СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ ТКАНЕЙ
METHOD AND DEVICE OF PRODUCTION OF COMBINED MULTILAYER FABRICS

Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к многослойным тканям, более точно к комбинированным многослойным тканям, содержащим заданную схему комбинирования из витых нитей, образующих множество слоев под заданными углами наклона, связанных друг с другом комплектом связующих нитей, проходящих через слои, а также к устройству и способу их изготовления.
Уровень техники
Комбинированные многослойные ткани имеют широкое применение, такое как в качестве улучшенных композиционных материалов, приводных ремней и транспортерных лент, полотен в бумагоделательных машинах, помимо всего прочего.
В матрице улучшенных композиционных материалов содержатся высококачественные волокна. В зависимости от материалов волокон и матрицы и технологических параметров улучшенные композиционные материалы обладают повышенными отношениями предела прочности к массе и модуля упругости к массе, пределом выносливости, стойкостью к повреждению, заданным коэффициентом теплового расширения, химической устойчивостью, устойчивостью против атмосферных воздействий, термостойкостью, помимо всего прочего. Волокна являются основным несущим нагрузку компонентом армированного волокнами композиционного материала. Им часто предварительно придают различные формы, облегчающие изготовление изделий из композиционных материалов. Улучшенные композиционные материалы часто изготавливают из предварительно пропитанных лент, листов и тканей, содержащих параллельные непрерывные волокна, или однослойных тканей, удерживаемых матрицеобразующим материалом. Они используются для изготовления изделий методом ламинирования и намотки лент или нитей. Традиционные многослойные композиционные материалы подвержены расслаиванию, поскольку слои прочных волокон соединены только материалом матрицы, который часто является значительно менее прочным, чем волокна. Армирование волокнами трехмерного композиционного материала в направлении по толщине может эффективно препятствовать расслаиванию и придавать композиционному материалу очень высокую стойкость к повреждению. Помимо улучшенных свойств, композиционные материалы, армированные комбинированными структурами волокон, также могут обладать другими преимуществами, такими как способность к автоматизированной обработке в окончательной форме и более низкая стоимость изготовления. Трехмерные ткани, содержащие полностью сцепленные и сцепленные друг с другом смежные слои, могут быть изготовлены путем тканья или плетения. Нити в таких тканях извиты за счет их закручивания или скручивания, при этом извивы нитей приводят к уменьшению жесткости и прочности композиционных материалов, армированных такими тканями. Хотя слои тканей объединены путем сцепления, в них отсутствуют армирующие нити, проходящие непосредственно в направлении по толщине.
В армированных композиционных материалах также широко применяются многослойные ткани, содержащие слои параллельных волокон под заданными углами, связанных путем переплетения, известные как не извитые ткани. Способы изготовления таких многослойных тканей описаны в патенте US 4518640, выданном на имя Wilkens. Эти способы применимы для изготовления плоских тканей с фиксированной ориентацией нитей. Лежащие в плоскости полотна слои обычно содержат высококачественные волокна, такие как стеклянные и(или) графитовые волокна, а образующие переплетения нити обычно изготавливают из гибких волокон, таких как полиэтилентерефталат (PET) или арамид вместо использования высококачественных волокон такого же типа, как и в лежащих в плоскости полотна слоях.
Ткани с профилем сплошной прямоугольной формы или других форм, таким как двутавровый или тавровый профиль, могут быть получены с использованием армирующих волокон как в направлении плоскости полотна, так и в направлении по толщине способами трехмерного тканья и плетения, описанными, например, в патенте US 4312261, выданном на имя Florentine, и патенте US 5085252, выданном на имя Mohamed и др. Недостатком этих способов обычно являются ограниченные размеры полотен, которые могут изготавливаться.
Ткани трубчатой формы могут быть получены с использованием армирующих волокон как в направлении кольцевых слоев, так и направлении по толщине, как описано, например, в патенте US 4001478, выданном на имя King, и в патенте US 4346741, выданном на имя Banos и др. Такие способы не рассчитаны на гибкое изменение геометрии полотен и ориентации нитей в различных положениях полотна. Недостатком традиционных способов изготовления комбинированных тканей является невозможность гибко варьировать ориентацию волокон тканей и(или) форму, и(или) размер сечения при их изготовлении. Этим способам часто присущи другие недостатки, такие как низкая производительность, низкий уровень автоматизации, необходимость частого пополнения запасов паковок нитей и низкое объемное содержание волокон.
Соответственно, в технике существует до настоящего времени необеспеченная потребность в устранении упомянутых недостатков и изъянов.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предложен способ, в котором устранены упомянутые ограничения и недостатки существующих способов изготовления комбинированных тканей и который позволяет изготавливать изделия простых, а также сложных форм без переплетения или скручивания нитей. В способе используются большие паковки нитей, простая регулировка натяжения, предусмотрена возможность увеличения масштаба для производства тканей больших размеров в поперечном сечении, а также полной автоматизации среди прочих преимуществ.
Согласно одной из особенностей настоящего изобретения предложен способ изготовления многослойных тканей, имеющих заданную схему комбинирования из витых нитей и связующих нитей. В одном из вариантов осуществления способ включает стадию, на которой используют множество водителей витых нитей, образующих многослойную структуру в первом направлении, в которой все водители способны оперативно перемещаться относительно друг друга во втором направлении, перпендикулярном первому направлению. Каждый водитель витых нитей имеет комплект разнесенных в пространстве питающих паковок нитей для подачи витых нитей и формирования слоя витых нитей, в результате чего подаваемые из множества водителей витые нити образуют множество слоев витых нитей. В одном из вариантов осуществления множество водителей витых нитей расположены таким образом, что витые нити образуют множество слоев витых нитей под заданными углами в интервале от около 0° до около°90° к первому направлению, которое совпадает с продольным направлением изготавливаемых многослойных тканей.
Способ дополнительно включает стадии, на которых (а) формируют множество точек пересечения витых нитей путем перемещения по меньшей мере одного водителя для витых нитей во втором направлении согласно схеме комбинирования; (б) перемещают связующие нити через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении и закрепляют связующие нити на месте; (в) проталкивают связующие нити в сторону подрубки многослойных тканей; (г) сматывают изготовленные многослойные ткани и (д) повторяют стадии (а)-(г) до получения многослойных тканей желаемых размеров.
Способ также может включать устранения провисания связующих нитей до осуществления стадии сматывания.
В одном из вариантов осуществления связующие нити перемещают с помощью множества вводных игл для связующих нитей, установленных в заданном положении относительно множества водителей витых нитей. На стадии перемещения множество вводных игл для связующих нитей проводят через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении, чтобы скрепить друг с другом множество слоев витых нитей через слои. В одном из вариантов осуществления формируют заданную схему комбинирования путем регулировки числа витых нитей, относительных расстояний перемещения водителей витых нитей и активирования или пропуска используемых связующих нитей.
Согласно другой особенности настоящего изобретения предложено устройство для изготовления многослойных тканей, имеющих заданную схему комбинирования. В одном из вариантов осуществления устройство имеет множество водителей витых нитей, образующих многослойную структуру в первом направлении, в которой все водители способны оперативно перемещаться относительно друг друга во втором направлении, перпендикулярном первому направлению. Каждый водитель витых нитей имеет комплект разнесенных в пространстве питающих паковок нитей для подачи витых нитей и формирования слоя витых нитей, в результате чего подаваемые из множества водителей витые нити образуют множество слоев витых нитей. При перемещениях одного или нескольких водителей витых нитей во встречных направлениях соответствующими витыми нитями создается множество точек пересечения. Каждый водитель витых нитей способен перемещаться под углом или поступательно во втором направлении.
Устройство также имеет множество вводных игл для связующих нитей, установленных в заданном положении относительно множества водителей витых нитей и служащих для перемещения связующих нитей через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении с целью скрепления друг с другом через слои множества слоев витых нитей, и по меньшей мере одну планку трепала для ввода уложенных витых нитей в отверстия с целью их трепания в заданное время и проталкивания связующих нитей в сторону подрубки тканей. В одном из вариантов осуществления устройство дополнительно имеет множество кольцевых пуансонов, предназначенных для сжатия множества слоев витых нитей и служащих опорой для слоев витых нитей во время их ввода и трепания. Положения множества кольцевых пуансонов являются изменяемыми во время каждого цикла изготовления тканей.
Устройство также может иметь подающую иглу для удерживающих нитей и вводную иглу для удерживающих нитей, которые установлены в заданном положении относительно множества вводных игл для связующих нитей таким образом, что, когда через множество слоев витых нитей вводят связующие нити с помощью множества вводных игл для связующих нитей, чтобы сформировать открытые петли путем складывания связующих нитей, подающая игла для удерживающих нитей и вводная игла для удерживающих нитей перемещают удерживающую нить через открытые петли связующих нитей для закрепления связующих нитей в ткани.
Кроме того, устройство может дополнительно иметь дополнительную планку, которой снабжена каждая вводная игла для связующих нитей, чтобы удерживать открытой петлю связующей нити при вводе удерживающей нити и натягивать связующую нить после ввода удерживающей с целью ограничения изгиба связующей нити при ее натяжении.
В одном из вариантов осуществления в устройстве может использоваться петлеобразующий механизм, имеющий иглу и прокладчик нити для формирования петли удерживающей нити, которая проходит через открытую петлю сложенной связующей нити, при этом удерживающая нить служит, чтобы удерживать связующую нить на месте и предотвращать выталкивание связующей нити при отводе вводной иглы для связующих нитей и устранении провисания связующей нити.
В одном из вариантов осуществления устройство имеет одно или несколько устройств регулировки натяжения, установленных на каждом водителе витых нитей и служащих для регулировки натяжения витых нитей при их вытягивании, и тормозной механизм, связанный с одним или несколькими устройствами регулировки натяжения и служащий для предотвращения вытягивания витых нитей во время трепания.
Согласно еще одной особенности настоящего изобретения предложен способ изготовления многослойных тканей, имеющих заданную схему комбинирования, с использованием устройства, имеющего множество водителей витых нитей, образующих многослойную структуру в первом направлении, в которой все водители способны оперативно перемещаться относительно друг друга во втором направлении, перпендикулярном первому направлению, при этом каждый водитель витых нитей имеет комплект разнесенных в пространстве питающих паковок нитей для подачи витых нитей и формирования слоя витых нитей, в результате чего подаваемые из множества водителей витые нити образуют множество слоев витых нитей, а при перемещении одного или нескольких водителей витых нитей во встречных направлениях соответствующие витые нити создают множество точек пересечения; множество вводных игл для связующих нитей, установленных в заданном положении относительно множества водителей витых нитей; подающую иглу для удерживающих нитей и имеющую крючок вводную иглу для удерживающих нитей, которые установлены в заданном положении относительно множества вводных игл для связующих нитей; и по меньшей мере одну планку трепала.
В одном из вариантов осуществления способ включает стадии, на которых (а) перемещают по меньшей мере один водитель витых нитей во втором направлении согласно схеме комбинирования с целью формирования множества точек пересечения витых нитей; (б) вводят множество вводных игл для связующих нитей через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении для перемещения связующих нитей через множество слоев витых нитей и формирования открытых петель путем складывания связующих нитей; (в) закрепляют введенные связующие нити на месте с целью скрепления друг с другом через слои множества слоев витых нитей; (г) вводят по меньшей мере одну планку трепала через отверстия в уложенных витых нитях с целью трепания в заданное время и проталкивания связующих нитей в сторону подрубки тканей; (д) сматывают сформированные многослойные ткани с заданной скоростью; и (е) повторяют стадии (а)-(д) до получения многослойных тканей желаемых размеров. В одном из вариантов осуществления перемещение с целью закрепления связующих нитей на месте включает стадии, на которых (а) вводят вводную иглу для удерживающих нитей через петлю связующей нити; (б) отводят вводную иглу для связующих нитей из соответствующей петли связующей нити с верхней поверхности ткани без натяжения связующей нити; (в) перемещают подающую иглу для удерживающих нитей внутрь, чтобы подвести удерживающую нить к крючку вводной иглы для удерживающих нитей; (г) отводят вводную иглу для удерживающих нитей через петлю связующей нити и закрепляют удерживающую нить в предыдущей петле удерживающей нити; (д) натягивают связующую нить по мере того, как отводят дальше вводную иглу для удерживающих нитей; (е) перемещают вводную иглу для удерживающих нитей по окружности до следующей петли связующей нити и (ж) повторяют стадии (а)-(е), пока все связующие нити не будут закреплены на месте и натянуты.
В одном из вариантов осуществления способ дополнительно включает стадию трепания слоев витых нитей до осуществления стадии ввода.
В настоящем изобретении предложен способ формирования комбинированных многослойных тканей, имеющих различные постоянные или переменные формы профиля, постоянную или переменную ориентацию волокон и схемы комбинирования. В комбинированных многослойных тканях используются две системы нитей, одной из которых является система витых нитей, а другой - система связующих нитей. Витые нити образуют множество слоев под заданными углами к продольному направлению ткани, которые могут изменяться в интервале от около 0° до около ±90°. Связующие нити служат для скрепления друг с другом через слои слоев витых нитей. Для закрепления связующих нитей на месте может использоваться вспомогательная система удерживающих нитей. Поскольку основной функцией удерживающих нитей является не придание структурной прочности и жесткости тканям, а просто удержание связующих нитей на месте, в качестве удерживающих нитей могут использоваться гибкие волокна, такие как нейлоновые или PET нити. Нити для формирования каждого слоя витых нитей находятся на отдельном водителе. Для формирования ткани с желаемой формой профиля, ориентацией волокон и схемой комбинирования повторяют цикл операций, включающих следующие стадии, на которых: формируют множество новых точек пересечения витых нитей путем перемещения каждого водителя витых нитей согласно схеме комбинирования; перемещают множество связующих нитей через слои витых нитей в желаемых положениях и закрепляют связующие нити на месте; проталкивают связующие нитей в заданное положение с целью формирования ткани, устраняют любые провисания нитей и сматывают вновь сформированные ткани на регулируемое расстояние в машинном направлении, т.е. продольном направлении ткани. Комбинированные многослойные ткани, имеющие переменные формы профиля, ориентацию волокон и схемы комбинирования, формируют путем регулирования числа используемых слоев волокон, относительных расстояний перемещения водителей витых нитей и активирования или пропуска связующих нитей в процессе формирования.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с желаемой формой профиля, состоящих из множества слоев волокон, связанных друг с другом проходящими через слои связующими нитями, при этом каждый слой имеет заданную ориентацию волокон, а волокна в слоях не переплетены и не скручены.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с желаемой формой профиля. Примеры профилей включают трубчатые профили правильной или неправильной формы и сплошные профили правильной или неправильной формы, такие как двутавровый профиль, тавровый профиль, U-образный профиль и плоский профиль, помимо всего прочего.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с переменной формой профиля, при которой размеры поперечного сечения могут изменяться по длине ткани. Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с переменной формой профиля, которая может изменяться по длине ткани.
Еще одной дополнительной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с переменной формой профиля, при которой толщина стенок в случае ткани с полым профилем или толщина ткани со сплошным профилем может изменяться по длине ткани. Одной из задач настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с переменной формой профиля, при которой толщина стенок ткани с полым профилем может изменяться в пределах профиля и по длине ткани.
Другой задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей с переменной формой профиля, при которой схема комбинирования может изменяться путем закрепления или пропуска выбранных связующих нитей или путем закрепления связующих нитей. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей, в которых ориентация волокон каждого слоя может изменяться по длине ткани.
Дополнительной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей путем вытягивания нитей из питающих паковок с целью формирования слоев ткани без сматывания нитей и тем самым исключения необходимости в пружинах или упругих лентах для разматывания и оттягивания назад нитей, как это необходимо в обычных процессах двухмерного и трехмерного плетения.
Еще одной дополнительной задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления комбинированных многослойных тканей путем регулирования натяжения нитей с помощью устройств прямой регулировки натяжения за счет того, что нити, образующие слои ткани, перемещаются из паковок только в одном направлении без необходимости поправки на сматывание нитей. Эти и другие особенности настоящего изобретения станут ясны из следующего далее описания предпочтительного варианта осуществления со ссылкой на сопровождающие чертежи, при этом в изобретение могут быть внесены изменения и усовершенствования, не выходящие за пределы сущности и объема раскрытых в нем идей.
Краткое описание чертежей
На сопровождающих чертежах проиллюстрирован один или несколько вариантов осуществления, которые в сочетании с описанием имеют целью пояснение принципов изобретения. При описании какого-либо варианта осуществления одинаковые или сходные элементы по возможности обозначены одинаковыми позициями на всех чертежах, на которых:
на фиг.1 схематически показано устройство для изготовления многослойных тканей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, на фиг.2 показана блок-схема способа изготовления многослойных тканей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения,
на фиг.3-6 схематически показана последовательность изготовления многослойных тканей с использованием устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, (а) вид сверху устройства и (б) вид в поперечном разрезе устройства,
на фиг.7 схематически показаны трубчатые ткани, ламинированные по схеме [45/-45/0/90/-45/45] согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, у которых ориентация слоев от внутренней поверхности к наружной поверхности указана в градусах, и
на фиг.8 схематически показаны ткани с различными формами (а)-(и) профиля, изготовленные согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение будет более подробно описано на следующих примерах, которые имеют целью лишь иллюстрирование изобретения, поскольку для специалистов в данной области техники будут очевидны многочисленные усовершенствования и изменения. Будут описаны различные варианты осуществления изобретения. Одинаковыми позициями на чертежах обозначены одинаковые элементы. Используемые в описании и следующей далее формуле изобретения неопределенные и определенные артикли означают, в том числе, множественное число, если из контекста ясно не следует иное. Кроме того, используемый в описании и следующей далее формуле изобретения предлог "в" означает, в том числе, "на", если из контекста ясно не следует иное.
Используемые в описании термины, как правило, имеют принятое в технике значение в контексте изобретения и в конкретном контексте, в котором используется каждый термин. Некоторые термины, используемые для описания изобретения, пояснены ниже или далее в описании в качестве дополнительных рекомендаций для специалиста касательно описания изобретения. Используемые где-либо в описании примеры, включая примеры любых рассматриваемых терминов, являются лишь иллюстративными и никоим образом не ограничивают объем и сущность изобретения или какого-либо проиллюстрированного примера. Аналогичным образом изобретение не ограничено различными вариантами осуществления, приведенными в описании.
Используемые термины "около", "примерно" или "приблизительно" в целом означают в пределах 20%, предпочтительно 10%, более предпочтительно 5% заданного значения или диапазона. Приведенные численные величины являются приблизительными, то есть термины "около", "примерно" или "приблизительно" могут подразумеваться, если они не указаны в прямой форме.
В описании будут рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопровождающие фиг.1-8. В соответствии с назначением настоящего изобретения, которое осуществлено и в целом описано в настоящей заявке, согласно одной из его особенностей предложены комбинированные многослойные ткани из нитей, образующих множество слоев под заданными углами, связанных комплектом проходящих через слои нитей, и способ формирования комбинированных многослойных тканей, которым могут быть приданы различные постоянные или переменные формы профиля, постоянная или переменная ориентация волокон и схемы комбинирования в соответствии с требованиями к локальной архитектуре волокон и геометрии тканей.
В соответствии с настоящим изобретением комбинированные многослойные ткани изготавливают с использованием нитей двух систем: витых нитей и связующих нитей. Витые нити образуют множество слоев под заданными углами к продольному направлению ткани, которые могут изменяться в интервале от около 0° до около°90°. Связующие нити используют для скрепления друг с другом желаемых слоев витых нитей. Число слоев витых нитей может изменяться по желанию, но ограничено числом водителей витых нитей в устройстве. В одном из вариантов осуществления слои витых нитей могут быть профилированы в машинном направлении с помощью необязательной оправки соответствующей геометрии с целью получения полой ткани или ткани с сердечником. Ориентация витых нитей в отдельных слоях может изменяться в различных положениях ткани в процессе ее формирования.
Рассмотрим фиг.1, на которой схематически показано устройство 100 для изготовления комбинированных многослойных тканей с заданной схемой комбинирования согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство 100 имеет два водителя 110а и 110b витых нитей, образующих двухслойную структуру, проходящую в первом направлении 101 и конфигурированную таким образом, что все водители 110а/110b витых нитей способны оперативно перемещаться относительно друг друга во втором направлении 102а/102b, перпендикулярном первому направлению 101. Витые нити 130 поступают из множества питающих паковок 120. Питающие паковки 120, из которых поступают витые нити 130 для формирования каждого слоя ткани, установлены с промежутками на одном отдельном водителе 110а/110b. В этом примере осуществления, проиллюстрированном на фиг.1, для сматывания изготовленной ткани 112 используют оправку 103 и вводят концы витых нитей 130, выходящих из питающих паковок 120, в ткань, уложенную на оправку 103. За счет перемещения одного или нескольких водителей 110а и 110b витых нитей во встречных направлениях 102а и 102b соответствующие витые нити 130 создают множество точек 132 пересечения.
В этом варианте осуществления водители 110а и 110b витых нитей расположены под углом с возможностью поворота по отдельности или совместно в направлениях 102а и(или) 102b. Водители 110а и 110b витых нитей поворачиваются вокруг оси 101 оправки 103. Соответственно, могут изготавливаться трубчатые или трубкообразные многослойные ткани. В других вариантах осуществления водители витых нитей могут быть способны поступательно перемещаться по отдельности или совместно во втором направлении, перпендикулярном первому направлению, в котором ориентированы/проходят водители витых нитей. В процессе работы перемещение водителей витых нитей регулируется системой управления. Заданную схему комбинирования формируют путем регулировки числа витых нитей, относительных расстояний перемещения водителей витых нитей, расстояния сматывания ткани в первом направлении и активирования или пропуска используемых связующих нитей.
Кроме того, в этом примере осуществления используются два водителя 110а и 110b витых нитей, и соответственно, витые нити 130, подаваемые из двух водителей 110а и 110b витых нитей, образуют два слоя витых нитей. Тем не менее, число водителей витых нитей, используемых для осуществления настоящего изобретения, не ограничено. В соответствии с настоящим изобретением число водителей витых нитей определяет максимальное число слоев изготавливаемой ткани. Каждый водитель витых нитей помещает нити в слой под желаемым углом путем перемещения по окружности, такого как поворот жесткого кольцевого держателя. Водители витых нитей могут быть жесткими или гибкими. Жесткие водители могут быть круглыми, как описано в рассмотренном примере, или иметь другие геометрические формы. Примеры гибких носителей включают ремни, цепи и сцепленные механизмы, перемещающиеся по направляющим.
В одном из вариантов осуществления витые нити из некоторых водителей могут подаваться из неподвижного шпулярника. Эти водители могут оставаться неподвижными в процессе работы для формирования расположенных под углом 0° слоев витых нитей или могут возвратно-поступательно перемещаться для формирования рубчатой ткани.
Паковки для подачи витых нитей могут содержать по одной нити в паковке или множество нитей в одной паковке для подачи множества нитей в процессе разматывания. Паковки могут представлять собой фланцевые паковки, паковки крестовой намотки или иметь другую конфигурацию. Паковки могут быть с внутренней стороны, наружной стороны, сбоку или внутри водителя.
Кроме того, на каждом водителе витых нитей может быть установлено одно или несколько устройств регулировки натяжения (не показаны) для регулирования натяжения витых нитей при их вытягивании. Для предотвращения вытягивания витых нитей во время трепания может использоваться тормозной механизм в виде отдельного устройства или в составе устройства регулировки натяжения. Устройство 100 также имеет одну или несколько вводных игл для связующих нитей 140, установленных в заданном положении относительно множества водителей витых нитей 130 для перемещения/ввода связующих нитей через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении 101 с целью скрепления друг с другом через слои множества слоев витых нитей.
Связующие нити поступают из соответствующих паковок, которыми могут являться отдельные паковки или многонитевые паковки, такие как ткацкие навои. Связующие нити вводят через слои витых нитей 130 через соответствующие интервалы, заданные схемой комбинирования, и закрепляют на месте. Связующие нити могут вводиться в направлении через слои после сжатия друг с другом вновь уложенных витых нитей 130 подобно прошиванию. При комбинировании слоев по типу прошивания может происходить частичное протыкание витых нитей. Кроме того, во избежание протыкания витых нитей связующие нити могут вводиться через зазоры между вновь сформированными точками 132 пересечения витых нитей 130 до их сжатия друг с другом, как в случае ранее рассмотренного примера. Существует несколько вариантов механизмов размещения связующих нитей, включая разнообразные петлеобразующие механизмы, рапирные механизмы перемещения нитей, челноки, станки для сшивания, помимо всего прочего.
В вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг.1 и 3-6, используют множество вводных игл для связующих нитей 140 с целью ввода связующих нитей через слои витых нитей и формирования открытых петель путем складывания связующих нитей. Устройство 100 также может иметь подающую иглу для удерживающих нитей 172 и вводную иглу для удерживающих нитей 174, установленную в заданном положении относительно множества вводных игл для связующих нитей 140. Когда множество вводных игл для связующих нитей 140 вводят связующие нити через множество слоев витых нитей с целью формирования открытых петель путем складывания связующих нитей, подающая игла для удерживающих нитей 172 и вводная игла для удерживающих нитей 174 перемещают удерживающую нить через открытые петли связующих нитей и закрепляет связующие нити в ткани.
Для обеспечения высокой скорости работы устройство 100 предпочтительно имеет такое же количество комплектов игл для связующих нитей и удерживающих нитей, как и число паковок витых нитей. Перемещение каждого комплекта игл осуществляется по команде системы управления. Как минимум, необходима только одна пара игл для удерживающих нитей. В таком случае за каждый цикл формирования ткани пара игл совершает один оборот в направлении вдоль окружности относительно уложенных слоев витых нитей.
Как показано на фиг.1, устройство 100 также имеет одну или несколько планок 160 трепала для ввода через отверстия в уложенных витых нитях с целью трепания в заданное время и проталкивания связующих нитей в сторону подрубки 105 ткани. В процессе работы одна или несколько планок 160 трепала в соответствующее время проникают через отверстия в уложенных витых нитях 130 для трепания с целью проталкивания витых нитей 130 в сторону подрубки 105 ткани при подготовке к вводу связующих нитей. Трепание до ввода связующих нитей позволяет размещать связующие нити максимально близко к подрубке 105 ткани. Планка трепала может быть оснащена вращающимися колесами или изготовлена из материалов с низким коэффициентом трения, чтобы в сочетании с соответствующей геометрией сводить к минимуму истирание и повреждение витых нитей. В качестве альтернативы или помимо трепания до ввода может осуществляться трепание после ввода связующих нитей с целью проталкивания вновь введенных связующих нитей до подрубки 105 ткани. Аналогичное проталкивание может осуществляться с помощью одной планки трепала, перемещающейся в направлении вдоль окружности, хотя, с точки зрения экономичности и эффективности работы, предпочтительным является множество планок.
Устройство 100 дополнительно содержит множество кольцевых пуансонов 151, 153 и 155, предназначенных для сжатия множества слоев витых нитей и служащих опорой для слоев витых нитей во время их ввода и трепания. Положения множества кольцевых пуансонов являются изменяемыми во время каждого цикла изготовления тканей.
Кроме того, устройство 100 может также иметь дополнительную планку (не показана), которой снабжена каждая вводная игла для связующих нитей 140, чтобы удерживать открытой петлю связующей нити при вводе удерживающей нити и натягивать связующую нить после ввода удерживающей с целью ограничения изгиба связующей нити при ее натяжении.
Устройство может содержать петлеобразующий механизм, имеющий иглу и прокладчик нити для формирования петли из удерживающей нити, которая проходит через открытую петлю из сложенной связующей нити, при этом удерживающая нить служит для закрепления связующей нити на месте и предотвращения вытягивания связующей нити при отводе вводной иглы для связующих нитей и устранении провисания связующей нити.
В соответствии с настоящим изобретением комбинированные многослойные ткани могут изготавливаться с использованием описанного выше устройства на стадиях, на которых сначала путем перемещения по меньшей мере одного водителя витых нитей во втором направлении формируют множество точек пересечения витых нитей. Перемещением управляет система управления согласно схеме комбинирования. Затем перемещают или вводят связующие нити через множество слоев витых нитей в заданных положениях в первом направлении и закрепляют их на месте. Проталкивают связующие нити в сторону множества точек пересечения витых нитей с целью формирования многослойных тканей. Затем сматывают сформированные многослойные ткани. Упомянутые стадии повторяют до получения многослойных тканей желаемых размеров.
Способ может осуществляться непрерывно или пошагово с синхронизацией перемещения водителей витых нитей, ввода связующих нитей, трепания и сматывания ткани.
Рассмотрим фиг 2 и 3, в особенности фиг.2, на которой показана блок-схема способа изготовления многослойных тканей согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления используется шесть кольцеобразных водителей 310a-310f витых нитей. Перед тем как начать способ, каждый кольцевой держатель 310а, 310b, 310с, 310d, 310е или 310f оснащают паковками 320 витых нитей и привязывают концы нитей к оправке 303, проходящей внутри кольцевого пуансона 351 по оси 301 оправки, диаметр которой соответствует внутреннему диаметру изготавливаемой трубчатой ткани 312. После испытательного прогона на стадии 201 с целью достижения установившегося состояния осуществляют следующие стадии, входящие в один цикл: на стадии 211 перемещают водители 310а-310f витых нитей согласно расчетной/заданной для ткани схеме, чтобы проложить витые нити 330. В одном из вариантов осуществления водители 310а (верхний) и 310f (нижний) витых нитей перемещают на один шаг в положительном направлении (против часовой стрелки), водители 310b и 310е витых нитей на один шаг в отрицательном направлении (по часовой стрелке), водитель 310с витых нитей остается неподвижным, а водитель 310d витых нитей совершает один оборот. Затем на стадии 213 приводят в действие тормоза витых нитей 330, чтобы прекратить прокладку витых нитей 330. На стадии 220 перемещают планку 360 трепала к подрубке ткани с целью трепания, а затем отводят ее. На стадии 231 вводят связующую нить 342 через отверстия между точками 332 пересечения витых нитей. На стадии 233 вводят связующую нить 342 и закрепляют ее на месте удерживающей нитью 371. На стадии 235 устраняют любые провисания связующих нитей и удерживающих нитей. На стадии 237 система управления (не показана) определяет, завершен ли ввод связующей нити. Если ввод связующей нити не завершен способ возобновляется со стадии 231. В противном случае на стадии 240 отпускают тормоза витых нитей 330. Затем на стадии 250 сматывают изготовленную ткань 312 с помощью оправки 303 на заданное расстояние или с заданной скоростью. На стадии 255 система управления определяет, получена ли желаемая ткань. Если желаемая ткань получена, способ изготовления завершается на стадии 270. В противном случае на стадии 260 при необходимости могут корректироваться параметры, после чего способ повторяют со стадии 211. Последовательность стадий может корректироваться, а перемещения могут быть непрерывными или пошаговыми. Путем сочетания скоростей водителей витых нитей (размера шага перемещения водителей) и скорости сматывания ткани в машинном направлении (размера шага перемещения оправка) задают локальные ориентации нитей ткани. Путем изменения скорости водителей относительно скорости сматывания ткани можно по желанию изменять ориентацию нитей. Соответственно, путем регулировки относительных скоростей разматывания и сматывания в процессе формирования ткани можно изготавливать ткани с переменными углами слоев по длине. Для формирования слоя под углом, близким к 90°, должно быть ограничено число активных нитей, вытягиваемых из паковок, или должны использоваться более тонкие нити в соответствии с желаемой толщиной слоя.
На фиг.3-6 схематически проиллюстрирован один из примеров ввода связующей нити и соответствующего механизма фиксации согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Вспомогательные детали и некоторые перемещения деталей опущены, поскольку они известны специалистам в данной области техники. С помощью множества вводных игл 340 для связующих нитей вводят связующие нити 342 через слои витых нитей 330 с целью формирования открытых петель, образованных сложенными связующими нитями, через которые может проходить удерживающая нить 371 для закрепления связующих нитей 342. Каждая вводная игла 340 для связующих нитей может быть оснащена дополнительной планкой (не показана), чтобы удерживать открытой петлю связующей нити при вводе удерживающей нити 371 и натягивать связующую нить 342 после ввода удерживающей нити 371 с целью ограничения изгиба связующей нити 342 при ее натяжении. Петлеобразующий механизм, содержащий иглу и прокладчик нити, формирует петлю из удерживающей нити, которая проходит через открытую петлю из сложенной связующей нити. Удерживающая нить 371 предназначена для того, чтобы удерживать связующую нить 342 на месте в ткани 312 и предотвращать вытягивание связующей нити 342 при отводе вводной иглы 340 для связующих нитей и устранении провисания связующей нити 342. Последовательность формирования петли удерживающих нитей для закрепления связующей нити включает следующие стадии (а)-(г), проиллюстрированные на фиг.3-6 соответственно.
На стадии (а), как показано на фиг.3, опускают наружный кольцевой пуансон 355, чтобы уменьшить трение между витыми нитями 330 при высвобождении заданного количества витых нитей 330 за счет углового перемещения водителей 310а-310f витых нитей. Проталкивают планку 360 трепала в слои витых нитей с целью трепания до ввода связующих нитей, а затем поднимают наружный кольцевой пуансон 355, чтобы сжать слои витых нитей. После этого отводят планку 360 трепала.
На стадии (б), как показано на фиг.4, пропускают вводные иглы 340 для связующих нитей через отверстия в слоях витых нитей, чтобы вывести удерживающие открытые петли 345 на верхнюю поверхность ткани 312. Пропускают вводную иглу 374 для удерживающих нитей через петлю связующей нити 345.
На стадии (в), как показано на фиг.5, отводят вводные иглы 340 для связующих нитей с верхней поверхности ткани 312 без натяжения связующей нити 341. Перемещают подающую иглу 372 для удерживающих нитей внутрь, чтобы подвести удерживающую нить 371 к крючку вводной иглы 374 для удерживающих нитей. На стадии (г), как показано на фиг.6, отводят вводную иглу 374 для удерживающих нитей через петлю связующей нити 345 и закрепляют удерживающую нить 371 в предыдущей петле удерживающей нити. Натягивают связующую нить 341 по мере отвода вводной иглы 340 для связующих нитей.
Перемещают механизм ввода удерживающих нитей по окружности до положения следующей связующей нити и повторяют стадии (в) и (г), пока не будут закреплены и натянуты все связующие нити 341. Перемещают несущую ткань оправку вперед для сматывания ткани.
Перечисленные стадии повторяют, пока не будет изготовлен весь кусок ткани. В этом наглядном примере перемещают несущую готовую ткань оправку вверх, чтобы вывести петли удерживающих нитей (или связующих нитей, если удерживающие нити не используются) на наружную поверхность ткани. В качестве альтернативы, оправка и ткань способны перемещаться через кольцевой пуансон вниз, в результате чего петли, образованные удерживающими нитями (или связующими нитями, если удерживающая нить не используется), оказываются на внутренней поверхности ткани.
В соответствии с настоящим изобретением ввод и закрепление каждой связующей нити удерживающей нитью в любой заданной точке может осуществляться или исключаться посредством системы управления, и, соответственно, схема комбинирования может изменяться по желанию даже в пределах одного куска ткани. В результате перемещения одного или нескольких водителей витых нитей во встречных направлениях соответствующими витыми нитями создается множество точек пересечения, что влияет на структуру ткани. На фиг.7 проиллюстрирован один из примеров трубчатой ткани, ламинированной по схеме [45/-45/0/90/-45/45] согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, у которой ориентация слоев от внутренней поверхности к наружной поверхности указана в градусах.
Описанным выше способом могут формироваться ткани с различными формами профиля. Некоторые из них в качестве примеров проиллюстрированы фиг.8. Помимо цилиндрических трубчатых структур (а), может изготавливаться множество вариантов тканей с различными формами профиля и переменными формами профиля по длине. Оправка может иметь некруглую форму, позволяющую изготавливать ткани с некруглой формой профиля, такие как (б) и (в). Размер или форма профиля ткани может изменяться по длине, как в случае (г). Согласно другому варианту вместо оправки используется профилирующий механизм, позволяющий получать плоские профили (д) или профили (е) другой формы. Плоский профиль (д) также может быть получен путем рассекания трубчатой ткани (а), а тавровый профиль (е) может быть получен путем сплющивания трубчатой ткани (а). Обычно витые нити из каждого водителя образуют сплошной слой нитей в ткани при перемещении водителя, как правило, в одном направлении. Тем не менее, путем размещения паковок нитей в соответствующих положениях на водителе и обеспечения попеременного перемещения водителя назад и вперед может быть получен прерывистый слой. Один или множество таких прерывистых слоев образуют рубцы на ткани (ж). Ширина, высота и интервал между рубцами могут изменяться по желанию. Рубцы могут находиться на наружной, внутренней или обеих поверхностях ткани. Рубчатая ткань с плоским профилем может быть получена путем рассекания трубчатой рубчатой ткани (ж). Ткань (и) с переменной толщиной стенок профиля может быть изготовлена путем изменения количества осевых (под углом 0 градусов) нитей в различных положениях поперечного сечения, использования неполных слоев витых нитей или того и другого. Таким образом, в настоящем изобретении, помимо всего прочего, предложены устройство и способ изготовления комбинированных многослойных тканей из витых нитей, образующих множество слоев под заданными углами, связанных друг с другом комплектом проходящих через слои нитей. Комбинированные многослойные ткани могут иметь разнообразные постоянные или переменные формы профиля, постоянную или переменную ориентацию волокон и схемы комбинирования в соответствии с требованиями к локальной архитектуре волокон и геометрии тканей. Изложенное выше описание примеров осуществления было приведено в качестве иллюстрации и описания и не должно считаться исчерпывающим или ограничивать изобретение точными раскрытыми формами. Возможно множество модификаций и разновидностей в свете изложенных идей изобретения.
Выбранные варианты осуществления были описаны в целях пояснения принципов изобретения и их практического применения, чтобы побудить специалистов в данной области техники использовать изобретение, различные варианты осуществления и модификации, рассчитанные на конкретное предусмотренное применение. Специалисты в области техники, к которой относится изобретение, смогут предложить альтернативные варианты осуществления, не выходящие за пределы его сущности и объема. Соответственно, объем настоящего изобретения ограничен прилагаемой формулой изобретения, а не изложенным выше описанием и рассмотренными в нем примерами осуществления.