Gestricktes Netzgewebe: Struktur, Typen und industrielle Anwendungen

Gestrickter Netzstoff unterscheidet sich grundlegend von gewebtem Netz, da seine Struktur durch entsteht Ineinundergreifende Schlaufen aus Garn oder Draht statt durch rechtwinkliges Kreuzen von Kett- und Schussfäden . Diese Schlingenarchitektur verleiht gestrickten Maschen eine Reihe von Eigenschaften, die gewebte Maschen nicht reproduzieren können: Sie können sich ohne bleibende Verformung in mehrere Richtungen dehnen und erholen, sie können in komplexe dreidimensionale Formen geformt werden, ohne dass sie geschnitten oder gefaltet werden müssen, und wenn eine einzelne Schlaufe reißt, wird der Schaden eingedämmt, anstatt sich als Leiter entlang der Länge des Stoffes auszubreiten. Die beiden Hauptkategorien sind Kettengewirke und Schussgewirke, die sich durch die Richtung unterscheiden, in der die Garnschlaufen gebildet werden. Kettengewirke, bei denen die Schlaufen vertikal über die Länge des Gewebes verlaufen, sind aufgrund ihrer Dimensionsstabilität und der Möglichkeit, sie in einem breiten Bereich von Öffnungsgrößen von Submikrometer bis zu mehreren Zentimetern herzustellen, die vorherrschende Struktur für Industrie-, Filter- und Architekturanwendungen. Schussgestrickte Netze, bei denen ein einzelnes Garn horizontal über die gesamte Breite verläuft, werden hauptsächlich in Bekleidungs- und Polsteranwendungen verwendet, bei denen Dehnbarkeit und Faltenwurf im Vordergrund stehen.

Die gestrickte Maschenstruktur und ihre mechanischen Folgen

Der grundlegende Baustein eines gestrickten Netzes ist die Masche – eine Schlaufe aus Garn oder Draht, die durch die darunter liegende Schlaufe verläuft und ihrerseits durch die darüber liegende Schlaufe an Ort und Stelle gehalten wird. Diese ineinundergreifende Schlaufenkette schafft eine Struktur, bei der jeder Stich als kleines Scharnier fungiert. Wenn der Stoff gedehnt wird, verformen sich die Schlaufen elastisch von ihrer entspannten gekrümmten Form in eine geradere Konfiguration, ohne dass das Garn selbst wesentlich gedehnt werden muss. Aus diesem Grund kann sich eine Maschenware verlängern 20 % bis 100 % oder mehr Es dehnt sich mit relativ geringer Kraft in Dehnrichtung aus und nimmt nach Wegnahme der Kraft wieder seine ursprünglichen Abmessungen an – vorausgesetzt, das Garnmaterial wurde nicht über seine Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht.

Die Maschengeometrie wird durch mehrere miteinander verbundene Parameter definiert, die die Strickmaschine steuert: die Stichlänge (die Länge des Garns in einer vollständigen Schleife), die Maschenabstand (der Abstand zwischen benachbarten Schleifenspalten) und die Kursabstand (der Abstand zwischen benachbarten Schleifenreihen). Eine längere Stichlänge führt zu einem lockereren, offeneren Netz mit größeren Öffnungen und größerer Dehnbarkeit. Eine kürzere Stichlänge führt zu einem dichteren, engeren Netz mit kleineren Öffnungen und größerer Dimensionsstabilität. Die Öffnungsgröße – die Öffnung zwischen benachbarten Schleifen – ist der wichtigste Leistungsparameter für Filtrations- und Trennanwendungen, bei denen das Netz den Durchgang einer bestimmten Partikelgröße ermöglichen und gleichzeitig größere Partikel zurückhalten muss. Bei einem gestrickten Netz ist die Öffnung kein präzises Quadrat oder Rechteck wie bei einem gewebten Netz; Es handelt sich um eine unregelmäßige, annähernd elliptische Öffnung, deren effektive Größe von der Stichgeometrie und der auf den Stoff ausgeübten Spannung abhängt.

Kettengewirke vs. Schussgewirke: Zwei unterschiedliche Herstellungswege

Die Unterscheidung zwischen Ketten- und Schusswirkerei ist nicht nur ein Herstellungsdetail; Es bestimmt das grundlegende mechanische Verhalten des Netzes und seine Eignung für verschiedene Anwendungen. Die folgende Tabelle zeigt die Struktur- und Leistungsunterschiede zwischen den beiden Strickmethoden.

Beim Kettenstricken wird eine Maschine eingesetzt, bei der jede Nadel mit einem eigenen Garn von einem Kettbaum versorgt wird – einer großen Spule, die Hunderte oder Tausende paralleler Garnenden enthält. Die Garne werden durch eine Reihe von Führungsstangen geführt, die zwischen den Nadeln schwingen und das Garn in einem vorgegebenen Muster um jede Nadel wickeln, um den Stich zu bilden. Die Raschel and Trikot Kettenwirkmaschinen sind die beiden Haupttypen, wobei Raschelmaschinen das Arbeitspferd für Industriegeflechte sind, da sie schwerere Garne und komplexere Stichmuster verarbeiten können. Eine moderne Raschelmaschine kann Maschen mit Maschenweiten ab ca. stricken 50 Mikrometer bis über 10 Millimeter durch Ändern des Stichmusters, der Garngröße und der Maschinenstärke – der Anzahl der Nadeln pro Zoll, die bei Spezialmaschinen von 6 Gauge (grob, große Öffnungen) bis 40 Gauge (fein, kleine Öffnungen) und darüber hinaus reicht.

Metallgewirke: Drahtmaterialien und industrielle Leistung

Gestrickte Metallgeflechte werden auf speziellen Strickmaschinen hergestellt, die Draht anstelle von Garn verarbeiten, mit Drahtdurchmessern im Bereich von 0,035 mm (35 Mikrometer) bis über 1,0 mm je nach Anwendung. Das Drahtmaterial wird aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und mechanischen Festigkeit unter den spezifischen Betriebsbedingungen ausgewählt. Edelstahl – Güten 304, 316L und 310 – ist die häufigste Materialfamilie, wobei 316L aufgrund seines Molybdängehalts, der eine Beständigkeit gegen chloridinduzierte Lochfraßkorrosion bietet, für den Einsatz in Meeres- und Chemieumgebungen geeignet ist. Für Hochtemperaturanwendungen wie Abgasfiltration oder Flammensperren, Inconel 600 oder 625 Legierungen auf Nickelbasis werden verwendet, weil sie ihre Zugfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit bei Temperaturen über 800 °C behalten, bei denen Edelstahl seine mechanische Integrität verlieren würde.

Der Strickvorgang für Metallgeflecht ähnelt grundsätzlich dem Textilstricken, allerdings muss die Maschine wesentlich robuster sein. Die Stricknadeln, Platinen und Führungsstangen sind aus gehärtetem Werkzeugstahl gefertigt und der Maschinenrahmen ist verstärkt, um den höheren Kräften standzuhalten, die zum Biegen und Formen von Metalldraht zu Schlaufen erforderlich sind. Der Draht muss einen einheitlichen Durchmesser und eine glatte Oberfläche haben, damit er durch die Führungen passt, ohne dass er hängen bleibt, und er muss ausreichend duktil sein, um eine Schleife bilden zu können, ohne zu brechen. Die Zugfestigkeit des Drahtes – typischerweise 500 bis 800 MPa für geglühten Strickdraht aus rostfreiem Stahl – bestimmt die maximal erreichbare Maschendichte und die Formgeschwindigkeit der Maschine. Nach dem Stricken kann das Metallgeflecht kalandriert und zwischen Druckwalzen geführt werden, um die Oberfläche zu glätten und eine gleichmäßigere Öffnungsgeometrie für Filtrationsanwendungen zu schaffen, bei denen eine gleichmäßige Partikelrückhaltung von entscheidender Bedeutung ist.

Filtration und Trennung: Der größte Anwendungsmarkt

Gestricke sind eine entscheidende Komponente in der industriellen Filtration, da ihre dreidimensionale Struktur im Gegensatz zur zweidimensionalen Oberflächenfiltration von gewebten Drahtgeweben eine Tiefenfiltration ermöglicht – Partikel werden nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch in der Dicke des Geflechts zurückgehalten. Die gestrickte Struktur schafft einen gewundenen Weg für den Flüssigkeitsfluss, wobei die miteinander verbundenen Schleifen ein Netzwerk von Kanälen bilden, die Partikel, die kleiner als die Nennöffnungsgröße sind, durch eine Kombination aus direktem Abfangen, Trägheitsimpaktion und Diffusionsmechanismen einfangen. Die Filtrationseffizienz für eine bestimmte Partikelgröße hängt von der Maschenweite ab spezifische Oberfläche, das Hohlraumvolumen und der Draht- oder Garndurchmesser , die alle durch die Stichparameter gesteuert werden.

Gestrickte Netzfilter werden in verschiedenen Standardkonfigurationen für den industriellen Einsatz hergestellt. Tropfenabscheider (auch Demister genannt) verwenden Schichten aus gestricktem Drahtgeflecht, um Flüssigkeitströpfchen aus Gasströmen zusammenzuführen, indem sie eine große Oberfläche bereitstellen, auf der die Tröpfchen auftreffen, zusammenwachsen und durch die Schwerkraft abfließen. Ein typisches Tropfenabscheider-Pad besteht aus mehreren Schichten gestricktem Netz mit einem Hohlraumanteil von 95 % bis 98 % und einer spezifischen Oberfläche von 200 bis 500 Quadratmetern pro Kubikmeter, die in der Lage ist, Tröpfchen mit einem Durchmesser von bis zu 3 bis 5 Mikrometern bei einem Druckabfall von nur wenigen Millibar zu entfernen. Das Netz wird aus Draht mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 0,3 mm gestrickt, und die Unterlage wird hergestellt, indem das gestrickte Netz geschichtet, auf die gewünschte Dichte komprimiert und in ein Stützgitter eingeschlossen wird. Die Materialauswahl – Edelstahl, Polypropylen, PTFE oder Hastelloy – hängt von der chemischen Zusammensetzung und der Temperatur des Prozessstroms ab.

Architektur- und Sonnenschutzanwendungen

Gestricke sind zu einem wichtigen Material in der architektonischen Fassadengestaltung geworden, wo sie gleichzeitig als Sonnenschutz, Sichtschutz und architektonisches ästhetisches Element fungieren. Das Netz wird in Form von Paneelen über die Gebäudefassade gespannt, die sich über mehrere Stockwerke erstrecken können. Dadurch wird der solare Wärmegewinn an der Gebäudehülle reduziert und gleichzeitig die Sicht nach außen für die Bewohner gewahrt. Die optische Leistung eines architektonischen Gestricks wird durch seine definiert Prozentsatz der offenen Fläche – das Verhältnis der Öffnungsfläche zur gesamten Stofffläche – das bei Fassadenanwendungen typischerweise zwischen 20 % und 70 % liegt. Ein Netz mit einer offenen Fläche von 40 % lässt 40 % des einfallenden Lichts durch und blockiert 60 %. Dadurch wird die Kühllast des Gebäudes verringert und gleichzeitig ein gewisses Maß an Privatsphäre bei Tageslicht gewährleistet, wenn die Außenseite heller als die Innenseite ist.

Das Architekturgewebe wird am häufigsten aus Edelstahldraht – Güteklasse 316 für den Außeneinsatz in korrosiven Umgebungen – mit einem Drahtdurchmesser von 0,5 mm bis 1,5 mm gestrickt, was einem Stoffgewicht von 1,5 kg entspricht 2 bis 8 kg pro Quadratmeter . Das gespannte Netzpaneel wird über einen umlaufenden Rahmen oder über Kabelspannsysteme an der Gebäudestruktur befestigt, die das Netz vorspannen, um windbedingten Durchbiegungen und Vibrationen standzuhalten. Der strukturelle Entwurf einer architektonischen Netzinstallation erfordert eine windtechnische Analyse, die die Porosität des Netzes berücksichtigt. Die Winddruckkoeffizienten für ein poröses Netz sind niedriger als die für eine massive Verkleidungsplatte, da ein Teil des Windes durch die Öffnungen strömt und so die Nettodruckdifferenz verringert. Der Mattenlieferant stellt die Druckverlusteigenschaften des spezifischen Mattenmusters zur Verfügung, und der Statiker nutzt diese Daten, um die Windlasten auf die Tragkonstruktion zu berechnen.

Synthetisches gestricktes Netz: Polymere für spezielle Umgebungen

Gestrickte Netze aus synthetischen Polymeren erweitern den Anwendungsbereich über das hinaus, was Metallnetze wirtschaftlich bewältigen können, insbesondere in chemisch aggressiven Umgebungen, in leichten Konsumgütern und in medizinischen Anwendungen, bei denen Metall unverträglich ist. Die Polymerauswahl für ein gestricktes Netz wird von der chemischen Beständigkeit, dem Temperaturbereich und den mechanischen Anforderungen der Anwendung bestimmt.

• Polyester (PET): Das gebräuchlichste synthetische Netzmaterial mit guter Zugfestigkeit, hervorragender Beständigkeit gegen Säuren und organische Lösungsmittel sowie einer Dauergebrauchstemperatur von bis zu 120 °C. Wird häufig in Siebdrucknetzen, Schwimmbadfiltern und architektonischen Insektenschutzgittern verwendet. Polyesternetze werden typischerweise kettengewirkt und dann bei einer Temperatur über dem Glasübergang thermofixiert, um die Maschengeometrie zu stabilisieren und die Öffnungsabmessungen festzulegen.
• Polyamid (Nylon 6 oder 6.6): Bietet eine höhere Zähigkeit und Abriebfestigkeit als Polyester und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Alkalien. Wird in Förderbändern für die Lebensmittelverarbeitung eingesetzt, wo das Gewebe einer häufigen Reinigung mit alkalischen Reinigungsmitteln standhalten muss. Nylon nimmt Feuchtigkeit auf – bis zu 4 % bei 65 % relativer Luftfeuchtigkeit –, was zu geringfügigen Dimensionsänderungen führt, die bei der Spannung des Netzes berücksichtigt werden müssen.
• Polypropylen (PP): Leicht und chemisch inert, mit ausgezeichneter Beständigkeit gegenüber Säuren, Laugen und den meisten organischen Lösungsmitteln. Aufgrund seiner geringen Dichte (0,90 bis 0,92 g/cm³) eignet es sich für schwimmende Netzanwendungen in der Wasseraufbereitung. Die Temperaturgrenze von ca. 80 °C schränkt den Einsatz in Heißprozessen ein.
• PTFE (Teflon): Das Premium-Polymer für extreme chemische Umgebungen mit nahezu universeller chemischer Beständigkeit und einer Dauergebrauchstemperatur von bis zu 260 °C. PTFE-Strickgewebe werden in den anspruchsvollsten Filtrationsanwendungen eingesetzt – heiße konzentrierte Säuren, Lösungsmittelrückgewinnung und pharmazeutische Verarbeitung –, bei denen kein anderes Polymer oder Metall kompatibel ist. Die hohen Kosten von PTFE-Garn beschränken seinen Einsatz auf Anwendungen, bei denen seine chemische Inertheit unverzichtbar ist.
• PEEK (Polyetheretherketon): Ein Hochleistungsthermoplast für gestrickte Netze in der Luft- und Raumfahrt, der Öl- und Gasindustrie sowie bei medizinischen Implantatanwendungen, bei denen eine Kombination aus hoher Temperaturbeständigkeit (Dauertemperatur 250 °C), ausgezeichneter chemischer Beständigkeit und Biokompatibilität erforderlich ist. Das gestrickte PEEK-Netz wird als Verstärkung in Verbundstrukturen und als Netz zur Eindämmung von Knochentransplantaten in der Wirbelsäulenchirurgie verwendet.

Leitfähiges und EMI-abschirmendes gestricktes Netz

Gestricktes Metallgeflecht dient als wirksame Abschirmdichtung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Erdungsmaterial und nutzt den kontinuierlichen Leiterpfad, der durch die ineinandergreifenden Metallschleifen bereitgestellt wird. Wenn das gestrickte Netz zwischen zwei Kontaktflächen – etwa einer Gehäusetür und einem Rahmen – zusammengedrückt wird, passt es sich an Oberflächenunregelmäßigkeiten an und erzeugt mehrere Kontaktpunkte, die zusammen einen elektrischen Pfad mit niedriger Impedanz über die Verbindung bilden. Die Abschirmwirkung einer gestrickten Netzdichtung hängt davon ab Leitfähigkeit des Drahtmaterials, der Kontaktdruck und das Netzkompressionsverhältnis . Ein verzinntes, kupferkaschiertes Stahlgestrick, das auf 25 % seiner ursprünglichen Dicke komprimiert ist, kann über den Frequenzbereich von 100 MHz bis 10 GHz eine Abschirmwirkung von 80 bis 100 dB erreichen, was für die meisten kommerziellen und militärischen EMI-Anforderungen ausreichend ist.

Die gestrickte Struktur eignet sich besonders gut für EMI-Dichtungsanwendungen, da sie ein elastisches, federartiges Verhalten bietet, das den Kontaktdruck über Tausende von Kompressionszyklen und durch thermische Ausdehnung und Kontraktion der Gehäusematerialien aufrechterhält. Das Netz wird typischerweise als durchgehender Schlauch gestrickt und dann in das gewünschte Dichtungsprofil – rund, rechteckig oder D-förmig – geformt, indem es durch eine Formdüse geführt wird, die den Querschnitt festlegt. Ein Elastomerkern, meist Silikon oder Neopren, kann in die Mitte des Strickschlauchs eingesetzt werden, um zusätzliche Kompressionskraft bereitzustellen und eine Umgebungsabdichtung zu schaffen, die neben der EMI-Abschirmfunktion das Eindringen von Feuchtigkeit und Staub verhindert. Dies Kombidichtung ist Standard in Telekommunikationsgehäusen für den Außenbereich, in der Elektronik von Militärfahrzeugen und in Avionikschächten für die Luft- und Raumfahrt.

Medizinisches Textilnetz: Biokompatibilität und Gewebeintegration

Gestrickte Netze spielen bei implantierbaren medizinischen Geräten eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Hernien-Reparaturnetze and Beckenorganprolaps unterstützt . Das Netz fungiert als Gerüst, das geschwächtes oder beschädigtes Gewebe verstärkt, mechanische Unterstützung bietet und gleichzeitig dem eigenen Gewebe des Patienten ermöglicht, durch die Netzöffnungen zu wachsen – ein Vorgang, der als Gewebeintegration oder -eingliederung bezeichnet wird. Das Netz muss biokompatibel, sterilisierbar und mit einer Porengröße ausgestattet sein, die groß genug ist, um den Makrophagendurchgang zur Infektionsresistenz zu ermöglichen (typischerweise über 75 Mikrometer), aber klein genug, um eine wirksame mechanische Unterstützung zu bieten. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind Polypropylen (PP)-Monofilament und Polyester (PET)-Multifilament Dabei handelt es sich bei der Strickstruktur um ein kettengewirktes Muster, das Zugfestigkeit, Flexibilität und die Förderung eines geordneten Einwachsens von Gewebe in Einklang bringt.

Die Strickstruktur eines chirurgischen Netzes zeichnet sich durch seine aus Porosität, Porengröße und Flächendichte . Ein typisches leichtes Polypropylen-Herniennetz hat eine Porosität von 60 bis 70 %, eine Porengröße von 1,0 bis 1,5 mm und eine Flächendichte von 30 bis 45 g/m². Diese Parameter werden durch das Strickmuster – oft ein Atlas- oder Säulenstich mit Einlage – und den Garndurchmesser gesteuert, der für Polypropylen-Monofilament typischerweise 0,08 bis 0,12 mm beträgt. Das Netz wird nach dem Stricken thermofixiert, um die Maschengeometrie zu stabilisieren und ein Formgedächtnis zu verleihen, das es ermöglicht, das Netz zum Einführen durch einen laparoskopischen Trokar zu rollen oder zu falten und dann beim Einsatz an der Operationsstelle wieder in seine ursprüngliche Konfiguration zurückzukehren. Die mechanische Anisotropie des Gestricks – seine Zugfestigkeit und Dehnung sind in Längs- und Querrichtung unterschiedlich – muss auf die physiologische Belastungsrichtung des reparierten Gewebes abgestimmt sein.

Geotextil- und Tiefbaunetz

Gestrickte Geotextilien erfüllen im Tiefbau Funktionen, die sich von den üblicheren gewebten und nicht gewebten Geotextilien unterscheiden. Ein gestricktes Geotextil wird verwendet, wenn eine Kombination aus Hohe Zugfestigkeit, kontrollierte Porengröße und die Fähigkeit, sich an unregelmäßige Oberflächen anzupassen ist erforderlich. Die Hauptanwendungen sind Erosionsschutzmatten, Hangstabilisierungsnetze und Verstärkungsgitter für Boden und Rasen. Das Netz besteht aus hochfestem Polyester- oder Polypropylengarn mit einer Zugfestigkeit von 50 bis 200 kN/m in der Hauptlastrichtung. Die Öffnungen – typischerweise 5 mm bis 20 mm – sind so konzipiert, dass sie das Eindringen von Wurzeln und den Wasserabfluss ermöglichen, während sie gleichzeitig Bodenpartikel zurückhalten und Oberflächenerosion bei starken Regenfällen verhindern.

Die gestrickte Struktur bietet einen Vorteil gegenüber gewebten Geotextilien Beständigkeit gegen Ausfransen beim Schneiden oder Durchstechen . Wenn ein gewebtes Geotextil vor Ort so zugeschnitten wird, dass es um ein Hindernis passt, müssen die Kanten versengt oder genäht werden, um zu verhindern, dass sich das Gewebe entlang der Schnittkante auflöst. Ein gestricktes Geotextil ist aufgrund der ineinandergreifenden Schlaufenstruktur von Natur aus beständig gegen Auflösen und kann vor Ort ohne zusätzliche Kantenbearbeitung in Form geschnitten werden. Das Netz ist außerdem dehnbarer als ein gewebtes Äquivalent – ​​typische Bruchdehnung von 15 % bis 30 % für ein gestricktes Geotextil gegenüber 10 % bis 15 % für ein gewebtes –, wodurch es sich unter örtlicher Belastung verformen kann, ohne zu reißen, eine wichtige Eigenschaft für Anwendungen auf absackendem oder frostigem Boden.