Tehnike obrade strukture tkanja vlakana
Tradicionalno 2D tkanje uključuje preplitanje niti osnove i potke na tkalačkom stanu ili stroju za tkanje s više krakova kako bi se stvorile strukture ravnog, keper i satenskog tkanja. Proces tkanja sastoji se od pet osnovnih radnji: prolijevanje, branje, otkucavanje, uzimanje i puštanje. Dostupne su razne tehnike linjanja, kao što su šatl, rapir i zračni mlaz. Jednoslojni 2D proces tkanja također se može primijeniti za tkanje određenih 3D tkanih struktura, uključujući 3D ortogonalne i kutno-isprepletene strukture, 3D šuplje razmakničke strukture s međuslojevima tkanine i saćastim strukturama, 3D školjkaste strukture i 3D čvorne strukture. Slika 1 ilustrira principe 2D tkanja za proizvodnju konvencionalnih 2D i 3D tkanih struktura s kutnim spojem.
Slika 1: Principi 2D tkanja za 2D i 3D tkane strukture
Dok se tradicionalne 2D tehnike tkanja mogu koristiti za proizvodnju raznih čvrstih 3D tkanih struktura, dimenzija debljine je ograničena. Iz tog razloga razvijeni su specijalizirani 3D strojevi za tkanje za proizvodnju 3D tkanina. Jedan od najranijih strojeva razvijenih u inozemstvu poseban je tkalački stan koji se koristi za proizvodnju ortogonalnih struktura s nitima X, Y i Z, kao što je prikazano na slici 2.
Slika 2: Specijalizirani 3D stroj za tkanje za proizvodnju 3D ortogonalnih struktura
U procesu tkanja, vlakna u smjeru Z ostaju nepomična dok su X vlakna prvo umetnuta i udarena u odgovarajući položaj, nakon čega slijedi umetanje i udaranje Y vlakana u njihove odgovarajuće položaje. Ova se operacija ponavlja kako bi se stvorila kompaktna struktura dok se ne postigne željena visina, što rezultira 3D strukturom pravokutnog presjeka. Nakon toga, u inozemstvu je razvijen 3D stroj za tkanje s dvostrukim otvaranjem. Ovaj sustav otvaranja omogućuje da se niti osnove isprepliću s nitima potke vodoravno i okomito. Ova posebna tehnika 3D tkanja također može izravno proizvesti tkane oblikovane materijale, pružajući krajnji strukturni integritet čak i kada je tkanina izrezana ili oštećena.
Proizvodnja troosnih tkalačkih struktura postiže se integracijom tradicionalnih 2D tkanja i automatiziranih tehnika tkanja. Tipični stroj za tkanje s tri osi, koji je dizajnirao Dow, a proizveo Barber-Colman, prikazan je na slici 2.28. Ova oprema koristi rotirajući kotač s vretenima za polaganje niti osnove i koristi rub rapira za stvaranje otvora za umetanje niti potke.
Slika 3: Rotirajući kotač s vretenima za izradu troosnih tkalačkih struktura
Tehnike obrade vlaknastih pletivnih struktura
Načela osnovnog pletenja i pletenja potke ilustrirana su na slici 4. U strukturama osnovnog pletenja, svaka igla na ležištu igle kontinuirano se uvlači i oblikuje petlje s istom pređom osnove unutar ciklusa pletenja. Točnije, igle A, B, C i D uzastopno se uvode istom pređom osnove, što rezultira dijelom tkanine s omčama (E, F, G, H). U strukturama pletenja potke, unutar istog ciklusa pletenja, dovođenje pređe i formiranje petlje odvija se na svakoj igli u iglenoj šipki. Sve igle u iglenoj šipki (A, B, C i D) pojedinačno su preklopljene zasebnim vodilicama pređe potke (E, F, G i H).
Slika 4: Principi pletenja vlaknastih struktura: (gore) osnovno pletenje; (dno) pletenje potke
Kružno pletenje potke karakterizira proizvodnja cjevastih struktura tkanine. Međutim, pletenje s ravnom potkom nudi veću fleksibilnost u konstruiranju raznih vrsta cjevastih struktura, uključujući jednostruke cijevi, račvaste cijevi i cijevi s više ogranaka, zbog svoje mogućnosti pojedinačnog odabira igle, prijenosa petlje, višesustavnog pletenja i upotrebe udubljivači i tlačitelji. Slika 5 prikazuje pletenje jedne cijevi pomoću odabranih igala na kompjuteriziranom stroju za ravno pletenje.
Slika 5: Pletenje jedne cijevi na kompjuteriziranom stroju za ravno pletenje
Cjevasto pletenje postiže se naizmjeničnim pletenjem pređe na dvije igle i prenošenjem pređe s jedne na drugu samo na rubovima kako bi se oblikovala cijev. Kombinacijom cjevastog pletenja s tehnikama unutarnjeg pletenja mogu se postići različite varijante jednocijevnih struktura pletenja.
Intarzija tehnologija pletenja omogućuje strojevima za pletenje korištenje više različitih vlakana za pletenje različitih dijelova tkanine. Vlakna se mogu koristiti pojedinačno ili u kombinaciji. Ovom se tehnikom može oblikovati jedna cijev tako da se početno plete određena duljina s jednim vlaknom, a zatim se uvede drugo vlakno kako bi se istodobno oblikovale dvije cijevi, što rezultira račvanom cijevi. Slično, upotrebom većeg broja vlakana, mogu se oblikovati strukture višekrakih cijevi.
Svestranost računalnih ravnih strojeva za pletenje omogućuje mogućnost tkanja 3D struktura sa složenijim oblicima, kao što su kupole, kugle i kutije, kao što je prikazano na slici 6. 2D ponavljajući segment oblikovanja može formirati pletenu kupolastu strukturu (Slika 6(b) )). Ovaj 2D segment postiže se uzastopnim povećavanjem i smanjivanjem broja igala u akciji. Svaki segment oblikovanja predstavlja operaciju postupnog širenja, a zatim sužavanja tkanine. Vrsta segmenta za oblikovanje utječe na kut i omjer visine i baze kupole, dok broj segmenata za oblikovanje utječe na oblik kupole. Zamjenom eliptičnih segmenata kupole trokutastim segmentima može se formirati kutijasta struktura.
Slika 6: (a) Kružna kupola, (b) Struktura pletene kupole, (c) Pletena kugla, (d) Pletena kutija
Kao što je prikazano na slici 6(d), za kupolaste strukture, linije koje predstavljaju smanjenje ili povećanje broja radnih igala su linearne, a ne zakrivljene. Vrsta segmenta za oblikovanje utječe na kut dobivenog kvadra. Odnos broja igala za oblikovanje i neoblikovanje određuje omjer stranica dobivene kutije. Mogućnost promjene broja igala za pletenje pruža najveći potencijal za kompjuterizirane plosnate strojeve za pletenje za stvaranje različitih 3D oblika.
Intervalne strukture proizvode se pomoću dva seta igala na kružnim strojevima za pletenje s ravnom potkom ili na strojevima za pletenje osnove. Strojevi za kružno pletenje potke opremljeni cilindrom i diskom mogu proizvoditi intervalne tkanine, gdje su pojedinačni vanjski slojevi povezani vlaknima. Intervalne tkanine na strojevima za kružno pletenje potke stvaraju se pletenjem dvije različite tkanine odvojeno pomoću zasuna i cilindričnih igala, a zatim spajanjem dvaju slojeva ušcima na zasunu i cilindričnim iglama (Slika 7).
Slika 7: Izrada intervalnih tkanina na kružnom potkanom pletaču: (a) dvokrevetna kružna pletiva; (b) Pletenje intervalne tkanine na kružnom stroju
Razmak između dva odvojena sloja tkanine može se prilagoditi promjenom visine igala zasuna u odnosu na cilindar stroja. Unaprijed postavljena debljina tkanine intervala na ovaj način može biti u rasponu od 1,5 do 5,5 milimetara. Slično proizvodnji intervalnih tkanina na kružnim strojevima, intervalne tkanine s intervalnim slojevima pređe proizvode se na ravnim pletaćim strojevima tako da se formiraju dva neovisna sloja tkanine na prednjem i stražnjem ležištu igle, a zatim se spajaju ušcima na oba ležišta igle (slika 8).
Slika 8: Proizvodnja intervalnih tkanina na kompjutoriziranom plosnatom pletaćem stroju: (a) Kompjuterizirani plosnati pletaći stroj; (b) Pletenje intervalne tkanine na ravnom stroju
Udaljenost između dva kreveta igle određuje debljinu tkanine intervala. Za razliku od strojeva za pletenje kružne potke, udaljenost između dva igla u strojevima za pletenje ravne potke obično je fiksirana na oko 4 milimetra. Razlika između intervalnih tkanina pletenih potkom i drugih vrsta intervalnih tkanina je u tome što su njihova tri osnovna strukturna elementa (tj. gornji sloj, donji sloj i intervalni sloj) zajedno pleteni u istom ciklusu pletenja. Intervalne tkanine pletene potkom proizvode se na Raschel strojevima s dvostrukom iglom, kao što je prikazano na slici 9(a). Kada vodilice 1 i 2 preklapaju prednju iglenicu, a vodilice 5 i 6 preklapaju stražnju iglenicu (pletenje gornjeg i donjeg sloja), vodilice 3 i 4 uzastopno preklapaju intervalnu pređu oko obje iglenice. Slika 9(b) ilustrira proces proizvodnje intervalnih tkanina na Raschel stroju RD 6 s dvostrukom iglom.
Slika 9: Proizvodnja intervalnih tkanina na Raschel stroju s dvostrukom iglom: (gore) Shematski prikaz principa; (dolje) Dijagram opreme