发明内容

为了解决现有技术中织物抗扭转性能差、易分层、均匀性差等缺陷以及制备工艺复杂、织物截面形状单一、织造效率低等问题，本发明提出了一种管状立体织物及其快速成型制备方法。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种管状立体织物，所述立体织物由多层织物和法向纤维组成，其中所述多层织物是由单层仿形编织套织物逐层叠加而成，所述法向纤维沿所述多层织物厚度方向引入所述多层织物。

进一步地，截面形状可为边长数N≥3的多边形，包含三角形、四边形、圆形等多边形，不局限于所列举。

进一步地，所述管状立体织物的内外截面形状相同或不同，所述内外截面的形状包括内多边形外多边形、内圆形外多边形。

进一步地，所述立体织物的截面形状是轴对称或不对称的，即内外截面形状的中心点重合或者不重合。

进一步地，沿所述管状立体织物轴向方向的不同截面为等截面或变截面。

进一步地，所述多层织物是由单层仿形编织套织物按照预定的铺层顺序逐层叠加而成。

进一步地，所述单层仿形编织套通过一种或多种连续化编织工艺按照设计的编织参数编织成型，所述连续化编织工艺的编织成型方法包含2D机织、2D编织、2.5D机织、2.5D编织、三维编织、缠绕、成网中的一种或多种。

进一步地，所述法向纤维的引入工艺包括缝合、Z-Pin、针刺中的一种或多种，其纤维是纤维丝或纤维棒的一种或两种混用，所述法向纤维逐层引入或整体贯穿引入。

进一步地，所述铺层顺序是根据材料性能要求，设计不同体积含量、不同纤维方向的单层仿形编织套织物，分别同步利用连续化编织工艺快速实现不同体积含量和不同纤维方向的单元层仿形编织套织物成型，然后逐层叠加，以快速实现织物沿轴向、环向变密度或等密度铺层。

进一步地，所述单层仿形编织套织物的纤维方向根据性能方向取向要求任意设计，从而实现单元层织物的结构设计多样化，其结构包括斜纹、缎纹、单向、平纹、经编、二维编织结构、浅交弯联、浅交直联、深交直联、三维多向、网胎中的一种或多种。

进一步地，织物沿截面方向为变密度或等密度，织物沿轴向为变密度或等密度，以实现管状材料沿截面方向和轴向多功能的需求。

进一步地，所述多层织物使用一种或多种高性能纤维编织织造，所述高性能纤维包括有机纤维和无机纤维。

根据上述的管状立体织物的快速成型制备方法，包括如下步骤：

(1)根据管状立体织物外形尺寸特点以及复合材料方向性能要求，将立体织物分解成编织所需的单层仿形编织套织物；

(2)选择单层仿形编织套织物结构，并设计其编织参数；

(3)选择一种或多种连续化编织工艺同步织造所需的单层仿形编织套织物；

(4)根据复合材料方向性能要求，设计叠加顺序，按照设计的叠加顺序将单层仿形编织套织物逐层叠加形成所述多层织物；

(5)采用缝合、Z-Pin、针刺中的一种或多种工艺在多层织物厚度方向引入纤维，实现单层或多层织物之间的连接，完成管状立体织物的织造。

进一步地，步骤(1)-步骤(2)中单层仿形编织套织物根据材料性能要求织物组织结构、纤维方向进行设计。

进一步地，步骤(3)中单层仿形编织套直接选择一种或多种连续化编织工艺仿形整体编织成型，利用仿形裁剪方法、整体仿形编织套、缠绕与针刺中的一种或多种实现单层仿形编织套织物制备，且不同组织结构的单层仿形编织套织物可以分别同步成型。

进一步地，步骤(4)中逐层叠加成形多层织物是根据织物的外形尺寸，叠加单仿形编织套织物实现等厚区铺层，再利用网胎、布层或缠绕纱实现均匀变厚度铺层，结合缝合或针刺工艺实现精确仿形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明可实现管状织物的不同结构成型，通过单元仿形编织套排列达到织物的厚度要求及截面形状尺寸要求，织物尺寸范围大，织造过程操作方便，可织造多种截面形状的管状织物；在织造过程中，通过一种或多种连续化编织工艺实现一种或多种织物结构的仿形截面形状尺寸的单元层织物；多层织物之间的连接是通过缝合、Z-Pin、针刺等一种或多种工艺实现，增加了层间连接强度，提高材料的力学性能；

(2)本发明的管状立体织物具有组织结构多样、织物尺寸控制范围大，截面形状多样、可设计性强、通用型强、适用于连续化织造、层间性能优异等优点，使得织物可满足复杂形状、复杂应力载荷材料应用需求的复合材料成型，该织物可广泛应用于航天、航空、船舶、汽车、建筑等领域。