Tehnike obrade strukture tkanja vlakana
Tradicionalno 2D tkanje uključuje preplitanje niti osnove i potke na tkalačkom stroju ili višekrakom tkalačkom stroju kako bi se stvorile obične, keper i satenske strukture tkanja. Proces tkanja sastoji se od pet osnovnih radnji: linjanja, branja, udaranja, uzimanja i puštanja. Dostupne su različite tehnike prolivanja, kao što su šatl, rapir i zračni mlaz. Proces jednoslojnog 2D tkanja se također može primijeniti na tkanje određenih 3D tkanih struktura, uključujući 3D ortogonalne i ugaone međusobno povezane strukture, 3D šuplje odstojne strukture sa međuslojevima tkanine i strukturama saća, 3D strukture ljuske i 3D čvorne strukture. Slika 1 ilustruje principe 2D tkanja za proizvodnju i konvencionalnih 2D i 3D tkanih struktura sa ugaonom blokadom.
Slika 1: Principi 2D tkanja za 2D i 3D tkane strukture
Dok se tradicionalne 2D tehnike tkanja mogu koristiti za proizvodnju različitih čvrstih 3D tkanih struktura, dimenzija debljine je ograničena. Iz tog razloga razvijene su specijalizovane 3D mašine za tkanje za proizvodnju 3D tkanih tkanina. Jedna od najranijih mašina razvijenih u inostranstvu je poseban tkalački stan koji se koristi za proizvodnju ortogonalnih struktura sa X, Y i Z pređom, kao što je prikazano na slici 2.
Slika 2: Specijalizovana 3D mašina za tkanje za proizvodnju 3D ortogonalnih struktura
U procesu tkanja, vlakna u Z-smjeru ostaju nepomična dok se X vlakna prvo ubacuju i tuku u odgovarajući položaj, nakon čega slijedi umetanje i udaranje Y vlakana u njihove odgovarajuće pozicije. Ova operacija se ponavlja kako bi se stvorila kompaktna struktura dok se ne postigne željena visina, što rezultira 3D strukturom pravokutnog poprečnog presjeka. Nakon toga, u inostranstvu je razvijena 3D mašina za tkanje sa dvostrukim otvaranjem. Ovaj sistem otvaranja omogućava da se prediva osnove prepliću sa pređom potke i horizontalno i vertikalno. Ova specijalna tehnika 3D tkanja također može direktno proizvesti tkane oblikovane materijale, pružajući vrhunski strukturalni integritet čak i kada je tkanina izrezana ili oštećena.
Proizvodnja troosnih struktura tkanja postiže se integracijom tradicionalnog 2D tkanja i automatiziranih tehnika tkanja. Tipična troosna mašina za tkanje, koju je dizajnirao Dow, a proizveo Barber-Colman, prikazana je na slici 2.28. Ova oprema koristi rotirajući točak sa vretenima za polaganje prediva osnove i koristi ivicu rapira za stvaranje otvora za umetanje pređe potke.
Slika 3: Rotirajući točak sa vretenima za izradu troosnih konstrukcija za tkanje
Tehnike obrade vlaknastih pletenih struktura
Principi pletenja osnove i potke ilustrovani su na slici 4. U strukturama za pletenje osnove, svaka igla na igličastom ležištu kontinuirano se uvlači i formira petlje sa istim osnovnim pređom unutar ciklusa pletenja. Konkretno, igle A, B, C i D se uzastopno napajaju istom osnovnom pređom, što rezultira dijelom tkanine u petlji (E, F, G, H). U strukturama za pletenje potke, unutar istog ciklusa pletenja, dovod pređe i formiranje petlje se dešavaju na svakoj igli u šipki igle. Sve igle u šipki za igle (A, B, C i D) se pojedinačno preklapaju odvojenim vodilicama za potku (E, F, G i H).
Slika 4: Principi pletenja vlaknastih struktura: (gore) pletenje osnove; (donje) pletenje potkom
Kružno pletenje potke karakterizira izrada cjevastih struktura tkanine. Međutim, ravno pletenje potke nudi veću fleksibilnost u konstruiranju različitih tipova cevastih struktura, uključujući pojedinačne cijevi, bifurkirane cijevi i cijevi s više ogranaka, zbog svoje sposobnosti individualnog odabira igle, prijenosa petlje, višesistemskog pletenja i upotrebe sinkers i pressers. Slika 5 ilustruje pletenje jedne cijevi pomoću odabranih igala na kompjuteriziranoj mašini za ravno pletenje.
Slika 5: Pletenje jedne cijevi na kompjuteriziranoj mašini za ravno pletenje
Cjevasto pletenje postiže se naizmjeničnim pletenjem pređe na dvije igle i prenošenjem pređe s jedne na drugu leju samo na rubovima kako bi se formirala cijev. Kombinacijom cevastog pletenja sa tehnikama unutrašnjeg pletenja mogu se postići različite varijacije jednocevnih pletenih struktura.
Intarzija tehnologija pletenja omogućava mašinama za pletenje da koriste više različitih vlakana za pletenje različitih dijelova tkanine. Vlakna se mogu koristiti pojedinačno ili u kombinaciji. Ovom tehnikom može se formirati jedna cijev tako što se u početku plete određena dužina jednim vlaknom, a zatim uvede drugo vlakno da bi se istovremeno formirale dvije cijevi, što rezultira račvanom cijevi. Slično, korištenjem više vlakana, mogu se formirati višekrake cijevne strukture.
Raznovrsnost kompjuterizovanih mašina za ravno pletenje omogućava mogućnost tkanja 3D struktura složenijih oblika, kao što su kupole, sfere i kutije, kao što je prikazano na slici 6. 2D segment koji se ponavlja može formirati pletenu kupolastu strukturu (slika 6(b). )). Ovaj 2D segment se postiže uzastopnim povećanjem i smanjenjem broja igala u akciji. Svaki segment oblikovanja predstavlja operaciju postepenog širenja, a zatim sužavanja tkanine. Tip oblikovanog segmenta utiče na ugao i odnos visine i osnove kupole, dok broj segmenata oblikovanja utiče na oblik kupole. Zamjenom eliptičnih segmenata kupole trokutastim segmentima može se formirati kutijasta struktura.
Slika 6: (a) Kružna kupola, (b) Pletena kupolasta struktura, (c) Pletena sfera, (d) Pletena kutija
Kao što je prikazano na slici 6(d), za strukture kupole, linije koje predstavljaju smanjenje ili povećanje broja operativnih igala su linearne, a ne zakrivljene. Tip segmenta oblikovanja utiče na ugao rezultujućeg kvadra. Odnos između broja igala za oblikovanje i neoblikovanih igala određuje odnos širine i visine dobijene kutije. Mogućnost promjene broja igala za pletenje pruža najveći potencijal kompjuteriziranim mašinama za ravno pletenje za stvaranje različitih 3D oblika.
Intervalne strukture se proizvode pomoću dva seta igala na mašinama za kružno, ravno pletenje potke ili osnove. Mašine za kružno pletenje potke opremljene cilindrom i diskom mogu proizvoditi intervalne tkanine, gdje su pojedinačni vanjski slojevi povezani vlaknima. Intervalne tkanine na mašinama za pletenje kružne potke stvaraju se pletenjem dvije različite tkanine odvojeno pomoću zasun i cilindrične igle, a zatim spajanjem dva sloja utorima na zasun i cilindrične igle (slika 7).
Slika 7: Proizvodnja intervalnih tkanina na mašini za kružno pletenje potke: (a) Dvokrevetna kružna mašina za pletenje; (b) Pletenje u intervalima na kružnoj mašini
Udaljenost između dva odvojena sloja tkanine može se podesiti promjenom visine igala za zatvaranje u odnosu na cilindar mašine. Prethodno podešena debljina intervalne tkanine na ovaj način može biti u rasponu od 1,5 do 5,5 milimetara. Slično kao kod proizvodnje intervalnih tkanina na kružnim mašinama, intervalne tkanine sa intervalnim slojevima prediva proizvode se na mašinama za ravno pletenje tako što se formiraju dva nezavisna sloja tkanine na prednjoj i zadnjoj igličastim ležajevima, a zatim se povezuju urezima na obe igle (slika 8).
Slika 8: Proizvodnja intervalnih tkanina na kompjuterizovanoj mašini za ravno pletenje: (a) Kompjuterizovana mašina za ravno pletenje; (b) Pletenje tkanine u intervalima na ravnoj mašini
Udaljenost između dva igla određuje debljinu intervalne tkanine. Za razliku od mašina za pletenje kružne potke, razmak između dva igla u mašinama za pletenje s ravnim potkom obično je fiksiran na oko 4 milimetra. Razlika između intervalnih tkanina pletenih potkom i drugih tipova intervalnih tkanina je u tome što su njihova tri osnovna strukturna elementa (tj. gornji sloj, donji sloj i intervalni sloj) pletena zajedno u istom ciklusu pletenja. Intervalne tkanine pletene potkom proizvode se na mašinama Raschel sa dvostrukom iglom, kao što je prikazano na slici 9(a). Kada se vodilice 1 i 2 preklapaju s prednjom iglom, a vodilice 5 i 6 se preklapaju sa stražnjom iglom (pletu gornji i donji sloj, redom), vodilice 3 i 4 uzastopno preklapaju intervalnu pređu oko obje igle. Slika 9(b) ilustruje proces proizvodnje intervalnih tkanina na Raschel mašini sa dvostrukom iglom RD 6.
Slika 9: Proizvodnja intervalnih tkanina na Raschel mašini sa dvostrukom iglom: (gore) Šematski prikaz principa; (dole) Dijagram opreme