Kỹ thuật xử lý kết cấu dệt sợi
Dệt 2D truyền thống bao gồm việc đan xen các sợi dọc và sợi ngang trên máy dệt hoặc máy dệt nhiều tay để tạo ra các cấu trúc dệt trơn, vải chéo và sa-tanh. Quá trình dệt bao gồm năm hành động cơ bản: rũ, nhặt, đập, nhặt và buông. Có nhiều kỹ thuật lột xác khác nhau, chẳng hạn như tàu con thoi, liễu kiếm và máy bay phản lực. Quy trình dệt 2D một lớp cũng có thể được áp dụng để dệt một số cấu trúc dệt 3D nhất định, bao gồm các cấu trúc khóa liên động và trực giao 3D, cấu trúc miếng đệm rỗng 3D với các lớp vải xen kẽ và cấu trúc tổ ong, cấu trúc vỏ 3D và cấu trúc nút 3D. Hình 1 minh họa các nguyên tắc dệt 2D để sản xuất cả cấu trúc dệt khóa liên động góc 2D và 3D thông thường.
Hình 1: Nguyên tắc dệt 2D cho kết cấu dệt 2D và 3D
Mặc dù kỹ thuật dệt 2D truyền thống có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc dệt 3D rắn khác nhau nhưng kích thước độ dày bị hạn chế. Vì lý do này, các máy dệt 3D chuyên dụng đã được phát triển để sản xuất vải dệt 3D. Một trong những máy đầu tiên được phát triển ở nước ngoài là máy dệt đặc biệt dùng để sản xuất các cấu trúc trực giao với các sợi X, Y và Z, như trong Hình 2.
Hình 2: Máy dệt 3D chuyên dụng chế tạo các cấu trúc trực giao 3D
Trong quá trình dệt, các sợi hướng Z vẫn đứng yên trong khi các sợi X đầu tiên được đưa vào và đập vào vị trí thích hợp, sau đó là chèn và đập các sợi Y vào các vị trí tương ứng. Thao tác này được lặp lại để tạo ra cấu trúc nhỏ gọn cho đến khi đạt được chiều cao mong muốn, tạo ra cấu trúc mặt cắt hình chữ nhật 3D. Sau đó, máy dệt 3D hoạt động mở kép đã được phát triển ở nước ngoài. Hệ thống mở này cho phép các sợi dọc đan xen với các sợi ngang theo cả chiều ngang và chiều dọc. Kỹ thuật dệt 3D đặc biệt này cũng có thể trực tiếp tạo ra các vật liệu dệt đúc, mang lại sự toàn vẹn về cấu trúc tối ưu ngay cả khi vải bị cắt hoặc hư hỏng.
Việc sản xuất các cấu trúc dệt ba trục đạt được thông qua việc tích hợp kỹ thuật dệt 2D truyền thống và dệt tự động. Một máy dệt ba trục điển hình do Dow thiết kế và Barber-Colman sản xuất được thể hiện trong Hình 2.28. Thiết bị này sử dụng một bánh xe quay có trục xoay để đặt sợi dọc và sử dụng lưỡi kiếm để tạo ra một nhà kho để chèn sợi ngang.
Hình 3: Bánh xe quay có trục quay để chế tạo kết cấu dệt ba trục
Kỹ thuật xử lý cấu trúc sợi dệt kim
Nguyên tắc dệt kim dọc và dệt kim ngang được minh họa trong Hình 4. Trong cấu trúc dệt kim dọc, mỗi kim trên bệ kim liên tục đi vào và tạo thành các vòng với cùng một sợi dọc trong một chu kỳ đan. Cụ thể, các kim A, B, C, D lần lượt được đưa vào cùng một sợi dọc, tạo thành một đoạn vải được tạo vòng (E, F, G, H). Trong các cấu trúc dệt kim ngang, trong cùng một chu trình dệt kim, việc cấp sợi và hình thành vòng sợi xảy ra trên mỗi kim trong thanh kim. Tất cả các kim trong thanh kim (A, B, C và D) được chồng lên nhau bằng các thanh dẫn sợi ngang riêng biệt (E, F, G và H).
Hình 4: Nguyên lý đan các cấu trúc sợi: (trên) đan dọc; (dưới) đan ngang
Đan sợi ngang tròn được đặc trưng bởi việc sản xuất các cấu trúc vải hình ống. Tuy nhiên, dệt kim ngang phẳng mang lại sự linh hoạt cao hơn trong việc xây dựng các loại cấu trúc hình ống khác nhau, bao gồm ống đơn, ống chia nhánh và ống nhiều nhánh, do khả năng chọn kim riêng lẻ, chuyển vòng, đan nhiều hệ thống và sử dụng tàu chìm và máy ép. Hình 5 minh họa cách đan một ống đơn bằng cách sử dụng các kim đã chọn trên máy dệt kim phẳng được vi tính hóa.
Hình 5: Đan một ống đơn trên máy dệt kim phẳng vi tính
Đan hình ống được thực hiện bằng cách đan xen kẽ các sợi trên hai giường kim và chuyển sợi từ giường này sang giường khác chỉ ở các cạnh để tạo thành một ống. Bằng cách kết hợp dệt kim dạng ống với kỹ thuật dệt kim bên trong, có thể đạt được nhiều biến thể khác nhau của cấu trúc dệt kim ống đơn.
Công nghệ dệt kim Intarsia cho phép máy dệt kim sử dụng nhiều loại sợi khác nhau để đan các phần khác nhau của vải. Các sợi có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp. Với kỹ thuật này, một ống đơn có thể được tạo thành bằng cách ban đầu đan một sợi có chiều dài nhất định, sau đó đưa một sợi khác vào để tạo thành hai ống đồng thời, tạo thành một ống chia đôi. Tương tự, bằng cách sử dụng nhiều sợi hơn, cấu trúc ống nhiều nhánh có thể được hình thành.
Tính linh hoạt của máy dệt kim phẳng được vi tính hóa cho phép khả năng dệt các cấu trúc 3D với hình dạng phức tạp hơn, chẳng hạn như mái vòm, hình cầu và hộp, như trong Hình 6. Đoạn tạo hình lặp lại 2D có thể tạo thành cấu trúc mái vòm dệt kim (Hình 6(b) )). Phân đoạn 2D này đạt được bằng cách tăng và giảm liên tục số lượng kim hoạt động. Mỗi đoạn tạo hình thể hiện một thao tác mở rộng dần rồi thu hẹp tấm vải. Kiểu đoạn tạo hình ảnh hưởng đến góc và tỷ lệ chiều cao so với chân đế của mái vòm, trong khi số lượng đoạn tạo hình ảnh hưởng đến hình dạng của mái vòm. Bằng cách thay thế các phân đoạn hình elip của mái vòm bằng các phân đoạn hình tam giác, một cấu trúc dạng hộp có thể được hình thành.
Hình 6: (a) Mái vòm tròn, (b) Cấu trúc mái vòm dệt kim, (c) Quả cầu dệt kim, (d) Hộp dệt kim
Như được hiển thị trong Hình 6(d), đối với cấu trúc mái vòm, các đường biểu thị sự giảm hoặc tăng số lượng kim vận hành là đường thẳng chứ không phải cong. Kiểu phân đoạn tạo hình ảnh hưởng đến góc của hình khối thu được. Tỷ lệ giữa số lượng kim định hình và không định hình quyết định tỷ lệ khung hình của hộp thu được. Khả năng thay đổi số lượng kim đan mang lại tiềm năng lớn nhất cho máy dệt kim phẳng được vi tính hóa trong việc tạo ra nhiều hình dạng 3D khác nhau.
Cấu trúc xen kẽ được tạo ra bằng cách sử dụng hai bộ kim trên máy dệt kim ngang tròn, phẳng hoặc dệt kim dọc. Máy dệt kim sợi ngang tròn được trang bị trục lăn và đĩa có thể tạo ra các loại vải cách quãng, trong đó các lớp bên ngoài riêng lẻ được nối với nhau bằng sợi. Vải cách quãng trên máy dệt kim ngang tròn được tạo ra bằng cách đan riêng hai loại vải khác nhau bằng cách sử dụng kim lưỡi và kim trụ, sau đó nối hai lớp bằng các nút gài trên kim lưỡi và kim trụ (Hình 7).
Hình 7: Sản xuất vải dệt thoi trên máy dệt kim ngang tròn: (a) Máy dệt kim tròn hai lớp; (b) Đan vải cách quãng trên máy tròn
Khoảng cách giữa hai lớp vải riêng biệt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ cao của kim chốt so với trụ máy. Độ dày đặt trước của vải khoảng cách theo cách này có thể dao động từ 1,5 đến 5,5 mm. Tương tự như sản xuất vải xen kẽ trên máy tròn, vải xen kẽ với các lớp sợi xen kẽ được sản xuất trên máy dệt kim phẳng bằng cách tạo thành hai lớp vải độc lập trên giường kim trước và sau, sau đó nối chúng bằng nếp gấp trên cả hai giường kim (Hình 8).
Hình 8: Sản xuất vải dệt thoi trên máy dệt kim phẳng vi tính: (a) Máy dệt kim phẳng vi tính; (b) Đan vải cách quãng trên máy phẳng
Khoảng cách giữa hai giường kim xác định độ dày của vải khoảng cách. Không giống như máy dệt kim ngang tròn, khoảng cách giữa hai giường kim trong máy dệt kim ngang phẳng thường được cố định ở mức khoảng 4 mm. Sự khác biệt giữa vải dệt kim sợi ngang và các loại vải dệt kim sợi ngang khác là ba thành phần cấu trúc cơ bản của chúng (tức là lớp trên cùng, lớp dưới cùng và lớp đan xen) được dệt kim với nhau trong cùng một chu trình dệt kim. Vải dệt kim ngang được sản xuất trên máy Raschel thanh kim đôi, như minh họa trong Hình 9(a). Khi thanh dẫn hướng 1 và 2 chồng lên thanh kim trước và thanh dẫn 5 và 6 chồng lên thanh kim sau (đan lớp trên và lớp dưới tương ứng), thanh dẫn 3 và 4 lần lượt chồng lên sợi khoảng xung quanh cả hai thanh kim. Hình 9(b) minh họa quy trình sản xuất vải cách quãng trên máy thanh kim đôi Raschel RD 6.
Hình 9: Sản xuất vải cách quãng trên máy Raschel thanh kim đôi: (trên cùng) Sơ đồ minh họa nguyên lý; (dưới) Sơ đồ thiết bị