Трикотажная сетчатая ткань: структура, типы и промышленное применение

Трикотажное сетчатое полотно принципиально отличается от тканой сетки, поскольку ее структура создается переплетение петель пряжи или проволоки вместо пересечения нитей основы и утка под прямым углом . Эта петлевая архитектура придает вязаной сетке набор свойств, которые плетеная сетка не может воспроизвести: она может растягиваться и восстанавливаться в нескольких направлениях без постоянной деформации, ей можно придавать сложные трехмерные формы без разрезания или складок, а когда одна петля рвется, повреждение ограничивается, а не распространяется по лестнице по длине ткани. Двумя основными категориями являются сетки основной вязки и сетки уточной вязки, отличающиеся направлением формирования петель пряжи. Основовязаная сетка, в которой петли проходят вертикально по всей длине ткани, является доминирующей структурой для промышленного, фильтрационного и архитектурного применения из-за ее размерной стабильности и способности производить ее с широким диапазоном размеров отверстий от субмикронов до нескольких сантиметров. Сетка уточной вязки, в которой одна пряжа проходит горизонтально по ширине, используется в основном в производстве одежды и обивки, где растягивание и драпировка являются основными требованиями.

Структура вязаной петли и ее механические последствия

Основным строительным блоком вязаной сетки является стежок — петля из пряжи или проволоки, которая проходит через петлю под ней и сама удерживается на месте петлей выше. Эта цепочка взаимосвязанных петель создает структуру, в которой каждый стежок действует как небольшой шарнир. Когда ткань растягивается, петли упруго деформируются от расслабленной изогнутой формы к более прямой конфигурации, при этом сама пряжа не требует значительного растягивания. Вот почему трикотажное полотно может растягиваться на от 20% до 100% и более в направлении растяжения с относительно небольшой силой, а затем восстанавливаются до своих первоначальных размеров после снятия силы - при условии, что материал пряжи не подвергался напряжению, превышающему предел его упругости.

Геометрия петли определяется несколькими взаимосвязанными параметрами, которыми управляет вязальная машина: длина стежка (длина нити в одной полной петле), расстояние между стенками (расстояние между соседними столбиками петель), а расстояние между курсами (расстояние между соседними рядами петель). Более длинная длина стежка позволяет получить более рыхлую и открытую сетку с большими отверстиями и большей растяжимостью. Более короткая длина стежка позволяет получить более плотную и плотную сетку с меньшими отверстиями и большей стабильностью размеров. Размер отверстия — отверстие между соседними петлями — является основным параметром производительности для приложений фильтрации и разделения, где сетка должна пропускать частицы определенного размера, сохраняя при этом более крупные частицы. В вязаной сетке отверстие не имеет точной формы квадрата или прямоугольника, как в тканой сетке; это отверстие неправильной формы, примерно эллиптической формы, эффективный размер которого зависит от геометрии стежка и натяжения ткани.

Сетка основной вязки против сетки уточной вязки: два разных пути производства

Различие между основным и уточным вязанием — это не просто деталь производства; он определяет фундаментальное механическое поведение сетки и ее пригодность для различных применений. В таблице ниже показаны структурные и эксплуатационные различия между двумя методами вязания.

В основовязальном производстве используется машина, в которой в каждую иглу подается собственная пряжа из основы — большой катушки, содержащей сотни или тысячи параллельных концов пряжи. Нити направляются набором направляющих, которые качаются между иглами, обматывая нить вокруг каждой иглы по заданному рисунку, образуя стежок. Рашель и Трико Основовязальные машины — это два основных типа, причем машины Raschel являются рабочей лошадкой для промышленной сетки, поскольку они могут работать с более тяжелой пряжей и более сложными узорами стежков. Современная машина Raschel может вязать сетки с размерами отверстий примерно от От 50 микрон до более 10 миллиметров путем изменения рисунка стежка, размера пряжи и калибра машины — количества игл на дюйм, которое варьируется от калибра 6 (грубый, с большими отверстиями) до калибра 40 (тонкий, с маленькими отверстиями) и более для специальных машин.

Металлическая трикотажная сетка: материалы проволоки и промышленные характеристики

Металловязаная сетка производится на специализированных вязальных машинах, использующих вместо пряжи проволоку, диаметры проволоки варьируются от От 0,035 мм (35 микрон) до более 1,0 мм в зависимости от приложения. Материал проволоки выбирается с учетом его коррозионной стойкости, температурной устойчивости и механической прочности в конкретных условиях эксплуатации. Нержавеющая сталь марок 304, 316L и 310 — это наиболее распространенное семейство материалов, при этом 316L предназначен для морской и химической среды из-за содержания в нем молибдена, который обеспечивает устойчивость к питтинговой коррозии, вызванной хлоридами. Для высокотемпературных применений, таких как фильтрация выхлопных газов или пламегасители, Инконель 600 или 625 Сплавы на основе никеля используются, поскольку они сохраняют прочность на разрыв и стойкость к окислению при температурах, превышающих 800°C, при которых нержавеющая сталь теряет свою механическую целостность.

Процесс вязания металлической сетки по своей сути аналогичен вязанию текстильных изделий, но машина должна быть существенно более прочной. Спицы, грузила и направляющие изготовлены из закаленной инструментальной стали, а рама машины усилена, чтобы выдерживать более высокие усилия, необходимые для изгиба и формирования петель из металлической проволоки. Проволока должна иметь постоянный диаметр и гладкую поверхность, чтобы проходить через направляющие без зацеплений, а также иметь достаточную пластичность, чтобы сформировать петлю без разрушения. предел прочности проволоки — обычно от 500 до 800 МПа для отожженной вязальной проволоки из нержавеющей стали — определяет максимально достижимую плотность стежков и скорость формовки машины. После вязания металлическую сетку можно каландровать – пропускать между прижимными роликами – чтобы выровнять поверхность и создать более равномерную геометрию отверстий для фильтрующих применений, где постоянное удержание частиц имеет решающее значение.

Фильтрация и сепарация: крупнейший рынок приложений

Трикотажная сетка является важнейшим компонентом промышленной фильтрации, где ее трехмерная структура обеспечивает глубинную фильтрацию — частицы улавливаются не только на поверхности, но и в толще сетки — в отличие от двумерной поверхностной фильтрации тканой проволочной ткани. Связанная структура создает извилистый путь для потока жидкости, а соединенные между собой петли образуют сеть каналов, которые улавливают частицы размером меньше номинального отверстия за счет сочетания механизмов прямого перехвата, инерционного удара и диффузии. Эффективность фильтрации для данного размера частиц зависит от размера сетки. удельная площадь поверхности, объем пустот и диаметр проволоки или пряжи. , все из которых контролируются параметрами стежка.

Трикотажные сетчатые фильтры изготавливаются в нескольких стандартных конфигурациях для промышленного использования. Туманоуловители (также называемые туманоулавливателями) используют слои вязаной проволочной сетки для объединения капель жидкости из газовых потоков, обеспечивая большую площадь поверхности, на которую капли сталкиваются, сливаются и стекают под действием силы тяжести. Типичная подушка туманоуловителя состоит из нескольких слоев вязаной сетки с долей пустот от 95% до 98% и a specific surface area of 200 to 500 square meters per cubic meter, capable of removing droplets down to 3 to 5 microns in diameter with a pressure drop of only a few millibars. The mesh is knitted from wire with a diameter of 0.1 mm to 0.3 mm, and the pad is fabricated by layering the knitted mesh, compressing it to the desired density, and enclosing it in a support grid. The material selection—stainless steel, polypropylene, PTFE, or Hastelloy—is driven by the chemical composition and temperature of the process stream.

Архитектурные и солнцезащитные приложения

Трикотажная сетка стала важным материалом в архитектурном дизайне фасадов, где она одновременно выполняет функцию солнцезащитного устройства, визуального экрана и эстетического элемента архитектуры. Сетка натянута по фасаду здания в виде панелей, которые могут охватывать высоту от пола до этажа, уменьшая приток солнечного тепла на ограждающие конструкции здания, сохраняя при этом внешнюю видимость для жильцов. Оптические характеристики архитектурной трикотажной сетки определяются ее процент открытой площади — отношение площади проема к общей площади полотна, которое обычно составляет от 20% до 70% для фасадов. Сетка с открытой площадью 40 % пропускает 40 % падающего света и блокирует 60 %, снижая охлаждающую нагрузку на здание и одновременно обеспечивая уровень конфиденциальности в дневное время, когда снаружи светлее, чем внутри.

Архитектурную сетку чаще всего вяжут из проволоки из нержавеющей стали марки 316 для наружного использования в агрессивных средах диаметром проволоки от 0,5 до 1,5 мм, при этом плотность ткани составляет От 2 до 8 кг на квадратный метр . Натянутая сетчатая панель крепится к конструкции здания через раму по периметру или через системы натяжения тросов, которые предварительно нагружают сетку, чтобы противостоять прогибу и вибрации, вызванным ветром. Структурный проект архитектурной сетки требует ветротехнического анализа, учитывающего пористость сетки; Коэффициенты давления ветра для пористой сетки ниже, чем для сплошной облицовочной панели, поскольку часть ветра проходит через отверстия, уменьшая чистый перепад давления. Поставщик сетки предоставляет характеристики потери давления для конкретного рисунка сетки, а инженер-строитель использует эти данные для расчета ветровых нагрузок на несущую конструкцию.

Синтетическая трикотажная сетка: полимеры для специализированных сред

Трикотажные сетки из синтетических полимеров расширяют диапазон применения, выходя за рамки того, с чем экономически могут справиться металлические сетки, особенно в химически агрессивных средах, в легких потребительских товарах и в медицинских целях, где металл несовместим. Выбор полимера для трикотажной сетки определяется химической стойкостью, температурным диапазоном и механическими требованиями применения.

• Полиэстер (ПЭТ): Самый распространенный синтетический сетчатый материал, обладающий хорошей прочностью на разрыв, отличной стойкостью к кислотам и органическим растворителям, а также выдерживающий постоянную температуру эксплуатации до 120°C. Широко используется в сетках для трафаретной печати, фильтрах для бассейнов и в архитектурных средствах защиты от насекомых. Полиэфирную сетку обычно вяжут по основе, а затем подвергают термофиксации при температуре выше стеклования, чтобы стабилизировать геометрию стежка и зафиксировать размеры апертуры.
• Полиамид (Нейлон 6 или 6,6): Обладает более высокой прочностью и устойчивостью к истиранию, чем полиэстер, а также превосходной устойчивостью к щелочам. Используется на конвейерных лентах пищевой промышленности, где сетка должна выдерживать частую очистку щелочными моющими средствами. Нейлон впитывает влагу — до 4 % при относительной влажности 65 %, что вызывает небольшие изменения размеров, которые необходимо учитывать при натяжении сетки.
• Полипропилен (ПП): Легкий и химически инертный, с превосходной устойчивостью к кислотам, щелочам и большинству органических растворителей. Его низкая плотность (от 0,90 до 0,92 г/см³) делает его пригодным для использования в плавающих сетках при очистке воды. Температурный предел около 80°C ограничивает его использование в горячих процессах.
• ПТФЭ (Тефлон): Полимер премиум-класса для экстремальных химических сред, с практически универсальной химической стойкостью и постоянной рабочей температурой до 260°C. Трикотажная сетка из ПТФЭ используется в самых требовательных приложениях фильтрации — горячих концентрированных кислот, регенерации растворителей и фармацевтической промышленности — где никакой другой полимер или металл несовместим. Высокая стоимость пряжи из ПТФЭ ограничивает ее использование там, где ее химическая инертность незаменима.
• PEEK (полиэфирэфиркетон): Высокоэффективный термопласт, используемый для трикотажных сеток в аэрокосмической, нефтегазовой и медицинской имплантатах, где требуется сочетание высокой термостойкости (постоянная температура 250°C), превосходной химической стойкости и биосовместимости. Трикотажная сетка PEEK используется в качестве армирующей сетки в композитных конструкциях и в качестве сетки, удерживающей костный трансплантат, в хирургии позвоночника.

Проводящая и защищающая от электромагнитных помех трикотажная сетка

Вязаная металлическая сетка служит эффективной прокладкой, экранирующей электромагнитные помехи (EMI), и заземляющим материалом, используя непрерывный проводящий путь, обеспечиваемый взаимосвязанными металлическими петлями. При сжатии между двумя сопрягаемыми поверхностями, такими как дверь шкафа и рама, вязаная сетка повторяет неровности поверхности и создает множество точек контакта, которые в совокупности обеспечивают электрический путь с низким импедансом через соединение. Эффективность защиты прокладки из трикотажной сетки зависит от проводимость материала проволоки, контактное давление и степень сжатия сетки. . Оловянная стальная вязаная сетка, плакированная медью, сжатая до 25% от ее первоначальной толщины, может обеспечить эффективность экранирования от 80 до 100 дБ в диапазоне частот от 100 МГц до 10 ГГц, что достаточно для большинства коммерческих и военных требований по электромагнитным помехам.

Трикотажная структура особенно хорошо подходит для прокладок от электромагнитных помех, поскольку она обеспечивает упругое, пружинящее поведение, которое поддерживает контактное давление в течение тысяч циклов сжатия, а также за счет теплового расширения и сжатия материалов корпуса. Сетку обычно вяжут в виде непрерывной трубки, а затем формируют желаемый профиль прокладки — круглый, прямоугольный или D-образный — путем пропускания ее через формующую матрицу, которая задает поперечное сечение. Эластомерный сердечник, обычно из силикона или неопрена, можно вставить в центр трикотажной трубки, чтобы обеспечить дополнительную силу сжатия и создать герметичное уплотнение, предотвращающее попадание влаги и пыли, а также функцию экранирования от электромагнитных помех. Это комбинированная прокладка является стандартом для наружных телекоммуникационных шкафов, электроники военных транспортных средств и отсеков для авиационно-космической авионики.

Медицинская текстильная сетка: биосовместимость и интеграция тканей

Трикотажная сетка играет решающую роль в имплантируемых медицинских устройствах, особенно в сетки для ремонта грыжи и поддержка пролапса тазовых органов . Сетка действует как каркас, который укрепляет ослабленные или поврежденные ткани, обеспечивая механическую поддержку, позволяя при этом собственным тканям пациента расти через отверстия сетки — процесс, называемый интеграцией или объединением тканей. Сетка должна быть биосовместимой, поддающейся стерилизации и иметь размер пор, достаточно большой, чтобы обеспечить проход макрофагов для обеспечения устойчивости к инфекциям (обычно более 75 микрон), но при этом достаточно маленький, чтобы обеспечить эффективную механическую поддержку. Наиболее распространенными материалами являются моноволокно из полипропилена (ПП) и мультиволокно из полиэстера (ПЭТ) , при этом трикотажная структура представляет собой узор, связанный по основам, предназначенный для баланса прочности на разрыв, гибкости и содействия упорядоченному врастанию тканей.

Трикотажная структура хирургической сетки характеризуется ее пористость, размер пор и поверхностная плотность . Типичная легкая полипропиленовая сетка для грыжи имеет пористость от 60% до 70%, размер пор от 1,0 до 1,5 мм и поверхностную плотность от 30 до 45 г/м². Эти параметры контролируются узором вязания — часто атласным или столбчатым швом с бейкой — и диаметром пряжи, который для полипропиленовой мононити обычно составляет от 0,08 до 0,12 мм. После вязания сетка подвергается термофиксации для стабилизации геометрии стежка и придания памяти формы, что позволяет скручивать или сгибать сетку для введения через лапароскопический троакар, а затем возвращать ее в исходную конфигурацию при развертывании в хирургическом поле. Механическая анизотропия трикотажной сетки — ее прочность на разрыв и удлинение различны в продольном и поперечном направлениях — должна быть ориентирована так, чтобы соответствовать направлению физиологической нагрузки ремонтируемой ткани.

Геотекстиль и сетка для гражданского строительства

Геотекстиль с трикотажной сеткой выполняет в гражданском строительстве функции, отличные от более распространенных тканых и нетканых геотекстилей. Вязаный геотекстиль используется там, где комбинация высокая прочность на разрыв, контролируемый размер пор и способность приспосабливаться к неровным поверхностям требуется. Основными областями применения являются маты для борьбы с эрозией, сетки для стабилизации склонов и армирующие сетки для почвы и газона. Сетка связана из высокопрочной полиэфирной или полипропиленовой пряжи с прочностью на разрыв от 50 до 200 кН/м в направлении основной нагрузки, а отверстия — обычно от 5 до 20 мм — предназначены для проникновения корней и дренажа воды, удерживая при этом частицы почвы и предотвращая эрозию поверхности во время сильных дождей.

Трикотажная структура имеет преимущество перед тканым геотекстилем по своим свойствам. устойчивость к распутыванию при порезе или проколе . Тканый геотекстиль, разрезаемый на месте для облегания препятствия, требует прожигания или сшивания краев, чтобы предотвратить распускание переплетения вдоль края разреза. Вязаный геотекстиль, благодаря структуре переплетенных петель, по своей природе устойчив к распутыванию и может быть разрезан по форме в полевых условиях без дополнительной обработки кромок. Сетка также более растяжима, чем ее тканый эквивалент: типичное удлинение при разрыве составляет 15–30 % для трикотажного геотекстиля по сравнению с 10–15 % для тканого, что позволяет ей деформироваться под действием локализованных нагрузок без разрывов, что является важной характеристикой для применения на просадочных или морозно-пучинистых грунтах.