Техники за обработка на структура за тъкане на влакна
Традиционното 2D тъкане включва преплитане на прежди от основа и вътък на стан или многораменна тъкачна машина, за да се създадат структури на гладко, кепър и сатенено тъкане. Процесът на тъкане се състои от пет основни действия: проливане, бране, биене, набиране и освобождаване. Има различни налични техники за линеене, като совалка, рапира и въздушна струя. Процесът на еднослойно 2D тъкане може да се приложи и за тъкане на определени 3D тъкани структури, включително 3D ортогонални и ъглови взаимосвързани структури, 3D кухи дистанционни структури с тъканни междинни слоеве и структури от пчелна пита, 3D черупкови структури и 3D възлови структури. Фигура 1 илюстрира принципите на 2D тъкане за производство както на конвенционални 2D, така и на 3D тъкани структури с ъглово заключване.
Фигура 1: 2D принципи на тъкане за 2D и 3D тъкани структури
Докато традиционните 2D техники за тъкане могат да се използват за производството на различни плътни 3D тъкани структури, размерът на дебелината е ограничен. Поради тази причина са разработени специализирани 3D тъкачни машини за производство на 3D тъкани. Една от най-ранните машини, разработени в чужбина, е специален стан, използван за производство на ортогонални структури с X, Y и Z прежди, както е показано на фигура 2.
Фигура 2: Специализирана 3D тъкачна машина за производство на 3D ортогонални структури
В процеса на тъкане влакната в Z-посока остават неподвижни, докато X влакната първо се вкарват и набиват в подходящата позиция, последвано от вмъкване и набиване на Y влакната в съответните им позиции. Тази операция се повтаря, за да се генерира компактна структура, докато се достигне желаната височина, което води до 3D структура с правоъгълно напречно сечение. Впоследствие в чужбина беше разработена 3D тъкачна машина с двойно отваряне. Тази система на отваряне позволява на нишките на основата да се преплитат с нишките на вътъка както хоризонтално, така и вертикално. Тази специална 3D техника на тъкане може също така директно да произвежда тъкани формовани материали, осигурявайки максимална структурна цялост, дори когато тъканта е срязана или повредена.
Производството на триосни тъкачни структури се постига чрез интегриране на традиционни 2D тъкачни техники и автоматизирани тъкачни техники. Типична триосна тъкачна машина, проектирана от Dow и произведена от Barber-Colman, е показана на фигура 2.28. Това оборудване използва въртящо се колело с шпиндели за полагане на нишките на основата и използва ръб на рапира, за да създаде навес за вмъкване на прежди от вътък.
Фигура 3: Въртящо се колело с шпиндели за производство на триосни структури за тъкане
Техники за обработка на влакнести плетачни структури
Принципите на основното плетене и вътъчното плетене са илюстрирани на фигура 4. В структурите на основното плетене всяка игла на игленото легло непрекъснато се подава и образува бримки с една и съща основна прежда в рамките на един цикъл на плетене. По-конкретно, игли A, B, C и D се подават последователно с една и съща основна прежда, което води до секция от плат с примки (E, F, G, H). При структури за плетене на вътък, в рамките на един и същ цикъл на плетене, подаването на преждата и образуването на бримка се извършват на всяка игла в иглената бара. Всички игли в иглената бара (A, B, C и D) се припокриват индивидуално от отделни водачи на вътъчна прежда (E, F, G и H).
Фигура 4: Принципи на плетене на влакнести структури: (отгоре) основно плетене; (долно) вътъчно плетиво
Плетенето с кръгъл вътък се характеризира с производството на тръбни тъканни структури. Плетенето с плосък вътък обаче предлага по-голяма гъвкавост при конструирането на различни видове тръбни структури, включително единични тръби, разклонени тръби и многоразклонени тръби, поради способността си за индивидуален избор на игла, прехвърляне на бримки, многосистемно плетене и използването на потъващи и притискачи. Фигура 5 илюстрира плетенето на единична тръба с помощта на избрани игли на компютъризирана плоска плетачна машина.
Фигура 5: Плетене на единична тръба на компютъризирана плоска плетачна машина
Тръбното плетене се постига чрез последователно изплитане на прежда на две иглени легла и прехвърляне на преждата от едното легло на другото само по краищата, за да се образува тръба. Чрез комбиниране на тръбно плетене с техники за вътрешно плетене могат да се постигнат различни вариации на структури за плетене с една тръба.
Технологията за плетене Intarsia позволява на плетачните машини да използват множество различни влакна за плетене на различни части от тъканта. Фибрите могат да се използват поотделно или в комбинация. С тази техника може да се оформи единична тръба чрез първоначално плетене на определена дължина с едно влакно и след това въвеждане на друго влакно за едновременно образуване на две тръби, което води до раздвоена тръба. По същия начин, чрез използване на повече влакна, могат да се формират многоразклонени тръбни структури.
Гъвкавостта на компютризираните плоски машини за плетене позволява възможността за тъкане на 3D структури с по-сложни форми, като куполи, сфери и кутии, както е показано на Фигура 6. 2D повтарящ се оформящ сегмент може да образува плетена куполна структура (Фигура 6(b) )). Този 2D сегмент се постига чрез многократно увеличаване и намаляване на броя на иглите в действие. Всеки оформящ сегмент представлява операция на постепенно разширяване и след това стесняване на тъканта. Видът на оформящия сегмент влияе върху ъгъла и съотношението на височината към основата на купола, докато броят на оформящите сегменти влияе върху формата на купола. Чрез замяна на елиптичните сегменти на купола с триъгълни сегменти може да се оформи структура, подобна на кутия.
Фигура 6: (a) Кръгъл купол, (b) Плетена куполна структура, (c) Плетена сфера, (d) Плетена кутия
Както е показано на фигура 6(d), за куполни структури, линиите, представляващи намаляването или увеличаването на броя на работещите игли, са линейни, а не извити. Видът на оформящия сегмент влияе върху ъгъла на получения кубоид. Съотношението между броя на оформящите и неоформящите игли определя аспектното съотношение на получената кутия. Възможността за промяна на броя на иглите за плетене предоставя най-големия потенциал на компютъризираните плоски машини за плетене за създаване на различни 3D форми.
Интервалните структури се произвеждат с помощта на два комплекта игли на машини за плетене с кръгъл, плосък вътък или плетачна основа. Плетачните машини с кръгъл вътък, оборудвани с цилиндър и диск, могат да произвеждат интервални тъкани, където отделните външни слоеве са свързани с влакна. Интервалните тъкани на машините за плетене с кръгъл вътък се създават чрез плетене на две различни тъкани поотделно, като се използват резето и цилиндричните игли, и след това се свързват двата слоя с резе върху резето и цилиндричните игли (Фигура 7).
Фигура 7: Производство на интервални тъкани на плетачна машина с кръгъл вътък: (a) Двойна плетачна машина с кръгъл вътък; (b) Плетене на интервална тъкан на кръгла машина
Разстоянието между двата отделни слоя плат може да се регулира чрез промяна на височината на иглите на резето спрямо цилиндъра на машината. Предварително зададената дебелина на интервалната тъкан по този начин може да варира от 1,5 до 5,5 милиметра. Подобно на производството на интервални тъкани на кръгли машини, интервалните тъкани с интервални слоеве на преждата се произвеждат на плоски плетачни машини чрез оформяне на два независими слоя плат на предното и задното иглени легла и след това ги свързват с изпъкналости на двете иглени легла (Фигура 8).
Фигура 8: Производство на интервални тъкани на компютъризирана плоска плетачна машина: (a) Компютъризирана плоска плетачна машина; (b) Плетене на интервална тъкан на плоска машина
Разстоянието между двете иглени легла определя дебелината на интервалния плат. За разлика от плетачните машини с кръгъл вътък, разстоянието между двете иглени легла при плетачните машини с плосък вътък обикновено е фиксирано на около 4 милиметра. Разликата между плетените с вътък интервални платове и другите видове интервални платове е, че техните три основни структурни елемента (т.е. горен слой, долен слой и интервален слой) се изплитат заедно в един и същ цикъл на плетене. Вътъчни плетени интервални платове се произвеждат на машини Raschel с двойна игла, както е показано на фигура 9(a). Когато водещи ленти 1 и 2 припокриват предната иглена греда, а водещи ленти 5 и 6 припокриват задната иглена бара (съответно плетене на горния и долния слой), водещи ленти 3 и 4 последователно припокриват интервалната прежда около двете иглени ленти. Фигура 9(b) илюстрира процеса на производство на интервални платове на машина Raschel с двойна игла RD 6.
Фигура 9: Производство на интервални тъкани на машина Raschel с двойна игла: (отгоре) Схематична илюстрация на принципа; (отдолу) Схема на оборудването