Techniky zpracování struktury tkaní vláken
Tradiční 2D tkaní zahrnuje provázání osnovních a útkových přízí na stavu nebo víceramenném tkacím stroji za účelem vytvoření plátnové, keprové a atlasové vazby. Proces tkaní se skládá z pěti základních úkonů: svlékání, nabírání, tepání, navíjení a povolování. K dispozici jsou různé techniky slévání, jako je kyvadlová doprava, rapír a vzduchová tryska. Jednovrstvý 2D proces tkaní lze také použít k tkaní určitých 3D tkaných struktur, včetně 3D ortogonálních a úhlově propojených struktur, 3D dutých distančních struktur s látkovými mezivrstvami a voštinovými strukturami, 3D skořepinových struktur a 3D struktur uzlů. Obrázek 1 znázorňuje principy 2D tkaní pro výrobu jak konvenčních 2D, tak 3D úhlově propojených tkaných struktur.
Obrázek 1: Principy 2D tkaní pro 2D a 3D tkané struktury
Zatímco tradiční 2D techniky tkaní lze použít k výrobě různých pevných 3D tkaných struktur, rozměr tloušťky je omezený. Z tohoto důvodu byly vyvinuty specializované 3D tkací stroje pro výrobu 3D tkaných látek. Jedním z prvních strojů vyvinutých v zahraničí je speciální tkalcovský stav používaný k výrobě ortogonálních struktur s přízí X, Y a Z, jak je znázorněno na obrázku 2.
Obrázek 2: Specializovaný 3D tkací stroj pro výrobu 3D ortogonálních struktur
V procesu tkaní zůstávají vlákna ve směru Z nehybná, zatímco vlákna X jsou nejprve vložena a utlučena do příslušné polohy, poté následuje vložení a údery vláken Y do jejich příslušných poloh. Tato operace se opakuje, aby se vytvořila kompaktní struktura, dokud není dosaženo požadované výšky, výsledkem je 3D struktura obdélníkového průřezu. Následně byl v zahraničí vyvinut 3D tkací stroj s dvojitým otevíráním. Tento otevírací systém umožňuje, aby se osnovní příze proplétaly s útkovými přízemi jak horizontálně, tak vertikálně. Tato speciální 3D technika tkaní může také přímo vyrábět tkané lisované materiály, které poskytují maximální strukturální integritu, i když je tkanina rozřezána nebo poškozena.
Výroba tříosých tkacích struktur je dosažena integrací tradičního 2D tkaní a automatizovaných technik tkaní. Typický tříosý tkací stroj, navržený firmou Dow a vyrobený firmou Barber-Colman, je znázorněn na obrázku 2.28. Toto zařízení využívá rotující kolo s vřeteny k pokládání osnovních přízí a využívá jehlový okraj k vytvoření prošlupu pro vkládání útkových přízí.
Obrázek 3: Rotační kolo s vřeteny pro výrobu tříosých tkacích konstrukcí
Techniky zpracování vláknitých pletacích struktur
Principy osnovního pletení a pletení útku jsou znázorněny na obrázku 4. V osnovních pletacích strukturách každá jehla na jehelním lůžku nepřetržitě podává a tvoří smyčky se stejnou osnovní přízí v rámci pletacího cyklu. Konkrétně jsou jehly A, B, C a D postupně přiváděny stejnou osnovní přízí, což vede k části smyčkové tkaniny (E, F, G, H). V útkových pletacích strukturách dochází v rámci stejného pletacího cyklu k podávání příze a vytváření oček na každé jehle v jehelní tyči. Všechny jehly v jehelní tyči (A, B, C a D) jsou jednotlivě překryty samostatnými vodiči útkové příze (E, F, G a H).
Obrázek 4: Principy pletení vlákenných struktur: (nahoře) osnovní pletení; (spodní) útkové pletení
Kruhové útkové pletení se vyznačuje výrobou trubicových struktur tkaniny. Ploché útkové pletení však nabízí větší flexibilitu při konstrukci různých typů trubicových struktur, včetně jednoduchých trubek, rozvětvených trubek a trubek s více větvemi, díky své schopnosti individuálního výběru jehel, přenosu smyček, vícesystémového pletení a použití platiny a lisy. Obr. 5 znázorňuje pletení jedné trubky s použitím vybraných jehel na počítačově řízeném plochém pletacím stroji.
Obrázek 5: Pletení jedné trubky na počítačovém plochém pletacím stroji
Hadicového pletení se dosahuje střídavým pletením příze na dvou jehelních lůžkách a přenášením příze z jednoho lůžka na druhé pouze na okrajích, aby se vytvořila trubička. Kombinací hadicového pletení s technikami vnitřního pletení lze dosáhnout různých variací jednotrubkových pletacích struktur.
Technologie pletení Intarsia umožňuje pletacím strojům používat více různých vláken k pletení různých částí látky. Vlákna lze použít jednotlivě nebo v kombinaci. Touto technikou může být vytvořena jediná trubice nejprve pletením určité délky jedním vláknem a potom zavedením dalšího vlákna, aby se současně vytvořily dvě trubice, což vede k rozvětvené trubici. Podobně lze použitím více vláken vytvořit vícevětvové trubkové struktury.
Všestrannost počítačově řízených plochých pletacích strojů umožňuje tkaní 3D struktur se složitějšími tvary, jako jsou kupole, koule a krabice, jak je znázorněno na obrázku 6. 2D opakující se tvarovací segment může tvořit pletenou kupolovou strukturu (obrázek 6(b) )). Tohoto 2D segmentu je dosaženo opakovaným zvyšováním a snižováním počtu jehel v akci. Každý tvarovací segment představuje operaci postupného rozšiřování a následného zužování tkaniny. Typ tvarovacího segmentu ovlivňuje úhel a poměr výšky k základně kopule, zatímco počet tvarovacích segmentů ovlivňuje tvar kopule. Nahrazením eliptických segmentů kopule trojúhelníkovými segmenty lze vytvořit krabicovou strukturu.
Obrázek 6: (a) Kruhová kupole, (b) Pletená kupole struktura, (c) Pletená koule, (d) Pletená krabice
Jak je znázorněno na obrázku 6(d), pro kupolové konstrukce jsou čáry představující snížení nebo zvýšení počtu ovládacích jehel spíše lineární než zakřivené. Typ tvarovacího segmentu ovlivňuje úhel výsledného kvádru. Poměr mezi počtem tvarovacích a netvarovacích jehel určuje poměr stran získané krabičky. Možnost měnit počet pletacích jehel poskytuje počítačově řízeným plochým pletacím strojům největší potenciál pro vytváření různých 3D tvarů.
Intervalové struktury se vyrábějí pomocí dvou sad jehel na kruhových, plochých útkových nebo osnovních pletacích strojích. Kruhové útkové pletací stroje vybavené válcem a kotoučem mohou vyrábět intervalové tkaniny, kde jsou jednotlivé vnější vrstvy spojeny vlákny. Intervalové tkaniny na okrouhlých útkových pletacích strojích se vytvářejí pletením dvou různých tkanin odděleně pomocí jazýčkových a válcových jehel a následným spojením dvou vrstev zásuvkami na jazýčkových a válcových jehlách (obrázek 7).
Obrázek 7: Výroba intervalových tkanin na kruhovém útkovém pletacím stroji: (a) Dvouložkový kruhový pletací stroj; (b) Pletení intervalové tkaniny na kruhovém stroji
Vzdálenost mezi dvěma samostatnými vrstvami látky může být nastavena změnou výšky jazýčkových jehel vzhledem k válci stroje. Předem nastavená tloušťka intervalové tkaniny tímto způsobem se může pohybovat od 1,5 do 5,5 milimetrů. Podobně jako při výrobě intervalových tkanin na okrouhlých strojích se intervalové tkaniny s mezivrstvami příze vyrábějí na plochých pletacích strojích vytvořením dvou nezávislých vrstev tkaniny na předním a zadním jehelním lůžku a jejich následným spojením na obou jehelních lůžkách (obrázek 8).
Obrázek 8: Výroba intervalových tkanin na počítačovém plochém pletacím stroji: (a) Počítačem řízený plochý pletací stroj; (b) Pletení intervalové tkaniny na plochém stroji
Vzdálenost mezi dvěma jehelními lůžky určuje tloušťku intervalové tkaniny. Na rozdíl od okrouhlých útkových pletacích strojů je vzdálenost mezi dvěma jehelními lůžky u plochých útkových pletacích strojů obvykle pevně nastavena na přibližně 4 milimetry. Rozdíl mezi útkem pletenými intervalovými tkaninami a jinými typy intervalových tkanin je v tom, že jejich tři základní konstrukční prvky (tj. vrchní vrstva, spodní vrstva a mezivrstva) jsou pleteny dohromady ve stejném pletacím cyklu. Útkem pletené intervalové tkaniny se vyrábějí na dvoujehlových strojích Raschel, jak je znázorněno na obrázku 9(a). Když vodicí tyče 1 a 2 překrývají přední jehelní tyč a vodicí tyče 5 a 6 překrývají zadní tyč jehly (pletení horní a spodní vrstvy), vodicí tyče 3 a 4 postupně překrývají intervalovou přízi kolem obou tyčí jehel. Obrázek 9(b) znázorňuje proces výroby intervalových tkanin na dvoujehlovém stroji Raschel RD 6.
Obrázek 9: Výroba intervalových tkanin na dvoujehlovém tyčovém stroji Raschel: (nahoře) Schematické znázornění principu; (dole) Schéma zařízení