تقنيات معالجة هيكل نسج الألياف
يتضمن النسيج التقليدي ثنائي الأبعاد تشابك خيوط السداة واللحمة على آلة نسج متعددة الأذرع لإنشاء هياكل نسج عادية ونسيج قطني طويل وساتان. تتكون عملية النسيج من خمسة إجراءات أساسية: الطرح، والالتقاط، والضرب، والرفع، والترك. هناك العديد من تقنيات التساقط المتاحة، مثل المكوك، والسيف، والنفث الهوائي. يمكن أيضًا تطبيق عملية النسيج ثنائي الأبعاد أحادية الطبقة لنسج بعض الهياكل المنسوجة ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك الهياكل المتعامدة والزاوية المتشابكة ثلاثية الأبعاد، والهياكل المباعدة المجوفة ثلاثية الأبعاد مع طبقات النسيج البينية وهياكل قرص العسل، وهياكل القشرة ثلاثية الأبعاد، وهياكل العقد ثلاثية الأبعاد. يوضح الشكل 1 مبادئ النسيج ثنائي الأبعاد لتصنيع الهياكل المنسوجة ذات الزاوية المتشابكة التقليدية ثنائية وثلاثية الأبعاد.
الشكل 1: مبادئ النسيج ثنائي الأبعاد للهياكل المنسوجة ثنائية وثلاثية الأبعاد
في حين أنه يمكن استخدام تقنيات النسيج التقليدية ثنائية الأبعاد لإنتاج هياكل منسوجة صلبة مختلفة ثلاثية الأبعاد، إلا أن أبعاد السُمك محدودة. ولهذا السبب، تم تطوير آلات النسيج ثلاثية الأبعاد المتخصصة لتصنيع الأقمشة المنسوجة ثلاثية الأبعاد. إحدى أقدم الآلات التي تم تطويرها في الخارج هي النول الخاص المستخدم لإنتاج هياكل متعامدة بخيوط X وY وZ، كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 2: آلة نسج ثلاثية الأبعاد متخصصة لتصنيع الهياكل المتعامدة ثلاثية الأبعاد
في عملية النسيج، تظل ألياف الاتجاه Z ثابتة بينما يتم أولاً إدخال ألياف X وضربها في الموضع المناسب، يليها إدخال وضرب الألياف Y في مواضعها الخاصة. يتم تكرار هذه العملية لإنشاء هيكل مدمج حتى يتم الوصول إلى الارتفاع المطلوب، مما ينتج عنه هيكل مقطع عرضي مستطيل ثلاثي الأبعاد. وفي وقت لاحق، تم تطوير آلة نسج ثلاثية الأبعاد ذات عملية فتح مزدوجة في الخارج. يسمح نظام الفتح هذا لخيوط السداة بالتشابك مع خيوط اللحمة أفقيًا وعموديًا. يمكن لتقنية النسيج ثلاثية الأبعاد الخاصة هذه أيضًا إنتاج مواد منسوجة مصبوبة مباشرةً، مما يوفر السلامة الهيكلية القصوى حتى عندما يتم قطع القماش أو تلفه.
يتم تصنيع هياكل النسيج ثلاثية المحاور من خلال دمج تقنيات النسيج التقليدي ثنائي الأبعاد وتقنيات النسيج الآلي. يظهر الشكل 2.28 آلة نسج نموذجية ثلاثية المحاور، صممتها شركة داو وتم تصنيعها بواسطة باربر كولمان. تستخدم هذه المعدات عجلة دوارة مع مغازل لوضع خيوط السداة وتستخدم حافة سيف لإنشاء سقيفة لإدخال خيوط اللحمة.
الشكل 3: عجلة دوارة بمغازل لتصنيع هياكل النسيج ثلاثية المحاور
تقنيات المعالجة لهياكل حياكة الألياف
يتم توضيح مبادئ حياكة السداة وحياكة اللحمة في الشكل 4. في هياكل حياكة السداة، تتغذى كل إبرة على سرير الإبرة بشكل مستمر وتشكل حلقات بنفس خيوط السداة خلال دورة الحياكة. على وجه التحديد، يتم تغذية الإبر A وB وC وD بشكل تسلسلي بنفس خيوط السداة، مما يؤدي إلى الحصول على قسم من القماش الملتف (E، F، G، H). في هياكل حياكة اللحمة، وفي نفس دورة الحياكة، تحدث تغذية الخيوط وتكوين الحلقة على كل إبرة في شريط الإبرة. جميع الإبر الموجودة في شريط الإبرة (A وB وC وD) متداخلة بشكل فردي بواسطة أدلة منفصلة لخيوط اللحمة (E وF وG وH).
الشكل 4: مبادئ الحياكة لهياكل الألياف: (أعلى) حياكة السداة؛ (أسفل) حياكة اللحمة
تتميز حياكة اللحمة الدائرية بإنتاج هياكل النسيج الأنبوبي. ومع ذلك، توفر حياكة اللحمة المسطحة مرونة أكبر في بناء أنواع مختلفة من الهياكل الأنبوبية، بما في ذلك الأنابيب المفردة، والأنابيب المتشعبة، والأنابيب متعددة الفروع، نظرًا لقدرتها على اختيار الإبرة الفردية، ونقل الحلقة، والحياكة متعددة الأنظمة، واستخدام الغطاسات والمكابس. يوضح الشكل 5 حياكة أنبوب واحد باستخدام إبر مختارة على ماكينة حياكة مسطحة محوسبة.
الشكل 5: حياكة أنبوب واحد على آلة حياكة مسطحة محوسبة
يتم تحقيق الحياكة الأنبوبية عن طريق حياكة الخيط على سريرين من الإبرة بالتناوب ونقل الخيط من سرير إلى آخر عند الحواف فقط لتشكيل أنبوب. من خلال الجمع بين الحياكة الأنبوبية وتقنيات الحياكة الداخلية، يمكن تحقيق أشكال مختلفة من هياكل الحياكة أحادية الأنبوب.
تتيح تقنية الحياكة Intarsia لآلات الحياكة استخدام ألياف مختلفة متعددة لحياكة أجزاء مختلفة من القماش. يمكن استخدام الألياف بشكل فردي أو مجتمعة. باستخدام هذه التقنية، يمكن تشكيل أنبوب واحد عن طريق حياكة طول معين في البداية بألياف واحدة ثم إدخال ألياف أخرى لتكوين أنبوبين في وقت واحد، مما ينتج عنه أنبوب متشعب. وبالمثل، باستخدام المزيد من الألياف، يمكن تشكيل هياكل أنبوبية متعددة الفروع.
يتيح تعدد استخدامات آلات الحياكة المسطحة المحوسبة إمكانية نسج هياكل ثلاثية الأبعاد بأشكال أكثر تعقيدًا، مثل القباب والمجالات والصناديق، كما هو موضح في الشكل 6. يمكن لجزء التشكيل المتكرر ثنائي الأبعاد أن يشكل هيكل قبة محبوكة (الشكل 6(ب) )). يتم تحقيق هذا الجزء ثنائي الأبعاد من خلال زيادة وتقليل عدد الإبر أثناء العمل بشكل متكرر. يمثل كل جزء تشكيل عملية توسيع تدريجي للنسيج ثم تضييقه. ويؤثر نوع قطعة التشكيل على زاوية القبة ونسبة ارتفاعها إلى القاعدة، بينما يؤثر عدد شرائح التشكيل على شكل القبة. ومن خلال استبدال الأجزاء الإهليلجية للقبة بأجزاء مثلثة، يمكن تشكيل هيكل يشبه الصندوق.
الشكل 6: (أ) القبة الدائرية، (ب) هيكل القبة المحبوكة، (ج) الكرة المحبوكة، (د) الصندوق المحبوك
كما هو مبين في الشكل 6 (د)، بالنسبة لهياكل القبة، تكون الخطوط التي تمثل النقصان أو الزيادة في عدد إبر التشغيل خطية وليست منحنية. يؤثر نوع مقطع التشكيل على زاوية المكعب الناتج. تحدد النسبة بين عدد إبر التشكيل وغير التشكيل نسبة العرض إلى الارتفاع للمربع الذي تم الحصول عليه. توفر القدرة على تغيير عدد إبر الحياكة أكبر إمكانات لآلات الحياكة المسطحة المحوسبة لإنشاء أشكال ثلاثية الأبعاد مختلفة.
يتم إنتاج الهياكل الفاصلة باستخدام مجموعتين من الإبر على آلات حياكة اللحمة الدائرية أو المسطحة أو حياكة السداة. يمكن لآلات حياكة اللحمة الدائرية المجهزة بأسطوانة وقرص إنتاج أقمشة متقطعة، حيث يتم توصيل الطبقات الخارجية الفردية بواسطة الألياف. يتم إنشاء الأقمشة الفاصلة في آلات حياكة اللحمة الدائرية عن طريق حياكة نسيجين مختلفين بشكل منفصل باستخدام إبر المزلاج والأسطوانة، ثم ربط الطبقتين بالثنيات على إبر المزلاج والأسطوانة (الشكل 7).
الشكل 7: إنتاج الأقمشة الفاصلة على آلة حياكة اللحمة الدائرية: (أ) آلة الحياكة الدائرية ذات السرير المزدوج؛ (ب) حياكة النسيج الفاصل على آلة دائرية
يمكن تعديل المسافة بين طبقتي القماش المنفصلتين عن طريق تغيير ارتفاع إبر المزلاج بالنسبة لأسطوانة الماكينة. يمكن أن يتراوح سمك النسيج الفاصل المحدد مسبقًا بهذه الطريقة من 1.5 إلى 5.5 ملم. على غرار إنتاج الأقمشة الفاصلة على الآلات الدائرية، يتم إنتاج الأقمشة الفاصلة ذات طبقات الغزل الفاصلة على آلات الحياكة المسطحة من خلال تشكيل طبقتين من القماش المستقلين على سريري الإبرة الأمامي والخلفي ثم ربطهما بالثنيات على كلا سريري الإبرة (الشكل 8).
الشكل 8: إنتاج الأقمشة الفاصلة على آلة الحياكة المسطحة المحوسبة: (أ) آلة الحياكة المسطحة المحوسبة؛ (ب) نسيج الفاصل الزمني للحياكة على آلة مسطحة
تحدد المسافة بين سريري الإبرة سمك القماش الفاصل. على عكس آلات حياكة اللحمة الدائرية، عادة ما تكون المسافة بين سريري الإبرة في آلات حياكة اللحمة المسطحة ثابتة عند حوالي 4 ملم. الفرق بين الأقمشة الفاصلة المحبوكة باللحمة والأنواع الأخرى من الأقمشة الفاصلة هو أن عناصرها الهيكلية الأساسية الثلاثة (أي الطبقة العليا والطبقة السفلية والطبقة الفاصلة) محبوكة معًا في نفس دورة الحياكة. يتم إنتاج الأقمشة المحبوكة باللحمة على ماكينات راشيل ذات الإبرة المزدوجة، كما هو موضح في الشكل 9 (أ). عندما تتداخل أشرطة التوجيه 1 و 2 مع شريط الإبرة الأمامي وقضبان التوجيه 5 و 6 تتداخل مع شريط الإبرة الخلفي (حياكة الطبقات العلوية والسفلية، على التوالي)، تتداخل أشرطة التوجيه 3 و 4 بالتتابع مع خيوط الفاصل حول كلا قضبان الإبرة. يوضح الشكل 9 (ب) عملية إنتاج الأقمشة الفاصلة على شريط ثنائي الإبرة ماكينة راشيل RD 6.
الشكل 9: إنتاج الأقمشة الفاصلة على آلة راشيل ذات الإبرة المزدوجة: (أعلى) رسم تخطيطي للمبدأ؛ (أسفل) مخطط المعدات