Технологія обробки волоконно-ткацької структури
Традиційне двовимірне ткацтво передбачає переплетення ниток основи та качка на ткацькому верстаті або багаторукавній ткацькій машині для створення структур гладкого, саржевого та атласного переплетення. Процес плетіння складається з п'яти основних дій: осипання, збирання, збивання, підняття та відпускання. Існують різні техніки линьки, такі як човник, рапіра та повітряний струмінь. Процес одношарового двовимірного плетіння також може бути застосований для плетіння певних тривимірних тканих структур, включаючи тривимірні ортогональні та кутові структури, тривимірні порожнисті дистанційні структури з прошарками тканини та стільникові структури, тривимірні оболонкові структури та тривимірні вузлові структури. На малюнку 1 показано принципи двовимірного плетіння для виготовлення звичайних двовимірних і тривимірних тканих конструкцій з кутовим блокуванням.
Малюнок 1: Принципи 2D плетіння для 2D і 3D тканих структур
Незважаючи на те, що традиційні методи 2D плетіння можна використовувати для створення різних суцільних 3D тканих структур, розмір товщини обмежений. З цієї причини були розроблені спеціалізовані 3D-ткацькі верстати для виготовлення 3D-тканини. Однією з найперших машин, розроблених за кордоном, є спеціальний ткацький верстат, який використовується для виготовлення ортогональних структур з нитками X, Y та Z, як показано на малюнку 2.
Рисунок 2: Спеціалізований 3D-ткацький верстат для виготовлення 3D-ортогональних структур
У процесі плетіння волокна в Z-напрямку залишаються нерухомими, тоді як волокна X спочатку вставляють і збивають у відповідне положення, а потім вставляють і збивають волокна Y у відповідні положення. Ця операція повторюється, щоб створити компактну структуру, доки не буде досягнуто бажаної висоти, в результаті чого утворюється тривимірна структура прямокутного перерізу. Згодом за кордоном була розроблена тривимірна ткацька машина з подвійним відкриттям. Ця система відкриття дозволяє ниткам основи переплітатися з нитками качка як горизонтально, так і вертикально. Ця спеціальна техніка тривимірного плетіння також може безпосередньо виробляти ткані формовані матеріали, забезпечуючи остаточну структурну цілісність, навіть якщо тканина порізана або пошкоджена.
Виробництво тривісних ткацьких структур досягається за рахунок інтеграції традиційного 2D плетіння та автоматизованих методів плетіння. Типовий тривісний ткацький верстат, розроблений Dow і виготовлений Barber-Colman, показаний на малюнку 2.28. У цьому обладнанні використовується обертове колесо зі шпинделями для укладання ниток основи та використовується кромка рапіри для створення навісу для вставлення ниток піткання.
Рисунок 3: Обертове колесо зі шпинделями для виготовлення тривісних ткацьких структур
Технологія обробки волокон в'язальних структур
Принципи в’язання основою та утоком показано на малюнку 4. У структурах основов’язання кожна голка на голковому ложі безперервно подається та утворює петлі з тієї самої нитки основи протягом циклу в’язання. Зокрема, голки A, B, C і D послідовно подаються тією самою ниткою основи, в результаті чого утворюється ділянка тканини з петлями (E, F, G, H). У структурах в’язання за пітканням у межах одного циклу в’язання подача пряжі та формування петлі відбуваються на кожній голці в голковому стрижні. Усі голки в голковій планці (A, B, C і D) окремо перекриваються окремими нитководцями (E, F, G і H).
Малюнок 4: Принципи в’язання волокнистих структур: (вгорі) основов’язання; (низ) уточне в'язання
Кругове в'язання характеризується виготовленням трубчастих структур полотна. Проте в’язання з плоским утоком пропонує більшу гнучкість у створенні різних типів трубчастих структур, включаючи одинарні труби, роздвоєні труби та труби з кількома розгалуженнями, завдяки можливості індивідуального вибору голки, перенесення петлі, багатосистемного в’язання та використання грузила і преси. Малюнок 5 ілюструє в’язання однієї труби з використанням обраних голок на комп’ютеризованій плосков’язальній машині.
Рисунок 5: В’язання однієї труби на комп’ютеризованій плосков’язальній машині
Трубчасте в'язання досягається шляхом почергового в'язання пряжі на двох спицях і перенесення пряжі з одного ложа на інше лише по краях, щоб утворити трубку. Поєднуючи трубчасте в’язання з технікою внутрішнього в’язання, можна досягти різноманітних варіацій однотрубних в’язальних структур.
Технологія в’язання Intarsia дозволяє в’язальним машинам використовувати кілька різних волокон для в’язання різних частин полотна. Волокна можна використовувати окремо або в комбінації. За допомогою цієї техніки можна сформувати одну трубку, спочатку пров’язавши певну довжину одним волокном, а потім ввівши інше волокно, щоб одночасно сформувати дві трубки, в результаті чого утворюється роздвоєна трубка. Так само, використовуючи більше волокон, можна сформувати багаторозгалужені трубчасті структури.
Універсальність комп’ютеризованих плоских в’язальних машин дає можливість створювати 3D-структури складніших форм, наприклад куполи, сфери та коробки, як показано на малюнку 6. 2D-сегмент повторюваної форми може сформувати в’язану купольну структуру (малюнок 6(b) )). Цей двовимірний сегмент досягається шляхом багаторазового збільшення та зменшення кількості діючих голок. Кожен формуючий сегмент представляє операцію поступового розширення, а потім звуження тканини. Тип формуючого сегмента впливає на кут і співвідношення висоти до основи купола, а кількість формуючих сегментів впливає на форму купола. Замінивши еліптичні сегменти купола трикутними сегментами, можна сформувати коробчату структуру.
Рисунок 6: (a) Круглий купол, (b) В’язана купольна структура, (c) В’язана сфера, (d) В’язана коробка
Як показано на малюнку 6(d), для купольних конструкцій лінії, що представляють зменшення або збільшення кількості робочих голок, є лінійними, а не вигнутими. Тип формоподібного сегмента впливає на кут отриманого паралелепіпеда. Співвідношення кількості формуючих і неформуючих голок визначає співвідношення сторін отриманої коробки. Можливість змінювати кількість спиць забезпечує найбільший потенціал комп’ютеризованих плоских в’язальних машин для створення різноманітних тривимірних форм.
Інтервальні структури виготовляються за допомогою двох наборів голок на круглов’язальних машинах, в’язальних машинах з плоским утоком або основов’язальних машинах. Кругловязальні машини, оснащені циліндром і диском, можуть виготовляти інтервальні полотна, де окремі зовнішні шари з'єднані волокнами. Інтервальні полотна на круглов’язальних машинах створюють шляхом окремого в’язання двох різних полотен за допомогою фіксатора та циліндричних голок, а потім з’єднують два шари за допомогою витягів на фіксаторі та циліндричних голках (Малюнок 7).
Малюнок 7: Виробництво інтервальних полотен на круглов’язальній машині: (а) Двоспальна круглов’язальна машина; (b) В’язання інтервального полотна на круглій машині
Відстань між двома окремими шарами тканини можна регулювати, змінюючи висоту голок фіксатора відносно циліндра машини. Задана товщина інтервального полотна таким чином може становити від 1,5 до 5,5 міліметрів. Подібно до виробництва інтервальних тканин на круглих машинах, інтервальні тканини з інтервальними шарами пряжі виготовляються на плосков’язальних машинах шляхом формування двох незалежних шарів тканини на передній і задній голках, а потім з’єднання їх за допомогою виточки на обох голках (рис. 8).
Рисунок 8: Виробництво інтервальних тканин на комп’ютеризованій плосков’язальній машині: (a) Комп’ютеризована плосков’язальна машина; (b) В’язання інтервального полотна на верстаті
Відстань між двома голками визначає товщину інтервальної тканини. На відміну від машин для в’язання з круглим утоком, відстань між двома голков’язними машинами для в’язання з плоским утоком зазвичай становить близько 4 міліметрів. Різниця між трикотажними проміжними полотнами з утоком та іншими типами проміжних полотен полягає в тому, що їх три основні структурні елементи (тобто верхній шар, нижній шар і проміжний шар) в’яжуться разом в одному циклі в’язання. Трикотажні інтервальні тканини з утоком виготовляються на двоголкових машинах Raschel, як показано на малюнку 9(a). Коли напрямні 1 і 2 перекривають передню голку, а напрямні 5 і 6 перекривають задню голку (в’яжучи верхній і нижній шари відповідно), напрямні 3 і 4 послідовно перекривають проміжну пряжу навколо обох голок. Рисунок 9(b) ілюструє процес виробництва інтервальних тканин на двоголковій машині Raschel RD 6.
Рисунок 9: Виробництво інтервальних тканин на двоголковій машині Raschel: (вгорі) Схематичне зображення принципу; (внизу) Схема обладнання