Techniques de traitement des structures de tissage de fibres
Le tissage 2D traditionnel implique l'entrelacement de fils de chaîne et de trame sur un métier à tisser ou une machine à tisser multi-bras pour créer des structures de tissage uni, sergé et satiné. Le processus de tissage comprend cinq actions de base : la chute, la cueillette, le battage, la reprise et le lâcher. Il existe différentes techniques de perte disponibles, telles que la navette, la rapière et le jet d'air. Le processus de tissage 2D monocouche peut également être appliqué pour tisser certaines structures tissées 3D, notamment des structures 3D orthogonales et à angle de verrouillage, des structures d'espacement creuses 3D avec des couches intermédiaires de tissu et des structures en nid d'abeilles, des structures de coque 3D et des structures de nœuds 3D. La figure 1 illustre les principes de tissage 2D pour la fabrication de structures tissées à angle 2D et 3D conventionnelles.
Figure 1 : Principes de tissage 2D pour les structures tissées 2D et 3D
Bien que les techniques traditionnelles de tissage 2D puissent être utilisées pour produire diverses structures tissées 3D solides, la dimension de l'épaisseur est limitée. Pour cette raison, des machines à tisser 3D spécialisées ont été développées pour fabriquer des tissus tissés en 3D. L'une des premières machines développées à l'étranger est un métier à tisser spécial utilisé pour produire des structures orthogonales avec des fils X, Y et Z, comme le montre la figure 2.
Figure 2 : Machine à tisser 3D spécialisée pour la fabrication de structures orthogonales 3D
Dans le processus de tissage, les fibres dans la direction Z restent stationnaires tandis que les fibres X sont d'abord insérées et battues dans la position appropriée, suivies de l'insertion et du battage des fibres Y dans leurs positions respectives. Cette opération est répétée pour générer une structure compacte jusqu'à ce que la hauteur souhaitée soit atteinte, ce qui donne lieu à une structure de section rectangulaire 3D. Par la suite, une machine à tisser 3D à double ouverture a été développée à l’étranger. Ce système d'ouverture permet aux fils de chaîne de s'entrelacer avec les fils de trame aussi bien horizontalement que verticalement. Cette technique spéciale de tissage 3D peut également produire directement des matériaux moulés tissés, offrant ainsi une intégrité structurelle ultime même lorsque le tissu est coupé ou endommagé.
La fabrication de structures de tissage à trois axes est réalisée grâce à l'intégration de techniques de tissage 2D traditionnelles et de techniques de tissage automatisées. Une machine à tisser à trois axes typique, conçue par Dow et fabriquée par Barber-Colman, est illustrée à la figure 2.28. Cet équipement utilise une roue rotative avec des broches pour déposer les fils de chaîne et utilise un bord de lance pour créer une foule pour l'insertion des fils de trame.
Figure 3 : Roue rotative avec broches pour la fabrication de structures de tissage à trois axes
Techniques de traitement des structures de tricotage de fibres
Les principes du tricot chaîne et du tricot trame sont illustrés à la figure 4. Dans les structures de tricot chaîne, chaque aiguille sur la fonture alimente et forme en permanence des boucles avec le même fil de chaîne au cours d'un cycle de tricot. Plus précisément, les aiguilles A, B, C et D sont alimentées séquentiellement avec le même fil de chaîne, ce qui donne lieu à une section de tissu bouclé (E, F, G, H). Dans les structures de tricotage trame, au cours du même cycle de tricotage, l'alimentation du fil et la formation de boucles se produisent sur chaque aiguille de la barre à aiguilles. Toutes les aiguilles de la barre à aiguilles (A, B, C et D) se chevauchent individuellement par des guides de fil de trame séparés (E, F, G et H).
Figure 4 : Principes de tricotage des structures fibreuses : (en haut) tricot chaîne ; (en bas) tricotage en trame
Le tricotage trame circulaire se caractérise par la réalisation de structures en tissu tubulaire. Cependant, le tricotage trame plat offre une plus grande flexibilité dans la construction de divers types de structures tubulaires, notamment des tubes simples, des tubes bifurqués et des tubes multibranches, en raison de sa capacité à sélectionner des aiguilles individuelles, à transférer des boucles, à tricoter plusieurs systèmes et à utiliser plombs et presseurs. La figure 5 illustre le tricotage d'un seul tube en utilisant des aiguilles sélectionnées sur une machine à tricoter rectiligne informatisée.
Figure 5 : Tricotage d'un seul tube sur une machine à tricoter rectiligne informatisée
Le tricot tubulaire est réalisé en tricotant alternativement un fil sur deux fontures et en transférant le fil d'une fonture à l'autre uniquement au niveau des bords pour former un tube. En combinant le tricot tubulaire avec des techniques de tricot interne, diverses variations de structures de tricot monotube peuvent être réalisées.
La technologie de tricot Intarsia permet aux machines à tricoter d'utiliser plusieurs fibres différentes pour tricoter différentes parties du tissu. Les fibres peuvent être utilisées individuellement ou en combinaison. Avec cette technique, un seul tube peut être formé en tricotant initialement une certaine longueur avec une fibre, puis en introduisant une autre fibre pour former simultanément deux tubes, ce qui donne un tube bifurqué. De même, en utilisant davantage de fibres, des structures de tubes multibranches peuvent être formées.
La polyvalence des machines à tricoter rectilignes informatisées permet de tisser des structures 3D avec des formes plus complexes, telles que des dômes, des sphères et des boîtes, comme le montre la figure 6. Un segment de mise en forme répétitif 2D peut former une structure en dôme tricotée (figure 6(b). )). Ce segment 2D est obtenu en augmentant et en diminuant de manière répétée le nombre d'aiguilles en action. Chaque segment de mise en forme représente une opération d'élargissement puis de rétrécissement progressif du tissu. Le type de segment de mise en forme affecte l'angle et le rapport hauteur/base du dôme, tandis que le nombre de segments de mise en forme affecte la forme du dôme. En remplaçant les segments elliptiques du dôme par des segments triangulaires, une structure en forme de boîte peut être formée.
Figure 6 : (a) Dôme circulaire, (b) Structure du dôme tricoté, (c) Sphère tricotée, (d) Boîte tricotée
Comme le montre la figure 6 (d), pour les structures en dôme, les lignes représentant la diminution ou l'augmentation du nombre d'aiguilles de fonctionnement sont linéaires plutôt que courbes. Le type de segment de mise en forme affecte l'angle du cuboïde résultant. Le rapport entre le nombre d'aiguilles de façonnage et celles qui ne le sont pas détermine le rapport hauteur/largeur de la boîte obtenue. La possibilité de modifier le nombre d’aiguilles à tricoter offre le plus grand potentiel aux machines à tricoter rectilignes informatisées pour créer diverses formes 3D.
Les structures à intervalles sont produites à l'aide de deux jeux d'aiguilles sur des machines à tricoter circulaires, à trame plate ou à tricoter chaîne. Les machines à tricoter trame circulaires équipées d'un cylindre et d'un disque peuvent produire des tissus à intervalles, dans lesquels les différentes couches extérieures sont reliées par des fibres. Les tissus à intervalles sur des machines à tricoter à trame circulaire sont créés en tricotant deux tissus différents séparément à l'aide des aiguilles à verrou et à cylindre, puis en reliant les deux couches avec des replis sur les aiguilles à verrou et à cylindre (Figure 7).
Figure 7 : Production de tissus à intervalles sur une machine à tricoter trame circulaire : (a) Machine à tricoter circulaire à lit double ; (b) Tricoter du tissu à intervalles sur une machine circulaire
La distance entre les deux couches de tissu séparées peut être ajustée en modifiant la hauteur des aiguilles de verrouillage par rapport au cylindre de la machine. L'épaisseur prédéfinie du tissu à intervalles de cette manière peut varier de 1,5 à 5,5 millimètres. De la même manière que pour la production de tissus à intervalles sur des machines circulaires, les tissus à intervalles avec des couches d'intervalles de fils sont produits sur des machines à tricoter rectilignes en formant deux couches de tissu indépendantes sur les fontures avant et arrière, puis en les reliant avec des replis sur les deux fontures (Figure 8).
Figure 8 : Production de tissus à intervalles sur une machine à tricoter rectiligne informatisée : (a) Machine à tricoter rectiligne informatisée ; (b) Tricoter du tissu à intervalles sur une machine plate
La distance entre les deux fontures détermine l’épaisseur du tissu à intervalles. Contrairement aux machines à tricoter trame circulaires, la distance entre les deux fontures des machines à tricoter trame plates est généralement fixée à environ 4 millimètres. La différence entre les tissus à intervalles tricotés en trame et les autres types de tissus à intervalles réside dans le fait que leurs trois éléments structurels de base (c'est-à-dire la couche supérieure, la couche inférieure et la couche à intervalles) sont tricotés ensemble dans le même cycle de tricot. Les tissus à intervalles tricotés en trame sont produits sur des machines Raschel à double barre à aiguille, comme le montre la figure 9 (a). Lorsque les barres à guide 1 et 2 chevauchent la barre à aiguille avant et que les barres à guide 5 et 6 chevauchent la barre à aiguille arrière (en tricotant respectivement les couches supérieure et inférieure), les barres à guide 3 et 4 chevauchent séquentiellement le fil d'intervalle autour des deux barres à aiguille. La figure 9 (b) illustre le processus de production de tissus à intervalles sur une machine Raschel à double barre à aiguille RD 6.
Figure 9 : Production de tissus à intervalles sur une machine Raschel à double barre à aiguille : (en haut) Illustration schématique du principe ; (en bas) Schéma de l'équipement