[发明专利]一种二维负泊松比结构纺织品成型的复合针及其用途

说明书

本发明公开了一种二维负泊松比结构纺织品成型的复合针，包括针踵和固结在针踵上的针，所述的针为锥形体，所述的针踵为等截面的柱体，所述的针的下端截面与针踵的一端表面具有相同的截面形状；所述的针和针踵的截面形状均为负泊松比结构。该专利的用途是依据成型结构及尺寸不同，选择复合针(包括针和针踵)的高度和负泊松比形状，复合针通过一定的阵列形状排列形成针组，数个针组形成针床，可对大幅宽的纺织品进行加工，获得具有负泊松比效应的纺织品。其特点是简易、快速、高精度，适用于非织物、复合材料、泡沫、橡胶、膜、塑料、木材、金属等材料，通过穿刺加工即可构造相应的二维负泊松比结构材料，并赋予材料负泊松比效应。

技术领域

本发明涉及一种二维负泊松比结构纺织品成型的复合针及其加工具有负泊 松比效应的纺织材料的用途。

背景技术

自然界已发现多种具有负泊松比效应的物质，经研究发现具有负泊松比效应 的材料拥有传统材料所没有的特殊性能，且其剪切刚度、断裂韧性、抗压能力、 同向曲率、能量吸收能力、渗透性等比之传统材料都有所提高。这些优良的力学 性能使负泊松比材料在汽车工业、人体防护、航空航天、生物医学及国防等领域 有潜在应用。目前负泊松比结构材料的研究多集中在泡沫和聚合物材料中，纺织 材料报道较少，虽有相关的二维负泊松结构纺织材料的编织和针织结构设计方 法，具有较好的平面拉胀效应，但制作繁琐，生产效率低，且需要专门改进的针 织设备，成本较高，难以满足市场上的大量需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维负泊松比结构纺织品成型的复合针，可以方 便快捷地制成具有二维负泊松比效应的纺织材料等。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种二维负泊松比结构 纺织品成型的复合针，其特征在于，包括针踵和固结在针踵一端上的针，所述的 针和针踵的截面形状均为负泊松比结构。

优选地，所述针为锥形体，底部的表面形状为负泊松比结构；所述针踵为等 截面的柱体，表面形状为负泊松比结构；针底部的负泊松比结构的表面形状尺寸 与针踵的负泊松比结构的表面形状尺寸相同。

优选地，所述负泊松比结构包括内凹六边形、人字形、双箭头形、内凹蜂窝、 星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、 中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接 三角形及其组合。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的复合针的应用结构，其特征在 于，上述的复合针通过一定的阵列形状排列构成针组，并依靠所述针踵的另一端 固结在针床上。

优选地，所示复合针的棱具有一定倒角，为圆弧形，避免所述针穿过待成型 材料时损伤材料。

本发明的另一个技术方案是提供了一种二维负泊松比结构纺织品成型的复 合针的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)根据成型材料的厚度和表面负泊松比效应的纹理，选择如权利要求1所 述的复合针的针和针踵，并对应选择针和针踵的截面形状、高度以及棱的倒角；

b)将针的底部对应固结在针踵上，形成上述的复合针；依据纺织品的成型 结构及尺寸不同，将一定数量的复合针排成一定的阵列形状形成针组，数个针组 在针床上形成更大的图案和尺寸，符合要求后，将该针组所用复合针的针踵固结 在针床内；

c)利用物理作用力将针床上的复合针穿透纺织材料，使复合针周围的纱线、 纤维或复合材料按照复合针的截面形状向四周扩散或挤压；

d)使针踵贯穿待成型材料，并在待成型材料中停滞适当时间，以便于材料 形成稳定的二维负泊松比结构；

e)通过反向物理作用力提起针床，将复合针脱离材料，并进行下一部分压 针成型工序；

f)通过定型工艺固化二维负泊松比结构的纺织材料，所得纺织材料具有负 泊松比效应，形成具有二维负泊松比结构效应的纺织材料。