Технологии обработки волокнистых ткацких конструкций
Традиционное 2D-плетение предполагает переплетение нитей основы и утка на ткацком станке или многоплечем ткацком станке для создания структур полотняного, саржевого и атласного переплетения. Процесс плетения состоит из пяти основных действий: сбрасывание, сбор, взбивание, взятие и отпускание. Существуют различные методы сброса, такие как челночный, рапирный и пневматический. Процесс однослойного 2D-плетения также можно применять для плетения определенных 3D-тканых структур, включая 3D-ортогональные и угловые структуры, 3D-структуры с полыми прокладками с тканевыми прослойками и сотовыми структурами, 3D-оболочечные структуры и 3D-узловые структуры. На рисунке 1 показаны принципы 2D-плетения для изготовления как обычных 2D-, так и 3D-тканых структур с угловым переплетением.
Рисунок 1. Принципы плетения 2D- и 3D-тканых структур.
Хотя традиционные методы 2D-плетения можно использовать для создания различных твердых 3D-тканых структур, размер толщины ограничен. По этой причине были разработаны специализированные 3D-ткацкие станки для производства 3D-тканых тканей. Одной из первых машин, разработанных за рубежом, является специальный ткацкий станок, используемый для производства ортогональных структур из пряжи X, Y и Z, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2: Специализированный 3D-ткацкий станок для изготовления 3D-ортогональных конструкций.
В процессе плетения волокна Z-направления остаются неподвижными, в то время как X-волокна сначала вставляются и прибиваются в соответствующее положение, после чего следует вставка и прибивание Y-волокон в соответствующие положения. Эта операция повторяется для создания компактной конструкции до тех пор, пока не будет достигнута желаемая высота, в результате чего получается трехмерная конструкция прямоугольного сечения. Впоследствии за рубежом был разработан 3D-ткацкий станок с двойным открыванием. Эта система открывания позволяет нитям основы переплетаться с нитями утка как по горизонтали, так и по вертикали. Эта специальная техника 3D-ткачества позволяет также напрямую производить тканые формованные материалы, обеспечивая максимальную структурную целостность, даже если ткань разрезана или повреждена.
Изготовление трехосных ткацких конструкций достигается за счет интеграции традиционного 2D-плетения и технологий автоматизированного ткачества. Типичный трехосный ткацкий станок, разработанный компанией Dow и изготовленный Barber-Colman, показан на рисунке 2.28. В этом оборудовании используется вращающееся колесо со шпинделями для укладки основных нитей и лезвие рапиры для создания зева для введения уточных нитей.
Рисунок 3. Вращающееся колесо со шпинделями для изготовления трехосных ткацких конструкций.
Технология обработки волокнистых трикотажных конструкций
Принципы вязания основ и уточного вязания показаны на рисунке 4. В структурах основовязания каждая игла на игольнице непрерывно подает и образует петли из одной и той же основной пряжи в течение цикла вязания. В частности, в иглы A, B, C и D последовательно подается одна и та же основная нить, в результате чего получается участок петельной ткани (E, F, G, H). В структурах уточного вязания в течение одного и того же цикла вязания подача пряжи и образование петель происходят на каждой игле игловодителя. Все иглы в игольнице (A, B, C и D) индивидуально перекрываются отдельными нитенаправителями утка (E, F, G и H).
Рисунок 4. Принципы вязания волокнистых структур: (вверху) основное вязание; (внизу) уточное вязание
Круглоуточное вязание характеризуется получением трубчатых полотнищных конструкций. Однако вязание с плоским утком обеспечивает большую гибкость при построении различных типов трубчатых структур, в том числе одиночных, разветвленных и многоветвевых трубок, благодаря возможности индивидуального подбора иглы, переноса петель, многосистемного вязания и использования грузила и прижимы. На рисунке 5 показано вязание одной трубки с использованием выбранных спиц на компьютеризированной плосковязальной машине.
Рисунок 5. Вязание одной трубки на компьютеризированной плосковязальной машине.
Трубчатое вязание достигается путем поочередного вязания пряжи на двух игольницах и переноса пряжи с одной иголки на другую только по краям, образуя трубочку. Комбинируя трубчатое вязание с приемами внутреннего вязания, можно получить различные вариации однотрубчатых вязальных структур.
Технология вязания интарсия позволяет вязальным машинам использовать несколько разных волокон для вязания разных частей ткани. Волокна можно использовать индивидуально или в комбинации. С помощью этого метода можно сформировать одну трубку, сначала связав определенную длину одним волокном, а затем введя другое волокно, чтобы одновременно сформировать две трубки, в результате чего получится раздвоенная трубка. Аналогичным образом, используя больше волокон, можно сформировать многоразветвленные трубчатые структуры.
Универсальность компьютеризированных плосковязальных машин позволяет плести трехмерные конструкции более сложной формы, такие как купола, сферы и коробки, как показано на рисунке 6. Повторяющийся двухмерный формообразующий сегмент может образовывать вязаную куполообразную структуру (рисунок 6 (б). )). Этот 2D-сегмент достигается за счет многократного увеличения и уменьшения количества действующих игл. Каждый сегмент формирования представляет собой операцию постепенного расширения, а затем сужения ткани. Тип формообразующего сегмента влияет на угол и соотношение высоты и основания купола, а количество формообразующих сегментов влияет на форму купола. Заменив эллиптические сегменты купола треугольными, можно сформировать коробчатую конструкцию.
Рис. 6: (а) Круглый купол, (б) Вязаная купольная конструкция, (в) Вязаная сфера, (г) Вязаная коробка
Как показано на рисунке 6(d), для купольных структур линии, представляющие уменьшение или увеличение количества операционных игл, являются линейными, а не изогнутыми. Тип формообразующего сегмента влияет на угол получаемого кубоида. Соотношение количества формирующих и неформирующих игл определяет соотношение сторон полученной коробки. Возможность изменения количества спиц обеспечивает компьютеризированным плосковязальным машинам наибольшие возможности для создания различных трехмерных фигур.
Интервальные структуры производятся с использованием двух наборов игл на кругловязальных машинах с плоским утком или основовязальных машинах. На круглоуточных вязальных машинах, оснащенных цилиндром и диском, можно производить интервальные полотна, в которых отдельные внешние слои соединяются волокнами. Интервальные полотна на вязальных машинах с круговым утком создаются путем вязания двух разных полотен отдельно с помощью фиксирующих и цилиндрических игл с последующим соединением двух слоев с помощью вытачек на фиксирующих и цилиндрических иглах (рис. 7).
Рисунок 7: Производство интервальных полотен на кругловязальной машине с уточным креплением: (а) Двухслойная кругловязальная машина; (б) Вязание интервального полотна на круглой машине
Расстояние между двумя отдельными слоями ткани можно регулировать, изменяя высоту игл фиксатора относительно цилиндра машины. Заданная толщина интервального полотна таким образом может составлять от 1,5 до 5,5 миллиметров. Аналогично изготовлению интервальных полотен на кругловязальных машинах интервальные полотна с интервальными слоями пряжи производят на плосковязальных машинах путем формирования двух независимых слоев полотна на передней и задней игольницах с последующим соединением их вытачками на обеих игольницах (рис. 8).
Рисунок 8: Производство интервальных полотен на компьютеризированной плосковязальной машине: (а) Компьютеризированная плосковязальная машина; (б) Вязание интервального полотна на плоской машине.
Расстояние между двумя игольницами определяет толщину ткани промежутка. В отличие от вязальных машин с круглым утком, расстояние между двумя игольницами в вязальных машинах с плоским утком обычно фиксировано и составляет около 4 миллиметров. Отличие интервальных тканей уточной вязки от других типов интервальных тканей состоит в том, что их три основных структурных элемента (т. е. верхний слой, нижний слой и интервальный слой) вяжутся вместе в одном цикле вязания. Интервальные ткани уточной вязки производятся на двухигольных машинах Raschel, как показано на рисунке 9(а). Когда направляющие 1 и 2 перекрывают переднюю игольницу, а направляющие 5 и 6 перекрывают заднюю игловодитель (вязая верхний и нижний ряд соответственно), направляющие 3 и 4 последовательно перекрывают интервальную нить вокруг обоих игловодителей. На рисунке 9(б) показан процесс изготовления интервальных тканей на двухигольной машине Raschel РД 6.
Рисунок 9: Производство интервальных тканей на двухигольной машине Raschel: (вверху) Схематическое изображение принципа; (внизу) Схема оборудования