[发明专利]一种平面内斜向纱可设计的层连结构

说明书

本发明涉及一种平面内斜向纱可设计的层连结构，有多层，每层均由经纱和斜向纱两部分组成，其中经纱沿织物长度方向呈正弦波形态分布；斜向纱则与经纱以一定夹角沿长度方向正向或反向螺旋式延伸，并与经纱交织，前述夹角为锐角；斜向纱在与本层经纱交织的同时，还与相邻层经纱交织。本发明可提高平面内各向性能，便于实现机械化制备，能够较好地满足织物均匀性、整体性、损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等要求，具有均匀性好、性能优、操作简便、利于机械化制备、可高效低成本等优点。本发明可应用于板块型织物的成型，也可应用于筒形、锥形、异形等回转体型织物的成型。

技术领域

本发明涉及一种平面内斜向纱可设计的层连结构，属于立体织物制造领域。

背景技术

纤维增强复合材料是材料的重要发展方向。层连结构是一种预成型体结构，是一种层间具有连接的织物结构，其中2.5D结构就是一种常见的层连结构。以其制备的增强体复合材料具有高强度、高模量、高损伤容限、耐冲击、抗分层和抗疲劳等综合性能，显著提升了武器的性能，受到复合材料界的重点关注，已成为高性能复合材料技术的研究热点。2.5D结构由经纱和纬纱交织而成，经纱沿织物经向呈周期波浪型分布，如正弦波形态；纬纱垂直于经纱的波浪型分布平面，呈直线型或环向分布。但该结构平面内仅有X、Y向纤维，无法实现平面内各向同性。另外该结构体积含量略低，均匀性控制难度较大、效率低、人工成本较大。

随着立体织物的发展趋势，对织物高均匀性、快速低成本的要求日趋迫切，2.5D结构逐渐不能满足该领域的需求。因此，需要发明一种均匀性高、可实现平面内各向同性、易实现快速低成本的新结构及其成型方法来适应立体织物的市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面内斜向纱可设计的层连结构，该结构可提高平面内各向性能，便于实现机械化制备，能够较好地满足织物均匀性、整体性、损伤容限高、耐冲击、抗分层和抗疲劳等要求，具有均匀性好、性能优、操作简便、利于机械化制备、可高效低成本等优点。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明所述一种平面内斜向纱可设计的层连结构，有多层，每层均由经纱和斜向纱两部分组成，其中经纱沿织物长度方向呈正弦波形态分布；斜向纱则与经纱以一定夹角沿长度方向正向或反向螺旋式延伸，并与经纱交织，前述夹角为锐角。

斜向纱在与本层经纱交织的同时，还与相邻层经纱交织。

斜向纱通过平移步距D的变化，实现斜向纱与经纱夹角θ的变化；

前述平移步距D是两个相邻斜向纱纱绽的间距，根据斜向纱倾斜角即斜向纱与经纱夹角θ和花节长度L设计斜向纱平移步距D，计算方法如公式1所示，j为经纱密度；

定义平移一个纱锭位置的平移步距为1，斜向纱的平移步距必须大于等于2；

本发明所述结构还可引入纬纱，每层的纬纱同时与同层的经纱、斜向纱同时交织，可以提高纬向或环向的力学性能。

与现有技术相比，本发明的具有如下优点：

1、本申请所涉及的结构具有常用层连结构的特点，具有层连结构的优点；

2、本申请所涉及的结构平面内引入了斜向纱，可实现织物平面内各向同性；

3、有利于机械化制备，可实现高效低成本；

4、可应用于板块型织物的成型，也可应用于筒形、锥形、异形等回转体型织物的成型；

5、该结构具有良好的力学性能；通过引入纬纱，可进一步提高以该结构成型的织物所制备的复合材料的力学性能。

经过试验，对2.5D浅交弯联与本发明所述结构拉伸强度、压缩强度和层间剪切强度进行了对比，具体数据如下表所示。