Технике обраде структуре ткања влакана
Традиционално 2Д ткање укључује преплитање предива основе и потке на машини за разбој или вишекрака ткања да би се створиле структуре обичне, кепер и сатена. Процес ткања се састоји од пет основних радњи: лињања, брања, ударања, узимања и пуштања. Доступне су различите технике проливања, као што су шатл, рапир и ваздушни млаз. Једнослојни 2Д процес ткања се такође може применити за ткање одређених 3Д тканих структура, укључујући 3Д ортогоналне и угаоне међусобно повезане структуре, 3Д шупље одстојне структуре са међуслојевима тканине и структурама саћа, 3Д структуре шкољке и 3Д структуре чворова. Слика 1 илуструје принципе 2Д ткања за производњу и конвенционалних 2Д и 3Д тканих структура са угловима међусобно блокираним.
Слика 1: Принципи 2Д ткања за 2Д и 3Д ткане структуре
Док се традиционалне 2Д технике ткања могу користити за производњу различитих чврстих 3Д тканих структура, димензија дебљине је ограничена. Из тог разлога су развијене специјализоване 3Д машине за ткање за производњу 3Д тканих тканина. Једна од најранијих машина развијених у иностранству је специјални разбој који се користи за производњу ортогоналних структура са Кс, И и З предивима, као што је приказано на слици 2.
Слика 2: Специјализована 3Д машина за ткање за производњу 3Д ортогоналних структура
У процесу ткања, влакна у З-смеру остају непокретна, док се Кс влакна прво убацују и туку у одговарајући положај, након чега следи уметање и ударање И влакана у њихове одговарајуће позиције. Ова операција се понавља да би се створила компактна структура док се не постигне жељена висина, што резултира 3Д структуром правоугаоног попречног пресека. Након тога, у иностранству је развијена 3Д машина за ткање са двоструким отварањем. Овај систем отварања омогућава да се предива основе преплићу са пређом потке и хоризонтално и вертикално. Ова специјална техника 3Д ткања такође може директно да произведе ткане обликоване материјале, пружајући врхунски структурални интегритет чак и када је тканина исечена или оштећена.
Производња троосних структура ткања постиже се интеграцијом традиционалног 2Д ткања и аутоматизованих техника ткања. Типична троосна машина за ткање, коју је дизајнирао Дов, а произвео Барбер-Цолман, приказана је на слици 2.28. Ова опрема користи ротирајући точак са вретенима за полагање предива основе и користи ивицу рапира за стварање отвора за уметање предива потке.
Слика 3: Ротирајући точак са вретенима за израду троосних конструкција за ткање
Технике обраде влакнастих структура за плетење
Принципи плетења основе и потке су илустровани на слици 4. У структурама за плетење основе, свака игла на игличастом лежишту непрекидно се увлачи и формира петље са истим основним предивом у циклусу плетења. Конкретно, игле А, Б, Ц и Д се узастопно напајају истим основним предивом, што резултира делом тканине са петљама (Е, Ф, Г, Х). У структурама за плетење потке, у оквиру истог циклуса плетења, довод предива и формирање петље се дешавају на свакој игли у шипки игле. Све игле у шипки за игле (А, Б, Ц и Д) се појединачно преклапају одвојеним вођицама за потку (Е, Ф, Г и Х).
Слика 4: Принципи плетења влакнастих структура: (горе) плетење основе; (доње) плетење потке
Кружно плетење потке карактерише израда цевастих структура тканине. Међутим, равно плетење потке нуди већу флексибилност у конструисању различитих типова цевастих структура, укључујући појединачне цеви, бифуркиране цеви и цеви са више огранака, због своје способности индивидуалног избора игле, преноса петље, вишесистемског плетења и употребе синкерс и пресера. Слика 5 илуструје плетење једне цеви помоћу одабраних игала на компјутеризованој машини за равно плетење.
Слика 5: Плетење једне цеви на компјутеризованој машини за равно плетење
Цевасто плетење се постиже наизменично плетењем предива на две иглице и преношењем предива са једног лежаја на други само на ивицама да би се формирала цев. Комбиновањем цевастог плетења са техникама унутрашњег плетења могу се постићи различите варијације једноцевних структура за плетење.
Интарзија технологија плетења омогућава машинама за плетење да користе више различитих влакана за плетење различитих делова тканине. Влакна се могу користити појединачно или у комбинацији. Овом техником, једна цев се може формирати тако што се у почетку плете одређена дужина са једним влакном, а затим уведе друго влакно да би се истовремено формирале две цеви, што резултира рачваном цеви. Слично, коришћењем више влакана, могу се формирати структуре цеви са више огранака.
Разноврсност компјутеризованих машина за равно плетење омогућава могућност ткања 3Д структура сложенијих облика, као што су куполе, сфере и кутије, као што је приказано на слици 6. 2Д сегмент за обликовање који се понавља може формирати плетену структуру куполе (слика 6(б). )). Овај 2Д сегмент се постиже узастопним повећањем и смањењем броја игала у акцији. Сваки сегмент обликовања представља операцију постепеног ширења, а затим сужавања тканине. Тип сегмента за обликовање утиче на угао и однос висине и основе куполе, док број сегмената обликовања утиче на облик куполе. Заменом елиптичних сегмената куполе троугластим сегментима може се формирати кутијаста структура.
Слика 6: (а) Кружна купола, (б) Плетена куполаста структура, (ц) Плетена сфера, (д) Плетена кутија
Као што је приказано на слици 6(д), за структуре куполе, линије које представљају смањење или повећање броја оперативних игала су линеарне, а не закривљене. Тип сегмента обликовања утиче на угао резултујућег квадра. Однос између броја обликованих и необликованих игала одређује однос ширине и висине добијене кутије. Могућност промене броја игала за плетење пружа највећи потенцијал компјутеризованим машинама за равно плетење за креирање различитих 3Д облика.
Интервалне структуре се производе коришћењем два сета игала на машинама за кружно, равно плетење потке или основе. Машине за плетење кружне потке опремљене цилиндром и диском могу произвести интервалне тканине, где су појединачни спољни слојеви повезани влакнима. Интервалне тканине на машинама за плетење кружне потке стварају се плетењем две различите тканине одвојено коришћењем засун и цилиндричних игала, а затим повезивањем два слоја са уторима на засун и цилиндричне игле (слика 7).
Слика 7: Производња интервалних тканина на машини за плетење кружне потке: (а) Двокреветна машина за кружно плетење; (б) Интервална тканина за плетење на кружној машини
Удаљеност између два одвојена слоја тканине може се подесити променом висине игала за затварање у односу на цилиндар машине. Претходно подешена дебљина интервалне тканине на овај начин може да се креће од 1,5 до 5,5 милиметара. Слично као код производње интервалних тканина на кружним машинама, интервалне тканине са интервалним слојевима предива се производе на машинама за равно плетење тако што се формирају два независна слоја тканине на предњој и задњој игличастим лежајевима, а затим се повезују убодовима на обе игле (слика 8).
Слика 8: Производња интервалних тканина на компјутеризованој машини за равно плетење: (а) Компјутеризована машина за равно плетење; (б) Интервална тканина за плетење на равној машини
Удаљеност између два игла одређује дебљину интервалне тканине. За разлику од машина за плетење кружне потке, растојање између две игле у машинама за плетење са равним потком обично је фиксирано на око 4 милиметра. Разлика између интервалних тканина плетених потком и других типова интервалних тканина је у томе што су њихова три основна структурна елемента (тј. горњи слој, доњи слој и интервални слој) плетена заједно у истом циклусу плетења. Интервалне тканине плетене потком се производе на машинама Расцхел са двоструком иглом, као што је приказано на слици 9(а). Када се вођице 1 и 2 преклапају са предњом иглом, а вођице 5 и 6 преклапају задњу шипку игле (плетење горњег и доњег слоја, респективно), вођице 3 и 4 узастопно преклапају интервалну пређу око обе шипке игле. Слика 9(б) илуструје процес производње интервалних тканина на Расцхел машини са двоструком иглом РД 6.
Слика 9: Производња интервалних тканина на машини Расцхел са двоструком иглом: (горе) Шематски приказ принципа; (доле) Дијаграм опреме