Teknikker til behandling af fibervævning
Traditionel 2D-vævning involverer sammenfletning af kæde- og skudgarn på en væve- eller flerarmsvævemaskine for at skabe strukturer af ensfarvet, twill og satinvævning. Væveprocessen består af fem grundlæggende handlinger: fælde, plukke, slå, tage op og slippe af. Der er forskellige udgydningsteknikker tilgængelige, såsom shuttle, griber og luftstråle. Enkeltlags 2D-væveprocessen kan også anvendes til at væve visse 3D-vævede strukturer, herunder 3D ortogonale og vinkelsammenlåste strukturer, 3D hule spacer-strukturer med stofmellemlag og honeycomb-strukturer, 3D-skalstrukturer og 3D-knudestrukturer. Figur 1 illustrerer 2D-vævningsprincipperne til fremstilling af både konventionelle 2D- og 3D-vævede strukturer med vinkelsammenlåsning.
Figur 1: 2D-vævningsprincipper for 2D- og 3D-vævede strukturer
Mens traditionelle 2D-væveteknikker kan bruges til at fremstille forskellige solide 3D-vævede strukturer, er tykkelsesdimensionen begrænset. Af denne grund er der udviklet specialiserede 3D-vævemaskiner til fremstilling af 3D-vævede stoffer. En af de tidligste maskiner, der er udviklet i udlandet, er en speciel væv, der bruges til at fremstille ortogonale strukturer med X-, Y- og Z-garn, som vist i figur 2.
Figur 2: Specialiseret 3D-vævemaskine til fremstilling af 3D ortogonale strukturer
I vævningsprocessen forbliver fibrene i Z-retningen stationære, mens X-fibrene først indsættes og slås ind i den passende position, efterfulgt af indsættelse og slagning af Y-fibrene i deres respektive positioner. Denne operation gentages for at generere en kompakt struktur, indtil den ønskede højde er nået, hvilket resulterer i en 3D rektangulær tværsnitsstruktur. Efterfølgende blev en 3D-vævemaskine med dobbelt åbning udviklet i udlandet. Dette åbningssystem gør det muligt for kædegarnene at flette sammen med skudgarnene både vandret og lodret. Denne specielle 3D-væveteknik kan også direkte producere vævede støbte materialer, hvilket giver ultimativ strukturel integritet, selv når stoffet er skåret eller beskadiget.
Fremstillingen af tre-aksede vævestrukturer opnås gennem integration af traditionel 2D-vævning og automatiserede væveteknikker. En typisk tre-akset vævemaskine, designet af Dow og fremstillet af Barber-Colman, er vist i figur 2.28. Dette udstyr bruger et roterende hjul med spindler til at lægge kædegarnene ned og anvender en griberkant til at skabe et skur til indføring af skudgarn.
Figur 3: Roterende hjul med spindler til fremstilling af tre-aksede vævestrukturer
Forarbejdningsteknikker til fiberstrikkestrukturer
Principperne for kædestrik og skudstrik er illustreret i figur 4. I kædestrikkestrukturer føder hver nål på nålelejet kontinuerligt og danner løkker med det samme kædegarn inden for en strikkecyklus. Specifikt tilføres nåle A, B, C og D sekventielt det samme kædegarn, hvilket resulterer i en sektion af løkkestof (E, F, G, H). I skudstrikkestrukturer, inden for samme strikkecyklus, forekommer garntilførsel og løkkedannelse på hver nål i nålestangen. Alle nåle i nålestangen (A, B, C og D) overlappes individuelt af separate skudgarnsstyr (E, F, G og H).
Figur 4: Strikkeprincipper for fiberstrukturer: (øverst) kædestrik; (nederst) skudstrik
Cirkulær skudstrik er kendetegnet ved produktion af rørformede stofstrukturer. Fladskudsstrik giver imidlertid større fleksibilitet til at konstruere forskellige typer rørformede strukturer, herunder enkeltrør, todelte rør og flergrenede rør, på grund af dets evne til individuel nålevalg, løkkeoverførsel, multisystemstrik og brugen af synker og pressere. Figur 5 illustrerer strikningen af et enkelt rør ved hjælp af udvalgte nåle på en computerstyret fladstrikkemaskine.
Figur 5: Strikning af et enkelt rør på en computerstyret fladstrikkemaskine
Rørstrik opnås ved skiftevis at strikke et garn på to nåleleje og kun overføre garnet fra det ene lag til det andet ved kanterne for at danne et rør. Ved at kombinere rørstrik med interne strikketeknikker kan der opnås forskellige variationer af enkeltrørs strikkestrukturer.
Intarsia strikketeknologi gør det muligt for strikkemaskiner at bruge flere forskellige fibre til at strikke forskellige dele af stoffet. Fibre kan bruges enkeltvis eller i kombination. Med denne teknik kan et enkelt rør dannes ved først at strikke en vis længde med en fiber og derefter indføre en anden fiber for samtidig at danne to rør, hvilket resulterer i et togrenet rør. Tilsvarende kan der ved at bruge flere fibre dannes flergrenede rørstrukturer.
Alsidigheden af computeriserede flade strikkemaskiner gør det muligt at væve 3D-strukturer med mere komplekse former, såsom kupler, kugler og kasser, som vist i figur 6. Et 2D-gentaget formningssegment kan danne en strikket kuppelstruktur (Figur 6(b) )). Dette 2D-segment opnås ved gentagne gange at øge og formindske antallet af nåle i aktion. Hvert formningssegment repræsenterer en operation med gradvis udvidelse og derefter indsnævring af stoffet. Typen af formningssegment påvirker kuplens vinkel og højde-til-grundforhold, mens antallet af formningssegmenter påvirker kuplens form. Ved at erstatte kuplens elliptiske segmenter med trekantede segmenter kan der dannes en kasselignende struktur.
Figur 6: (a) Cirkulær kuppel, (b) Strikket kuppelstruktur, (c) Strikket kugle, (d) Strikket æske
Som vist i figur 6(d), for kuppelstrukturer, er linjerne, der repræsenterer faldet eller stigningen i antallet af operationsnåle, lineære snarere end buede. Typen af formningssegment påvirker vinklen af den resulterende kasse. Forholdet mellem antallet af formende og ikke-formende nåle bestemmer størrelsesforholdet for den opnåede æske. Evnen til at ændre antallet af strikkepinde giver det største potentiale for computeriserede flade strikkemaskiner til at skabe forskellige 3D-former.
Intervalstrukturer fremstilles ved hjælp af to sæt nåle på cirkulære, flad skudstrik- eller kædestrikkemaskiner. Cirkulære skudstrikkemaskiner udstyret med cylinder og skive kan producere intervalstoffer, hvor de enkelte yderlag er forbundet med fibre. Intervalstoffer på cirkulære skudstrikkemaskiner skabes ved at strikke to forskellige stoffer separat ved at bruge låse- og cylindernålene og derefter forbinde de to lag med tucks på låsen og cylindernålene (Figur 7).
Figur 7: Produktion af intervalstoffer på en cirkulær skudstrikkemaskine: (a) Dobbeltseng cirkulær strikkemaskine; (b) Strikning af intervalstof på en cirkulær maskine
Afstanden mellem de to separate stoflag kan justeres ved at ændre højden på låsenålene i forhold til maskincylinderen. Den forudindstillede tykkelse af intervalstoffet på denne måde kan variere fra 1,5 til 5,5 millimeter. På samme måde som ved fremstilling af intervalstoffer på cirkulære maskiner, produceres intervalstoffer med garnintervallag på fladstrikkemaskiner ved at danne to uafhængige stoflag på de forreste og bageste nålesenge og derefter forbinde dem med tucks på begge nålesenge (Figur 8).
Figur 8: Produktion af intervalstoffer på en computerstyret fladstrikkemaskine: (a) Computerstyret fladstrikkemaskine; (b) Strikning af intervalstof på en flad maskine
Afstanden mellem de to nålebed bestemmer tykkelsen af intervalstoffet. I modsætning til cirkulære skudstrikkemaskiner er afstanden mellem de to nålebede i fladskudsstrikkemaskiner normalt fastsat til omkring 4 millimeter. Forskellen mellem skudstrikkede intervalstoffer og andre typer intervalstoffer er, at deres tre grundlæggende strukturelle elementer (dvs. toplag, bundlag og intervallag) strikkes sammen i samme strikkecyklus. Skudstrikkede intervalstoffer fremstilles på Raschel-maskiner med dobbeltnålestang, som vist i figur 9(a). Når sav 1 og 2 overlapper den forreste nålestang, og savstængerne 5 og 6 overlapper den bagerste nålestang (hhv. strikning af det øverste og nederste lag), overlapper styret 3 og 4 sekventielt intervalgarnet omkring begge nålestænger. Figur 9(b) illustrerer processen til fremstilling af intervalstoffer på en dobbeltnålsstang Raschel-maskine RD 6.
Figur 9: Fremstilling af intervalstoffer på en dobbeltnålsstang Raschel-maskine: (øverst) Skematisk illustration af princippet; (nederst) Udstyrsdiagram