表示)，各列徑向攜紗器分別位於對應相鄰兩列周向攜紗器之間，每列徑向攜紗器中徑向攜紗器的個數為2n即4個，任意一列徑向攜紗器的相鄰兩列徑向攜紗器中的對應兩個徑向攜紗器處於以周向移動軌道的中心為圓心的同一半徑上，各徑向攜紗器與其相鄰的周向攜紗器在圓周方向上錯位布置，任意一列周向攜紗器的相鄰兩列徑向攜紗器中，其中一列徑向攜紗器的最外側徑向攜紗器位於該列周向攜紗器的最外側周向攜紗器的外側且可沿圓周方向移動，另外一列徑向攜紗器的最內側徑向攜紗器位於該列周向攜紗器的最內側周向攜紗器的內側且可沿圓周方向移動。同一半徑上的各周向攜紗器沿圓周方向均勻間隔布置，同一半徑上的各徑向攜紗器沿圓周方向均勻間隔布置，即相鄰兩列周向攜紗器的夾角與相鄰兩列徑向攜紗器的夾角相同。

在本發明的其它實施例中，根據所需編織的層數，n還可以取1、3、4等其它正整數。

使用上述三維編織機製作三維編織管的編織工藝的實施例如圖9所示：包括多個重複的編織步驟單元，編織步驟單元包括以下步驟，第一步如圖9中的A所示，相鄰兩個周向移動軌道上的周向攜紗器分別沿對應周向移動軌道朝向反方向移動一個周向角度，周向角度等於相鄰兩列周向攜紗器的夾角；第二步如圖9中的B所示，相鄰兩列徑向攜紗器分別沿周向移動軌道的徑向朝向反方向移動一個徑向距離，徑向距離等於同一列徑向攜紗器中相鄰兩個徑向攜紗器的間距；第三步如圖9中的C所示，相鄰兩列徑向攜紗器中，距離周向移動軌道中心最近的徑向攜紗器和距離周向移動軌道中心最遠的徑向攜紗器沿周向朝向反方向移動一個所述周向角度，三步以後，各攜紗器回到了原始排列，然後打緊，重複上述步驟數次即可獲得一種滿足空間群P4對稱性的新型三維編織管的預製件，從俯視方向上，周向攜紗器的運動軌跡是一個圓形環，徑向攜紗器的運動軌跡是一個方形環。

三維編織管的預製件中紗線軌跡如圖8所示：『1-6』表示每種紗線的拓撲結構。『1-4』為徑向紗線節的拓撲結構。1和2分別代表外表面和內表面紗線的拓撲結構。3和4代表預製件中徑向紗線節的移動規律。5和6為周向紗線節的拓撲結構，重複Step1、Step2、Step3和打緊可形成新型三維編織管。該新型三維編織管的理論模型可通過空間群P4的平移對稱操作獲得。