Сетчатая конструкция и способ ее изготовления Российский патент 2024 года по МПК D04B27/00 

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к сетчатым конструкциям из текстильных материалов и способам их изготовления, и может быть, предпочтительно, использовано в качестве армирующих элементов изделий из полимерных композиционных материалов в области машиностроения, в космической и авиационной технике, в частности, в силовых элементах конструкции и обшивки планера самолета, кузовов автомобилей и т.д.

В последнее время широкое распространение получили сетчатые конструкции из полимерных композиционных материалов, позволяющие снизить вес конструкции при сохранении прочностных характеристик. Наиболее востребованными на сегодняшний день текстильными методами изготовления сетчатых конструкций являются: выкладка армирующих нитей или жгутов с последующей их пропиткой полимерной смолой и отверждением, техническая вышивка с индивидуальным размещением волокна (TFP), основное вязание и плетение на автоматизированном оборудовании и т.д.

Однако геометрические параметры ячеек и рядов сетей, получаемых данными методами, значительно ограничены низкими возможностями оборудования, используемого для производства данных сетей, а также достаточно трудоемкими способами их производства.

Большинство известных способов получения армирующих сетей различными техниками и из разных материалов позволяют получить только равномерную сеть, образованную ячейками одинаковой формы (ромбы, трапеции, шестиугольники), которые размещены параллельными рядами.

В случае сети с неравномерной структурой, она либо состоит из нескольких соединенных друг с другом полотен с разной конфигурацией ячеек, либо имеет чередующиеся области, содержащие ячейки только одной формы и/или размера.

Так известна «Сеть с отверстиями разного размера и способ ее изготовления» по патенту США № US5339657, в котором описана нерегулярная сеть, образованная ромбовидными или шестиугольными ячейками, и способ ее производства на Рашель-машине.

Предложенная сеть является нерегулярной, за счет наличия в полотне зон с ячейками разного размера. Стороны ячеек образуются цепочкой вязаных петель, соответственно, изменение размера ячеек происходит за счет изменения количества петель в стороне ячейки в процессе выработки полотна, при этом нити, образующие стороны ячеек, и нити, образующие место соединения сторон ячеек, подаются с разных барабанов, при этом получить сеть с шестиугольными ячейками возможно путем увеличения количества петель в перемычке, соединяющей соседние стороны.

Недостатком данной сети, а также способа ее производства является то, что возможные конфигурации ячеек ограничены технологическими возможностями оборудования, а доступные изменения размера и формы ячеек требуют перенастройки оборудования, что приводит к увеличению трудоемкости процесса получения таких сетей.

Также известна решетчатая сеть и способ ее получения по патенту РФ №2647765. Данную сеть получают из слоев нитей, накладывающихся друг на друга, и соединенных путем пропитки клейкой смолой.

Нити при наложении образуют ячейки правильной и/или неправильной формы.

Недостатком данной сети является то, что закрепление нитей происходит только за счет пропитки смолой, а обеспечение прочности изделия — за счет порядка расположения нитей и используемого материала нитей, а также за счет введения поверх всех остальных нитей изделия дополнительных усилительных нитей, идущих по дуге.

Однако, при использовании такого материала в производстве конструкционных изделий из ПКМ, фиксации положения нитей только смолой недостаточно для обеспечения требуемой для композиционных материалов прочности.

Кроме того, заявленный материал не обладает достаточными формообразующими свойствами для облегания сложных пространственных форм без ухудшения прочностных показателей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является «Замкнутая безузловая плетеная сеть и способ ее получения» по патенту РФ №2233921, состоящая из ячеек разного размера и имеющих разную форму, например, треугольника, ромба, трапеции и шестиугольника.

Данная сеть представляет собой комбинацию элементов безузловой сети: стренги, шнура и оплетки, и может выполняться как на плетельном оборудовании с компьютерным управлением, так и вручную. Изменение размера ячейки происходит за счет изменения длины стренги и/или перемычки, соединяющей две стренги и может быть произведено на любой стадии изготовления изделия. Сеть выполняется интервалами (рядами), различающимися размером либо формой ячеек.

Недостатком данной сети является невозможность расположения ячеек сети в неравномерном порядке, а также сложность способа изготовления данной сети.

Число сторон ячеек в данной сети не превышает шести, а изменение конфигурации ячеек возможно только в пределах одного ряда сеточного полотна и в одном ряду невозможно совместить, например, треугольные и восьмиугольные ячейки, что ограничивает возможность проектирования изделий с локально заданными характеристиками прочности и жесткости, предполагающими наличие в структуре ячеек различных форм и размеров.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение прочности и надежности сетчатой конструкции при одновременном расширении функциональных возможностей сетчатой конструкции за счет изготовления сетчатой конструкции разной требуемой структуры, состоящей из ячеек разной конфигурации, таким образом, что прочностные характеристики данной сетчатой конструкции зависят, в основном, от самой ее структуры, а не от прочности отдельных сторон ячеек.

Также задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости и затрат на изготовление сетчатой конструкции за счет оригинального способа ее изготовления.

Техническим результатом данного изобретения является повышение прочности сетчатой конструкции, при одновременном расширении функциональных возможностей сетчатой конструкции, и одновременном обеспечении снижения трудоемкости и затрат на ее изготовление.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что сетчатая конструкция из нити, содержащая соединенные между собой ячейки разных форм и размеров, содержит соединенные между собой ячейки, расположенные в любой последовательности, в любом порядке, которые получены путем настрачивания нитью, на водорастворимом материале-основе ячеек сторон и их пересечений вышивальной машиной с процессорным программным управлением, в соответствии с алгоритмом настрачивания рисунка сетчатой конструкции, и количеством слоев-прострочек каждой стороны ячейки, который сформирован в программном обеспечении компьютера, при этом сетчатая конструкция выполнена с возможностью растворения материала-основы после настрачивания всего рисунка сетчатой конструкции, все стороны ячеек сетчатой конструкции имеют одинаковую толщину, за счет одинакового количества слоев-прострочек каждой стороны ячейки нитью по всей площади сетчатой конструкции.

Предпочтительно, чтобы в сетчатой конструкции из нити в качестве нити использовали жгуты, ленты, шнуры, пряжу, ровинг, выполненные из материалов как органического, так и неорганического происхождения, а также из хлопчатобумажных, акриловых, шерстяных, углеродных, стеклянных волокон.

Целесообразно, чтобы в сетчатой конструкции из нити настрачивание нитью образующих ячейки сторон было выполнено зигзагообразной или прямой строчкой.

Поставленный технический результат достигается также за счет способа изготовления сетчатой конструкции из нити, при котором сначала определяют размеры и формы ячеек, а также порядок распределения ячеек в сетчатой конструкции, и отображают эти данные на рисунке, затем определяют толщину стороны ячейки сетчатой конструкции, которую задают количеством слоев-прострочек данной стороны ячейки, после чего вводят эти данные в программное обеспечение компьютера, где формируют алгоритм траектории настрачивания сетчатой конструкции в соответствии с введенными параметрами и рисунком сетчатой конструкции, при этом алгоритм траектории настрачивания в виде файла, вводят в процессор вышивальной машины, где считывается алгоритм настрачивания траектории рисунка заданной сетчатой конструкции, после чего вышивальная машина производит автоматическое настрачивание сторон ячеек и их пересечений, зигзагообразной строчкой на водорастворимом материале-основе, после чего производят растворение в воде материала-основы, и получают сетчатую конструкцию из нити в соответствии с заданным рисунком и толщиной стороны ячейки, при которой каждая сторона каждой ячейки сетчатой конструкции будет содержать одинаковое количество слоев-прострочек нитью, как при настрачивании несколькими отдельными нитями, так и при настрачивании одной непрерывной нитью.

Предпочтительно, чтобы в способе изготовления сетчатой конструкции при изготовлении сетчатой конструкции несколькими отдельными нитями, настрачивание образующих ее нитей по заданной траектории рисунка производили в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, и введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, в соответствии с которым настрачивание в каждой ячейке осуществляли сначала только по двум сторонам, принадлежащим этой ячейке, при этом следующая смежная сторона, по которой производят настрачивание, не должна принадлежать той же ячейке, а структура сетчатой конструкции имеет незамкнутые ячейки с двумя свободными сторонами, которые соединены со смежными сторонами соседних ячеек только одной вершиной, и вдоль этих свободных сторон настрачивание производят в начале и в конце всего цикла настрачивания каждой отдельной нитью, исключая, таким образом, незакрепленных концов нити в середине сетчатой конструкции.

Целесообразно, чтобы в способе изготовления сетчатой конструкции при изготовлении сетчатой оболочки одной непрерывной нитью, настрачивание по заданной траектории рисунка производили в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, при котором настрачивание осуществляли сначала по краевой стороне, смежной с не краевой стороной, в направлении не краевой стороны, после чего настрачивание производят по всем краевым сторонам, принадлежащим этой ячейке, при этом, если число сторон одной ячейки, по которым проложена непрерывная нить четное, то следующая смежная с краевой сторона ячейки не должна принадлежать той же ячейке, а если число сторон одной ячейки, по которым проложена непрерывная нечетное, то следующая смежная с краевой сторона ячейки должна принадлежать той же ячейке.

Предпочтительно, чтобы в способе изготовления сетчатой конструкции количество слоев-прострочек каждой стороны ячейки определяли в зависимости от необходимой прочности сетчатой конструкции, два слоя-прострочек каждой стороны ячейки для сетчатых конструкций средней прочности, и четыре слоя-прострочек каждой стороны ячейки для сетчатых конструкций высокой прочности.

Сущность изобретения проиллюстрирована на фиг. 1-4.

Фиг. 1 – общий вид сетчатой конструкции.

Фиг. 2 – заданный рисунок сетчатой конструкции с траекторией настрачивания.

Фиг. 3 – алгоритм формирования схемы настрачивания сетчатой конструкции несколькими отдельными нитями.

Фиг. 4 – алгоритм формирования схемы настрачивания сетчатой конструкции одной непрерывной нитью.

Сетчатая конструкция из нити содержит соединенные между собой ячейки 1 различных размеров и формы, которые выполнены нерегулярными рядами с пересечениями 2. Каждая ячейка 1 содержит стороны 3 (Фиг. 1). При этом ячейки 1 с пересечениями 2 получены путем настрачивания нитью образующих их сторон 1, преимущественно зигзагообразной строчкой, вышивальной машиной с процессорным программным управлением на водорастворимом материале-основе в соответствии с заданным, в специальном программном обеспечении рисунком. После чего водорастворимый материал растворяют, и получают заданную сетчатую конструкцию.

В результате полученная сетчатая конструкция может содержать и ячейки 1 в виде ромбов, квадратов шестиугольников и т.д., то есть ячейки любой заданной формы и размеров, расположенных в любой последовательности. При этом все стороны 3 всех ячеек 1 сетчатой конструкции имеют одинаковую толщину за счет определенного, специально разработанного для данного рисунка в программном обеспечении компьютера алгоритма траектории настрачивания 4 данной сетчатой конструкции, который определяют в зависимости от рисунка и необходимой толщины стороны 3 каждой ячейки 1 сетчатой конструкции, а толщину стороны, которая зависит от числа слоев-прострочек данной стороны 3 определяют в зависимости от необходимой заданной прочности (Фиг. 2). Так при средней прочности, например, число слоев-прострочек каждой стороны 3 будет составлять – 2, для высокой прочности число слоев-прострочек каждой стороны 3 будет составлять – 4.

При этом в специальное программное обеспечение компьютера вводят все параметры рисунка данной сетчатой конструкции, то есть форму и размеры каждой ячейки 1, их порядок чередования, а также количество слоев-прострочек стороны 3 каждой ячейки 1. И в программе, в зависимости от этих введенных данных формируется определенный алгоритм настрачивания данной сетчатой конструкции, который в виде файла, вводят в процессор вышивальной машины, и настрачивание нитями происходит в соответствии с данным алгоритмом таким образом, чтобы каждая сторона 3 каждой ячейки 1 сетчатой конструкции имела одинаковую толщину за счет одинакового количества слоев-прострочек каждой стороны нитью по всей площади сетчатой конструкции.

В качестве нити могут использовать жгуты, ленты, шнуры, пряжу, ровинг, выполненные из материалов как органического, так и неорганического происхождения, в частности из хлопчатобумажных, акриловых, шерстяных, углеродных, стеклянных волокон.

Настрачивание нитью образующих ячейки 1 сторон 3 производят зигзагообразной или прямой строчкой. При этом настрачивание сетчатой оболочки несколькими отдельными нитями производят в соответствии с одной, заданной в виде файла, траекторией настрачивания 4 рисунка, а настрачивание сетчатой оболочки одной непрерывной нитью производят в соответствии с другой, заданной в виде файла, траекторией настрачивания 4 рисунка сетчатой оболочки (Фиг. 2-4).

Так при способе изготовления сетчатой конструкции несколькими отдельными нитями, настрачивание образующих ее нитей по заданной траектории рисунка производят в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, и введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, в соответствии с которым настрачивание в каждой ячейке 1 осуществляют сначала только по двум сторонам 3, принадлежащим этой ячейке, при этом следующая смежная сторона 3, по которой производят настрачивание, не должна принадлежать той же ячейке 1, при этом структура сетчатой конструкции всегда имеет на границе незамкнутые ячейки 1 с двумя свободными сторонами 3, которые соединены со смежными сторонами 3 соседних ячеек 1 только одной вершиной 2, и вдоль этих свободных сторон настрачивание производят в начале и в конце всего цикла настрачивания каждой отдельной нити, исключая, таким образом, наличие незакрепленных концов нити в середине сетчатой конструкции (Фиг. 3).

При изготовлении сетчатой оболочки одной непрерывной нитью, настрачивание по заданной траектории 4 рисунка производят в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, при котором настрачивание осуществляют сначала по краевой стороне 3, смежной с некраевой стороной 3, в направлении некраевой стороны 3, после чего настрачивание производят по всем краевым сторонам 3, принадлежащим этой ячейке 1, при этом, если число сторон 3 одной ячейки 1, по которым проложена нить четное, то следующая смежная с краевой сторона 3 ячейки1 не должна принадлежать той же ячейке 1, а если число сторон 3 одной ячейки 1, по которым проложена нить нечетное, то следующая смежная с краевой сторона 3 ячейки 1 должна принадлежать той же ячейке 1 (Фиг. 4).

При этом сначала определяют количество слоев-прострочек для стороны 3 всех ячеек 1 данной сетчатой конструкции, необходимых для обеспечения заданной прочности сетчатой конструкции, после чего данные параметры заносят в программное обеспечение компьютера, где вырабатывается специальный алгоритм траектории настрачивания 4 данной сетчатой конструкции в соответствии с введенными параметрами, при этом данный выработанный алгоритм, в виде файла, вводят в процессор вышивальной машины, где считываются все заданные параметры и траектория настрачивания, и вышивальная машина производит автоматическое настрачивание в соответствии с введенным алгоритмом настрачивания.

Таким образом, способ изготовления сетчатой конструкции включает разработку схемы прокладывания нитей, образующих данную армирующую сетчатую конструкцию в соответствии с предложенными в данном изобретении принципами, и последующее изготовление сетчатой конструкции.

Данная сетчатая конструкция может быть изготовлена на автоматизированном вышивальном оборудовании путем настрачивания на водорастворимый материал-основу зигзагообразной строчкой в соответствии с разработанной схемой, удаления материала-основы путем растворения в воде.

Изготовленную, вышеприведенным способом, сетчатую конструкцию затем соединяют с элементами преформ для изготовления деталей из полимерного композиционного материала для придания дополнительной прочности данным деталям.

Изобретение позволяет изготавливать сетчатую конструкцию, имеющую нерегулярное распределение ячеек 1 разного размера по площади полотна, в зависимости от требуемых показателей плотности, жесткости и прочности оболочки в заданных областях, что значительно расширяет функциональные возможности данного изобретения.

При этом, возможность задания и определения определенной одинаковой плотности каждой стороны 3 сетчатой конструкции за счет одинакового количества слоев-прострочек каждой стороны 3 позволяет значительно повысить прочность и надежность сетчатой конструкции.

А оригинальный способ изготовления данной сетчатой конструкции, за счет ее настрачивания на водорастворимом материале, обеспечивает снижение трудоемкости и затрат на изготовление сетчатой конструкции.

Также данную сетчатую конструкцию можно изготовить как с использованием нескольких отдельных нитей, начинающихся и заканчивающихся на краях оболочки, так и одной непрерывной нитью. Оба варианта исполнения исключают наличие свободных, незакрепленных концов нитей в середине оболочки, ухудшающих прочностные показатели изделия. Каждая сторона каждой ячейки сетчатой оболочки содержит одинаковое число нитей, таким образом, прочностные характеристики оболочки зависят от самой структуры, а не от прочности отдельных сторон.

Как очевидно специалистам в данной области техники, данное изобретение легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данного изобретения.

При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем изобретения представлен его формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данного изобретения.

Предлагаемое изобретение относится к текстильной промышленности, а именно к сетчатым конструкциям из текстильных материалов и способам их изготовления, и может быть использовано в качестве армирующих элементов изделий из полимерных композиционных материалов в области машиностроения, в космической и авиационной технике, в силовых элементах конструкции и обшивки планера самолета, кузовов автомобилей. Сетчатая конструкция из нити содержит соединенные между собой ячейки разных форм и размеров, расположенные в любой последовательности, в любом порядке, которые получены путем настрачивания нитью, на водорастворимом материале-основе ячеек сторон и их пересечений вышивальной машиной с процессорным программным управлением, в соответствии с алгоритмом настрачивания рисунка сетчатой конструкции, и количеством слоев-прострочек каждой стороны ячейки, который сформирован в программном обеспечении компьютера, при этом сетчатая конструкция выполнена с возможностью растворения материала-основы после настрачивания всего рисунка сетчатой конструкции, все стороны ячеек сетчатой конструкции имеют одинаковую толщину, за счет одинакового количества слоев-прострочек каждой стороны ячейки нитью по всей площади сетчатой конструкции. Способ изготовления сетчатой конструкции, включающий изготовление сетчатой конструкции по заданной траектории рисунка, который производят в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, и введенным в виде файла в процессор вышивальной машины. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сетчатая конструкция из нити, содержащая соединенные между собой ячейки разных форм и размеров, отличающаяся тем, что содержит соединенные между собой ячейки, расположенные в любой последовательности, в любом порядке, которые получены путем настрачивания нитью на водорастворимом материале-основе ячеек сторон и их пересечений вышивальной машиной с процессорным программным управлением, в соответствии с алгоритмом настрачивания рисунка сетчатой конструкции, и количеством слоев-прострочек каждой стороны ячейки, который сформирован в программном обеспечении компьютера, при этом сетчатая конструкция выполнена с возможностью растворения материала-основы после настрачивания всего рисунка сетчатой конструкции, все стороны ячеек сетчатой конструкции имеют одинаковую толщину, за счет одинакового количества слоев-прострочек каждой стороны ячейки нитью по всей площади сетчатой конструкции.

2. Сетчатая конструкция из нити по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве нити используют жгуты, ленты, шнуры, пряжу, ровинг, выполненные из материалов как органического, так и неорганического происхождения, а также из хлопчатобумажных, акриловых, шерстяных, углеродных, стеклянных волокон.

3. Сетчатая конструкция из нити по п. 1, отличающаяся тем, что настрачивание нитью образующих ячейки сторон выполнено зигзагообразной или прямой строчкой.

4. Способ изготовления сетчатой конструкции из нити, при котором сначала определяют размеры и формы ячеек, а также порядок распределения ячеек в сетчатой конструкции, и отображают эти данные на рисунке, затем определяют толщину стороны ячейки сетчатой конструкции, которую задают количеством слоев-прострочек данной стороны ячейки, после чего вводят эти данные в программное обеспечение компьютера, где формируют алгоритм траектории настрачивания сетчатой конструкции в соответствии с введенными параметрами и рисунком сетчатой конструкции, при этом алгоритм траектории настрачивания в виде файла вводят в процессор вышивальной машины, где считывается алгоритм настрачивания траектории рисунка заданной сетчатой конструкции, после чего вышивальная машина производит автоматическое настрачивание сторон ячеек и их пересечений зигзагообразной строчкой на водорастворимом материале-основе, после чего производят растворение в воде материала-основы, и получают сетчатую конструкцию из нити в соответствии с заданным рисунком и толщиной стороны ячейки, при которой каждая сторона каждой ячейки сетчатой конструкции будет содержать одинаковое количество слоев-прострочек нитью как при настрачивании несколькими отдельными нитями, так и при настрачивании одной непрерывной нитью.

5. Способ изготовления сетчатой конструкции по п. 4, отличающийся тем, что при изготовлении сетчатой конструкции несколькими отдельными нитями настрачивание образующих ее нитей по заданной траектории рисунка производят в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, и введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, в соответствии с которым настрачивание в каждой ячейке осуществляют сначала только по двум сторонам, принадлежащим этой ячейке, при этом следующая смежная сторона, по которой производят настрачивание, не должна принадлежать той же ячейке, а структура сетчатой конструкции имеет незамкнутые ячейки с двумя свободными сторонами, которые соединены со смежными сторонами соседних ячеек только одной вершиной, и вдоль этих свободных сторон настрачивание производят в начале и в конце всего цикла настрачивания каждой отдельной нитью, исключая, таким образом, незакрепленных концов нити в середине сетчатой конструкции.

6. Способ изготовления сетчатой конструкции по п. 4, отличающийся тем, что при изготовлении сетчатой оболочки одной непрерывной нитью настрачивание по заданной траектории рисунка производят в соответствии с алгоритмом, разработанным в программном обеспечении компьютера, введенным в виде файла в процессор вышивальной машины, и считанным процессором вышивальной машины, при котором настрачивание осуществляют сначала по краевой стороне, смежной с некраевой стороной, в направлении некраевой стороны, после чего настрачивание производят по всем краевым сторонам, принадлежащим этой ячейке, при этом если число сторон одной ячейки, по которым проложена непрерывная нить, четное, то следующая смежная с краевой сторона ячейки не должна принадлежать той же ячейке, а если число сторон одной ячейки, по которым проложена непрерывная нить, нечетное, то следующая смежная с краевой сторона ячейки должна принадлежать той же ячейке.

7. Способ изготовления сетчатой конструкции по п. 4, отличающийся тем, что количество слоев-прострочек каждой стороны ячейки определяют в зависимости от необходимой прочности сетчатой конструкции, два слоя-прострочек каждой стороны ячейки для сетчатых конструкций средней прочности, и четыре слоя-прострочек каждой стороны ячейки для сетчатых конструкций высокой прочности.