Vải lưới dệt kim: Cấu trúc, chủng loại & ứng dụng công nghiệp

Vải lưới dệt kim về cơ bản là khác với lưới dệt vì cấu trúc của nó được tạo ra bởi các vòng sợi hoặc dây lồng vào nhau thay vì bằng cách đan chéo các sợi dọc và sợi ngang theo góc vuông . Kiến trúc vòng này mang lại cho lưới dệt kim một tập hợp các đặc tính mà lưới dệt không thể tái tạo: nó có thể kéo dài và phục hồi theo nhiều hướng mà không bị biến dạng vĩnh viễn, nó có thể được tạo thành các hình dạng ba chiều phức tạp mà không cần cắt hoặc xếp nếp, và khi một vòng đơn bị đứt, hư hỏng sẽ được hạn chế thay vì lan truyền như một bậc thang dọc theo chiều dài của vải. Hai loại chính là lưới dệt kim dọc và lưới dệt kim ngang, được phân biệt theo hướng hình thành các vòng sợi. Lưới dệt kim dọc, trong đó các vòng chạy dọc theo chiều dài của vải, là cấu trúc chủ yếu cho các ứng dụng công nghiệp, lọc và kiến ​​trúc vì tính ổn định về kích thước và khả năng tạo ra nó ở nhiều kích cỡ khẩu độ từ dưới micron đến vài cm. Lưới dệt kim ngang, trong đó một sợi đơn chạy ngang trên chiều rộng, được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng may mặc và bọc vải trong đó độ co giãn và độ rủ là những yêu cầu chính.

Cấu trúc vòng dệt kim và hậu quả cơ học của nó

Khối xây dựng cơ bản của lưới dệt kim là mũi khâu—một vòng sợi hoặc dây đi qua vòng bên dưới nó và được giữ cố định bởi vòng bên trên. Chuỗi vòng lồng vào nhau này tạo ra một cấu trúc trong đó mỗi mũi khâu hoạt động như một bản lề nhỏ. Khi vải được kéo căng, các vòng biến dạng đàn hồi từ hình dạng cong thoải mái sang hình dạng thẳng hơn mà bản thân sợi không cần phải căng ra đáng kể. Đây là lý do tại sao vải dệt kim có thể kéo dài bằng 20% đến 100% trở lên theo hướng kéo giãn với lực tương đối thấp, sau đó phục hồi về kích thước ban đầu khi lực được loại bỏ - miễn là vật liệu sợi không bị ứng suất vượt quá giới hạn đàn hồi của nó.

Hình dạng vòng lặp được xác định bởi một số tham số có liên quan với nhau mà máy dệt kim điều khiển: chiều dài mũi khâu (độ dài của sợi trong một vòng hoàn chỉnh), khoảng cách giữa các bước (khoảng cách giữa các cột liền kề của vòng lặp) và khoảng cách khóa học (khoảng cách giữa các hàng vòng liền kề). Chiều dài mũi khâu dài hơn tạo ra lưới lỏng hơn, thoáng hơn với khẩu độ lớn hơn và khả năng mở rộng lớn hơn. Chiều dài mũi khâu ngắn hơn tạo ra lưới dày hơn, chặt hơn với khẩu độ nhỏ hơn và độ ổn định kích thước cao hơn. Kích thước khẩu độ—khoảng hở giữa các vòng liền kề—là thông số hiệu suất chính cho các ứng dụng lọc và tách, trong đó lưới phải cho phép một kích thước hạt cụ thể đi qua trong khi vẫn giữ lại các hạt lớn hơn. Trong lưới dệt kim, khẩu độ không phải là hình vuông hoặc hình chữ nhật chính xác như trong lưới dệt; nó là một lỗ mở không đều, gần giống hình elip có kích thước hiệu quả phụ thuộc vào hình dạng đường may và độ căng tác dụng lên vải.

Lưới dệt kim dọc và lưới dệt kim ngang: Hai con đường sản xuất khác biệt

Sự khác biệt giữa dệt kim dọc và dệt ngang không chỉ đơn thuần là chi tiết sản xuất; nó xác định hoạt động cơ học cơ bản của lưới và sự phù hợp của nó đối với các ứng dụng khác nhau. Bảng dưới đây thể hiện sự khác biệt về cấu trúc và hiệu suất giữa hai phương pháp dệt kim.

Dệt kim dọc sử dụng một loại máy trong đó mỗi kim được cấp sợi riêng từ chùm sợi dọc — một ống cuộn lớn chứa hàng trăm hoặc hàng nghìn đầu sợi song song. Các sợi được dẫn hướng bởi một bộ thanh dẫn hướng xoay giữa các kim, quấn sợi quanh mỗi kim theo mẫu đã xác định trước để tạo thành mũi khâu. các Raschel và áo ba lỗ Máy dệt kim dọc là hai loại chính, trong đó máy Raschel là thiết bị phù hợp cho lưới công nghiệp vì chúng có thể xử lý các loại sợi nặng hơn và các mẫu mũi khâu phức tạp hơn. Một máy Raschel hiện đại có thể đan lưới với kích thước khẩu độ từ khoảng 50 micron đến hơn 10 mm bằng cách thay đổi mẫu mũi khâu, kích thước sợi và thước máy—số lượng kim trên mỗi inch, dao động từ cỡ 6 (thô, khẩu độ lớn) đến cỡ 40 (khẩu mịn, khẩu nhỏ) và hơn thế nữa đối với các máy đặc biệt.

Lưới dệt kim kim loại: Vật liệu dây và hiệu suất công nghiệp

Lưới dệt kim kim loại được sản xuất trên máy dệt kim chuyên dụng xử lý dây thay vì sợi, với đường kính dây từ 0,035 mm (35 micron) đến hơn 1,0 mm tùy thuộc vào ứng dụng. Vật liệu dây được chọn vì khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt độ và độ bền cơ học trong các điều kiện vận hành cụ thể. Thép không gỉ—các loại 304, 316L và 310—là họ vật liệu phổ biến nhất, với 316L được chỉ định cho môi trường biển và hóa học do hàm lượng molypden của nó mang lại khả năng chống ăn mòn rỗ do clorua gây ra. Đối với các ứng dụng nhiệt độ cao như lọc khí thải hoặc thiết bị chống cháy, Inconel 600 hoặc 625 Hợp kim gốc niken được sử dụng vì chúng giữ được độ bền kéo và khả năng chống oxy hóa ở nhiệt độ vượt quá 800°C, nơi thép không gỉ sẽ mất tính toàn vẹn cơ học.

Quy trình đan lưới kim loại về cơ bản tương tự như quy trình dệt kim, nhưng máy phải chắc chắn hơn nhiều. Kim đan, quả nặng và thanh dẫn hướng được chế tạo từ thép công cụ cứng và khung máy được gia cố để chịu được lực cao hơn cần thiết để uốn và tạo dây kim loại thành vòng. Dây phải có đường kính ổn định và bề mặt nhẵn để đi qua các thanh dẫn hướng mà không bị đứt và phải có đủ độ dẻo để tạo thành vòng mà không bị gãy. các độ bền kéo của dây —thường là 500 đến 800 MPa đối với dây thép không gỉ được ủ — xác định mật độ mũi khâu tối đa có thể đạt được và tốc độ tạo hình của máy. Sau khi đan, lưới kim loại có thể được cán - chuyển qua giữa các con lăn áp lực - để làm phẳng bề mặt và tạo ra hình học khẩu độ đồng đều hơn cho các ứng dụng lọc trong đó việc giữ hạt ổn định là rất quan trọng.

Lọc và tách: Thị trường ứng dụng lớn nhất

Lưới dệt kim là một thành phần quan trọng trong lọc công nghiệp, trong đó cấu trúc ba chiều của nó cung cấp khả năng lọc sâu—các hạt bị giữ lại không chỉ trên bề mặt mà còn trong độ dày của lưới—ngược lại với quá trình lọc bề mặt hai chiều của vải dây dệt. Cấu trúc dệt kim tạo ra một đường quanh co cho dòng chất lỏng, với các vòng liên kết với nhau tạo thành một mạng lưới các kênh thu giữ các hạt nhỏ hơn kích thước khẩu độ danh nghĩa thông qua sự kết hợp của cơ chế chặn trực tiếp, lực quán tính và cơ chế khuếch tán. Hiệu quả lọc đối với kích thước hạt nhất định phụ thuộc vào kích thước của lưới diện tích bề mặt cụ thể, thể tích rỗng và đường kính dây hoặc sợi , tất cả đều được điều khiển bởi các tham số mũi may.

Bộ lọc lưới dệt kim được chế tạo thành nhiều cấu hình tiêu chuẩn để sử dụng trong công nghiệp. Máy khử sương mù (còn gọi là thiết bị khử) sử dụng các lớp lưới thép dệt kim để kết hợp các giọt chất lỏng từ dòng khí bằng cách cung cấp diện tích bề mặt cao để các giọt tiếp xúc, kết tụ và thoát ra bằng trọng lực. Một miếng đệm khử sương mù điển hình bao gồm nhiều lớp lưới dệt kim với tỷ lệ khoảng trống là 95% đến 98% và 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.

Ứng dụng kiến trúc và che nắng

Lưới dệt kim đã trở thành một vật liệu quan trọng trong thiết kế mặt tiền kiến trúc, nơi nó hoạt động đồng thời như một thiết bị che nắng, màn hình trực quan và yếu tố thẩm mỹ kiến trúc. Lưới được căng khắp mặt tiền tòa nhà trong các tấm có thể kéo dài chiều cao từ sàn đến sàn, giảm mức tăng nhiệt mặt trời trên vỏ tòa nhà trong khi vẫn duy trì tầm nhìn ra bên ngoài cho người ở. Hiệu suất quang học của lưới dệt kim kiến trúc được xác định bởi tỷ lệ diện tích mở —tỷ lệ diện tích khẩu độ trên tổng diện tích vải—thường dao động từ 20% đến 70% cho các ứng dụng mặt tiền. Lưới có diện tích mở 40% truyền 40% ánh sáng tới và chặn 60%, giảm tải làm mát cho tòa nhà đồng thời mang lại mức độ riêng tư vào ban ngày khi bên ngoài sáng hơn bên trong.

Lưới kiến trúc thường được dệt kim từ dây thép không gỉ—loại 316 để sử dụng bên ngoài trong môi trường ăn mòn—với đường kính dây từ 0,5 mm đến 1,5 mm, tạo ra trọng lượng vải từ 0,5 mm đến 1,5 mm. 2 đến 8 kg mỗi mét vuông . Tấm lưới căng được gắn vào cấu trúc tòa nhà thông qua khung chu vi hoặc thông qua hệ thống căng cáp tải trước lưới để chống lại độ lệch và rung do gió gây ra. Thiết kế kết cấu của việc lắp đặt lưới kiến ​​trúc yêu cầu phân tích kỹ thuật gió có tính đến độ xốp của lưới; hệ số áp suất gió đối với lưới xốp thấp hơn hệ số đối với tấm ốp đặc vì một phần gió đi qua các khe hở, làm giảm chênh lệch áp suất thực. Nhà cung cấp lưới cung cấp các đặc tính tổn thất áp suất của mẫu lưới cụ thể và kỹ sư kết cấu sử dụng những dữ liệu này để tính toán tải trọng gió lên kết cấu đỡ.

Lưới dệt kim tổng hợp: Polyme cho môi trường chuyên dụng

Lưới dệt kim polyme tổng hợp mở rộng phạm vi ứng dụng vượt xa những gì lưới kim loại có thể giải quyết về mặt kinh tế, đặc biệt là trong môi trường có tính ăn mòn hóa học, trong các sản phẩm tiêu dùng nhẹ và trong các ứng dụng y tế nơi kim loại không tương thích. Việc lựa chọn polyme cho lưới dệt kim được quyết định bởi khả năng kháng hóa chất, phạm vi nhiệt độ và các yêu cầu cơ học của ứng dụng.

• Polyester (PET): Vật liệu lưới tổng hợp phổ biến nhất, có độ bền kéo tốt, khả năng chống axit và dung môi hữu cơ tuyệt vời và nhiệt độ sử dụng liên tục lên tới 120°C. Được sử dụng rộng rãi trong lưới in lụa, bộ lọc bể bơi và sàng lọc côn trùng kiến ​​trúc. Lưới polyester thường được dệt kim dọc và sau đó được đặt nhiệt ở nhiệt độ cao hơn mức chuyển tiếp thủy tinh của nó để ổn định hình dạng mũi may và khóa kích thước khẩu độ.
• Polyamit (Nylon 6 hoặc 6.6): Cung cấp độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn cao hơn polyester, với khả năng chống kiềm tuyệt vời. Được sử dụng trong băng tải chế biến thực phẩm, nơi lưới phải chịu được việc làm sạch thường xuyên bằng chất tẩy rửa có tính kiềm. Nylon hấp thụ độ ẩm—lên tới 4% ở độ ẩm tương đối 65%—gây ra những thay đổi nhỏ về kích thước phải được tính đến khi căng lưới.
• Polypropylen (PP): Nhẹ và trơ về mặt hóa học, có khả năng chống axit, kiềm và hầu hết các dung môi hữu cơ tuyệt vời. Mật độ thấp (0,90 đến 0,92 g/cm³) làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng lưới nổi trong xử lý nước. Giới hạn nhiệt độ khoảng 80°C hạn chế việc sử dụng nó trong các quy trình nóng.
• PTFE (Teflon): Polyme cao cấp dành cho môi trường hóa học khắc nghiệt, có khả năng kháng hóa chất gần như phổ biến và nhiệt độ sử dụng liên tục lên tới 260°C. Lưới dệt kim PTFE được sử dụng trong các ứng dụng lọc đòi hỏi khắt khe nhất—axit đậm đặc nóng, thu hồi dung môi và chế biến dược phẩm—nơi không có polyme hoặc kim loại nào khác tương thích. Sợi PTFE có giá thành cao hạn chế việc sử dụng nó trong các ứng dụng đòi hỏi độ trơ hóa học của nó.
• PEEK (Polyetheretherketone): Một loại nhựa nhiệt dẻo hiệu suất cao được sử dụng làm lưới dệt kim trong các ứng dụng hàng không vũ trụ, dầu khí và cấy ghép y tế, trong đó cần có sự kết hợp giữa khả năng chịu nhiệt độ cao (250°C liên tục), khả năng kháng hóa chất tuyệt vời và khả năng tương thích sinh học. Lưới dệt kim PEEK được sử dụng làm vật gia cố trong các cấu trúc composite và làm lưới ngăn ghép xương trong phẫu thuật cột sống.

Lưới dệt kim dẫn điện và che chắn EMI

Lưới kim loại dệt kim đóng vai trò là miếng đệm và vật liệu nối đất che chắn nhiễu điện từ (EMI) hiệu quả, khai thác đường dẫn điện liên tục được cung cấp bởi các vòng kim loại lồng vào nhau. Khi bị nén giữa hai bề mặt tiếp xúc—chẳng hạn như cửa và khung bao vây—lưới dệt kim sẽ phù hợp với những điểm không đều trên bề mặt và tạo ra nhiều điểm tiếp xúc cùng nhau tạo ra một đường dẫn điện có trở kháng thấp xuyên qua mối nối. Hiệu quả che chắn của miếng đệm lưới dệt kim phụ thuộc vào độ dẫn điện của vật liệu dây, áp suất tiếp xúc và tỷ lệ nén của lưới . Lưới dệt kim bằng thép mạ đồng mạ thiếc được nén đến 25% độ dày ban đầu có thể đạt được hiệu quả che chắn từ 80 đến 100 dB trên dải tần từ 100 MHz đến 10 GHz, đủ cho hầu hết các yêu cầu EMI thương mại và quân sự.

Cấu trúc dệt kim đặc biệt phù hợp với các ứng dụng đệm EMI vì nó mang lại khả năng đàn hồi, giống như lò xo, duy trì áp suất tiếp xúc qua hàng nghìn chu kỳ nén và thông qua sự giãn nở và co lại vì nhiệt của vật liệu vỏ. Lưới thường được dệt kim dưới dạng ống liên tục và sau đó được tạo thành hình dạng miếng đệm mong muốn—hình tròn, hình chữ nhật hoặc hình chữ D—bằng cách đưa nó qua khuôn định hình để đặt mặt cắt ngang. Một lõi đàn hồi, thường là silicone hoặc cao su tổng hợp, có thể được chèn vào giữa ống dệt kim để cung cấp thêm lực nén và tạo ra lớp bịt kín môi trường ngăn chặn hơi ẩm và bụi xâm nhập cùng với chức năng che chắn EMI. Cái này đệm kết hợp là tiêu chuẩn trong các vỏ viễn thông ngoài trời, thiết bị điện tử của xe quân sự và khoang điện tử hàng không vũ trụ.

Lưới dệt y tế: Tương thích sinh học và tích hợp mô

Lưới dệt kim chiếm một vai trò quan trọng trong các thiết bị y tế cấy ghép, nổi bật nhất là trong lưới sửa chữa thoát vị và hỗ trợ sa cơ quan vùng chậu . Lưới có chức năng như một giàn giáo giúp củng cố các mô bị suy yếu hoặc bị tổn thương, cung cấp hỗ trợ cơ học đồng thời cho phép mô của chính bệnh nhân phát triển thông qua các khe lưới - một quá trình được gọi là tích hợp hoặc kết hợp mô. Lưới phải tương thích sinh học, có thể khử trùng và được thiết kế với kích thước lỗ đủ lớn để cho phép đại thực bào đi qua để chống nhiễm trùng (thường trên 75 micron) nhưng đủ nhỏ để cung cấp hỗ trợ cơ học hiệu quả. Vật liệu được sử dụng rộng rãi nhất là sợi đơn polypropylen (PP) và sợi đa sợi polyester (PET) , với cấu trúc đan là kiểu dệt kim dọc được thiết kế để cân bằng độ bền kéo, tính linh hoạt và thúc đẩy quá trình phát triển mô có trật tự.

Cấu trúc đan của lưới phẫu thuật được đặc trưng bởi độ xốp, kích thước lỗ rỗng và mật độ diện tích . Lưới thoát vị bằng polypropylen nhẹ điển hình có độ xốp từ 60% đến 70%, kích thước lỗ từ 1,0 đến 1,5 mm và mật độ diện tích từ 30 đến 45 g/m2. Các thông số này được kiểm soát bởi mẫu đan—thường là một bản đồ hoặc mũi khâu trụ có khảm—và đường kính sợi, đối với sợi đơn polypropylen thường là 0,08 đến 0,12 mm. Lưới được đặt nhiệt sau khi đan để ổn định hình dạng mũi khâu và truyền vào bộ nhớ hình dạng cho phép lưới được cuộn hoặc gấp lại để đưa qua trocar nội soi và sau đó đàn hồi trở lại hình dạng ban đầu khi triển khai tại vị trí phẫu thuật. Tính dị hướng cơ học của lưới dệt kim—độ bền kéo và độ giãn dài của nó khác nhau theo hướng dọc và ngang—phải được định hướng để phù hợp với hướng tải sinh lý của mô được sửa chữa.

Lưới vải địa kỹ thuật và kỹ thuật dân dụng

Vải địa kỹ thuật lưới dệt kim phục vụ các chức năng trong kỹ thuật dân dụng khác biệt với các loại vải địa kỹ thuật dệt và không dệt phổ biến hơn. Vải địa kỹ thuật dệt kim được sử dụng khi có sự kết hợp của độ bền kéo cao, kích thước lỗ được kiểm soát và khả năng phù hợp với các bề mặt không đều được yêu cầu. Các ứng dụng chính là thảm chống xói mòn, lưới ổn định độ dốc và lưới gia cố cho đất và sân cỏ. Lưới được dệt từ sợi polyester hoặc polypropylen có độ bền cao với độ bền kéo từ 50 đến 200 kN/m theo hướng tải chính và các khe hở — thường từ 5 mm đến 20 mm — được thiết kế để cho phép rễ cây xuyên qua và thoát nước trong khi vẫn giữ lại các hạt đất và ngăn ngừa xói mòn bề mặt trong các đợt mưa lớn.

Cấu trúc dệt kim mang lại lợi thế hơn vải địa kỹ thuật dệt ở điểm khả năng chống bong tróc khi bị cắt hoặc đâm thủng . Một loại vải địa kỹ thuật dệt, khi được cắt tại chỗ để phù hợp với một chướng ngại vật, đòi hỏi phải khâu hoặc khâu mép để ngăn không cho vải dệt bị bong ra dọc theo mép cắt. Vải địa kỹ thuật dệt kim, do có cấu trúc vòng lồng vào nhau, vốn có khả năng chống bong tróc và có thể được cắt thành hình tại hiện trường mà không cần xử lý thêm cạnh. Lưới cũng có khả năng mở rộng cao hơn so với vải dệt tương đương—độ giãn dài điển hình khi đứt từ 15% đến 30% đối với vải địa kỹ thuật dệt kim so với 10% đến 15% đối với vải dệt thoi—cho phép nó biến dạng dưới tải trọng cục bộ mà không bị đứt, một đặc điểm quan trọng đối với các ứng dụng trên mặt đất sụt lún hoặc có sương giá.