Examensarbete för Teknologie Kandidatexamen
med huvudområde Textilteknologi
2020-06-13
Rapport nr 2020.2.13
Från tejp till tyg
-en studie om hur processer utvecklats
för att tillverka tyg av reflextejp
Adress: Skaraborgsvägen 3
.
501 90 Borås.
Hemsida: www.hb.se/thsSammanfattning
Denna rapport beskriver arbetet med att konstruera utrustning för att strimla, tvin-na och fixera en flerskiktsfilm i form av reflextejp med avsikten att tillverka garn av den strimlade tejpen där garnet slutligen stickas och vävs till tyger. Avsikten är inte att utveckla reflexgarn eftersom existerande metoder finns för detta, utan att undersöka om garntillverkning från filmmaterial, eller i en förlängning, andra två-dimensionella material lämpar sig för garnproduktion.
Om metoden går att utveckla till kostnadseffektiva, industriella processer kan den exempelvis användas för återvinning av textilier i steget innan konsumentnivå. Överproduktion och tyger med fabrikationsfel inom textilindustrin skulle hypote-tiskt kunna strimlas till remsor som tvinnas till relativt grova garner i mekaniska processer. En fördel är att materialblandningar och tillsatta additiv som normalt sett försvårar återvinning inte behöver beaktas. Ett annat tänkbart användnings-område är att råvaror som inte är lämpliga till fibertillverkning kan användas för textilproduktion. Cellulosabaserat material som används till papperstillverkning där papperet sedan strimlas och tvinnas till garner är ett relativt nytt exempel på garnproduktion från tvådimensionell struktur som just nu är under utveckling. De konstruktioner som tillverkades för strimling, tvinning och fixering fungerade för att producera garner som gick att virka, sticka och väva med. En avgörande faktor för garnkvaliteten var vilken slags polymer som reflextejpens lim var upp-byggd av. Polyuretan visade sig ge det mest användbara garnet och drygt två-hundra meter garn av detta material tillverkades under arbetet.
De processer och metoder som utvecklats är att betrakta som initiala steg, men är uppskalningsbara till kontinuerliga tillverkningsmetoder i industriell produktion.
Nyckelord: reflextejp, flerskiktsgarn, polymera material, strimling, tvinning, värmefixering.
Abstract
This report describes the work of designing equipment for shredding, twisting and heat fixate a multilayer film in the form of reflective tape. The intention is to pro-duce yarn of the shredded and twisted tape, where the yarn is finally knitted and woven into fabrics. The intention is not to develop reflex yarns because existing methods exists for this, but to investigate whether yarn production from film ma-terials, or in an extension, other two-dimensional materials are suitable for yarn production.
For example, if the method can be developed into cost-effective industrial proces-ses, it can be used for textile recycling in the pre-consumer stage. Overproduction in the textile industry and fabrics with defects could hypothetically be shredded into strips that are twisted into relatively coarse yarns in mechanical processes. One advantage is that material mixtures and additives which normally make re-cycling difficult need not be taken into account. Another conceivable area of app-lication is that raw materials which are not suitable for fiber production can be used for textile production. Cellulose-based material used for paper where the pa-per is shredded and twisted into yarns is a relatively new example of yarn produc-tion from a two-dimensional structure that is currently under development.
The constructions made for shredding, twisting and heat fixation worked to produ-ce yarns that could be transformed into fabrics. A decisive factor for the yarn qua-lity was the kind of polymer on which the tapes adhesive film was made from. Po-lyurethane was found to provide the most useful yarn and more than two hundred meters of yarn were made from this material during the work.
The processes and methods that have been developed are considered initial steps, but are scalable to continuous manufacturing methods in industrial production.
Keywords: reflective tape, multilayer yarn, polymeric materials, shredding, twisting, heat fixation.
Sammanfattning - populärversion
I stort sett allt garn som används till textila produkter tillverkas av olika fiberslag. Tillverkningsprocesserna för fibrer är väl beprövade och har utvecklats under lång tid. Olika fiberslag och processer ger olika fördelar. Exempelvis är bomull ett be-hagligt material att använda till kläder och polyester är ett starkt och tåligt mate-rial som används i många textila områden. Dock innebär dagens textilproduktion hög miljöbelastning och mycket resurser läggs på att hitta nya råvaror och till-verkningsprocesser som till exempel pappersgarner.
Denna studie undersöker möjligheten att tillverka garn från tvådimensionella material som plastfilm istället för fibrer. Om material i filmform kan användas till garnproduktion finns möjligheten att utveckla tyger av andra råvaror än de som används idag och tygerna skulle även kunna få andra egenskaper och nya använd-ningsområden. Ett större urval av råvaror och ett i grunden annorlunda produk-tionssätt skulle förhoppningsvis kunna bidra till en mer hållbar textilproduktion. Det specifika syftet med denna studie är att bygga utrustning för att tillverka ett reflexgarn från en reflextejp. Arbetet beskriver hur reflextejpen strimlas, sträcks, tvinnas och värmefixeras i egenutvecklade processer till ett garn som sedan vir-kas, stickas och vävs till tygprover. De virkade och stickade tygproverna består av 100% reflextejp och blev tjocka och styva helt utan tygkänsla, men det vävda ex-emplaret som tillverkades med en bomullsbaksida blev mer följsamt och med en hög reflektiv förmåga dessutom.
Arbetet visar att det är fullt möjligt att tillverka virkade, stickade och vävda tyger från ett tvådimensionellt material som reflextejp. Att tillverka garn på detta sätt är visserligen ingen ny metod, men är heller inte speciellt vanlig. Dock finns en stor utvecklingspotential, då det med rent mekaniska metoder skulle gå att strimla och tvinna redan tillverkade tyger från spill i textilindustrin till garner som kan bilda nya tyger och på så sätt bidra till ökad hållbarhet.
Förord
Denna kandidatuppsats är det avslutande momentet i textilingenjörsprogrammet på Textilhögskolan, Högskolan i Borås och omfattar femton högskolepoäng. Allt praktiskt arbete inklusive författande av uppsatsen har gemensamt utförts av Fanny Anonsen och Göran Jansson som jämlikt fördelat samtliga moment.
Ungefär samtidigt som vi påbörjade arbetet spreds coronapandemin och skolan stängde vissa verksamheter vilket påverkade vårt arbete till viss del. Vi känner oss ändå lyckligt lottade som fick tillgång till Do Tank Center i skolan och vill rikta ett stort tack till samtliga personer med kopplingar till detta fantastiska ställe! Ett speciellt tack till Mats Johansson, Mathias Bräck och Björn Dahlstrand för allt ni bidragit med!
Stig Abrahamsson, Nawar Kadi och samtliga tekniker i väv- och trikålabb ska också ha ett stort tack för all support och er välvilliga inställning!
Tack också till Björn Karlsson på Loxy som bidragit med värdefull information och reflextejp till arbetet, samt mikroskopbilder och tester av de tillverkade tyg-provernas reflektiva förmåga.
Tack Åsa Wilkenson för ditt fina arbete med virkning! Tack för pricken över I:et Elsa Gabrils!
Sist, men inte minst: Stort tack till Nils-Krister Persson för mycket givande och trevliga handledningar som väglett och uppmuntrat oss i ett roligt examensarbete!
Innehållsförteckning
1. Inledning ...1 1.1 Bakgrund ...2 1.2 Problemformulering ...4 1.3 Syfte ...4 1.4 Frågeställning ...4 1.5 Avgränsningar ...5 1.6 Insamling av information ...5 2. Materialteknisk bakgrund ...6 2.1 Reflex ...6 2.2 Reflextejp ...102.3 Polymera material och filmer ...11
2.3.1 Polyuretan ...13
2.4 Flerskiktsgarn ...17
3. Använt material och utrustning ...18
3.1 Material för garntillverkning ...18
3.2 Material och utrustning för egentillverkade konstruktioner ...19
3.3 Övrig utrustning och maskiner ...20
4. Metoder ...21
4.1 Metoder för tillverkning av konstruktioner ...22
4.1.1 Strimling ...22
4.1.2 Sträckning ...23
4.1.3 Tvinning ...23
4.1.4 Värmefixering ...23
4.2 Metoder för tillverkning av garn ...24
4.3 Metoder för tygtillverkning ...26
4.4 Testmetoder på garn- och tygnivå ...26
4.5 Industriella produktionsmetoder ...26
5. Resultat ...27
5.1.1 Strimlingskonstruktion ...27 5.1.2 Tvinningskonstruktion ...30 5.1.3 Fixeringskonstruktion ...31 5.2 Resultat från garntillverkning ...31 5.2.1 Strimling ...31 5.2.2 Sträckning ...32 5.2.3 Tvinning ...33 5.2.4 Värmefixering ...34 5.3 Slutresultat garn ...34 5.3.1 Garnnummerbestämning ...37 5.3.2 Draghållfasthetstest ...38 5.4 Slutresultat tyger ...39 5.4.1 Virkning ...39 5.4.2 Stickning ...40 5.4.3 Vävning ...41 5.4.4 Reflektiv förmåga ...41 6. Diskussion ...42
6.1 Diskussion från tillverkning av konstruktioner och garn ...42
6.2 Diskussion av tygtillverkning ...46
6.3 Diskussion av testresultat ...46
7. Slutsatser ...47
8. Förslag till fortsatt arbete ...49
Referenser ...50
Bilaga 1. Mikroskopfoton på reflexgarn ...53
Bilaga 2. Metodutveckling 1, garntillverkningsprocess ...54
Bilaga 3. Metodutveckling 2, 3, 4 & 5 garntillverkningsprocess. ...55
Bilaga 4. Metodutveckling 6, garntillverkningsprocess ...57
Termer och definitioner
Filmmaterial: exempelvis tunna plastfilmer.
Fixeringsförmåga: ett materials förmåga att behålla sin form genom
efterbehandling.
Flerskiktsfilm: exempelvis reflextejp som är uppbyggd av tunna filmer i flera
skikt.
Flerskiktsgarn: tvinnat garn som tillverkats från remsa av flerskiktsfilm.
Tvådimensionellt material: i detta arbete används termen som benämning för ett
tunt och platt material som exempelvis reflextejp eller tyg.
Tg: glastransitionstemperatur för amorfa polymerer där kedjerörelse uppstår vid
viss temperatur.
Tm: Smälttemperatur för de sekundära bindningarna hos en polymer med
1. Inledning
Nationalencyklopedin (1992) definierar garn som trådar, eller sammanhållna längsgående fibrer i en textil vara och kan bestå av stapelfibrer, filamentfibrer el-ler blandningar av dessa. Kadolph (2014) beskriver även en mindre vanlig garntyp som bygger på polymerfilmer av polypropylen. Den tunna filmen strimlas upp i remsor så smala som en fjärdedels millimeter och tvinnas till garn som oftast används till rep, snören eller fisknät.
Ökat välstånd och en stigande världspopulation har lett till allt högre behov av textilier skriver Eberle (2014) och förfat-tarens uppgifter illustreras enligt grafen i figur 1. Eichinger, D (2012) förutspår att den totala fiberkonsumtionen i världen kommer uppgå till drygt 102 miljoner ton år 2020. Enligt samma författare anser experter att bomullsproduktionen kommer begränsas till 28 miljoner ton år 2020 beroende på att odlingsbar mark och vattenåtgång sätter stopp för ytterli-gare produktion.
Musa textilis är det latinska namnet för manillahampa som är en växt tillhörande
banansläktet (Nationalencyklopedin 1992). Det japanska företaget Oji använder växten i sin produktion av pappersgarner, vilket är en relativt ny produkt under ut-veckling. Ojo beskriver sin produktionsprocess som att papper tillverkat av fibrer från manillahampa skärs i tunna strimlor som tvinnas till garner (Ojifiber 2020). Fortfarande är det svårt att få tygernas egenskaper som tillverkas av papper att bli tillräckligt lik bomullens, men metoden visar ändå att det går tillverka textil från en ny typ av råvara och med produktionsmetoder som bygger på tvinning av ett tvådimensionellt material istället för fibrer.
Ett alternativ till ökad fiberproduktion är återvinning av redan tillverkade textilier som det svenska företaget Re:newcell utvecklat processer för. Cellulosabaserade textilier rivs upp och bereds med kemiska processer vilket resulterar i en dissolv-massa som går tillverka nya fibrer av (Aronsson & Björquist 2015). En enklare process för återvinning av cellulosafibrer, men med mer begränsat användnings-område, är den traditionella tillverkningen av trasmattor där textilremsor klipps och vävs till en ny produkt.
Figur 1. Total fiber-produktion i jämfö-relse med världspo-pulation. (Jansson 2020)
1.1 Bakgrund
Mycket arbete bedrivs med att använda nya råvaror för textilproduktion och att återvinna redan tillverkad textil, men att använda tvådimensionella material för garntillverkning är relativt nytt och outvecklat. Om papper som är ett sprött och skört material kan användas till garntillverkning bör det finnas stora möjligheter att använda mer lämpliga råvaror i tvådimensionell form att tillverka garn av. Enk-la och kostnadseffektiva tillverkningsprocesser som skärning och tvinning bör också kunna bidra till att utveckla textilindustrin.
Naturvårdsverket (2019) anger några faktorer för att återvinning av textil ska ut-göra en miljövinst jämfört med energiåtervinning som förbränning. Bland annat är det viktigt att återvunna fibrer ersätter jungfruliga fibrer, samt att en utvecklad och effektiv process finns för att separera fiberblandningar.
En alternativ process för återvinning av stora mängder tyg kan vara att strimla upp och tvinna tyget till grova garner. Istället för att bryta ner tyget med upprivnings-processer och kemikalier i syfte att tillverka nya fibrer skulle det med mekaniska metoder gå att tillverka nytt garn direkt från tyg och på så sätt hoppa över stegen med nedbrytning och framställande av nya fibrer vilket beskrivs i figur 2. Förde-len är att strimling och tvinning är enkla mekaniska processer och att materialin-nehållet inte har någon större betydelse. Nackdelen är att garnet blir grovt och an-vändningsområdet begränsas, men många textila produkter kräver robusta mate-rial som exempelvis geotextil, armering i presenningar eller rep.
Grunden till detta arbete fokuserar dock inte på hållbarhetsaspekter, utan att ut-veckla processer som möjliggör garntillverkning från ett tvådimensionellt material som sedan vävs och stickas till två tygprover där karaktärisering utförs på samtli-ga nivåer. Mer specifikt är det en reflextejp uppbyggd av flera tunna filmer bildan-de en flerskiktsfilm som genom egenutvecklad apparatur omvandlas till reflex-garn genom strimling och tvinning. De tejper som används i arbetet är tillverkade av företaget Loxy.
Garn och tyg med reflekterande förmåga finns redan för kommersiellt bruk och detta är således inget försök att utveckla funktionaliteten, men däremot tillverk-ningsmetoden för framställandet av garn från ett tvådimensionellt material. En tillverkningsmetod som inte bygger på fibrer kan möjliggöra att andra och mer hållbara råvaror kan användas inom textilindustrin om exempelvis växtbaserade
material som inte lämpar sig för fiberproduktion istället fungerar att processa till tvådimensionella strukturer, vilka därefter strimlas och tvinnas till garn.
Figur 2. Tre tänkbara alternativ för oanvändbar textil. Processen till vänster illustrerar energi-återvinning genom förbränning. Återvinning genom mekaniska och kemiska processer där tex-tilien bryts ner och nya fibrer tillverkas illustreras i mittenfiguren. Det teoretiska alternativ som beskrivs i detta arbete illustreras till höger: återvinning genom enbart mekaniska processer som strimling och tvinning där tyg blir till nya garner. (Jansson 2020)
1.2 Problemformulering
Befintlig textilindustri behöver förändras i grunden då verksamheten påverkar miljön negativt på en global nivå. Inget tyder heller på att konsumtionen kommer minska eftersom kläder och andra textila produkter ses som självklara och helt en-kelt inte går att klara sig utan eller ersätta med något annat. Mycket arbete bedrivs för att utveckla och förbättra dagens textilproduktion, men att använda tvådimen-sionella material till garntillverkning är en relativt outforskad metod som kan bi-dra till en mer hållbar produktion. Oanvändbara tyger kan strimlas och tvinnas till garner som kan användas för att producera nya tyger med anpassade användnings-områden. Metoden har dessutom potential att förändra både tillverkningsprocesser och råvaruanvändning, samt ge upphov till nya egenskaper och användningsområ-den för textila material.
Kanske kan detta arbete, som egentligen har ett helt annat syfte än hållbarhetsas-pekter, bidra till att hitta lösningar inom textilindustrin som förändrar miljöproble-matiken?
1.3 Syfte
Syftet är att konstruera utrustning som kan användas för tillverkning av flerskikts-garn från reflextejp, där flerskikts-garnet sedan används till tygproduktion.
1.4 Frågeställning
För att uppnå syftet behöver det utredas om egenutvecklade metoder fungerar för att tillverka ett flerskiktsgarn, som i sin tur fungerar till tygtillverkning. Alla meto-der och processer ska dessutom vara möjliga att omvandla till storskalig produk-tion, varför följande frågor formulerats:
• Är det möjligt att konstruera utrustning som kan strimla, tvinna och värmefixera reflextejp till garn?
• Vilka materialegenskaper är nödvändiga för bildandet av garn? • Kommer garnet vara möjligt att använda för tygtillverkning? • Hur kommer de tillverkadetygernas egenskaper bli?
1.5 Avgränsningar
Följande avgränsningar har tillämpats i arbetet:
• Tillverkade tyger kommer inte testas för exempelvis nötning och tvättning då arbetet främst avser tillverkningsprocesser.
• Arbetet fokuserar ej på hållbarhet i miljöaspekt för använt material i arbetet. • Reflektionstester har utförts av tredje part där enbart Loxys personal
medver-kat.
• Reflektionstesterna har endast utförts för att jämföra värdena med konventio-nellt reflexgarn. Fokus har inte varit att utveckla ett bättre reflextyg än de som redan finns på marknaden.
1.6 Insamling av information
Då detta arbete är nytänkande och relativt outforskat område påbörjades grundläg-gande sökningar om vad som tidigare gjorts inom ämnet för att sedan övergå till mer detaljerade sökningar. Databaser som varit värdefulla är Google Scholar samt Scopus. Diva porta har även varit till stor hjälp för att skapa en överblick inför ar-betet. Då arbetet berör många textila processer och sammanhang, har även föreläs-ningar samt böcker från utbildning varit värdefulla. Trikå, väveri, färg och bered-ning samt polymerteknologi är exempel på sådana. För reflex som är ett område vilket inte berörts under utbildningen, behövdes mycket information inhämtas. Sökningar som retroreflektion, brytningsindex, fiber optics och CIL measurements inleddes för området Reflex. För det polymera området har kurslitteraturen i poly-merteknologi varit till stor användning. Även här har sökningar i databaser ut-förts med sökord som: polymera material, polyuretane, plastic materials, Spandex, smältlimsfilm och plastic films.
Informationsinhämtning har även erhållits via mailkontakt från lärare samt sam-arbetspartern Loxy. Handledningar har genererat flertalet tips på informations-sökningar. Emellanåt har muntliga föreläsningar ägt rum i skolans lokaler.
2. Materialteknisk bakgrund
Då reflextejp består av flera olika skikt, redovisas det i detta kapitel teori och bak-grund gällande dessas uppbyggnad. Detta för att ge en förklaring till varför de re-sultat som erhållits uppstått men även för att ge en djupare förståelse för arbetets gång.
2.1 Reflex
Reflex och reflektion av ljus kan förekomma i flertalet former och en vanlig spe-gel är exempelvis en form av reflex. Det finns också flera olika typer av reflektio-ner, men detta arbete fokuserar på retroreflektion. Karaktäristiskt för retroreflek-tion är hur hur ljus återkastas i samma riktning som ursprungsriktning (Cassidy, Brooks & Andersson 2005). Retroreflektion och andra reflektioner visas i figur 3. Diffus reflektion uppstår exempelvis när reflektion skapas i ett flertal olika vinklar (Sørensen 2011).
Ett materials reflektiva förmåga beror på dess uppbyggnad och kan bestå av an-tingen prismor eller sfäriska linsrefrektorer, glaspärlor (NTF u.å). Vid framställ-ning av just reflexmaterial är det viktigt att ha i åtanke att val av prisma eller lins är betydande för dess kvalitet (Sørensen 2011).
Figur 3. Ljusreflektioner av olika typer där retroreflektion kan förklara beteendet för reflexmaterial. (Anonsen 2020)
Prismor, även kallat prismatiska reflektorer, är till utseendet en kub halverad till diagonalen och bildar på så sätt tre ortogonala väggar (figur 4). När ljus träffar prismat reflekteras ljusstrålen i de tre ingående väggarna och kommer på så vis reflekteras tillbaka i samma riktning (Werner 1998). Viktigt för prismor är att väg-garna ger en spegelreflektion och de är därför ofta gjorda i glas. 1
Sfäriska linsreflektorer består istället av glaspärlor och ett metalliserat skikt som utgör varje glaspärlas form (figur 5). Då glaspärlan har ett särskilt brytningsindex, fungerar denna typ av reflektion likt spegelreflektion (Sørensen 2011). Ljuset från ljuskälla bryts i sfären för att sedan reflektera tillbaka i det medium av glaspärla och metalliserade ark pärlan ligger på (Werner 1998).
När infallsvinkel och reflektionsvinkel är lika stora 1
Figur 5. Sfärisk linsreflektor som är uppbyggd av glaskulor spritt över ett metalliserat skikt där varje pärla utgör sin form. Då glaspärla har ett särskilt brytningsindex, bryts ljusstrålen i denna för att sedan reflektera mellan glaspärla och metalliserat likt en spegelreflektion. Eftersom glaspärlan är rund kan därför ljuset återkastas i samma riktning. På så sätt kan retroreflektion för denna typ ges från många olika observa-tionsvinklar. (Anonsen 2020)
Figur 4. Prismatisk reflektor som till utseendet är en kub hal-verad på diagonalen. När ljus från ljuskälla träffar prisma studsar ljuset på de tre ingåen-de väggarna med en spegelref-lektion. På så sätt återkastas ljuset tillbaka mot ljuskälla. (Anonsen 2020)
Översiktligt förklarar brytningsindex hur ljuset bryter för olika material. Men per definition lyder: förhållandet mellan ljushastighet i vakuum respektive ljushastig-het hos materialet och kan fås från Snells lag. Snells lag går ofta under benämning
brytningslagen och förklarar för vilka vinklar vid gränsytan som ljus färdas
mel-lan två material med olika brytningsindex (Hecht 2006). Enligt samma författare ger Snells lag: n1 sin θ1 = n2 sin θ2.
Fördelningen av reflekterat ljus för prismor eller sfärer är beroende av två vinklar: infallsvinkel och observationsvinkel enligt Werner (1998) och gäller för följande: 1. Infallsvinkel: vinkeln mellan ingående ljusriktning och normalen (Hecht 2
2006).
2. Observationsvinkel: vinkeln som uppstår mellan utgående och ingående ljusriktning (Werner 1998).
En ortogonal vektor från ett objekt. 2
Figur 6. Ljusbrytning i horisontell gränsyta för två medium där vinkel θ1betraktas som infallsvinkel och θ2 brytningsvinkel. Vinklar och medium kan räknas ut med Snells lag som lyder
Reflexer med prismor får en begränsad reflektionsförmåga när infalls- och obser-vationsvinkel ökar, medan den hos sfäriska reflexer däremot är så gott som kons-tant för alla infalls- och observationsvinklar (Helmers & Lundkvist 1987). Dock kan de sfäriska linsreflektorerna betraktas som sämre retroreflekterande material då de tenderar en bredare spridning på reflektionen (Sørensen 2011).
För att definiera ett retroreflektivt material är det nödvändigt att: 1. Mäta dess retroreflektion
2. Mäta dess CIL-värde 3
Retroreflektion förklarar hur mycket ljus som kan sändas tillbaka i samma rikt-ning per ytenhet i förhållande till det infallande ljuset. Av mätrikt-ningar för retro-reflektion fås enhet mcd/m²/lx-1 (milli candela per kvadratmeter lux) genom att
räkna ut materialets luminans (mcd/cm²) dividerat med belysningsstyrka hos ljus-källa (lux) (Helmers & Lundkvist 1987).
CIL-värdet, som är förkortning för Coefficient d'Intensité Lumineuseanger, förkla-rar den totala reflekterande mängd ljus som åter-kastas. CIL-värdet är direkt rela-terat med dess uträkning från retroreflektion. Den enhet som fås från CIL-värde är istället (mcd/lux), där reflexens area (m²) multipliceras med retroreflektionens kvot (mcd/m²/lx-1) samt infallsvinkel (°). (Helmers & Lundkvist 1987).
Mätvärde som förklarar reflexens totala reflekterande mängd ljus som återkastas. 3
Figur 8. Observationsvinkel för reflex som för-klarar vinkel mellan ljuskälla och observatör/ ljusmätare. Obervationsvinkeln är en viktig pa-rameter vid bestämningar av reflexers reflek-tiva intensitet. (Anonsen 2020)
Figur 7. Infallsvinkel mot en horisontell gränsyta. Infalls-vinkel räknas ut efter norma-len som är en vektor vinkelrät utifrån objektet. Infallsvinkel är en viktig parameter för ut-räkning av CIL-värde hos ref-lexer. (Anonsen 2020)
2.2 Reflextejp
Reflextejp för textil applikation finns i huvudsak i två utföranden, antingen med textil baksida som sys fast på plagget eller med ett lim som genom värme och tryck smälter fast i plagget. Tre olika reflextejper används i detta arbete och ge-mensamt för samtliga är att de har en baksida med lim och det som skiljer dem åt är att limmet består av olika polymerer. I övrigt är tejperna uppbyggda på samma sätt med sfäriska linsreflektorer.
Galimov, Pryakhin, Tukbaev, Galimova & Fazlyev (2017) beskriver en variant av hur de olika skikten i reflextejp kan vara uppbyggd och som illustreras i figur 9. Det översta lagret består av glaspärlor nedsänkta i ett mellanlager som är i direkt anslutning till det reflekterande lagret och det är dessa tre beståndsdelar som utgör tejpens reflektiva förmåga. Ett bindningslager finns mellan det reflekterande lag-ret och det ämne som är mest intressant i detta arbete, nämligen den polymer som utgör limmet.
Alla reflextejper som använts har också två skyddsfilmer av plast. En tjockare som skyddar själva reflexmaterialet, samt en som skyddar limmet vilken ska av-lägsnas innan applicering på tyg.
2.3 Polymera material och filmer
Filmer kan variera i form och utseende beroende på vad ändamålet för produkten är. Livsmedelförpackningar är ett bra exempel på detta. För vissa fall behövs fil-mer som är elastiska och för andra fall spröda. Vad som bestämfil-mer dess egenska-per beror på val av material, eller rättare sagt val av polymer. Även val av tillverk-ningsprocess har en stor betydelse för dess egenskaper (Chanda 2018). En poly-mer är uppbyggd av många monopoly-merer ihopsatta till en stor makromolekyl. Då de polymera materialen kan vara allt ifrån hårda och spröda till mjuka och elastiska kan de enligt Albertsson, Edlund & Odelius (2012) översiktligt delas upp i följan-de grupper:
Termoplaster är av utmärkande typ då de vid en viss temperatur mjuknar och kan omformas, för att sedan återgå till sin fasta fas igen. Dessa kan delas upp i två yt-terligare kategorier, nämligen amorfa och delkristallina polymerer. En termoplast består vanligtvis av amorfa och kristallina områden som talar om hur kedjorna i polymeren är anordnade (Chanda 2018). Om kedjorna är ihoptrasslade kallas det för amorfa områden, om de istället ligger organiserat ihoppackade kallas det för kristallina områden. En polymer kan aldrig till 100% vara kristallint och därför benämns dessa som delkristallina polymerer. De amorfa områdena är karakterist-iskt flexibla och mjuka medan de kristallina är hårda och starka (Albertsson, Edlund & Odelius 2012).
Fasövergången då polymera material går från mjuk till fast, eller vice versa, kallas för glastransitionstemperatur och förkortas Tg. Tg inträffar endast för de amorfa
områden då polymerkedjorna vid tillräckligt låga temperaturer fryser fast från sin kedjerörelse och materialet stelnar och blir hårt (Albertsson, Edlund & Odelius 2012). Tgför polymera material förklarar därför hur materialet beter sig vid olika
temperaturer. Till exempel ger ett Tg under rumstemperatur ett mjukt material och
ett material med Tg över rumstemperatur blir hårt (Chanda 2018).
Om huvudkedjan innehåller aromatiska ringar genererar det ett förhöjt Tg. Om
huvudkedjan är bestående av flexibla metylgrupper eller syreatomer kommer T4 g
att vara lågt. Huvudkedjans sidogrupper har även en påverkande effekt hos Tg.
Liksom för huvudkedjan ger aromatiska ringar i sidogrupperna också ett högt Tg.
Storleken på sidogrupperna kan med fin gräns avgöra hur materialets Tg blir.
Stör-re grupper förhindrar kedjerörlighet, men om det bildas långa flexibla metylsido-grupper gör det istället att mer fri volym skapas och Tg sänks. Symmetrin på dessa
sidogrupper spelar även roll då det är enklare för kedjor att anta nya formationer än om de är osymmetriska. Kedjesymmetri ger därför ett lägre Tg. Kedjor i
poly-meren hålls ihop av sekundära, intramolekylära krafter. Polyamid som har starka sekundära bindningar gör att materialet erhåller ett högre Tg. (Chanda 2018).
För de kristallina områdena kommer polymerer genomgå en smälttemperatur, Tm.
Tm är vanligtvis högre än Tg då det krävs högre temperaturer för att bryta de
se-kundära bidningarna än att skapa kedjerörelse hos polymerkedjorna. På så sätt har delkristallina polymerer både ett Tg och Tm (Albertsson, Edlund & Odelius 2012).
Hos elaster beter sig materialen något annorlunda. Karaktäristiskt för dessa är att de kan återgå till sin ursprungsform efter töjning. Det vill säga att polymeren har helt reversibel deformation, även vid små pålagda krafter. Detta fenomen när po-lymera material beter sig på så vis kallas att materialet är gummielastiskt. Enligt Albertsson, Edlund & Odelius (2012) bör ett polymer material som verkar gum-mielastiskt uppfylla tre olika beteenden:
1. Momentan deformation och återhämtning 2. Helt reversibel deformation
3. Förmåga till mycket stora deformationer, även vid små pålagda krafter
För att dessa tre faktorer ska uppfyllas krävs det att molekylerna hos materialet är av hög molekylvikt, har hög kedjerörlighet samt tvärbindningar. Då många
Funktionell grupp där tre väteatom sitter på en kolatom som ger strukturformel CH3 4
mera material har förmåga till god konformation, går det teoretiskt sett säga att vilken polymer som helst skulle kunna agera gummielastiskt. Dock är de termo-plastiska materialen oftast linjära utan tvärbindningar och kan därför inte bete sig elastiskt (Albertsson, Edlund & Odelius 2012).
Filmmaterial kan bestå av olika material men brukar ofta referera till plastark. De kan bestå av endast ett lager film, men vanligt är att de utgörs av flera olika skikt. Detta kan man göra för att uppnå flera typer av egenskaper hos materialet, men där tjockleken är densamma som för endast ett filmskikt (Harper & Petrie 2003). Vanliga filmbildande polymerer är polyeten (vanligtvis lågdensitetspolyeten) samt polypropen. Dessa två har ett mycket lågt Tg vilket är anledningen till deras mjuka
egenskaper. De har även låg densitet och befinner sig vid rumstemperatur mellan sitt Tg och Tm, vilket gör att de betraktas som sega. Polyvinylklorid (PVC) är
ock-så vanligt förekommande som filmmaterial, men på grund av sitt höga Tg (80
gra-der celsius) är polymeren svårhanterlig. Därav adgra-deras stora mänggra-der mjukgörare för att kunna arbeta med den-na. Upp till 50% av en PVC-film består av mjukgö-rare (Albertsson, Edlund & Odelius 2012). Mjukgömjukgö-rare neutraliserar de intermole-kylära krafterna så att mer amorfa ytor skapas (Chanda 2018). Dessa är ofta hälso-skadliga och har förmåga att migrera ut i naturen (Lubrizol 2016). Ju mer kristal-linitet hos ett filmmaterial, desto fler intermolekylära bindningar. Detta leder i sin tur till att materialet blir mycket starkt, men behöver högre temperaturer för att materialet ska övergå till den viskösa fasen. Många gånger används polyester, po-lypropen och polyamid vid filmsträckning för att organisera molekylkedjorna. Fil-men resulterar då i ett starkare och hårdare material än ursprungliga polymera ma-terial (Kutz 2018).
2.3.1 Polyuretan
Polyuretan är en flexibel polymer som kan förekomma i flertalet former: termo-plaster, härdtermo-plaster, skummande produkter, elaster och som fibrer. Ur textilsyn-punkt är det elastanfibern som gör sig mest känd, men även beläggningar gjorda av polyuretan är något som används i stor utsträckning inom textilindustrin (Albertsson, Edlund & Odelius 2012). Då polyuretan är en mångsidig polymer finns det dock vissa typer som utmärker sig, polyuretan elastomer är en av dessa (Polyteknik u.å)
Gemensamt för alla polyuretaner är att de har en uretanbinding i sin huvudkedja som skapas från diisocyanater och polyoler (Prisacariu 2011). 5 6
Polyuretan elastomer brukar främst processas med två olika metoder: one step syntetic- och prepolymer syntetic route beroende på önskad kristallinitet. Gemen-samt för dessa två metoder är att det alltid existerar tre komponenter vid framställ-ning: diisocyantaer (alfatisk eller aromatisk), polyol och kedjeförlängare i form av diol eller diamin (Prisacariu 2011). Vid one step syntetic route blandas dessa tre 7 8 komponenter samtidigt. För prepolymer syntetic route sker framtagning stegvis. Genom att låta existerande polymer, vanligtvis polyester eller polyeter, reagera med diisoyanater bildas en prepolymer. Dessa kedjeförlängs i sin tur med antingen dioler eller diaminer (Hepburn 1992). Kedjeförlängning med diaminer fås en po-lyuretanurea (PUUR) och med dioler polyuretan (PUR). Då PUR är en termoplas-tisk elastomer är PUUR inte det. Detta på grund av att ureagrupperna binder så starka vätebindningar till andra ureabindingar att polymeren inte mjuknar vid uppvärmning. Denna typ kallas för elastan (Hu, Lu & Zhu 2008).
Grupp innehållande kemiska föreningar i form av kväve 5
Molekyl innehållande fler än två hydorxylgrupper. 6
Molekyl innehållande minst två OH-grupper 7
Amin med två amingrupper. 8
Figur 12. One step route för bildandet av polyuretan där alla kom-ponenter blandas i ett och samma steg. (Anonsen 2020)
Figur 13. Prepolymer synthetic route där befintliga poly-merer med hydroxylgrupper används för att reageras med diisocyanater. En prepolymer bildas som i sin tur kedjeför-längs med antingen dioler eller diaminer. Kedjeförlängning med diaminer ger en polyuretan med uranbindning (PUR) som är en termoplastisk elastomer. Kedjeförlängning med diaminer ger en polyuretan med ureabindning (PUUR) med icke termoplastiska egenskaper. (Anonsen 2020)
Karaktäristiskt för PUR och PUUR är bildandet av hårda och mjuka segment som genererar en elastisk förmåga. PUR är en termoplastisk elastomer eftersom de hår-da segmenten består av repeterande uretanbindingar samt aromatisk sekvens. För PUUR består de hårda segmenten dessutom av ureabindingar, som gör att PUUR inte är termoplastisk. Mellan dessa hårda segment sitter en lång polyeterdiol (Hepburn 1992).
Polyuretan som smältlimsfilm
På grund av termoplasternas förmåga att kunna övergå i olika faser förekommer de ofta som olika lim. Då dessa kan smälta och återgå till sin ursprungsfas, kan de ge en god vidhäftande förmåga. Typer av sådana lim kallas smältlim och varierar i val av polymerer för vilket som är limmets ändamål. Behöver limmet exempelvis tåla fukt väljs ett polyesterbaserat smältlim och om kravet istället är hög hållfasthet, väljs ett polyuretanbaserat smältlim (Gleitmo u.å). Ett annat sätt att använda polymerbaserade lim är som smältlimsfilmer. Detta fungerar liknande ett transfertryck då man överför ett material till en annan bärare (Rhenby 2010). Likaså gäller för smältlimsfilmer där polyuretan ofta används om syftet är att upp-nå flexibilitet samtidigt som hög hållfasthet (Gleitmo u.å).
Figur 14. Översiktlig bild över hårda och mjuka segment hos en po-lyuretan elastomer. I de hårda segmenten genererar diisocyanater bundet till kedjeförlängare där vid varje ände om diisocyanaterna sitter en uretangrupp (PUR). De mjuka segmenten består en mole-kyl bestående av fler än två hydroxylgrupper. Mellan de hårda seg-menten binder uretangrupperna samman till andra uretangrupper med vätebindningar. (Anonsen 2020)
Viktig faktor för framställning hos polyuretanbaserade smältlimsfilmer är mole-kylvikten, längden på kedjan. Denna parameter styr smältviskositeten (Lubrizol 2016). Viskositeten förklarar tjockleken hos en vätska där ett högre värde ger en mer trögflytande västka och vice versa (Nationalencyklopedin 1992). När mole-kylvikten för är hög är även smältviskositeten det. Detta leder även till en högre smältstyrka som i sin tur bestämmer dess formstabilitet, alltså hur lätthanterlig smältan är för formbildning (Lubrizol 2016).
2.4 Flerskiktsgarn
Garntillverkning från filmmaterial får anses som något outforskat område i rela-tion till produkrela-tionen av stapel- eller filamentfibrer, men det finns processer som bygger på just detta. Filmmaterial från polypropen är ett exempel på detta. Poly-propylen extraheras ut till filmark för att sedan skäras till strimlor som i sin tur sträcks ut. Vid detta skede är är garnet mer likt strimlor då de till utseendet är plat-ta. Dessa tejpgarner kan processas för att efterlikna garner och benämns fibrille-rande tejper. Användningsområden för dessa tejpgarner är mestadels i grövre tex-tilapplikationer så som geotextiler, säckar, stödjande underlag till mattor och rep (Phillips & Ghosh 2003).
Det finns en mängd olika kontinuerliga processer där plastfilm blir till garn. Till exempel går det att läsa om ett antal varierande maskiner från Cosmic Machines där en av dessa producerar garn från tejp. För maskinen Monofilament extruding
Line extruderas exempelvis polypropen ut till film för att sedan strimlas, sträckas
3. Använt material och utrustning
Detta kapitel beskriver vilket material och utrustning som använts i arbetet och är uppdelat i följande avsnitt:
• Material för garntillverkning.
• Material och utrustning för egentillverkade konstruktioner. • Övrig utrustning och maskiner.
All reflextejp som använts är levererad av Loxy och allt övrigt material är av all-män art som fanns tillgängligt på skolan. Förutom testutrustning för reflektions-mätning som utfördes i Loxys anläggning, så har skolans maskiner och utrustning använts.
3.1 Material för garntillverkning
Grundmaterialet i detta arbete är tre typer av reflextejp som alla är tillverkade av Loxy. Normalt användningsområde för tejperna är att genom värme smälta fast det lim som finns på reflextejpens baksida med olika typer av textilier. Det som skiljer tejperna åt är att limmet består av olika polymerer för olika textiltyper. Loxy (2020) definierar reflextejpernas användningsområden och tjocklekar enligt följande:
• 9403 - kraftig tejp för arbetskläder i krävande miljöer. 110 µm tjock.
• 17501 - elastisk och följsam tejp för arbetskläder och funktionsplagg. 110 µm tjock.
• 18601 - mjuk tejp med låg smälttemperatur som är lämplig för polyuretanmaterial. 90 µm tjock.
Förutom reflextejperna har en polyuretanfilm använts i arbetet. Denna film fanns tillgänglig på skolan och var från början tänkt som övningsmaterial i tillverk-ningsprocesserna, men har egenskaper som gör den intressant för garntillverkning och ingår också i arbetet. Denna film är 25 µm tjock . 9
Dessutom har ett befintligt reflexgarn använts som referensmaterial i de tester som utförts i arbetet. Detta garn fanns också tillgängligt på skolan, men ingen data finns om materialet. Nedanstående figur visar allt material översiktligt.
Muntlig källa: Mats Johansson, Högskolan i Borås 9
3.2 Material och utrustning för egentillverkade konstruktioner
För att tillverka garn av materialet som redovisas i 3.1 har det varit nödvändigt att utveckla tre konstruktioner för strimling, tvinning och fixering. Nedanstående ta-beller redovisar vilket material och utrustning som använts för att tillverka kons-truktionerna.
Tabell 1. Använt material till konstruktion för strimling.
Tabell 2. Använt material till konstruktion för fixering.
Material Dimension [mm] Längd [mm] Antal
Träskruv 6x50 10 Träskiva 20 0.4 m2 Industrirakblad 45x25 10 Gängad stav M4 200 2 Mutter M4 10 Vingmutter M4 2 Bricka M4 4 Karosseribricka M4 35 VP-rör 16 200 4
Material Dimension [mm] Antal
Träskruv 8x60 30
Träskiva 500x500 1
Figur 15. Använt material för garntillverkning där vänster kolumn an-ger reflextejpens namn och höan-ger vad för polymer reflexens smältlims-film innehåller. (Anonsen 2020)
Tabell 3. Använt material till konstruktion för tvinning.
Tabell 4. Utrustning som använts för tillverkning av strimlings- tvinnings- och fixeringskonstruktioner.
3.3 Övrig utrustning och maskiner
Nedanstående tabell anger vilken utrustning i form av maskiner, testapparatur med mera som använts under arbetet.
Tabell 5. Testutrustning, maskiner och övrigt som använts under arbetet.
Material Dimension [mm] Längd [mm] Antal
Hålband 20x1 600 Bult M6 1 Gummiband 90x6 1 Gängad stav M6 2 Låsmutter M6 5 Bricka M6 12
Material Fabrikat Modell Övrigt
Stålskala 1 meter Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Hylsnyckel Bacho 8 mm Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Maskeringstejp Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Penna Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Linjal Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Skruvmejsel Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Rakblad Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Tumstock 2 meter Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Pincett Modell oviktig så länge produkten är funktionell
Material Fabrikat Modell
Varmluftsugn DiDO ATR243
Dragprovare Mesdan 2512A
Vävstol ARM CH-3507
Precisionsvåg Kern EG 420-3
Flatstickmaskin Dubied E7
Tvinningsmaskin Agteks DirecTwist 2C6
4. Metoder
Detta kapitel beskriver de metoder som valts för att:
• Tillverka konstruktioner för garntillverkning av reflextejp. • Tillverka reflexgarn.
• Tillverka reflextyg.
• Utföra tester på garn- och tygnivå.
En översiktlig bild över metodutvecklingen för de två förstnämnda områdena ses i figur 16, då det är dessa metoder som varit nödvändiga att utveckla för att tillver-ka garn från reflextejp. För tygtillverkning och testmetoder finns etablerade meto-der och kapitlet redovisar endast vilka val av metometo-der som gjorts för detta.
Figur 16. Metodplanering och tankekarta vid arbetets början där sträckning av rem-sor inte förutsågs. Färgerna anger vilka metoder som kan utföras i gemansamma pro-cesser i industriell skala. (Jansson 2020)
4.1 Metoder för tillverkning av konstruktioner
Det har för detta arbete inte varit nödvändigt att tillverka stora mängder reflex-garn, men alla metoder bygger på att de ska vara tillämpliga för industriellt bruk. Fokus har därför varit att konstruera fungerande prototyper för kontinuerliga garn-tillverkningsprocesser. Samtliga konstruktioner tillverkades med reflextejp 17501 som utgångsmaterial, eftersom detta var den enda tejp som fanns tillgänglig vid tillfället. Övriga tejper tillkom efteråt.
4.1.1 Strimling
Det första steget i att förädla tejp till garn är att utveckla en metod för att strimla tejpen till remsor. Reflextejpen är seg och elastisk då den övre skyddsfilmen av-lägsnats och rakblad valdes som utgångsmaterial för strimling då dessa klarar att skära i tunna material som reflextejp. Rakblad är en billig och lättillgänglig pro-dukt som fungerar för ändamålet även om effektivare propro-dukter med längre livs-längd som diamantskärverktyg kan vara att föredra. En fördel med rakblad är att dess hål går att använda för att konstruera en hållare där flera rakblad monteras i bredd med distanser emellan. På så sätt kan hela tejpens bredd strimlas och många remsor produceras samtidigt. Nedanstående figur visar rakblad som använts.
Rakbladshållaren behöver monteras i en konstruktion där även tejprullen är place-rad. Rakbladen kan då applicera ett jämnt tryck mot tejpen som i sin tur ska kunna dras i rät vinkel till rakbladen så remsorna blir raka. Även trä är ett material som är billigt och lätt att bearbeta med utrustning som såg, borr och träskruv, varför detta material valdes som stomme för konstruktion till rakbladshållaren. En konst-ruktion i metall blir mer hållbar och robust, men mer utrustning krävs för tillverk-ning av en sådan och har inte varit nödvändigt för detta arbete.
Det sista steget i strimlingsprocessen är att tillverka en upprullningsanordning för de strimlade remsorna. Förutom att samla upp remsorna, har
upprullningsanord-Figur 17. Rakblad där de yttre hå-len kan användas för montering av flera rakblad i bredd. (Jansson 2020)
ningen till uppgift att dra tejpen genom rakbladen. Därför bör upprullningsanord-ningen vara monterad i samma konstruktion som rakbladshållaren och tejprullen för att reflextejpen ska kunna strimlas rakt.
4.1.2 Sträckning
Sträckningsprocessen ingick inte i den ursprungliga metodplaneringen, men det är nödvändigt att tejpremsorna sträcks innan tvinning för att erhålla en tillfredsstäl-lande garnsnodd. Figur 18 visar ett exempel på hur snodden kan se ut om remsan inte sträckts ut innan tvinning. Sträckningen medför dessutom ytterligare två posi-tiva effekter; dels blir remsan längre, dels blir den U-formad där reflexsidan alltid hamnar utåt, vilket visas i figur 19. I en industriell process kan sträckvalsar använ-das för metoden, men i detta arbete räckte det att sträcka remsorna manuellt och ingen utrustning behövde konstrueras för ändamålet.
4.1.3 Tvinning
Metoden för tvinning kräver inte heller avancerad utrustning när remsorna är rela-tivt korta. Det räcker med att fästa remsans ena ände i en skruvdragare som tvin-nar garnet medan den andra änden av remsan är fixerad på godtyckligt sätt, exem-pelvis fasttejpad i golvet. För längre remsor blir denna metod otymplig och behö-ver utföras på annat sätt. I kapitel 5.1.2 beskrivs hur en tvinningskonstruktion till-verkades för att tvinna långa remsor.
4.1.4 Värmefixering
För att undvika att garnsnodden tvinnas upp igen behöver en värmefixering utfö-ras som omformar och fixerar smältlimfilmens polymer genom upphettning. Vik-tiga parametrar för metoden är att tid och temperatur lätt kan regleras, samt att garnet inte utsätts för tryck eller belastning. Ett strykjärn är således inte lämpligt
Figur 18. En tejpremsa som tvinnats utan före-gående sträckning resulterar i en snodd med un-dermålig kvalitet. (Jansson 2020)
Figur 19. Efter sträckning blir remsan U-formad där reflexsidan hamnar utåt. (Jansson 2020)
att använda då detta deformerar garnet. En varmluftspistol fungerar bättre, men är svår att reglera tid och temperatur med. Varmluftsugn uppfyller alla parametrar, men garnet behöver fixeras i sitt tvinnade tillstånd innan det genomgår värmefixe-ring i ugnen. För detta ändamål konstruerades en fixevärmefixe-ringsanordning som det tvin-nade garnet kunde spännas upp på och som passade i varmluftsugnens utrymme. Hur fixeringsanordningen konstruerades beskrivs utförligt i kapitel 5.1.3.
4.2 Metoder för tillverkning av garn
Figur 20 visar en översiktlig metodutveckling för att uppnå optimalt garnresultat. Processerna i varje metod utvecklades flertalet gånger genom upprepade tester för att slutligen nå metod 6 som ger det bästa garnet. Reflextejp 17501 användes ute-slutande under metodutvecklingen eftersom detta var den enda tillgängliga tejpen vid tillfället. Övriga tejper tillkom efteråt. Nedanstående text beskriver processer-na för strimling, sträckning, tvinning och värmefixering.
Reflextejpens övre skyddsfilm avlägsnades innan tejpen strimlades till remsor i den egenutvecklade strimlingskonstruktionen. Antal remsor som produceras och bredden på remsorna går att bestämma genom att distanserna mellan rakbladen kan varieras. Bredder mellan 1,6 och 9,6 millimeter testades att strimla, men en bredd på 4,8 millimeter är lämplig att använda då remsor med denna bredd funge-rar att använda i efterföljande processer.
Innan sträckning behöver reflextejpens undre skyddsfilm avlägsnas. Hur långt remsan bör sträckas beror på vilken reflextejp som används. Tejp 9403 brister vid belastning och kan inte sträckas överhuvudtaget. Tabell 6 redovisar data för hur tejp 17501 och 18601 sträcks för optimal garnsnodd.
Två snoddar per centimeter ger ett optimalt garn och för att uppnå detta behöver en viss sträckning av remsan ske även under tvinningsprocessen. För de korta
remsor som tvinnades med skruvdragare bestämdes inledningsvis garnsnodden genom visuell kontroll. Genom att ta tiden på hur länge skruvdragaren användes för att uppnå lämplig garnsnodd, var det möjligt att bestämma hur länge skruvdra-garen skulle köras för remsor med andra längder. Remsans längd och tiden med skruvdragare är proportionelig, så en dubbelt så lång remsa behöver tvinnas under dubbelt så lång tid exempelvis. Data för tvinning redovisas i tabell 6.
Även för den avslutande processen med värmefixering bör en viss sträckning av garnet ske. Garnet knöts fast och sträcktes upp på den egenutvecklade fixerings-konstruktionen. Därefter bestämdes tid och temperatur för värmefixering genom att pröva olika kombinationer av dessa i upprepade försök. För kort tid och för låg temperatur ger en otillfredsställande fixering och motsatsen resulterar i att garnet går av. Ett för hårt sträckt garn riskerar också att gå av och upprepade försök med sträckningslängder utfördes för optimal sträckning Samtliga data för optimal vär-mefixering redovisas i nedanstående tabell.
Tabell 6. Data för sträckning, tvinning och värmefixering gällande garn 17501 och 18601. *Då varmluftspistol används går det inte redovisa exakta värden för tid och temperatur.
Bilagorna 2-5 innehåller ytterligare data för hur metoderna utvecklats. Dessutom uppgifter för övriga garner och fotografier som visar tillverkade garner.
Process 17501 18601 Metod 5 6 Bredd 4,8 mm 4,8 mm Ursprunglig längd 1500 mm 1780 mm Sträckning Utsträckt till 6000 mm 7120 mm Längd efter sträckning 1770 mm 3507 mm Tvinning Utsträckt till 4726 mm 5260 mm Tid 60 s 60 s Värmefixering Utsträckt till 3540 mm 6313 mm
Temperatur Varmluftspistol* 110º celsius
Tid Varmluftspistol* 20 s
4.3 Metoder för tygtillverkning
För tygtillverkning från de reflexgarner som producerats genom utvecklade pro-cesser, så tillverkades tygprover genom handvirkning, handstickning samt hand-vävning. Att endast manuella metoder valdes beror på att dessa kräver mindre garnåtgång än automatiserade processer.
Handvirkning utfördes med en 0,25 mm virknål och resultatet redovisas i 5.4.1. För stickning av en trikåvara användes manuell flatstickmaskin som finns på sko-lan. Bindningen som stickades var en 2:1 ribb med delning 7. En start- och slut-kant av ett bomullsgarn stickades för att reducera risken att reflextyget ska repas upp. Resultatet redovisas i 5.4.2.
Handvävning utfördes på en vävstol som även denna finns på skolan. Vävstolen har 20 varptrådar per cm av bomull samt ett skednummer på 100/10. Bindningen som vävdes var en satin över 5 varptrådar som bildar en vävd vara där rätsidan ut-görs av reflexgarn och avigsidan av bomull. Resultatet redovisas i 5.4.3.
4.4 Testmetoder på garn- och tygnivå
För att testa reflexgarnets egenskaper har garnnummerbestämning och draghåll-fasthetstest utförts. Reflektiv förmåga på tygnivå har utförts av Loxy och jämförts med konventionellt reflexgarn som referensprov.
• Resultat för garnnummerbestämning redovisas i kapitel 5.3.1. • Resultat för draghållfasthetstest redovisas i kapitel 5.3.2. • Resultat för reflektiv förmåga redovisas i kapitel 5.4.4.
4.5 Industriella produktionsmetoder
För storskalig produktion av garn från reflextejp bör konstruktioner med högre precision användas än de prototyper som tillverkats för detta arbete. Strimling av reflextejp ses som en separat process, men sträckning, tvinning och värmefixe-ring borde gå att utföra i en gemensam och kontinuerlig process inom industrin.
5. Resultat
Texten i detta kapitel är uppdelad i fyra resultatdelar. De två första redovisar hur konstruktioner byggts och hur garn tillverkats. Den tredje delen beskriver de till-verkade garnernas egenskaper och avslutande del hur garner virkades, vävdes och stickades till tyger samt dessas egenskaper.
5.1 Resultat från tillverkning av konstruktioner
Nödvändiga anordningar för garntillverkning av reflextejp består av en strim-lingskonstruktion som skär upp tejpen i remsor och en konstruktion för tvinning av remsorna till garn, samt en fixeringskonstruktion som används då garnet värmefixeras.
5.1.1 Strimlingskonstruktion
För att strimla reflextejpen till remsor var det nödvändigt att bygga en strimlings-anordning som kunde producera jämna och tillräckligt långa remsor för garntill-verkning. Anordningen består av tio rakblad monterade i bredd på två gängade stavar och med karosseribrickor som distanser mellan rakbladen. För att hålla 10 rakbladen och distanserna på plats låstes dessa fast genom att använda brickor och muttrar som drogs åt på de gängade stavarna.
Bricka med stor ytterdiameter som ofta används inom plåtarbeten. 10
Figur 21.
Industrirakblad där de yttre hålen an-vänds för att montera rakblad på två gängade stavar i dimension M4. (Jansson 2020)
Figur 22. Strimlingsanordning. Tio rakblad monterade på gängade stavar med tre karosseribrickor mellan varje rakblad som distanser. De extra muttrarna på stavarna behövs för stabilitet då anordningen monteras i strimlingskonstruktionen. (Jansson 2020)
Strimlingsanordningen monterades i en konstruktion som byggdes av trä där det viktigaste måttet var bottenplattan som är 52 millimeter bred och anpassat efter tejprullens bredd. I bottenplattan skruvades två sidoväggar fast som fungerar som upphängningsanordning för de gängade stavarna i strimlingsanordningen. De gän-gade stavarna är så långa att de sticker ut från sidoväggarna för att lätt kunna jus-tera rakbladens tryck mot tejpen. Den bakre staven är monjus-terad i ett runt hål och kan inte justeras i höjdled, medan den främre löper i ett böjt spår för att rakbladen enkelt ska kunna höjas och sänkas i förhållande till tejpen. Vingmuttrar användes för att enkelt fixera rakbladen utan att behöva använda verktyg.
Figur 24. Ej skalenlig skiss över strimlingskonstruktion där strimlingsanord-ningen är monterad. (Jansson 2020)
Figur 23. Den främre gängade staven i strimlingsanordningen kan justeras i höjdled och låses fast med vingmuttrar. (Jansson 2020)
Ytterligare två sidoväggar monterades i bottenplattan för upphängningsanordning av tejprullen och tre sträckvalsar för själva tejpen. Dessa komponenter tillverka-des av VP-rör och även tillverka-dessa är så långa att de sticker ut från sidoväggarna, men 11 är inte fast monterade då detta förenklar demontering när tejpen träs genom st-räckvalsarna.
Plaströr som i huvudsak används vid kabeldragning i elinstallationsarbeten. 11
Figur 26. Reflextejp som strimlats till remsor i strimlingskonstruktionen. (Jansson 2020) Figur 25. VP-rör som an-vänds till sträckvalsar och upphängningsanordning för tejprulle. Flera lager maskeringstejp användes för måttanpassning till borrhålen i strimlingskons-truktionens sidoväggar. (Jansson 2020)
5.1.2 Tvinningskonstruktion
För att tvinna de strimlade remsorna tillverkades en tvinningskonstruktion som sträcker och tvinnar remsorna då den används i kombination med en skruvdragare och upprullningsvals som roterar synkroniserat. Stommen är ett hålband som boc-kades till rektangulär form i skruvstäd för måttanpassning till garnrulle som rem-san är upplindad på. Garnrullen är monterad på gängad stav som är något smalare än garnrullens genomgående hål så rullen kan rotera fritt. Den gängade staven är i sin tur monterad i hålbandets långsidor med hjälp av brickor och låsmuttrar. En bult är fastmonterad på ett liknande sätt i hålbandets ena kortsida. Bultens ände används för att montera tvinnaren i en skruvdragare. Ett gummiband sitter spänt över hålbandets andra kortsida och genom ett hål i detta träs remsan med hjälp av grov synål för att den ska sträckas då upprullningsvalsen lindar upp remsan. Skruvdragarens och upprullningsvalsens rotationhastigheter kan anpassas indivi-duellt för olika snoddtal av den tvinnade remsan. Om skruvdragaren exempelvis roterar hundra varv samtidigt som upprullningsvalsen lindar upp en meter av rem-san får garnet en snodd per centimeter. Beroende på om skruvdragaren roterar med- eller motsols får garnet antingen S-snodd eller Z-snodd.
Om ytterligare en garnrulle monteras i hålbandet bakom rullen med remsan kan denna fungera som uppsamlare av reflextejpens undre skyddsfilm. Det enda som krävs för denna funktion är att en drivrem från den främre rullen monteras på den bakre för att på så sätt få en synkroniserad hastighet på båda rullarna.
5.1.3 Fixeringskonstruktion
Det tvinnade garnet snurrar upp sig om inte värmefixering utförs, varför det var nödvändigt att tillverka en konstruktion där garnet kunde monteras för att behålla sin snodd under värmefixering i varmluftsugn. En träplatta med mått anpassade efter ugnens utrymme användes för ändamålet och i denna skruvades trettio skru-var som garnet kunde hållas på plats med genom att linda det runt skruskru-varna.
5.2 Resultat från garntillverkning
De processer som krävs för tillverkning av garn från reflextejp består av strimling, sträckning, tvinning samt värmefixering och beskrivs i nedanstående kapitel.
5.2.1 Strimling
Reflextejpen strimlas till remsor genom att tejprullen placeras i strimlingkonstruk-tionens upphängningsanordning och tejpen dras genom sträckvalsarna och under rakbladen efter att den övre skyddsfilmen avlägsnats. Rakbladen trycks igenom tejpen och fixeras i detta läge genom att två vingmuttrar skruvas fast mot kon-struktionens sidoväggar. Bäst resultat erhålls om tejpen dras genom rakbladen genom att rullas upp på en vals som de strimlade remsorna samtidigt snurras upp på. Valsen bör rotera med låg, jämn hastighet och vara placerad i rät vinkel mot tejpen. Avståndet mellan rakblad och vals behöver vara kort eftersom remsorna annars sträcks ut och deformeras. Om valsen är något högre belägen i förhållande till rakbladen så tejpen får en uppåtriktad vinkel ger detta en effektivare strimling.
Tio rakblad och tre karosseribrickor som distanser mellan varje rakblad resulterar i elva strimlor där alla utom de två yttre remsorna får en bredd av 4,8 mm. Ytter-remsornas bredd blir 3,4 mm men kan variera om tejpen dras snett i strimlingsan-ordningen. Övriga nio remsor blir helt raka och den längsta strimlingen som ge-nomfördes genererade femton meter långa remsor.
Strimlingskonstruktionen användes inte vid tillverkningen av garnet bestående av 100% polyuretan eftersom detta material bestod av en plastfilm med mått som inte passade för strimlingskonstruktionen. Istället skars fem millimeter breda och två meter långa remsor för hand med hjälp av rakblad och stålskala för raka snitt. Garnet som belades med polyuretanfilm fungerade att använda i strimlingskon-struktionen efter att beläggningsprocessen utförts.
5.2.2 Sträckning
För en bättre garnsnodd behöver remsorna sträckas ut innan tvinning och undre skyddsfilm måste avlägsnas för att kunna sträcka ut remsan. Korta remsor sträck-tes enklast genom att fästa ena ändan med tejp och dra den andra ändan till korrekt längd. Längre remsor som femton meter fick sträckas på ett alternativt sätt eftersom det av utrymmesskäl innebar praktiska problem med så långa remsor. Dessa sträcktes istället ut sekventiellt genom att parti för parti av remsan sträcktes ut tills hela remsan blivit utsträckt. Trettio centimeter av en remsa från 18601 stråcktes ut till 120 centimeter sekvensiellt. Materialets elasticitet gör att remsorna återhämtar sig till en längd mellan den utsträckta och ursprunglig längd.
Figur 29. Strimlingskonstruktionens placering i förhållande
till upprullningsvals. (Jansson 2020) Figur 30. De yttre remsor-na får en ojämn bredd, men övriga nio remsor blir raka och jämna med en bredd av 4,8 mm då tre karosseri-brickor används som dis-tans mellan rakbladen. (Jansson 2020)
Sträckningen medför att remsorna blir något deformerade med den fördelen att de får en böjd form där reflexsidan alltid hamnar utåt vilket bidrar till att garnet får en helt reflektiv yta.
5.2.3 Tvinning
Den egentillverkade tvinningskonstruktionen användes aldrig till tvinning av re-flexgarner, då en regulatorstyrd upprullningsvals som kunde synkroniseras med skruvdragarens rotationshastighet inte fanns att tillgå. Istället fick remsor med längder upp till några enstaka meter tvinnas med enbart skruvdragare. Remsans ena ände tejpades fast i golvet och den andra fästes i skruvdragaren som tvinnade remsan till ett garn. Dock fick garnet en ojämn snodd med denna metod och vissa partier blev översnodda, medan andra fick för lågt snoddtal. Genom att sträcka remsan samtidigt som den tvinnades resulterade i att garnet fick en jämnare garn-snodd. Totalt antal snoddar gick heller inte bestämma med metoden, utan garnet fick inspekteras visuellt för att avgöra när tvinningen var optimal. För remsor som tvinnades med skruvdragare var en till två snoddar per centimeter ett bra riktvär-de. Nedanstående figur visar en utsträckt remsa som tvinnats med skruvdragare.
För remsor så långa som femton meter fungerar inte metoden med skruvdragare beroende på utrymmesskäl. Till dessa användes befintlig tvinningsmaskin på sko-lan för att tvinna remsorna till garn. Denna utrustning ger ett helt jämnt garn där exakt snoddtal erhålls. Ett snoddtal på hundra snodd per meter visade sig vara ett lämpligt värde då det blev ett jämnt garn som endast var något översnott.
Figur 32. Utsträckt remsa som tvinnats med skruvdragare och som fixerats i skruvdragaren. (Jansson 2020)
Figur 31. Tejpremsa i utsträckt tillstånd. Efter sträckning blir remsan U-formad och drar ihop sig på längden. (Jansson 2020)
5.2.4 Värmefixering
Fixering av tillverkat garn utförs i varmluftsugn vilket förhindrar upptvinning av garnsnodden. Ena änden av garnet knyts fast precis under skruvskallen på en av fixeringskonstruktionens hörnskruvar. Garnets andra ände knyts också fast i en skruv efter att det lindats upp runt erforderligt antal skruvar. Avståndet mellan skruvarna är tjugo centimeter för att exakt kunna avgöra hur många skruvar som ska användas beroende på garnets längd. Ingen del av garnet ska komma i kontakt med konstruktionens platta.
Denna process gör att garnet exponeras maximalt av varmluften i ugnen och på så sätt värmefixeras i sitt snodda och utspända läge genom att reflextejpens lim på-verkas av värmen och den snabba avsvalningen då fixeringskonstruktionen tas ut ur ugnen.
5.3 Slutresultat garn
Av de tre garner som tillverkades från reflextejper var det ett som skilde sig mar-kant från de övriga två. 9403 med lim av sampolyamid gick inte att sträcka ut då det inte var töjbart och brast vid försök till utsträckning. Även vid tvinning upp-visade detta material avvikande egenskaper som styv- och skörhet vilket resulte-rade i en snodd som mer liknade en pappersserpentin än ett garn. 17501 och 18601 hade däremot elastiska egenskaper och bildade båda två garner av god kva-litet. Bäst resultat fick dock 18601 med sitt polyuretanlim och anledningen till det var materialets goda förmåga till värmefixering vilket gjorde att garnets snodd bi-behölls. Nio stycken 4,8 millimeter breda remsor från femtom meter av tejp 18601 gav mer än tvåhundra meter garn efter sträckning, tinning och värmefixering.
17501 hade en bättre fixeringsförmåga då det belades med en polyuretanfilm än utan, men fick samtidigt en något grövre och bulkigare karaktär. Det tunnaste gar-net som dessutom fick den bästa snodden och hade den bästa fixeringsförmågan var det som tillverkades av polyuretanfilm.
9403 gick mycket bra att strimla eftersom det inte var töjbart, men eftersom vken sträckning eller tvinning gav acceptabla resultat utfördes inget ytterligare ar-bete med materialet.
17501 med okänd polymer i limmet var mycket töjbart och gick bra att tvinna, men hade sämre fixeringsförmåga vilket resulterade i en lös snodd, men som ändå skapade ett garn av jämn och acceptabel kvalitet.
Figur 34. 9403 med ett lim av sampolyamid som visade sig vara ett material vilket inte lämpar sig för garnproduktion då det inte är töjbart och brister vid belastning som sträckning och tvinning. (Jansson 2020)
Figur 35. 17501 där det tydligt syns hur garnet inte fixerats fullt ut eftersom snoddarna är långa och utsträckta utmed garnets längdriktning. (Jansson 2020)
18601 hade egenskaper som liknade 17501, men med bättre fixeringsförmåga. Det var detta garn som mest volym tillverkades av och som det senare tillverkades virkade, stickade och ett vävda tyger av.
17501 som belagts med polyuretanfilm resulterade i ett garn med jämna snoddar som fixerades effektivt. Eftersom beläggningsprocessen försvårade produktion av långa remsor var det inte möjligt att tillverka tillräckligt mycket garn för stickning eller vävning.
Figur 37. 17501 med polyuretanbeläggning. Garnet blev relativt tjockt eftersom ett extra skikt tillförts, men övriga egenskaper som elasticitet påverkades inte och garnets jämnhet blev bra.
(Jansson 2020)
Figur 36. 18601 som till skillnad från 17501 behåller en tätare snodd efter fixering och bildar ett garn med jämn kvalitet. Vissa partier är översnodda beroende på att garnet tvinnats med skruvdragare som gör det svårt att få en jämn snodd över hela garnets längd. (Jansson 2020)
Garnet som tillverkades av polyuretanfilm skiljer sig från övriga fyra garner då det endast består av ett skikt och dessutom inte innehåller de beståndsdelar som reflextejpen gör. Resultatet blev ett tunt garn med jämn snodd som gav den bästa fixeringen.
5.3.1 Garnnummerbestämning
Provkroppar från varje tillverkat reflexgarn och referensgarnet mättes med linjal för att därefter placeras i konditionerad miljö. Provkropparna vägdes sedan med en precisionsvåg och garnnummer bestämdes genom att räkna ut meter per gram. Resultaten redovisas i figur 39.
Figur 38. Garn tillverkat av 100% polyuretan är det tunnaste garnet som tillverkades och som dessutom blev helt jämnt med regelbundna snoddar som är helt fixerade. (Jansson 2020)
Figur 39. Garnnummer för tillverkade garner samt referensgarn. Staplarna visar hur många meter per gram respektive garn är. (Jansson 2020)
