Innowacyjna technologia przestrzennych dzianin kolumienkowych – struktura i właściwości

• Autorzy: Pieklak K.

Warianty tytułu

EN

An innovative technology of the spatial warp - knitted fabrics – structure and properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W początkowej części pracy przedstawiono ogólne tendencje rozwoju w zakresie tekstyliów technicznych zarówno dzianych, tkanych jak i plecionych ze szczególnym uwzględnieniem wyrobów przestrzennych. Sformułowano istotne cechy budowy nowej generacji dzianin przestrzennych, w tym przestrzennych przeszywanych dzianin kolumienkowych, uwzględniających struktury o więcej niż dwóch warstwach zewnętrznych i przynajmniej jednej warstwie wewnętrznej. Na podstawie zdefiniowanej geometrii dzianin kolumienkowych 3D określono założenia do koncepcji budowy nowoczesnych osnowarek o więcej niż dwóch grzebieniach igłowych. W celu sprawdzenia poprawności postawionych założeń konstrukcyjnych zbudowano model użytkowy osnowarki czterogrzebieniowej, a następnie wytworzono na nim pierwsze struktury dzianych belek. Dla zdefiniowanych struktur dzianych opracowano model geometryczno - strukturalny bazujący na bryle w formie prostopadłościanu o podstawie kwadratowej. Ponadto opracowano algorytm projektowania strukturalno - technologicznego dzianin kolumienkowych 3D oraz zbudowano komputerowy program symulacji właściwości zarówno struktur dzianych jak i kompozytów, w którym wykonano badania symulacyjne właściwości belki przestrzennej. W środowisku programu ANSYS przeprowadzono także badania numeryczne wytrzymałości kompozytów przestrzennych. Dla rzeczywistych struktur belek kompozytów epoksydowo - szklanych wykonano badania empiryczne procesu zginania i ściskania z wykorzystaniem techniki termowizyjnej, w trakcie których prowadzono rejestrację wartości temperatury na powierzchni obciążanych kompozytów.

EN

In the beginning of the doctoral thesis was presented general trends in the development of technical textile s that contains both knitted fabrics, woven fabrics and plaited fabrics. The prepared analysis mainly based on the spatial textiles, that are mostly used in the composite systems. The paper contains four main sections. The first one includes the building and the technology of spatial warp - knitted fabrics and 3D stitch combined fabrics. These fabrics create solids that in cross - section have basic plane figures with an even number of sides, like squares, hexagons, or with an odd number of sides like triangles, pentagons. The cross - sections of the knitted fabrics may also have more sophisticated shapes such as T - bars, double - T bars, channel bars and others, whose form is similar to the commonly used structural beams. The spatial knitted fabrics can be produced from different types of threads. The chapter also describes the concept of building of the multi - needlebar machine with an even and odd number of needle bars. The basic mechanisms and machine components were characterized. The loop forming process for the three - and four - needlebar machines were determined. The prototype of the four - needlebar machines were designed and constructed. All mechanisms of the machines are operated manually. The first solid of the knitted structure with the square cross - section were manufactured on this machine. The new generation of the spatial warp - knitted fabrics and 3D stitch combined fabrics will be applied in the reinforcement of light and high - strength composites. The next chapter presents a geometric – structural model of the spatial warp - knitted fabrics based on the basic structure of the fabric in the form of a rectangular prism. The model of the 3D fabric is the s um of the parameters of the componential models: a model of the external layers and a model of the internal layers. An algorithm of the structural and technological design was developed. The algorithm contains the structure of the knitted fabric and based on its composite structure. The algorithm is built from four sections: the threads parameters, the basic parameters of the knitted fabrics, the structural and physical parameters of knitted fabrics and the parameters of the „knitted composites”. Nearly 450 mathematical relationships that describe the parameters of the fabric and the composite were formulated. These mathematical relationships were used to create a worksheet to simulate the geometric – structural parameters. The next chapter includes computer modeling of the mechanical properties of the „spatial knitted composites”. The simulations were performed in the ANSYS environment, based on the finite element method. The object of the research was a composite beam in the form of a thin - walled prism. The computational model was an "open model" based on the real values of the Young's modulus, that were measured on a testing machine, assuming that the model has anisotropic properties. The simulations were carried out in the three different systems of support, which means in the two - three - and four - point support system. In the calculations were changed: the internal layer geometry of the beam, the thickness of the external and the internal layers, the number and the distance between the perpendicular barriers, the construction of the barrier, the measured value of the Young's modulus and the value of the loading force. The total sum of the computational variants was 111. The last chapter includes an analysis of the strength properties of the spatial composites based on the infrared technique. The experimental research was carried out by three -, or four - point bending process and compression process of the composite beams. The composite beams were made from the fabrics from the glass fibers strengthened by an epoxy resin. The experiment was carried out on the measuring position equipped with two cameras: an infrared camera used for the registration of the thermal images and a digital camera. The recorded results of force and temperature on the surface of the composite were used to analyze changes of the exciting force and the temperature as a function of time. The building and the technology of the spatial warp - knitted fabrics and 3D stitch combined fabrics were awarded with a silver medal at the World Exhibition „Eureka Contest 2010”. They are also the object of one patent and three patent applications, six publications and a few oral presentations.

Słowa kluczowe

PL

dzianina kolumienkowa; tekstylia techniczne; wyroby przestrzenne; dzianina 3D

EN

warp-knitted fabrics; technical textiles; spatial textiles; 3D fabrics

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Włókiennictwo / Politechnika Łódzka
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 70
• Strony: 5--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 53 poz.

Twórcy

autor

Pieklak K.

• Wydział Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów Politechniki Łódzkiej

Bibliografia

• [1] Grębowski J.: Dzianiny techniczne otwierają nowe rynki, Przegląd – Włókno, Odzież, Skóra, Nr 1, 2004, ss. 24 - 27.
• [2] Grębowski J.: Dziewiarska technika osnowowa do wytwarzania dzianin technicznych i ich obszar zastosowania, Technik Włókienniczy, Nr 8, 1991, ss. 151 - 153.
• [3] Grębowski J.: Nowoczesne osnowarki i wytwarzane na nich dzianiny techniczne. Cz. II , Przegląd Włókienniczy, Nr 3, 2003, ss. 23 - 26.
• [4] Grębowski J.: Nowoczesne osnowarki i wytwarzane na nich dzianiny techniczne, Cz. 1 , Przegląd Włókienniczy, Nr 2, 2003, ss. 22 - 26.
• [5] Linke M., Sarsour J., Stegmaier T., Planck H.: Textilien für den Umweltschutz – Beispiele aus der Forschung , Melliand Textilberichte, No. 6, 2010, ss. 250 - 252.
• [6] Cetex Chemnitzer Textilmaschinenentwicklung gGmbH , Melliand Textilberichte No. 9, 2006, s. 667.
• [7] Legner M.: CMS - Flachstricktechnologie für technische Anwendungen, Melliand Textilberichte, No. 9, 2006, ss. 635 - 636 .
• [8] Textiles for environmental protection - current examples from research , Technical Textiles, No. 2, 2011.
• [9] Pressless GmbH: Erfolgreichim Segment 3D - Textilien , Melliand Textilberichte, No. 5, 2007, ss. 320 - 321 .
• [10] Neue Software für dreidimensionale Legungsdarstellung und – simulation, Melliand Textilberichte, No. 11 - 12, 2008, ss. 456 - 457.
• [11] Illing - Günther H., Helbig R., Arnold R., Erth H., Schiebel P., Purol H., Herrmann A.: Textile preforms with a high level of pre - fabrication for fiberrei n forced composites, Melliand English, No. 10, 2008, ss. 113 - 114.
• [12] Rumpf S.: Textile Peltier element out of modified plasma coated structures in spacer fabrics , Melliand English, No. 9, 2008, ss. 96 - 97.
• [13] Helbig F.: New dimensions for functional, regular 3D knitting , Melliand English No. 10, 2006, ss. 153 - 155.
• [14] Mayer K.: Maschinen für die nӓchste Generation , Technische Textilien, No. 46, 2003, s. 263.
• [15] Helbig F.: Geometric elements of regular 3D knitting , Melliand English No. 3, 2007, pp . 25 - 26.
• [16] Helbig F.: New dimensions for functional, regular 3D knitting , Melliand English No. 10, 2006 , p . 153.
• [17] Comez L. : 3D fibrin textiles for the biomedical sector , Technical Textiles, No. 1, 2011.
• [18] Cyniak D., Czekalski J., Jackowski T., Kowalski J., Maj R.: Przędze mieszankowe trudnopalne przeznaczone na techniczne wyroby uszczelniające , Przegląd – Włókno, Odzież, Skóra, Nr 5, 2007, ss. 46 - 50.
• [19] Chylewska B., Cyniak D., Czekalski J., Przybył K.: Możliwości wytwarzania przędz z włókien aramidowych , Technologie, ss. 10 - 13.
• [20] Ankudowicz W., Dopierała H., Slewa J.: Wpływ procesu pneumatycznego teksturowania na właściwości teksturowanych przędz szklanych , Przegląd Włókienniczy, 1994, ss. 11 – 14.
• [21] Czeklaska E., Fortuniak K.: Nowe możliwości zastosowania włókien węglowych, Techniczne wyroby włókiennicze, Nr 1, 1999, ss. 16 - 18.
• [22] Wojciechowska E., Panek C.: Kevlar® – preferowany wariant w systemie ochrony osobistej, Techniczne wyroby włókiennicze, Nr 2, 1999, ss. 41 - 42 .
• [23] Adamkiewicz P., Cynika D.: Włókna szklane i wyroby z nich wywarzane w zastosowaniu włókienniczym. Cz. II , Przegląd – Włókno, Odzież, Skóra, Nr 11, 2005, ss. 29 - 31.
• [24] Adamkiewicz P., Cynika D.: Włókna szklane i wyroby z nich wywarzane w zastosowaniu włókienniczym.Cz. I , Przegląd – Włókno, Odzież, Skóra, Nr 10, 2005, ss. 30 - 31.
• [25] Redlich G., Czekalska E., Fortunika K.: Zastosowanie przędz aramidowych do taśm prze nośnikowych , Przegląd Włókienniczy, 1993, ss. 81 - 82.
• [26] Can carbon really replace steel and natural fibre replace glass, Technical Textiles International, 2011 .
• [27] JEC Innovaion Awards Program 2011, Technical Textiles, No. 2, 2011.
• [28] JEC Composites spreads its wings to cover the whole word, Technical Textiles International, 2011.
• [29] Increasing opportunities for technical textiles in composites, Technical Textiles International, 2008, June, pp . 27 - 33.
• [30] Mikołajczyk Z., Pieklak K., Golczyk A., Wiater Z.: Dziany wyrób przestrzenny, zgłoszenie patentowe z dnia 12.09.2008 r., P – 386074.
• [31] Pieklak K., Mikołajczyk Z.: New Generation of Structures in Warp - Knitted Distance Fabrics , Międzynarodowa Konferencja AUTEX 2009, 26 - 28 maj a 2009 r., CESME – Turcja.
• [32] Pieklak K., Mikołajczyk Z .: Original Concept of a New Multicomb Warp - Knitting Machine for Manufacturing Spatial Knitted Fabrics, Fibres & Textiles In Eastern Europe, Vol. 17, No. 3(74) 2009, pp. 76 - 80.
• [33] Pieklak K., Mikołajczyk Z.: New Technology of Warp - Knitted Distance Fabrics , X II Konferencja Naukowa Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, Łódź, 2009, s. 4.
• [34] Mikołajczyk Z., Pieklak K., Golczyk A., Wiater Z.: Dziany kolumienkowy wyrób przestrzenny , zgłoszenie patentowe z dnia 12.09.2008 r., P – 386075.
• [35] Mikołajczyk Z., Pieklak K., Golczyk A., Wiater Z.: Osnowarka do wytwarzania dzianin kolumienkowych przestrzennych , patent z dnia 12.09.2008 r., P – 386073.
• [36] Pieklak K., Mikołajczyk Z.: Multi - Comb Warp - Knitting Machine , XIII Konferencja Naukowa Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, Łódź, 2010, s. 4.
• [37] Mikołajczyk Z., Pieklak K.: Przeszywana dzianina kolumienkowa , zgłoszenie patentowe z dnia 31.12.2012 r ., P – 402319.
• [38] Mikołajczyk Z., Pieklak K.: Innovative Structures and Technology of Spatial Warp - Knitted Fabrics , 45 Międzynarodowy Kongres Dziewiarzy IFKT, 27 - 29 maj a 2010 r., Ljubljana, Słowenia.
• [39] Zagrajek T., Krzesiński G., Marek P.: Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji – ćwiczenia z zastosowaniem systemu ANSYS , Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006, s. 181.
• [40] Rakowski G.: Metoda elementów skończonych – wybrane problemy , Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006, s. 154.
• [41] Grądzki R.: Wprowadzenie do metody elementów skończonych, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2002, s. 126.
• [42] Rakowski G., Kacprzyk Z.: Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005, s. 452.
• [43] PN - EN ISO 13934 - 1. Tekstylia. Właściwości płaskich wyrobów przy rozciąganiu . Część 1: Wyznaczanie maksymalnej siły i wydłużenia względnego przy maksymalnej sile metodą paska.
• [44] PN - EN ISO 527 - 1. Tworzywa sztuczne. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Zasady ogólne.
• [45] PN - EN ISO 527 - 4. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Warunki badań kompozytów tworzywowych izotropowych i ortotropowych wzmocnionych włóknami.
• [46] PN - EN ISO 527 - 5. Oznaczanie właściwości mechanicznych przy statycznym rozciąganiu. Warunki badań kompozytów tworzywowych wzmocnionych włóknami jednokierunkowo.
• [47] Więcek B., De Mey G.: Termowizja w podczerwieni – podstawy i zastosowania, PAK, Warszawa 2011, s. 372 .
• [48] Pieklak K., Mikołajczyk Z.: Strength Tests of 3D Warp - Knitted Composites with the Use of the Thermovision Technique , Fibres & Textiles In Eastern Europe, Vol. 19, No. 5(88) 2011, pp. 100 - 105.
• [49] Pieklak K., Mikołajczyk Z.: Analysis of the Stresses Distribution in the Spatial Knitted Composites Using the Thermovision Technique , XIV Konferencja Naukowa Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów, Łódź, 2011, s. 6.
• [50] Kopkowicz M.: Metody doświadczalne badań konstrukcji , OWPRz, Rzeszów 2003, s. 152.
• [51] Banasiak M.: Ćwiczenia laboratoryjne z wytrzymałości materiałów , PWN, Warszawa 2000, s. 224.
• [52] Pieklak K., Mikołajc zyk Z.: New Generation of Structures in Warp - Knitted Distance Fabrics, Międzynarodowa konferencja AUTEX 2009, 26 - 28 maja 2009 r., CESME – Turcja.
• [53] Brémond P.: New developments in Thermo Elastic Stress Analysis by Infrared Thermography , IV Conferencia Panamericana de END, Buenos Aires – Octubre 2007, p . 11.