Pletené distanční textilie pro multifunkční aplikace

Veerakumar Arumugam, M.Tech.

Doctoral thesis

Knitted Spacer Fabrics for Multi-Functional Applications

Abstract:

The objective of this thesis was to examine multi-functional properties of both warp and weft knitted 3-dimensional spacer fabrics which could be used to replace the existing cushion materials in the mattress, pillows, in-sole, car seat and back supports. It presents an experimental and analytical investigation on intra-ply shear properties of 3D knitted spacer fabrics conducted using picture frame shear fixture. The nonlinear behavior of shear stress versus shear angle and the deformation mechanism were analyzed. The curves for shear stress versus shear angle and position of buckling for in-plane shear test are recorded by considering two different frame lengths in order to compare with each other. Loaddisplacement curves of inter-ply shear tests are also analyzed. In addition to this, a program was developed in MATLAB using Hough transform to analyze the shear angle in the real-time image taken during displacement of specimen at various positions. The results of image analysis were compared with the actual experimental results. Also, the shear stress was predicted using finite element model and compared with experimental results. This study also determines the influence of different structural characteristics of knitted a spacer fabric on the compressive behavior and energy absorption capability. The potential compression mechanism of the fabric was identified with support of the compression stress-strain curve, work done and efficiency at different compression stages. Third order polynomial regression model was used to establish the elastic deformation properties used to obtain the compression results. Spacer textile fabrics have superior thermal and acoustic characteristics compared to conventional woven/knitted structures, foams or nonwovens due to their wonderful 3D sandwich pattern and porous nature. Hence this research work also investigates the influence of different structural parameters of spacer fabrics e.g. areal density, porosity, thickness, stitch density etc. on thermo-physiological and acoustic performance. The sound absorption coefficient (SAC) was evaluated using two microphone impedance tube. Moreover, tortuosity of the spacer fabrics was calculated analytically and compared with experimental results. This study also discusses the influence of material parameters and structural characteristics on acoustic properties of 3D spacer knitted fabrics. Advanced statistical evaluation and two-way analysis of variance are used to analyze the significance of various factors such as thickness, type of spacer yarn, surface structures and raw materials on specific properties. These findings are important requirements for designing knitted spacer fabrics which could be used as suitable cushioning material in the applications such as car mattress, seats, shoe insole, pillows, back supports etc.

Abstract:

Cílem této práce bylo prověřit multifunkční vlastnosti osnov a útků 3D distančních pletených textilií, které by mohly být použity jako náhrada existujících vycpávkových materiálů v matracích, polštářích, vložkách do bot, autosedačkách a podpěrách zad. To představuje experimentální a analytické šetření vlastností na vnitřních vrstvách 3D distančních textilií smykem prováděných pomocí upnutí ve fixačním rámečku (The Picture-frame shear test). Bylo analyzováno nelineární chování smykového napětí oproti úhlu smyku a deformačnímu mechanismu. Křivky smykového napětí vůči úhlu smyku a pozici vzpěry pro zkoušku smyku v rovině jsou zaznamenány pro dvé různé délky rámu pro účely dalšího porovnávání s ostatními. Jsou analyzovány zátěžové-posunuté křivky smykového testu ve vnitřních vrstvách. Kromě toho byl v prostředí MATLAB vytvořen program s využitím Houghovy transformace pro analýzu snímání obrazu smykového úhlu v reálném čase při posunutí vzorku v různých polohách. Výsledky obrazové analýzy byly porovnány se skutečnými experimentálními výsledky. Rovněž i smykové napětí bylo predikováno s použitím modelu konečných prvků a porovnáno s experimentálními výsledky. Tato práce se také zabývá určením vlivu různých strukturních charakteristik pletených distančních textilií na chování tlaku a absorpční schopnosti energie. Potenciál tlakového mechanismu textilie byl identifikován s podporou kompresní křivky napětí/deformace, práce a účinnosti při různých stupních komprese. Třetí stupeň polynomické regrese byl použit pro stanovení vlastností pružné deformace k získání výsledků komprese. Distanční textilie mají vynikající tepelné a akustické vlastnosti ve srovnání s konvenčními tkanými či pletenými strukturami, pěnami nebo netkanými textiliemi oproti jejich nádherné 3D struktuře sendviče a porézní povaze. Proto tato práce rovněž zkoumá vliv různých strukturních parametrů distančních pletenin,jako jsou plošná hustota, porozita, tloušťka, hustota očekatd. na termo-fyziologické a akustické vlastnosti. Absorpční koeficient zvuku (SAC) byl hodnocen pomocí dvou mikrofonové impedanční trubice. Kromě toho, křivolakost textilie byla vypočítána analyticky a porovnána s experimentálními výsledky. Tato práce také popisuje vliv materiálových parametrů a strukturních charakteristik na akustické vlastnosti 3D distančních textilií. Pokročilé statistické vyhodnocení a dvoufaktorová analýza rozptylu jsou použity k analýze významu různých faktorů, jako je tloušťka, typ distanční nitě, povrchové struktury a surovin, na specifické vlastnosti.Tyto poznatky jsou důležitými požadavky pro navrhování pletených distančních textilií, které by mohly být použity jako vhodný fixační materiál v aplikacích pro automobilový průmysl, matrace, sedačky, vložky do bot, polštáře, podpěry zad atd.

Keywords

3D distanční textilie, smyk ve vnitřní vrstvě, komprese-napětí, absorpce energie, účinnost, termo-fyziologie, zvuková pohltivost

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 3. 2017

Thesis defence

• Date of defence: 30. 11. 2017
• Supervisor: doc. Rajesh Mishra, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Textile Engineering

Doctoral programme / field:
Textile Engineering / Textile Technics and Materials Engineering