Die Stoffherstellung kann durch verschiedene Verfahren im Textilbereich ermöglicht werden.
- Weberei
- Stricken
- Verfahren zur Herstellung von Vliesoberflächen
Es ist möglich, traditionelle, zweidimensionale Stoffe herzustellen.
Zweidimensionale Gewebe mit anisotroper Struktur haben im Vergleich zur Oberfläche einen sehr geringen Dickenwert, sodass sie in Richtung ihrer Dicke eine geringe mechanische Leistung aufweisen.
Textile Fasern und Gewebe werden in großem Umfang bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen verwendet. Textile Verbundwerkstoffe finden Anwendung in vielen Branchen wie der Verteidigungs-, Medizin- und Luftfahrtindustrie.
Textile Verbundwerkstoffe zeigen mit ihren hohen Festigkeitswerten im Vergleich zu ihrem geringen Gewicht ein höheres mechanisches Verhalten als Metall- und Keramikwerkstoffe.
- Mit Flächengebilden hergestellte Verbundwerkstoffe zeigen in Dickenrichtung ein geringes mechanisches Verhalten, da sie geringe Dickenwerte aufweisen.
- Das Delaminierungsproblem, das sich als Trennung zwischen Schichten ausdrückt, tritt bei zweidimensionalen Textilverbundmaterialien auf.
- Die bei zweidimensionalen Verbundmaterialien beobachteten Probleme bildeten einen wichtigen Grund für die Herstellung von dreidimensionalen Geweben.
- Dreidimensionale Stoffe können durch Textilherstellungsverfahren wie Weben, Stricken, Vliesstoff-Oberflächenformen und Diagonalwirkverfahren erhalten werden.
- Dreidimensionale Gewebe eliminieren vollständig das Delaminierungsproblem, das bei Verbundmaterialien auftritt.
Außerdem ermöglicht es eine Herstellung nahe der Form des gewünschten Endprodukts, das erhalten werden soll. Dadurch wird eine deutliche Reduzierung der Produktionskosten und Materialabfallmengen erreicht.
Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Stoffen
Dreidimensionale Flächengebilde können durch textile Herstellungsverfahren wie Weben, Wirken, Diagonalwirkerei, Vliesbildung und Nähen erhalten werden.
Dreidimensionale Strickmethode
Die Herstellung dreidimensionaler Gestricke kann wie bei der Herstellung traditioneller, flächiger Gestricke durch Wirk- und Wirkverfahren erfolgen.
Mit dem Strickverfahren ist es möglich, dreidimensionale Gestricke herzustellen, deren Form dem gewünschten Endprodukt sehr nahe kommt.
Herstellung von dreidimensionalen Maschenwaren auf Strickmaschinen;
Die Maschinen können mit modifizierten Betten und elektronischer Ausrüstung ausgestattet werden.
Ein weiterer wichtiger Vorteil von dreidimensionalen Gestricken ist, dass Schussfäden auf Wunsch in Längsrichtung in die Struktur eingebunden werden können.
Das wichtigste Problem, das bei diesen Stofftypen auftritt, die durch ein Schußwirkverfahren erhalten werden;
Die Struktur ist zu sperrig und leer. Je höher die Anzahl der Hohlräume pro Volumeneinheit ist, desto geringer ist das Faser/Volumen-Verhältnis der Struktur. Diese Situation bewirkt, dass die Struktur einen niedrigen Festigkeitswert hat.
Mit Kettenwirkmaschinen erhaltene dreidimensionale Gestricke waren in den letzten Jahren im Vergleich zu den mit Strickmaschinen hergestellten Strukturen stark nachgefragt.
Mit Kettenwirkmaschinen hergestellte dreidimensionale Wirkwaren;
Im Vergleich zu flächigen Geweben weist es hohe Elastizitätsmodul- und Festigkeitswerte auf.
Der Grund für diesen Unterschied;
Der Grund dafür ist, dass Fasern mit hohem Modul, wie zum Beispiel kettengewirkte Strukturen, weniger Kräuselungen aufweisen. Eine verringerte Kräuselung in der Garnstruktur bewirkt eine Erhöhung der Festigkeit. Hinzu kommt die Bevorzugung dieser Strukturen anstelle von flächigen Geweben bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen; Es sorgt für eine erhebliche Reduzierung der Stoffabfallmenge und der Produktionskosten. Das durch das Kettenwirkverfahren hergestellte dreidimensionale Gestrick ist unten gezeigt.
Dreidimensionale Kettengewirke wurden Anfang der 1980er Jahre hergestellt und in den 1990er Jahren in der Verbundwerkstoffindustrie eingesetzt.
Bei diesen Gewebetypen aufgrund ihrer überlegenen Eigenschaften wie niedrigen Produktionskosten und ihrer Fähigkeit, in Übereinstimmung mit den gewünschten Eigenschaften gestaltet zu werden;
- Geotextilien
- Pneumatische Systeme
- Herstellung einiger Teile für Autos und Flugzeuge
- Herstellung verschiedener Körperteile und künstlicher Venen
Sie können in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
Herstellung dieser Gewebearten auf Kettenwirkmaschinen;
- Dies wird erreicht, indem die Faserlagen in der gewünschten Richtung abgelegt und diese Lagen mittels einer Kettenwirkschlaufe verbunden werden.
Die Firmen Mayer und Liba ermöglichen es, diese Strukturen mit unterschiedlichen Fertigungstechniken herzustellen. Bei dem von der Firma Mayer entwickelten System werden vier unterschiedliche Faserlagen in 0˚, +45˚, -45˚, 90˚ Richtung abgelegt und durch Binden mit Schlaufe hergestellt. Bei dem von der Firma Liba entwickelten Verfahren kann die Anzahl der im Gewebe enthaltenen Faserlagen auf sieben erhöht werden. Unten ist die Produktionstechnik der Firma Liba. Die Liba-Produktionstechnik ermöglicht es auch, Vliesstoffe in das System einzubeziehen.
Die Faserschichten in der Struktur;
Während der Struktur in den gewünschten Richtungen Festigkeit hinzugefügt wird
Kettenwirkschlaufe;
Es erhöht die Festigkeit der Struktur in Bezug auf die Dicke.
Loop in dreidimensionalen Kettenwirkmaschinen:
Es kann auf zwei verschiedene Arten erhalten werden. Während sie die Integrität der Struktur gewährleistet, erzeugt die Schleife eine signifikante Erhöhung der Festigkeit und Schadenstoleranz. Schadenstoleranz ist eine strukturelle Eigenschaft des Materials. Sie kann als die Fähigkeit des Materials ausgedrückt werden, die Zuverlässigkeit des Materials bis zum Einsetzen des Reparaturvorgangs in gewissen Grenzen zu halten.
Dreidimensionales Verfahren zur Herstellung von Vliesoberflächen
Bei dreidimensionalen Vliesoberflächen gibt es keine Verbindung zwischen den Garnen, aus denen die Struktur besteht. Diese Strukturen können durch Nadel- und Nähverfahren hergestellt werden.
Fäden im Nadelverfahren; Es wird in das System in den gewünschten Richtungen abgelegt, aber es gibt keine Verbindung zwischen diesen Garnen. Dann werden die Fasern in den Garnen mit Hilfe von Nadeln durcheinander geführt und verschmelzen und bilden eine Oberfläche. Unten wird eine durch das Vernadelungsverfahren erzeugte Oberfläche und deren Herstellungsverfahren visuell zum Ausdruck gebracht.
Beim Nähverfahren werden die durch die Fasern oder Fäden gebildeten Lagen mit dem Nähvorgang verbunden. Dabei sind die Art des Nähens, die Art und Anzahl der Nähfäden sowie die Dichte der Naht pro Flächeneinheit von großer Bedeutung.
Die Nähfadendichte auf dreidimensionalen Vliesen liegt zwischen 0,4 – 25 Maschen/cm². Meist als Nähgarn kevlar Ist bevorzugt. Denn Kevlar hat im Vergleich zu anderen Fasern hohe Festigkeits- und Flexibilitätswerte.
Bei Maschinen, bei denen Vliesoberflächen durch Nähen erhalten werden, kann es sich um einen oder mehrere Nähköpfe handeln. Die Hauptprobleme für diese Maschinen bestehen darin, dass die Anzahl der Nähköpfe in der Maschine begrenzt ist, das Nähen bis zu einem bestimmten Oberflächendickenwert durchgeführt werden kann und die Oberfläche mit einer begrenzten Breite erhalten werden kann.
Heute können Industriemaschinen mit einer maximalen Breite von 1 m und einer Oberflächenstärke von 5 mm arbeiten. Die von der NASA zum Erhalt dieser Strukturen verwendete Maschine ist 28 m lang, kann auf 15 m nähen und auf Oberflächen mit einer Breite von 3 m und einer Dicke von 40 mm nähen.
Die Herstellung von dreidimensionalen Vliesstoffen ist einfacher und kostengünstiger als die von zweidimensionalen Geweben. Gleichzeitig sind die Ermüdungs- und Stoßfestigkeit von Verbundmaterialien, die mit diesen Strukturen erhalten werden, höher als bei herkömmlichen gewebten Stoffen.
Es ist ein wichtiges Problem dieser Strukturen, dass gebogene Bereiche in komplexen Formen mit den heutigen Industriemaschinen schwierig zu nähen sind.
Es wurden nicht genügend Studien zu Themen wie Stichdichte, Fadenart und -anzahl durchgeführt. Die Tatsache, dass diese Fragen nicht geklärt sind, ist ein weiterer wichtiger Grund dafür, dass ihre Verwendung nicht zugenommen hat. Hierzu sind F&E-Studien erforderlich. Es ist jedoch eine unvermeidliche Tatsache, dass ein solider Vertrag geschlossen wird, der die Rechte beider Parteien in diesen F&E-Studien wie in anderen Bereichen schützt.
Dreidimensionales diagonales Flechtverfahren
Das dreidimensionale Diagonal-Strickverfahren ist das erste Verfahren, das in der Geschichte zur dreidimensionalen Stoffherstellung verwendet wurde.
In den späten 1960er Jahren;
- Es wird mit dem Ziel hergestellt, das Gewicht im Raketentriebwerk im Vergleich zu Metalllegierungen um 30-50% zu reduzieren.
Durch das Diagonal-Strickverfahren hergestellte dreidimensionale Stoffe;
- medizinische
- Raum
- Verkehrsmittel
Es kann in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden.
Mit dem Diagonal-Strickverfahren ist es möglich, Strukturen herzustellen, die der Endform sehr nahe kommen. Diese Situation reduziert die Produktionskosten und die Menge an Garn- und Gewebeabfällen erheblich. Dreidimensionale Verbundmaterialien, die durch das Diagonal-Strickverfahren hergestellt wurden, sind unten gezeigt.
In den durch das Diagonalwirkverfahren erhaltenen dreidimensionalen Strukturen gibt es zwei unterschiedliche Garngruppen als Axial- und Wirkgarne;
- Axialgewinde; Während die Festigkeit in der gewünschten Richtung in die Struktur eingebracht wird, werden die Garnverbindungen mit Strickgarnen versehen. Strickgarne werden der Anlage von den Schiffchen zugeführt.
- Stricksystem Strickgarn durch die Verschiebebewegung der Spulen bereitgestellt.
Unten sind Diagonalgestricke, Strickgarnspulen und Spulenmechanismen dargestellt.
- Dreidimensionale Diagonalgestricke können eckig oder kreisförmig hergestellt werden.
- Die Herstellung dieser Strukturen erfolgt je nach Einsatzzweck in Rund- oder Winkelmaschinen.
- Dreidimensionale Diagonalgestricke werden nach der Anzahl der Stufen klassifiziert.
Strickvorgang, der in einer Umdrehung der Maschine stattfindet; repräsentiert meinen Namen. Dreidimensionale Diagonalgestricke können zwei-, vier- oder mehrstufig sein. Zweistufiges Diagonal-Strickverfahren Es wurde 1987 von Popper und McConnell entwickelt.
Nachfolgend sind die Einheitsstrickmuster von zwei- und vierstufigen diagonal gestrickten Stoffen aufgeführt.
Die Herstellung kleinformatiger Strukturen mit dreidimensionalen Diagonalgeweben ist ein sehr billiges und einfaches Verfahren. Bei der Herstellung von Stoffen mit einer Breite über 100 mm im Diagonal-Strickverfahren treten verschiedene Probleme auf. Denn die Vergrößerung des herzustellenden Produkts offenbart die Notwendigkeit, die Maschine zu vergrößern.
Der wichtigste Grund, warum diese Strukturen im Flugzeugbau nicht weit verbreitet sind;
- Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass die Kosten ziemlich hoch sind und das Verfahren aufgrund der Größe der Maschine, die die Struktur herstellen kann, schwierig ist.
Elastizitätsmodul in Verbundwerkstoffen aus dreidimensionalen Diagonalgestricken;
- Der von den Strickgarnen gebildete Diagonalwinkel variiert in Abhängigkeit von Variablen wie Garnnummern und Strickmustern.
Die weiteren Nachteile des Aufbaus sind, dass die Festigkeitswerte der mit dreidimensionalen Diagonalgestricken hergestellten Verbundstoffe niedriger sind als die von zweidimensionalen Verbundstoffen, und dass die Maschine lange Zeit produktionsbereit ist Produktion großformatiger Stoffe und dass sie langsam arbeitet.
Heute dreidimensionale Diagonalgestricke in der Automobilindustrie; Es wird auf seine Verwendung bei der Herstellung von Chassis und Wellen untersucht. Lässt sich der angestrebte Erfolg erzielen, können bis zu 50 % Gewichtsverlust im Auto erreicht werden.
Dreidimensionale Webmethode
Das dreidimensionale Webverfahren stellt eines der wichtigsten Verfahren dar, die zur Herstellung von dreidimensionalen Geweben verwendet werden. Da bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen dreidimensionale Gewebe zum Einsatz kommen, sind deren Festigkeitswerte wichtig.
Webverfahren unter den dreidimensionalen Stoffherstellungsverfahren;
Es ermöglicht die Herstellung von Stoffen mit hohem Festigkeitswert im Vergleich zu anderen Verfahren. Aus diesem Grund ist es im Vergleich zu anderen Produktionsmethoden eine häufigere und bekanntere Methode.
