Técnicas de processamento de estrutura de tecelagem de fibra
A tecelagem 2D tradicional envolve o entrelaçamento de fios de urdidura e trama em um tear ou máquina de tecelagem com vários braços para criar estruturas de tecido liso, sarja e cetim. O processo de tecelagem consiste em cinco ações básicas: largar, colher, bater, pegar e soltar. Existem várias técnicas de derramamento disponíveis, como lançadeira, florete e jato de ar. O processo de tecelagem 2D de camada única também pode ser aplicado para tecer certas estruturas tecidas 3D, incluindo estruturas 3D ortogonais e de intertravamento angular, estruturas espaçadoras ocas 3D com camadas intermediárias de tecido e estruturas em favo de mel, estruturas de casca 3D e estruturas de nós 3D. A Figura 1 ilustra os princípios de tecelagem 2D para a fabricação de estruturas tecidas de intertravamento angular 2D e 3D convencionais.
Figura 1: Princípios de tecelagem 2D para estruturas tecidas 2D e 3D
Embora as técnicas tradicionais de tecelagem 2D possam ser usadas para produzir várias estruturas sólidas tecidas em 3D, a dimensão da espessura é limitada. Por esta razão, máquinas de tecelagem 3D especializadas foram desenvolvidas para fabricar tecidos 3D. Uma das primeiras máquinas desenvolvidas no exterior é um tear especial utilizado para produzir estruturas ortogonais com fios X, Y e Z, conforme mostra a Figura 2.
Figura 2: Máquina de tecelagem 3D especializada para fabricação de estruturas ortogonais 3D
No processo de tecelagem, as fibras na direção Z permanecem estacionárias enquanto as fibras X são primeiro inseridas e batidas na posição apropriada, seguidas pela inserção e batida das fibras Y em suas respectivas posições. Esta operação é repetida para gerar uma estrutura compacta até atingir a altura desejada, resultando em uma estrutura 3D de seção transversal retangular. Posteriormente, uma máquina de tecer 3D com operação de abertura dupla foi desenvolvida no exterior. Este sistema de abertura permite que os fios da urdidura se entrelaçam com os fios da trama tanto na horizontal como na vertical. Esta técnica especial de tecelagem 3D também pode produzir diretamente materiais moldados, proporcionando integridade estrutural máxima mesmo quando o tecido é cortado ou danificado.
A fabricação de estruturas de tecelagem de três eixos é alcançada através da integração da tecelagem 2D tradicional e de técnicas de tecelagem automatizadas. Uma típica máquina de tecer de três eixos, projetada pela Dow e fabricada pela Barber-Colman, é mostrada na Figura 2.28. Este equipamento utiliza uma roda giratória com fusos para assentar os fios da urdidura e emprega uma pinça para criar um galpão para a inserção dos fios da trama.
Figura 3: Roda giratória com fusos para fabricação de estruturas de tecelagem de três eixos
Técnicas de processamento para estruturas de tricô de fibra
Os princípios de tricô de urdidura e tricô de trama são ilustrados na Figura 4. Nas estruturas de tricô de urdidura, cada agulha no leito da agulha alimenta continuamente e forma laçadas com o mesmo fio de urdidura dentro de um ciclo de tricô. Especificamente, as agulhas A, B, C e D são alimentadas sequencialmente com o mesmo fio de urdidura, resultando em uma seção de tecido enrolado (E, F, G, H). Nas estruturas de tricô de trama, dentro do mesmo ciclo de tricô, a alimentação do fio e a formação do laço ocorrem em cada agulha da barra da agulha. Todas as agulhas na barra de agulhas (A, B, C e D) são sobrepostas individualmente por guias de fios de trama separadas (E, F, G e H).
Figura 4: Princípios de tricô de estruturas de fibras: (topo) tricô de urdidura; (inferior) tricô de trama
A malharia de trama circular é caracterizada pela produção de estruturas tubulares de tecido. No entanto, a malha de trama plana oferece maior flexibilidade na construção de vários tipos de estruturas tubulares, incluindo tubos simples, tubos bifurcados e tubos multi-ramificados, devido à sua capacidade de seleção individual de agulhas, transferência de laços, tricô multissistema e uso de chumbadas e prensadores. A Figura 5 ilustra a tricotagem de um único tubo usando agulhas selecionadas em uma máquina de tricô plana computadorizada.
Figura 5: Tricô de um único tubo em uma máquina de tricô plana computadorizada
O tricô tubular é obtido tricotando alternadamente um fio em dois leitos de agulhas e transferindo o fio de um leito para outro apenas nas bordas para formar um tubo. Ao combinar a malha tubular com técnicas de malha interna, podem ser alcançadas diversas variações de estruturas de malha de tubo único.
A tecnologia de tricô Intarsia permite que as máquinas de tricô usem múltiplas fibras diferentes para tricotar diferentes partes do tecido. As fibras podem ser usadas individualmente ou em combinação. Com esta técnica, um único tubo pode ser formado tricotando inicialmente um determinado comprimento com uma fibra e depois introduzindo outra fibra para formar simultaneamente dois tubos, resultando num tubo bifurcado. Da mesma forma, usando mais fibras, podem ser formadas estruturas tubulares multi-ramificadas.
A versatilidade das máquinas de tricô planas computadorizadas permite a possibilidade de tecer estruturas 3D com formatos mais complexos, como cúpulas, esferas e caixas, conforme mostrado na Figura 6. Um segmento de modelagem repetitivo 2D pode formar uma estrutura de cúpula tricotada (Figura 6 (b )). Este segmento 2D é obtido aumentando e diminuindo repetidamente o número de agulhas em ação. Cada segmento de modelagem representa uma operação de alargamento gradual e depois estreitamento do tecido. O tipo de segmento de modelagem afeta o ângulo e a proporção entre altura e base da cúpula, enquanto o número de segmentos de modelagem afeta o formato da cúpula. Ao substituir os segmentos elípticos da cúpula por segmentos triangulares, pode ser formada uma estrutura semelhante a uma caixa.
Figura 6: (a) Cúpula circular, (b) Estrutura de cúpula tricotada, (c) Esfera tricotada, (d) Caixa tricotada
Conforme mostrado na Figura 6 (d), para estruturas de cúpula, as linhas que representam a diminuição ou aumento no número de agulhas operacionais são lineares em vez de curvas. O tipo de segmento de modelagem afeta o ângulo do cuboide resultante. A proporção entre o número de agulhas modeladoras e não modeladoras determina a proporção da caixa obtida. A capacidade de alterar o número de agulhas de tricô oferece o maior potencial para máquinas de tricô planas computadorizadas criarem vários formatos 3D.
As estruturas de intervalo são produzidas usando dois conjuntos de agulhas em máquinas de tricô de trama circular, plana ou de urdidura. As máquinas de tricô de trama circular equipadas com um cilindro e um disco podem produzir tecidos intervalados, onde as camadas externas individuais são conectadas por fibras. Os tecidos intervalados em máquinas de tricô de trama circular são criados tricotando dois tecidos diferentes separadamente usando as agulhas de trava e cilindro e, em seguida, conectando as duas camadas com dobras nas agulhas de trava e cilindro (Figura 7).
Figura 7: Produção de tecidos intervalados em máquina de tricô de trama circular: (a) Máquina de tricô circular de cama dupla; (b) Tecido intervalado de tricô em uma máquina circular
A distância entre as duas camadas de tecido separadas pode ser ajustada alterando a altura das agulhas de travamento em relação ao cilindro da máquina. A espessura predefinida do tecido de intervalo desta maneira pode variar de 1,5 a 5,5 milímetros. Da mesma forma que a produção de tecidos de intervalo em máquinas circulares, os tecidos de intervalo com camadas de intervalo de fio são produzidos em máquinas de tricô planas, formando duas camadas de tecido independentes nas bases de agulhas frontal e traseira e, em seguida, conectando-as com dobras em ambas as bases de agulhas (Figura 8).
Figura 8: Produção de tecidos intervalados em máquina de tricô plana computadorizada: (a) Máquina de tricô plana computadorizada; (b) Tecido intervalado de tricô em uma máquina plana
A distância entre os dois leitos de agulha determina a espessura do tecido de intervalo. Ao contrário das máquinas de tricô de trama circular, a distância entre os dois leitos de agulhas nas máquinas de tricô de trama plana é geralmente fixada em cerca de 4 milímetros. A diferença entre os tecidos intervalados tricotados com trama e outros tipos de tecidos intervalados é que seus três elementos estruturais básicos (isto é, camada superior, camada inferior e camada intervalar) são tricotados juntos no mesmo ciclo de tricô. Os tecidos intervalados de malha de trama são produzidos em máquinas Raschel de barra de agulha dupla, conforme mostrado na Figura 9(a). Quando as barras guia 1 e 2 se sobrepõem à barra frontal da agulha e as barras guia 5 e 6 se sobrepõem à barra traseira da agulha (tricotando as camadas superior e inferior, respectivamente), as barras guia 3 e 4 se sobrepõem sequencialmente ao fio de intervalo em torno de ambas as barras da agulha. A Figura 9(b) ilustra o processo de produção de tecidos intervalados em uma máquina Raschel RD 6 com barra de agulha dupla.
Figura 9: Produção de tecidos intervalados em máquina Raschel de barra de agulha dupla: (topo) Ilustração esquemática do princípio; (inferior) Diagrama do equipamento