بخشی از مقاله
چکیده
امروزه پارچه های سه بعدی متعامد کاربردهای فراوانی در صنایع مختلف دارند. از این رو پیش ساخت های بافته شده با این نوع ساختار، جهت تقویت مواد مرکب، برای کاربردهای مختلف از قبیل صنایع هوافضا، جهت استفاده در بدنه و بال هواپیما و همچنین در صنایع خودروسازی، جهت استفاده در بدنه اتومبیل توسعه فراوانی پیدا نموده اند. مواد مرکب ساختارهای نساجی هستند که معمولا در ساختمان آنها از پارچه های دو بعدی به عنوان جزء تقویت کننده استفاده شده است که به دلیل کم بودن استحکام آنها در امتداد ضخامت، دچار آسیب لایه لایه شدن می شوند. استفاده از پارچه های سه بعدی متعامد به عنوان پیش ساخت های تقویت مواد مرکب، بر این مشکلات فائق آمده اند. پارچه های سه بعدی متعامد، ساختارهایی هستند که از سه دسته نخ عمود بر هم تشکیل شده اند، به گونه ای که نخ های تشکیل دهنده در سه جهت طول، عرض و ضخامت قرار گرفته اند.
در این مطالعه با طراحی و ساخت یک دستگاه بافندگی پارچه سه بعدی متعامد با استفاده از روش بافندگی تاری- پودی پارچه های سه بعدی متعامد با تعداد لایه های مختلف تولید شد، سپس خواص استحکام کششی آنها با استفاده از دستگاه آزمایش کشش اندازه گیری گردید. نتایج نشان داد که با افزایش تعداد لایه های نخ های تار اصلی، استحکام کششی پارچه سه بعدی متعامد در جهت طول افزایش پیدا می کند.
-1 مقدمه
در دو دهه گذشته، تحقیقات بسیار زیاد و مهمی بر روی مواد مرکب و هچنین پیش ساخت های بافته شده جهت تقویت مواد مرکب توسط دانشگاهها، سازمان های تحقیقاتی و آزمایشگاههای دولتی انجام گرفته است. در واقع به خاطر ویژگی های ساختاری و منحصر به فرد این مواد در مقایسه با فلزات باعث شده تا کاربرد این مواد در صنایع مختلف از قبیل هوا فضا جهت استفاده در بدنه و بال هواپیماها و همچنین خودروسازی جهت کاربرد در بدنه خودرو توسعه فراوانی پیدا نمایند
مواد مرکب ساختارهایی هستند که در آنها معمولاً از پارچه های دو بعدی به عنوان جزء تقویت کننده استفاده می شود و خواص استحکام و سختی صفحه ای بهتری در مقایسه با فلزات و سرامیک از خود نشان می دهند. کاربرد پارچه های دو بعدی در مواد مرکب جهت استفاده در برخی از ساختارهای حساس و خطرناک مانند بدنه هواپیما و خودرو به دلیل کم بودن خواص مکانیکی آنها در امتداد ضخامت در مقایسه با فلزات از قبیل آلومینیوم و فولاد محدود شده است.
این ساختار بدلیل نداشتن استحکام در جهت بعد سوم خواص خارج از صفحه ای کمتری دارند و در نتیجه مقاومت آنها در برابر لایه لایه شدن کم است. پارچه های سه بعدی متعامد ساختارهایی هستند که از سه دسته نخ های عمود بر هم تشکیل شده اند به گونه ای که نخ های تشکیل دهنده در سه جهت طول، عرض و ضخامت به صورت صاف و مستقیم قرار گرفته اند و نشان دادند به خاطر داشتن نخ های اتصال دهنده در امتداد ضخامت، مقاومت خیلی زیادی در مقابل لایه لایه شدن و همچنین خواص سختی بیشتری در مقابل آسیب دارند از اینرو، پیش ساخت های سه بعدی متعامد، جهت تقویت مواد مرکب، به عنوان یک گزینه قابل اطمینان، جهت استفاده در قطعات سخت هستند که بر مشکلات بین ورقه ای که در مواد مرکب تقویت شده با پارچه های دو بعدی وجود داشت فائق آمده
روش بافت پارچه های سه بعدی متعامد برای اولین بار توسط دانشکده مهندسی نساجی دانشگاه کارولینای شمالی - محمد و زانگ[2] - 1992، اختراع شد و سپس توسط شرکت تری تکس - 1998 - با نام تجاری تری وو توسعه و تجاری سازی شد. در این روش با استفاده از اصلاح ماشین بافندگی معمولی - دوبعدی - عملیات بافندگی با سرعت بالا و کمترین میزان تموج در ساختار پارچه انجام گرفت. در واقع این اصلاحات با ایجاد تغییراتی در قسمت های تغذیه نخ، پود گذاری، دفتین زدن و قسمت برداشت پارچه انجام شد. در این روش از یک سامانه پود گذار استفاده شده است که چندین پود را به صورت همزمان به قسمت بافت دستگاه تغذیه می کند.
در این تحقیق، یک دستگاه بافندگی پارچه سه بعدی متعامد طراحی و ساخته شد. در این دستگاه با استفاده از سامانه انتقال حرکت کاملا مکانیکی و ساده فرآیند بافت یک پارچه سه بعدی متعامد انجام شده است. همچنین پارچه های سه بعدی تولید شده با تعداد لایه های مختلف از نظر خواص کششی مورد ارزیابی قرار گرفتند.
-2 تجربیات
1؛-2 ساخت دستگاه بافندگی پارچه سه بعدی متعامد
فرآیند بافندگی تاری-پودی یکی از قدیمی ترین روش های تولید پارچه های دوبعدی - معمولی - است. در بافندگی پارچه های دو بعدی، روش پایه و اصلی برای تولید یک پارچه معمولی عبارتند از: تشکیل دهنه، پود گذاری، دفتین زدن، تغذیه نخ و برداشت پارچه می باشد. پارچه های دوبعدی به علت در هم روی دو مجموعه از نخ های تار و پود دارای ساختاری انحنا دار یا به اصطلاح تموج هستند.
در این تحقیق، طراحی و ساخت دستگاه بافندگی پارچه های سه بعدی متعامد بر اساس اصول پایه در تولید پارچه های دو بعدی صورت گرفته است، با این تفاوت که نخ های تار و پود در هم روی با همدیگر ندارند یا به اصطلاح دارای ساختاری صاف و مستقیم هستند.
در واقع عملیات بافت مانند آنچه که در روش بافندگی معمولی بر روی نخ های تار و پود صورت می پذیرد وجود ندارد و همچنین نخ های تار اتصال دهنده به عنوان یک عنصر جدید جهت اتصال لایه های تار و پود در امتداد ضخامت به فرآیند بافندگی اضافه شده است. نمایی از دستگاه بافندگی طراحی و ساخته شده برای تولید پارچه های سه بعدی متعامد در شکل 1 نشان داده شده است. همچنین دستگاه طراحی و ساخته شده در این تحقیق به عنوان اختراع با شماره94997 در دفتر مالکیت فکری و صنعتی به ثبت رسیده است.
شکل:1 نمایی از دستگاه بافندگی پارچه سه بعدی متعامد
فرآیند بافندگی پارچه سه بعدی متعامد شامل مراحل زیر می باشد:
- پس از حرکت متقابل وردها و تشکیل دهنه توسط نخ های تار اتصال دهنده، نوبت به عملیات پود گذاری توسط میله های پود گذار می رسد. قبل از پود گذاری، میله کناره گیر ثابت لبه پود های بافته شده در مرحله قبل را گرفته تا از جمع شدگی لبه پارچه در هنگام پود گذاری جلوگیری شود
- در مرحله بعدی میله های پود گذار تمام نخ های پود را - با توجه به تعداد لایه ها - به طور همزمان وارد لایه های نخ های تار می کند
- پس از ورود نخ های پود به وسیله میله های پود گذار و تشکیل حلقه های پود در طرف مقابل، کناره گیر متحرک وارد حلقه ها شده و سپس میله های پود گذار از بین لایه های نخ های تار خارج می شوند. در واقع با این عمل از خارج شدن نخ های پود از داخل لایه های نخ های تار پس از خروج میله های پود گذار جلوگیری می شود
- در مرحله بعد پودهای گذاشته شده در داخل لایه های نخ های تار، توسط شانه، به لبه پارچه کوبیده می شود. در این مسیر و در حین لغزش نخ های پود در میان لایه های نخ های تار، کناره گیر متحرک، شانه بافندگی را همراهی می کند در واقع با این عمل از خارج شدن نخ های پود از میان لایه های نخ های تار و در حقیت از به هم خوردن ساختار جامع پارچه جلوگیری می کند همچنین قبل از خارج شدن کناره گیر متحرک از داخل حلقه های تشکیل شده، با عبور یک سوزن بافندگی حلقوی از داخل حلقه ها، عملیات حلقه انداختن درون حلقه های نخ پود انجام می شود. در واقع با انجام این کار از خارج شدن نخ های پود از داخل ساختار پارچه جلوگیری شده و ساختار جامع پارچه حفظ می شود
