Kuitukudontarakenteen käsittelytekniikat
Perinteinen 2D-kudonta käsittää loimi- ja kudelankojen punomisen kutomakoneessa tai monivarsisessa kutomakoneessa, jolloin luodaan sileitä, toimikas- ja satiinisia kudoksia. Kudontaprosessi koostuu viidestä perustoimenpiteestä: irtoaminen, poimiminen, hakkaaminen, ottaminen ja irti päästäminen. Saatavilla on erilaisia irtoamistekniikoita, kuten sukkula, tarttuja ja ilmasuihku. Yksikerroksista 2D-kudontaprosessia voidaan soveltaa myös tiettyjen 3D-kudottujen rakenteiden kutomiseen, mukaan lukien 3D-ortogonaaliset ja kulmaliitosrakenteet, 3D-ontot välikerakenteet, joissa on kankaan välikerroksia ja kennorakenteita, 3D-kuorirakenteet ja 3D-solmurakenteet. Kuvassa 1 on havainnollistettu 2D-kudontaperiaatteet sekä perinteisten 2D- että 3D-kulmaliitoskudottujen rakenteiden valmistukseen.
Kuva 1: 2D-kudontaperiaatteet 2D- ja 3D-kudotuille rakenteille
Vaikka perinteisiä 2D-kudontatekniikoita voidaan käyttää erilaisten kiinteiden 3D-kudottujen rakenteiden tuottamiseen, paksuusmitta on rajallinen. Tästä syystä 3D-kudottujen kankaiden valmistukseen on kehitetty erikoistuneet 3D-kutomakoneet. Yksi varhaisimmista ulkomailla kehitetyistä koneista on erityinen kutomakone, jolla valmistetaan X-, Y- ja Z-langoista ortogonaalisia rakenteita, kuten kuvassa 2.
Kuva 2: Erikoistunut 3D-kutomakone 3D-ortogonaalisten rakenteiden valmistukseen
Kudontaprosessissa Z-suunnan kuidut pysyvät paikallaan, kun taas X-kuidut ensin työnnetään sisään ja lyötään sopivaan asentoon, mitä seuraa Y-kuitujen työntäminen ja hakkaaminen vastaaviin asentoihinsa. Tätä toimenpidettä toistetaan kompaktin rakenteen luomiseksi, kunnes saavutetaan haluttu korkeus, mikä johtaa 3D-suorakulmaiseen poikkileikkausrakenteeseen. Myöhemmin ulkomaille kehitettiin kaksiaukkoinen 3D-kutomakone. Tämä avausjärjestelmä mahdollistaa loimilankojen kietoutumisen kudelankojen kanssa sekä vaaka- että pystysuunnassa. Tämä erityinen 3D-kudontatekniikka voi myös tuottaa suoraan kudottuja muovattuja materiaaleja, mikä tarjoaa äärimmäisen rakenteellisen eheyden myös silloin, kun kangas on leikattu tai vaurioitunut.
Kolmiakselisten kudontarakenteiden valmistus saavutetaan yhdistämällä perinteinen 2D-kudonta ja automatisoitu kudontatekniikka. Tyypillinen Dow'n suunnittelema ja Barber-Colmanin valmistama kolmiakselinen kutomakone on esitetty kuvassa 2.28. Tämä laite käyttää pyörivää pyörää, jossa on karat loimilankojen laskemiseen, ja tarttujan reunaa luomaan suojan kudelankojen lisäämistä varten.
Kuva 3: Pyörivä pyörä karalla kolmiakselisten kudontarakenteiden valmistukseen
Kuituneulontarakenteiden käsittelytekniikat
Loimineuloksen ja kudeneuloksen periaatteet on havainnollistettu kuvassa 4. Loimineulontarakenteissa jokainen neulapohjassa oleva neula syöttää jatkuvasti ja muodostaa silmukoita samalla loimilangalla neulontajakson aikana. Tarkemmin sanottuna neulat A, B, C ja D syötetään peräkkäin samalla loimilangalla, mikä johtaa silmukkakankaan osaan (E, F, G, H). Kudeneulontarakenteissa saman neulontajakson aikana langansyöttö ja silmukan muodostuminen tapahtuu neulatangon jokaisella neulalla. Kaikki neulatangon neulat (A, B, C ja D) ovat erikseen päällekkäin erillisillä kudelangan ohjaimilla (E, F, G ja H).
Kuva 4: Kuiturakenteiden neulontaperiaatteet: (ylhäällä) loimineulonta; (ala) kudeneulonta
Pyöreälle kudeneulolle on ominaista putkimaisten kangasrakenteiden valmistus. Tasainen kudeneulonta tarjoaa kuitenkin enemmän joustavuutta erityyppisten putkirakenteiden rakentamisessa, mukaan lukien yksittäisputket, kaksihaaraiset putket ja monihaaraiset putket, johtuen sen kyvystä yksilölliseen neulavalintaan, silmukan siirtoon, monijärjestelmäneulukseen ja upottimet ja puristimet. Kuva 5 havainnollistaa yksittäisen putken neulomista käyttämällä valittuja neuloja tietokoneistetun litteän neulekoneen avulla.
Kuva 5: Yksittäisen putken neulominen tietokoneistetun litteän neulekoneen avulla
Putkimainen neulonta saadaan aikaan neulomalla vuorotellen lanka kahdella neulasängyllä ja siirtämällä lanka yhdestä pedistä toiseen vain reunoista putken muodostamiseksi. Yhdistämällä putkimainen neulonta sisäisiin neulontatekniikoihin voidaan saavuttaa erilaisia muunnelmia yksiputkineulontarakenteista.
Intarsia-neulontateknologian ansiosta neulekoneet voivat käyttää useita erilaisia kuituja kankaan eri osien neulomiseen. Kuituja voidaan käyttää yksittäin tai yhdistelmänä. Tällä tekniikalla voidaan muodostaa yksi putki neulomalla aluksi tietty pituus yhdellä kuidulla ja lisäämällä sitten toinen kuitu kahden putken muodostamiseksi samanaikaisesti, jolloin saadaan kaksihaarainen putki. Vastaavasti enemmän kuituja käyttämällä voidaan muodostaa monihaaraisia putkirakenteita.
Tietokoneistettujen litteän neulekoneiden monipuolisuus mahdollistaa monimutkaisempien muotoisten 3D-rakenteiden, kuten kupujen, pallojen ja laatikoiden kutomisen, kuten kuvassa 6. Toistuva 2D-muotoilusegmentti voi muodostaa neulotun kupurakenteen (Kuva 6(b) )). Tämä 2D-segmentti saadaan aikaan lisäämällä ja vähentämällä toistuvasti käytössä olevien neulojen määrää. Jokainen muotoilusegmentti edustaa toimenpidettä, jossa kangasta laajennetaan ja kavennetaan asteittain. Muotoilusegmentin tyyppi vaikuttaa kuvun kulmaan ja korkeuden ja pohjan suhteeseen, kun taas muotoilusegmenttien lukumäärä vaikuttaa kuvun muotoon. Korvaamalla kupolin elliptiset segmentit kolmiomaisilla segmenteillä voidaan muodostaa laatikkomainen rakenne.
Kuva 6: (a) Pyöreä kupoli, (b) Neulottu kupurakenne, (c) Neulottu pallo, (d) Neulottu laatikko
Kuten kuviossa 6(d) esitetään, kupurakenteissa viivat, jotka edustavat käyttöneulojen lukumäärän vähenemistä tai kasvua, ovat lineaarisia eikä kaarevia. Muotoilusegmentin tyyppi vaikuttaa tuloksena olevan kuution kulmaan. Muotoilevien ja muotoilemattomien neulojen lukumäärän välinen suhde määrää saadun laatikon sivusuhteen. Mahdollisuus muuttaa neulepuikkojen määrää tarjoaa suurimmat mahdollisuudet tietokoneistettuihin litteisiin neulekoneisiin luoda erilaisia 3D-muotoja.
Intervallirakenteet valmistetaan käyttämällä kahta neulasarjaa pyöreillä, litteillä kudeneuloksilla tai loimikoneilla. Sylinterillä ja kiekolla varustetuilla pyöreillä kudeneulekoneilla voidaan valmistaa välikankaita, joissa yksittäiset ulkokerrokset yhdistetään kuiduilla. Pyöreän kudeneulekoneen intervallikankaat luodaan neulomalla kaksi eri kangasta erikseen salpa- ja sylinteripuikoilla ja yhdistämällä sitten kaksi kerrosta salpa- ja sylinteripuikoilla (kuva 7).
Kuva 7: Intervallikankaiden valmistus pyöreällä kudeneulekoneella: (a) Kaksikerroksinen pyöreä neulekone; (b) Välikankaan neulominen pyöreällä koneella
Kahden erillisen kangaskerroksen välistä etäisyyttä voidaan säätää muuttamalla salpaneulojen korkeutta koneen sylinteriin nähden. Tällä tavalla esiasetettu välikankaan paksuus voi vaihdella välillä 1,5 - 5,5 millimetriä. Samoin kuin pyöreällä koneella valmistetaan intervallikankaita, langanvälikerroksisia intervallikankaita valmistetaan litteillä neulekoneilla muodostamalla kaksi erillistä kangaskerrosta etu- ja takapuikkopetiin ja yhdistämällä ne sitten molemmissa puikoissa (kuva 8).
Kuva 8: Intervallikankaiden tuotanto tietokoneistetun litteän neulekoneen avulla: (a) Tietokoneistettu litteäneulekone; (b) Välikankaan neulominen tasaisella koneella
Kahden neulakerroksen välinen etäisyys määrää välikankaan paksuuden. Toisin kuin pyöreät kudeneulekoneet, litteän kudeneulekoneen kahden neulapeiton välinen etäisyys on yleensä noin 4 millimetriä. Erona kudeneulottujen välikankaiden ja muuntyyppisten välikankaiden välillä on se, että niiden kolme perusrakenneelementtiä (eli yläkerros, pohjakerros ja välikerros) neulotaan yhteen samassa neulejaksossa. Kuteneulottuja välikankaita valmistetaan kaksineulaisilla Raschel-koneilla, kuten kuvassa 9(a) esitetään. Kun ohjaustangot 1 ja 2 menevät päällekkäin etummainen neulatango ja ohjaustangot 5 ja 6 peittävät takapuikkotangon (neulomalla ylä- ja alakerroksen vastaavasti), ohjaustangot 3 ja 4 menevät peräkkäin molempien neulatangojen ympärillä olevan välilangan päälle. Kuva 9(b) havainnollistaa välikankaiden valmistusprosessia kaksineulaisella Raschel-koneella RD 6.
Kuva 9: Intervallikankaiden valmistus kaksoisneulatankolla Raschel-koneella: (ylhäällä) Kaaviokuva periaatteesta; (alhaalla) Laitekaavio