دانلود تحقیق تجزیه و تحلیل نیرو های وارده بر سوزن طی فرآیند سوزن زنی مخمل

در حال حاضر پارچه های بی بافت با سطح مخمل شده یکی از مهم ترین منسوجات از طیف گسترده منسوجات بی بافت را تشکیل می دهند.

پارچه هایی که امروزه، به دلیل استفاده از یک فناوری خاص در تولید آنها و توسعه ای که این فناوری طی سالیان گذشته شاهد آن بوده است، قابلیتهای منحصر به فردی را دارا می باشند.

اینگونه پارچه ها با استفاده از ماشین سوزن زنی با طراحی خاص که به نام ماشین سوزن زنی مخمل نامیده میشود تولید می گردند.

علیرغم اینکه اصول طراحی اولیه ماشین آلات سوزن زنی نمدی و طرح زنی درآنها به کار گرفته شده است اما دو تفاوت اساسی را با اینگونه ماشین آلات دارا می باشند.

[1]
الف) در ماشین سوزن زنی مخمل، یک نوارمتحرک پوشیده ازبرس های مخصوص جایگزین صفحه مشبک زیرین که متحرک نمیباشد گردیده است.

ب) سوزن های استفاده شده در ماشین سوزن زنی مخمل از نوع سوزن های چنگالی است ولیکن بر خلاف ماشین آلات طرح زنی چیدمان سوزن ها در تخته سوزن دارای چیدمان نامنظم بوده و بدین جهت میتوان انتظار داشت که حداکثر سطح لایه تحت تاثیر عملیات سوزن زنی مخمل قرار گیرد.

به دلیل تفاوتهای فوق الذکر، تغذیه نمودن یک لایه متراکم سوزن زنی شده به ماشین سوزن زنی مخمل منجر به تولید پارچه ای می شود که یک سطح آنرا پرزهای مخمل مانند پوشانده است.

لازم به توضیح است که به دلیل نیاز به زیاد بودن تراکم پرز سطحی در پارچه های مخمل، تراکم سوزن در ماشینهای سوزن زنی مخمل به مراتب بیش از ماشینهای سوزن زنی معمول است.

که البته این امر با بهره گیری از دو تخته سوزن یکسان در ماشینهای سوزن زنی مخمل انجام می شود.

شکل 1-1 مسیر حرکت لایه مخمل شده را پس از خارج شدن از ناحیه سوزن زنی و جدا شدن از سطح برس نشان می دهد.

بدین منظور از یک جفت غلتک برداشت استفاده می گردد.

بطور کلی روشهای تولید منسوجات بی بافت و از جمله منسوجات سوزن زنی شده دارای قابلیت تولید پارچه در طیف بسیار گسترده جرم سطحی میباشند که این امر می تواند خواص فیزیکی و مکانیکی منسوج را تحت تاثیر قرار دهد.

در این راستا نکته حایز اهمیت امکان تولید بسیار اقتصادی پارچه های کم وزن مخمل بی بافت در مقایسه با پارچه های مخمل بافته شده تار و پودی می باشد.

علاوه بر اقتصادی بودن بیشتر مخملهای بی بافت، قابلیت شکل پذیری حرارتی و مشابه بودن نسبی خواص مکانیکی آنها در جهت طول و عرض از مزیت های شاخص این نوع از پارچه ها نسبت به پارچه های مخمل تار و پودی با جرمهای سطحی مشابه است.

از طرف دیگر امکان استفاده از الیاف بسیار ظریف در این پارچه ها، قابلیت پوشانندگی (فاکتور پوشش) پارچه منسوج نبافته مخمل را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.

قرار گرفتن تعداد قابل توجه از الیاف به صورت نسبتا آزاد درسطح پارچه بواسطه چیدمان نامنظم سوزنها موجب افزایش لطافت سطح پارچه نیز
می شوند.

این در مقایسه با عملیات تکمیلی خارزنی مورد نیاز در حالت پارچه مخمل بافته شده که نه تنها هزینه تولید را افزایش میدهد بلکه باعث صدمه دیدن ساختمان پارچه و کاهش کیفیت آن می شود از اهمیت شایان برخوردار میباشد.

انجام تغیرات سریع و آسان در فرایند تولید مخملهای بی بافت که سبب ایجاد
خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مورد نیاز میشود، طیف گسترده کاربرد نهائی اینگونه منسوجات را فراهم آورده است.

شکل 1-1 مسیر عبور لایه منسوج نبافته در دستگاه سوزن زنی مخمل[9]

جملگی این ویژگیها باعث بکارگیری بیشتر اینگونه پارچه های بی بافت در صنعت حمل ونقل بطور عام و در صنایع خودرو سازی ، دکوراسیون، اقلام خواب همانند پتو های مسافرتی، فیلتر سازی و برخی لوازم ورزشی و کفپوش بطور خاص گردیده است.

شکل 1-2 کاربردهائی از منسوج مخمل بی بافت را در صنعت خودرو سازی نمایش می دهد.

شکل 1-2 نمونه هایی از پارچه های منسوج نبافته مخمل و کاربردی از آن در خودرو[9]

مخملی شدن سطح لایه نمدی تغذیه شده به واسطه تغیراتی میباشد که این عملیات خاص سوزن زنی در ساختمان لایه اولیه ایجاد مینماید.

قدر مطلق این تغییرات ساختاری خصوصیات متنوع مخمل بی بافت را کنترل مینماید.

بسیار آشکار است که علاوه بر عوامل مربوط به الیاف و لایه اولیه ویا پارامتر های ماشین، سوزن مخمل سوزن بکار گرفته شده در این ماشین را بایستی نه تنها به عنوان مهم ترین عامل تاثیرگذار در چگونگی تغییر شکل ساختمان پارچه بلکه جهت تعیین میزان تنش وارده به اسکلت ماشین، سوزن و نهایتا میزان تغیر شکل اجزائ آن بهنگام عملیات سوزن زنی مد نظر قرار داد[1,2].

لذا نیرویی که در هر مرتبه سوزن زنی، از طرف سوزن به الیاف و متقابلا" از طرف مجموعه الیاف شکل دهنده ساختمان لایه نمدی به سوزن وارد می شود نیز نقش تعیین کننده ای در ساختمان نهایی پارچه منسوج نبافته مخمل شده دارد.

به عبارت دیگر نتیجه عکس العمل الیاف به نیروهای وارده از طرف سوزن، مشخص کننده میزان و نحوه جابجایی الیاف تا رسیدن به نقطه شکل گیری پارچه مخمل است.

بنا بر این شناخت عمیقتر نیروهای دینامیکی واردشده بر سوزن و تشخیص عوامل موثر برتغییرات آنها می تواند پیامدهای مفیدی از قبیل درک صحیح تر و حتی قابل پیش بینی میزان و نحوه درگیری الیاف در ساختمان پارچه مخمل و کمک به طراحی مناسبتر ماشین و سوزن مورد استفاده را در پی داشته باشد.

چرا که نیروی وارده بر سوزن بصورت بسیار بدیهی می تواند بر میزان سایش و شکستگی سوزن، شکستگی الیاف، میزان جابجایی الیاف در ساختمان پارچه و نهایتا" راندمان عمل سوزن زنی نقش موثر داشته باشد.[17]
ماشین سوزن زنی مخمل و سوزن استفاده شده در آن شکل های 2-1 و 2-2 نما های کاملتری را همراه با جزئیات بیشتر از یک دستگاه سوزن زنی مخمل نشان می دهد.

همانگونه که در مقدمه نیز عنوان گردید، در این ماشین نوار متحرکی که حاوی برس های مخصوص میباشد جایگزین صفحه مشبک زیرین موجود بر روی دستگاه سوزن زنی معمولی شده است.

شکل 2-1 دو نمای شماتیک مختلف از ماشین سوزن زنی مخمل[9] تخته سوزن این دستگاه با نوعی سوزن که نوک چنگال مانند دارد به نحوی پر می شود که آرایش یافتگی آنها به صورت نامنظم باشد.

شکل 2-3 تصویر شماتیکی از سوزن چنگالی بهمراه چنگال قرار گرفته در نوک آنرا نشان می دهد.

با نفوذ سوزن بخشی از الیاف موجود در ساختمان نمد به داخل برس های زیر آن انتقال داده شده و درفضای موجود مابین نخ های تشکیل دهنده برس قرار می گیرند.

هر چه تعداد الیاف منتقل شده در واحد سطح بیشتر باشد، تراکم پرز ایجاد شده بر روی پارچه مخمل نیز بیشتر است.

البته تاثیر ظرافت و تراکم نخهای فیلامنت تشکیل دهنده برس نیز بعضا" قابل ملاحظه است.

این در حالیست که افزایش تعداد الیاف منتقل شده در واحد سطح می تواند ناشی از افزایش تراکم سوزن زنی نیز باشد.

شکل 2-2 ناحیه سوزن زنی در ماشین سوزن زنی مخمل شرکت دیلو[9] سوزن مورد استفاده از نوع سوزن های چنگالی است.

چنگال و ابعاد آن میتوانند بسیار متنوع باشند.

هندسه چنگال در رابطه با خصوصیات فیزیکی الیاف و لایه اولیه مورد استفاده تعیین میشود.

فضای داخلی چنگال سوزن توانائی سوزن از نقطه نظر تعداد الیاف منتقل شده به سطح منسوج را تحت کنترل دارد.

شکل 2-3 سوزن چنگالی و تصویری شماتیکی ازچنگال قرار گرفته در نوک آن[10] با توجه به عوامل فوق و با استفاده از الیاف ظریف امکان تولید پارچه های مخمل با تراکم پرز بسیار زیاد، به کمک لایه اولیه با جرم در واحد سطح کم و ساختمان بسیار درگیر(فشرده) فراهم می شود.

در مقایسه جمع آوری جملگی این شرایط به صورت یکجا در حالت پارچه مخمل تار و پودی غیر اقتصادی میتواند باشد.

به منظور تولید پارچه های با تراکم پرز بسیار زیاد ، ماشین آلات سوزن مخمل معمولا دارای دو تخته سوزن مشابه و از نقطه نظر دینامیکی همفاز میباشند.

بدین ترتیب نه تنها تعداد سوزن موجود جهت عملیات سوزن زنی افزایش قابل توجهی یافته بلکه افزایش تراکم ضربه در واحد سطح امکان افزایش سرعت خطی نوار حاوی برسها را فراهم آورده است، و بدین گونه تولید پارچه های فوق الذکر به صورت کاملا" اقتصادی امکان پذیر گردیده است.

نوار متحرک زیرین حاوی برس هایی است که به صورت قالب های در هم جفت شده آرایش پیدا کرده اند.

نحوه چیدمان قالب های برس در کنار یکدیگر به گونه ای است که هیچگونه فضای خالی ازفیلامنت های برس در فصل مشترک بین برس ها وجود نداشته و عملا یک سطح غیر گسسته را تشکیل میدهند.

در غیر این صورت به دلیل آنکه میزان الیاف محبوس شده در محل تماس قالب های برس متفاوت می باشد، تراکم پرز ایجاد شده در آن نقطه از پارچه نیز متفاوت است و ظاهرسطح پارچه مخمل نامناسب خواهد بود.

میزان عمق نفوذ سوزن در لایه نمد و متعاقب آن در داخل برس، در وضعیت ثابت بودن کورس حرکت سوزن، ارتفاع پرزایجاد شده بر سطح پارچه مخمل را مشخص می کند.

شکل 2-4 تعریف عمق نفوذ را در ماشین سوزن زنی مخمل نشان می دهد.

همانگونه که مشاهده میشود میزان نفوذ سوزن از سطح برس به داخل آن را عمق نفوذ سوزن می نامند و معمولا" بر حسب میلیمتر بیان می شود.

بدیهی است با نفوذ سوزن از سطح برس ابتدا انتقال و بیرون راندن الیاف انجام شده و متعاقب آن با پارگی الیاف و قرار گرفتن آنها در بین فیلامنتهای برس همراه است که نهایتا" منجر به ایجاد پرز بر سطح پارچه مخمل میگردد.

لذا حاصل عمق نفوذ بالاتر ارتفاع بیشتر پرز است.

تغییر عمق نفوذ با تغییر موضع نوار متحرک حاوی برسها در صفحه عمودی انجام می شود.

شکل 2-4 تعریف عمق نفوذ در ماشین سوزن زنی مخمل[9] ساختمان پارچه مخمل شده همانگونه که بیان گردید ایجاد پرز در سطح لایه منسوج نبافته و شکل گیری پارچه مخمل، مستلزم جابجایی الیاف و لزوما" شکل گیری ساختمان جدیدی از منسوج نبافته از حیث درهم رفتگی الیاف است.

بدیهی است که میزان و چگونگی جابجایی الیاف علاوه بر آنکه تعیین کننده خواص فیزیکی و مکانیکی نهایی منسوج نبافته مخمل است، عامل اصلی و کاملا" تاثیرگذار بر مقدار نیرویی است که در هر سیکل سوزن زنی از طرف ساختمان منسوج نبافته به سوزن و متقابلا" از طرف سوزن به توده الیافی ساختمان منسوج نبافته مخمل وارد می شود.

طی دهه های اخیر تحقیقاتی در مورد ساختمان لایه های نمدی منسوج نبافته انجام شده است که از جمله مهم ترین آنها می توان به تحقیقات انجام شده توسط Pourdeyhimi و همکارانش در دهه 1990 میلادی اشاره کرد[4-8].

آنها ساختمان چند نوع منسوج نبافته سبک با وزن های 14 الی 28 گرم در متر مربع را به کمک روشهای مختلف پردازش دیجیتالی تصویر شبیه سازی کردند.

جهت مقایسه، با معرفی نوعی روش نورپردازی بر روی نمونه، تصاویر واقعی از سطح این منسوجات تهیه و نحوه آرایش یافتگی الیاف در ساختمان منسوج نبافته توسط تابعی تحت عنوان" تابع توزیع آرایش یافتگی" بیان گردید.

با توجه به جدید بودن نسبی عملیات مخمل سازی بر روی لایه های نمدی منسوج نبافته، گزارشی تحقیقاتی در مورد ساختمان پارچه های منسوج نبافته مخمل تاکنون منتشر نشده است.

بدیهی است همانگونه که اشاره شد شناخت ساختمان پارچه منسوج نبافته مخمل به تجزیه و تحلیل بهتر عوامل مؤثر بر آرایش یافتگی الیاف در ساختمان پارچه و نهایتا" نیروی وارده بر سوزن در حین عملیات سوزن زنی کمک خواهد کرد.

شکلهای 3-1 و3-2 تصاویر سطح مقطع یک لایه نمدی سوزن زنی شده و پارچه منسوج نبافته مخمل تولید شده از آن را نشان میدهد.

شکل 3-1 ساختمان سطح مقطع یک لایه نمدی منسوج نبافته (بزرگ نمایی 130 X ) شکل 3-2 ساختمان سطح مقطع یک پارچه منسوج نبافته مخمل شده (بزرگ نمایی 130X ) همانگونه که مشاهده می شود پارچه مخمل بی بافت بر خلاف لایه نمدی دارای ساختمان واحد نیست و از یک ساختمان دو جزئی برخوردار میباشد.

لایه زیرین ، ساختمانی مشابه با لایه نمد دارد.

ولیکن لایه رویی متصل به آن که از آن به عنوان پرز یاد خواهد شد حاوی الیافی است که به صورت حلقه شده یا بریده با ارتفاعی که قابل اندازه گیری است از سطح لایه زیرین بطرف بالا قرار دارند.

تفاوت لایه زیرین با لایه نمدی به دلیل بیرون کشیده شدن الیاف از داخل ساختمان است.

به نحوی که احتمالا جهت قرارگرفتن الیاف را نیز تحت تأثیر قرار می دهد.

همچنین طبیعی است که بین الیاف ناحیه پرز نیز فضای خالی موجود باشد.

در این صورت فضاهای اشغال شده توسط الیاف در این ناحیه میتواند به نوعی بیان کننده شکل کلی ساختمان لایه مخمل باشد.

بدیهی است ساختمان لایه منسوج نبافته مخمل و نمدی منجر