专利摘要

本发明公开了一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，步骤如下：将n块剪裁好的布，交替铺层后用夹具固定在缝合设备上；将机针扎入待缝合的布上且扎透布，将针管置于机针的针尖上，将针管推进针孔顶出机针；将机针沿x轴等间距移动，重复直到完成一排针管的置入；将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的针管中，顶出针管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根针管，顶出第二根针管，并拉紧z向纱线，重复直到替换完整排针管，重复打孔，置入针管顶出机针，穿入手缝针顶出针管缝合，直到完成整块布的缝合。本发明的制备方法与传统方法相比，引入了针管，减少了纱线之间的摩擦，避免了高性能纱线在多次缝合过程中摩擦断裂。

权利要求

1.一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤1、建立一个xoy坐标系，取n块剪裁好的布放在xoy坐标系内，以布的经纱与x轴夹角为0°、﹢45°、-45°、90°四个方向交替将布铺层，层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将夹紧的布固定于缝合设备上；

步骤3、将缝合设备的机针(2)扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管(1)置于机针(2)的针尖上，使机针(2)沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管(1)将机针(2)推出，使针管(1)替换机针(2)进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针(2)沿x轴等间距移动，重复步骤3中的过程，直到完成一排针管(1)的置入；

步骤5、将穿好z向纱线的手缝针(3)穿入靠近边缘的针管(1)中，顶出针管(1)，并拉紧z向纱线，接着将手缝针(3)穿入相邻的第二根针管(1)，顶出第二根针管(1)，并拉紧z向纱线，重复此过程，直到替换完整排针管(1)，每相邻两次手缝针(3)穿入针管(1)的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成整块布的缝合；

步骤7、将缝合好的布从缝合设备上取下，并从模具中取出、裁剪好后将布面锤平；

其中，所述布为碳布或玻璃纤维布；

所述z向纱线为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维、石英纤维等高性能纤维或长丝中的一种或几种。

说明书

技术领域

本发明属于材料与纺织技术领域，涉及一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法。

背景技术

纤维增强复合材料具有比强度和比模量高、可设计性强、耐疲劳性好等优点，广泛应用于航空航天、医疗器械以及体育用品等各个领域。作为纤维增强复合材料的主要结构形式，层合板具有良好的面内力学性能和灵活的可设计性，在造船、航空航天和汽车制造等领域的应用已有很多年的历史。然而，由于缺乏厚度方向的增强纤维，层合板厚度方向性能由性能较低的树脂和纤维-树脂界面决定，导致层间结合差，层间强度低，抗分层、抗冲击能力弱。

三维缝合织物是在传统二维层合板的基础上引入厚度方向的z向纱线即缝线，克服了传统复合材料层间强度弱、易分层的缺点，抗冲击损伤性能大大提高，既减轻结构质量，又减少制造总成本，且可以制造大型复合材料构件。而三维面内准各向同性缝合织物，是在缝合织物的基础上，将xoy平面内的布按设计要求以0o、±45o、90o多个方向铺层，最大程度地保证该织物的性能各向同性。

因此航空复合材料结构打破原金属结构的束缚，在大型构件上采用三维缝合等新技术，降低成本、缩短周期，提高复合材料结构损伤容限和使用寿命。缝合预制件与三维编织和三维机织等增强结构相比，具有不受尺寸限制、工艺技术容易掌握、成本较低的优点。特别是大型复合材料构件在替代金属结构、提高有效载荷的作用上具有不可比拟的优势。因此，近年来对缝合复合材料的研究越来越受到重视。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，解决了现有技术中的编织方法制备三维面内准各向同性织物产业化效率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1、建立一个xoy坐标系，取n块剪裁好的布放在xoy坐标系内，以布的经纱与x轴夹角为0°、﹢45°、-45°、90°四个方向交替将布铺层，层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将夹紧的布固定于缝合设备上；

步骤3、将缝合设备的机针扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管置于机针的针尖上，使机针沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管将机针推出，使针管替换机针进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针沿x轴等间距移动，重复步骤3中的过程，直到完成一排针管的置入；

步骤5、将穿好z向纱线的手缝针穿入靠近边缘的针管中，顶出针管，并拉紧z向纱线，接着将手缝针穿入相邻的第二根针管，顶出第二根针管，并拉紧z向纱线，重复此过程，直到替换完整排针管，每相邻两次手缝针穿入针管的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成整块布的缝合；

步骤7、将缝合好的布从缝合设备上取下，并从模具中取出、裁剪好后将布面锤平。

本发明的特点还在于，

布为碳布或玻璃纤维布。

z向纱线为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维、石英纤维等高性能纤维或长丝中的一种或几种。

机针每次移动的间距为2.5mm的整数倍。

缝合设备的型号为HW-1825。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，与制备三维面内准各向同性缝合织物的传统方法相比，大大提高了产业化的效率，且引入了针管，针管为缝线提供了路径，可以减少纱线与纱线之间的摩擦，避免了刚性较大的高性能纱线的在多次缝合过程中摩擦断裂；

(2)本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备的织物，克服了传统复合材料层间强度弱、易分层的缺点，抗冲击损伤性能大大提高，复合材料结构损伤容限和使用寿命也得到提高，既减轻结构质量，又减少制造总成本；

(3)本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程使用的设备简单易操作。

附图说明

图1是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备的织物的示意图；

图2是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中使用的针管的结构示意图；

图3是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中使用的机针的结构示意图；

图4是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中使用的手缝针的结构示意图；

图5是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中针管顶出机针示意图；

图6是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中引入针管的示意图；

图7是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中手缝针顶出针管示意图；

图8是本发明一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备过程中引入z向纱线示意图。

图中，1.针管，2.机针，3.手缝针。

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。

本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1、建立一个xoy坐标系，取n块剪裁好的布放在xoy坐标系内，以布的经纱与x轴夹角为0°、﹢45°、-45°、90°四个方向交替将布铺层，层层铺好后，用夹具夹紧，其中，布为碳布或玻璃纤维布；

步骤2、将夹紧的布固定于型号为HW-1825的缝合设备上；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以2.5mm的整数倍等间距移动，重复步骤3中的过程，直到完成一排针管1的置入；

步骤5、将穿好z向纱线的手缝针3穿入靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向纱线，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向纱线，重复此过程，直到替换完整排针管1，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反，其中，z向纱线为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、高分子量聚乙烯纤维、石英纤维等高性能纤维或长丝中的一种或几种；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成整块布的缝合；

步骤7、将缝合好的布从缝合设备上取下，并从模具中取出、裁剪好后将布面锤平。

实施例1

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

布选择材质轻，强度和抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化的碳布，其单层厚度0.15mm～0.2mm，z向纱线选择T800-6k的碳纤维。预制件的尺寸为100mm×100mm，共22层，3.3～4.4mm厚，碳布的排列顺序与比例为{C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C+45C-45C0C90C+45C-45}，其中C表示该层为碳布，下标表示该层碳布的经线与x轴的夹角，C-45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为-45°，C+45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为+45°。

步骤1、取22块110mm×110mm的碳布，按照{C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C-45C+45C0C90C+45C-45C0C90C+45C-45}的顺序与比例层层铺后，用夹具夹紧；

步骤2、将碳布固定于缝合设备上，使碳布垂直于地面；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以2.5mm等间距移动，然后重复步骤3中的过程，直到完成一排40个针管1的置入；

步骤5、将穿好z向碳纤维的手缝针3穿入最靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向碳纤维，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向碳纤维，重复此过程，直到z向碳纤维替换完整排针管，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成40排的缝合。

步骤7、将缝合好的碳布从缝合设备上取下，并从模具中取出、将尺寸裁剪为100mm×100mm，最后轻锤缝合好的碳布，以保证表面平整。

实施例2

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

布选择材质轻，强度和抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化的碳布以及玻璃纤维布，碳布单层厚度0.15mm～0.2mm，玻璃纤维布单层厚度0.18mm～0.2mm，z向纱线选择强度、模量、介电常数、耐高温都优于E玻璃纤维的400tex的S玻璃纤维。

预制件尺寸为100mm×100mm，22层，3.66～4.4mm厚，布排列顺序与比例为{G-45G+45G-45G+45G-45G+45C0C90C0C90C0C90C0C90C0C90G-45G+45G+45G-45G+45G-45}，其中C表示该层为碳布，G表示该层为玻璃纤维布，下标表示该层碳布或玻璃纤维布的经线与x轴的夹角，C-45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为-45°，G+45表示该层玻璃纤维布的经线与x轴的夹角为+45°。

步骤1、取10块110mm×110mm碳布，12块110mm×110mm玻璃纤维布，按照{G-45G+45G-45G+45G-45G+45C0C90C0C90C0C90C0C90C0C90G-45G+45G+45G-45G+45G-45}的顺序与比例层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将待缝合布的固定于缝合设备上，使碳布垂直于地面；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以2.5mm等间距移动，然后重复步骤3中的过程，直到完成一排40个针管1的置入；

步骤5、将穿好z向玻璃纤维的手缝针3穿入最靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向S玻璃纤维，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向S玻璃纤维，重复此过程，直到替换完整排针管1，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成40排的缝合。

步骤7、将缝合好的布从缝合设备上取下，并从模具中取出、将尺寸裁剪为100mm×100mm，最后轻锤缝合好的布，以保证表面平整。

实施例3

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

布选择材质轻，强度和抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化的玻璃纤维布，其单层厚度0.18mm～0.2mm，z向纱线选择400tex的S玻璃纤维。预制件的尺寸为200mm×200mm，共20层，3.6～4mm厚，碳布的排列顺序与比例{G-45G+45G0G90G-45G0G90G-45G+45G0G90G-45G+45G0G+45G-45G0G90G+45G-45}，其中G表示该层为玻璃纤维布，下标表示该层玻璃纤维布的经线与x轴的夹角，G-45表示该层玻璃纤维布的经线与x轴的夹角为-45°，G+45表示该层玻璃纤维布的经线与x轴的夹角为+45°。

步骤1、取20块210mm×210mm的玻璃纤维布，按照{G-45G+45G0G90G-45G0G90G-45G+45G0G90G-45G+45G0G+45G-45G0G90G+45G-45}的顺序与比例层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将玻璃纤维布固定于缝合设备上，使玻璃纤维布垂直于地面；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以2.5mm等间距移动，然后重复步骤3中的过程，直到完成一排80个针管1的置入；

步骤5、将穿好z向S玻璃纤维的手缝针3穿入最靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向S玻璃纤维，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向S玻璃纤维，重复此过程，直到z向S玻璃纤维替换完整排针管1，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成80排的缝合。

步骤7、将缝合好的布从缝合设备上取下，并从模具中取出、将尺寸裁剪为200mm×200mm，最后轻锤缝合好的布，以保证表面平整。

实施例4

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

布选择材质轻，强度和抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化的碳布，其单层厚度0.15mm～0.2mm，z向纱线选择芳纶纤维。预制件的尺寸为400mm×400mm，共12层，1.8～2.4mm厚，碳布的排列顺序与比例为{C+45C0C90C-45C0C90C+45C0C90C+45C0C90}，其中C表示该层为碳布，下标表示该层碳布的经线与x轴的夹角，C-45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为-45°，C+45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为+45°。

步骤1、取12块410mm×410mm的碳布，按照{C+45C0C90C-45C0C90C+45C0C90C+45C0C90}的顺序与比例层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将碳布固定于缝合设备上，使碳布垂直于地面；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以5mm等间距移动，然后重复步骤3中的过程，直到完成一排80个针管1的置入；

步骤5、将穿好z向芳纶纤维的手缝针3穿入最靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向芳纶纤维，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向芳纶纤维，重复此过程，直到z向芳纶纤维替换完整排针管1，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成80排的缝合。

步骤7、将缝合好的碳布从缝合设备上取下，并从模具中取出、将尺寸裁剪为400mm×400mm，最后轻锤缝合好的碳布，以保证表面平整。

实施例5

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，具体按照以下步骤进行：

布选择材质轻，强度和抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化的碳布，其单层厚度0.15mm～0.2mm，z向纱线选择石英纤维。预制件的尺寸为800mm×800mm，共10层，0.15～2mm厚，碳布的排列顺序与比例为{C-45C+45C90C-45C+45C0C-45C+45C0C-45}，其中C表示该层为碳布，下标表示该层碳布的经线与x轴的夹角，C-45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为-45°，C+45表示该层碳布的经线与x轴的夹角为+45°。

步骤1、取10块810mm×810mm的碳布，按照{C-45C+45C90C-45C+45C0C-45C+45C0C-45}的顺序与比例层层铺好后，用夹具夹紧；

步骤2、将碳布固定于缝合设备上，使碳布与地面垂直；

步骤3、顺时针方向转动缝合设备摇杆，将缝合设备的机针2扎入待缝合的布上，且扎透布，然后将针管1置于机针2的针尖上，逆时针方向转动缝合设备摇杆，使得机针2沿扎入布方向的反向运动，同时推动针管1将机针2推出，使针管1替换机针2进入针孔中，贯穿织物；

步骤4、将机针2沿x轴以10mm等间距移动，然后重复步骤3中的过程，直到完成一排80个针管1的置入；

步骤5、将穿好z向石英纤维的手缝针3穿入最靠近边缘的针管1中，顶出针管1，并拉紧z向石英纤维，接着将手缝针3穿入相邻的第二根针管1，顶出第二根针管1，并拉紧z向石英纤维，重复此过程，直到z向石英纤维替换完整排针管1，每相邻两次手缝针3穿入针管1的方向相反；

步骤6、重复步骤3、步骤4、步骤5中的过程，直到完成80排的缝合。

步骤7、将缝合好的碳布从缝合设备上取下，并从模具中取出、将尺寸裁剪为800mm×800mm，最后轻锤缝合好的碳布，以保证表面平整。

本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法，与制备三维面内准各向同性缝合织物的传统方法相比，引入了针管，针管为缝线提供了路径，可以减少纱线与纱线之间的摩擦，避免了刚性较大的高性能纱线的在多次缝合过程中摩擦断裂；且本发明的一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法制备的织物，克服了传统复合材料层间强度弱、易分层的缺点，抗冲击损伤性能大大提高，复合材料结构损伤容限和使用寿命也得到提高，既减轻结构质量，又减少制造总成本；制备过程使用的设备简单易操作。

一种三维面内准各向同性缝合织物的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。