3D tkanina

V závislosti na druhu a tvaru tkaniny se používají příze z uhlíkových, skleněných, aramidových, křemenných i kovových vláken.

Příze, vesměs z filamentů, se předkládají ke tkaní většinou ve formě rovingu s tloušťkou 6K – 12 K (cca 8-18 ktex).

Tkanina sestává většinou z několika (4 až 80) vrstev nad sebou. Jednotlivé vrstvy tkaniny se vyrábějí ve všech základních vazbách s dostavou cca 3-7 nití / cm a protkávají kolmo nebo příčně až třemi různými systémy vazných nití.

V nepřetržitém sledu tak mohou vznikat například:

Vypukliny, tvary písmen T, dvojité T, X, H, L, komplexní tvary (Pi structure), jednoduše a dvojitě spojená křídla, nudle, spirály, disky, sinusoidy, krychle aj.

K výrobě se často používají modifikované stuhařské stroje nebo zvlášť konstruované úzké tkací stroje, jen pro některé jednodušší výrobky se dají použít standardní tkací stroje.

Naprostá většina 3D tkanin se používá jako výztuže kompozitů, na jejichž hmotnosti se podílejí cca 50–70 %. Zbývající část kompozitu tvoří pryskyřice, které se zanášejí do tkaniny různými technikami (např. RTM,[3] VARTM, RFI)

K výhodám trojdimenzionálních tkanin oproti konvenčním výztužím v kompozitech patří zejména

• racionální výroba (téměř) přesných tvarů, rozměrů a konzistence nejrůznějších předmětů
• podstatně snížená delaminace kompozitů

je složena z několika tkanin spojených nitěmi s vysokou pevností (aramid, skleněná, uhlíková příze apod.). Tímto spojením se liší od plošných vícevrstvých tkanin (2D), které se jen provazují vlastními osnovními nebo útkovými nitěmi.

Technologie 3D se dá vhodně uplatnit u stuhových tkanin a zde obzvlášť na tkacích strojích s člunkovým prohozem.[5] Tyto úzké tkaniny mohou mít extrémně vysokou dostavu (až 220 útků/cm), pevné kraje, hadicové nebo asymetrické tvary a různé profily stuh (L, T, dvojité T aj.). Používají se na hnací řemeny, bezpečnostní a nosné pásy pro přenos těžkých břemen atd.[6]

V roce 2016 byly zveřejněny výsledky pokusů se 4 prošlupy nad sebou, mezi kterými se útky vzájemně kombinují tak, že se dá utkat např. trubice přecházející pozvolna do tvaru dvojitého T a desítky jiných 3D profilů. Zhotovení složitých 3D profilů je na člunkových stuhařských strojích technicky a ekonomicky výhodnější než např. zpracování technikou splétání, osnovního nebo zátažného pletení[7]

Tkané výztuže kompozitů s výrobky ve tvaru polokoule, krychle a podobných vypuklin se buďto lisují do formy nebo sešívají z patřičně nastříhaných dílů. Asi od začátku 90. let minulého století se zabývají výzkumníci vývojem technologie výroby tkanin s vypuklinami přesně vymezené velikosti a tvaru, se kterými by nahradily dosavadní výrobky s známými nedostatky (hrubé nepřesnosti, vysoký podíl manuální práce atd.). Výsledky do roku 2011:

Na speciálně upraveném pokusném stroji s žakárovým ústrojím se kombinují tři techniky tkaní:

• S použitím paprsku se třtinami sestavenými do tvaru vějíře se dosáhne variabilní hustoty osnovních nití
• Odtahová rychlost jednotlivých nití nebo skupin nití se reguluje pomocnými zařízeními (použitelnými jen pro určitý tvar tvar výrobku).
• Variací vazeb tkaniny se přizpůsobuje její hustota tvaru konečného výrobku

Konstrukce tkanin se programuje na počítači (CAD-simulace), útvary s plochou cca 1,5 m² a výškou vypukliny 30 cm se dají tkát za 2–3 minuty. Jako možné použití se uvádí zejména výztuže na helmy a různá pouzdra ve tvaru otevřené krychle.[8]

Koncem roku 2011 nebylo ještě nic známo o zavedení této technologie v průmyslovém měřítku.

Sestává ze tří systémů nití, které k sobě navzájem stojí kolmo, takže vytváří prostorový útvar.[9]

Princip tkaní spočívá v tom, že osnovní nitě prochází otvory v pohyblivé desce, kterou se dá nastavit předloha osnovy v libovolném směru. Známé jsou dva druhy:

• Dvě osnovy a jeden útek (pod značkou 3Weave™) : Normální osnova a útek je zde protkána druhou, vaznou osnovou[10]

• Jedna osnova a dva systémy zanášení útku (systém Biteam): Složitá vazební technika se simultánním prohozem jednoho útku vodorovně a jednoho kolmo.[11]

U vícevrstvých tkanin provazuje jeden útek jednotlivé osnovy a druhý spojuje každé dvě vedlejší tkaniny tak, že se může tvořit textilie až z 80 vrstev s tloušťkou cca 5 cm.

Varianta této techniky: Třetí útková nit provazuje vrstvy tkanin kolmo nebo šikmo k osnově[2]

Tkaniny se dají vyrábět jen s omezeným průřezem (cca 60 × 60 nití), kompozitní výztuže mají velmi stejnoměrnou, téměř izotropní vlákennou strukturu, impregnování tkaniny není snadné. Údaje o vyráběném množství nejsou zveřejňovány.

sestává ze dvou tkanin spojených vaznými osnovními nitěmi. Distanční tkanina se nechá výhodně zhotovit na jehlovém tkacím stroji s dvěma prošlupy nad sebou, do obou se zanáší současně útky. Osnovní nitě jsou vedeny listovkou nebo nitěnkami žakárového ústrojí do jednoho z prošlupů nebo do mezery mezi nimi, mezera mezi oběma tkaninami může být nastavena až na 100 mm.

Distanční tkaniny v klasickém provedení se používají na tkaní velurů a koberců. Vazné niti se zde přímo na tkacím stroji přestřihují a vznikají dvě tkaniny se smyčkovým povrchem. Pro sektor technických textilií se dvojité tkaniny (spojené vaznými nitěmi) používají např. na nafukovací matrace a čluny. Na výztuže kompozitů se tkaniny vyrábí většinou z ultrapevných filamentů a jako lamináty se používají např. na dvojité stěny tankových lodí.[12]

se vyrábí na principu tkaného plisé na zvlášť upravených tkacích strojích ze dvou osnov a jednoho systému zanášení útku.[13] Záhyby mohou vznikat ve tvaru smyček, nebo spojnic dvou vrstev tkaniny, které se dají zpracovat do různých tvarů (např. sendvič plněný pryskyřičnou pěnou).[14]