[发明专利]一种具有拓扑结构的三维蜂窝织物及其织造方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维蜂窝织物及其织造方法，具体涉及一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物及其织造方法，属于纺织技术领域。

背景技术

以三维蜂窝织物为增强体的传统蜂窝复合材料，具有轻质高强，隔热隔音、层间结构连续等优势，可用于航空航天、汽车、建筑等多个领域。但三维蜂窝织物被复合后，其强度、厚度和硬度均随织物层数的增加而增大，当织物层数过多时，无法满足对材料的硬度和厚度有限制的场合(如警用护盾)；若织物层数过少，则其强度无法达到应用的要求。因此，若对蜂窝复合材料引入一个直径变化的拓扑结构，可以有效提升其能量吸收、抗冲击、隔热等力学性能，从而减少其厚度和硬度，并且在对材料的厚度和硬度没有要求的其它领域，力学性能的提升也增加了这种材料的竞争力。然而，现有的利用纺织技术所织造的三维蜂窝织物，仍停留在蜂窝孔具有相同直径的阶段；现有的对具有拓扑结构的蜂窝复合材料的研究，仍局限于在实验室电脑上对其进行有限元模拟和分析。通过纺织技术直接制备具有拓扑结构的三维蜂窝织物，可为它在更多领域的应用提供实验基础和材料基础。

中国专利公开号CN101058914A，公开日2007年10月24日，发明名称为蜂窝状三维立体整体空芯机织物的结构构建及织造方法，该方法公开了一种横截面为蜂窝状为三维立体整体空芯机织物及织造方法，按照该方法所织造的三维蜂窝织物，在沿织物厚度方向撑开后所形成的正六边形蜂窝孔直径始终相等。董敬贵等采用有梭织机制备三维蜂窝织物，所织造的蜂窝织物直径也处处相等(董敬贵.蜂窝状板材三维织物的设计与生产[J].棉纺织技术,2006,34(1):36-37.)。 Ajdar等和Ali等将均匀蜂窝分为有限几层并对不同层胞元赋予不同的直径而形成拓扑结构蜂窝，并通过有限元方法数值研究梯度蜂窝的冲击响应，发现对蜂窝引入一个拓扑结构可以有效地改变能量吸收特性和变形特征(Ajdari A, Nayeb-Hashemi H,Vaziri A.Dynamic crushing and energy absorption of regular, irregular and functionally graded cellular structures[J].International Journal of Solids &Structures,2011,48(3–4):506-516.)。问题在于制备蜂窝织物时，会涉及到多层织造，特别是送经系统的调整，其过程相对复杂。目前，多层织造时所采用的送经方式包括了筒子架送经和多经轴送经。当织物层数较少，且消耗的总经根数较少时，特别适合采用筒子架送经；但当织物层数过多、总经根数较大时，若继续采用筒子架送经，则将占用巨大的场地，且筒子架上部的经纱也将给穿综带来困难，加大了织造难度；如果采用多经轴送经，仅使用单经轴分层或双经轴送经，又无法单独控制每层经纱的耗纱量，不能满足多层织造的需求，若每个经轴控制一层经纱的耗纱量，往往需要十多个甚至数十个经轴才能满足送经需求，也将占用巨大的场地。

发明内容

针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物及其织造方法，为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物，所述的三维蜂窝机织物由两层以上垂直均匀排列的蜂窝孔构成，其中上层蜂窝孔的下直边和下层蜂窝孔的上直边之间经纱接结，上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。

一种具有拓扑结构的三维蜂窝机织物的织造方法，所述的织造方法是按以下步骤进行的：

a.根据织物的层数、上下层蜂窝孔的直径比例，画出该机织物沿厚度方向的结构示意图，其中上层蜂窝孔的直径与下层蜂窝孔的直径之比为3：1或4：1。

b.确定结构示意图中蜂窝孔的直边和斜边所采用的组织，对直边采用接结组织，斜边采用基础组织，画出一个基础单元完整组织循环的织物经向截面图。

c.根据上层蜂窝孔的直边和斜边所在的位置，从左至右将上述经向截面图分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个大区。

d.分别计算每个区域内的经纱数、纬纱数，并根据投纬顺序，分别画出每个区域内的纹板图。

纱线上机时采用多经轴送经装置送经，包括次经轴、主经轴、分层辊、张力补偿装置，其中张力补偿装置对每一层经纱的张力进行控制，且数目与综框数相等，其上机操作步骤如下：

e.分别计算每层经纱的消耗量。

g.将经纱消耗量相等的经纱放安置在同一根或几根主经轴上，经纱从经轴引出后先通过分层辊进行分层，再经过所对应的张力补偿装置。