Разработка метода проектирования определения оптимальных параметров изготовления неразрезной двухполотной основоворсовой ткани

В условиях рыночной экономики и экономического кризиса спрос на изделия текстильной промышленности России увеличился, но из-за нехватки и дороговизны сырья большинство текстильных предприятий простаивают частично или полностью. Сейчас перед текстильной промышленностью остро стоит вопрос, как повысить конкурентоспособность отечественных тканей перед импортными, которые отличаются низкой ценой, широтой ассортимента, яркостью и разнообразием расцветок. Для этого на российских предприятиях нужно повысить технический уровень с помощью применения высокоэффективного оборудования и передовых технологий, обеспечить рациональное использование сырья, материалов, тканей, расширить применение химических нитей и волокон. Замена оборудования является дорогостоящей, поэтому большинство текстильных предприятий стараются повысить конкурентоспособность выпускаемых тканей за счёт улучшения технологии изготовления на имеющемся оборудовании предприятия.

Все ткани, в зависимости от области их применения, делятся на одежные, бытовые и технические и поэтому должны обладать различными свойствами. Одежные ткани должны иметь хороший внешний вид и обладать хорошими прочностными и гигиеническими свойствами при заданной поверхностной плотности. Бытовые ткани в зависимости от области применения должны иметь красивый внешний вид, обладать достаточными прочностными показателями при заданной поверхностной плотности. Свойства технических тканей определяются областью их применения.

Технические ткани имеют самое различное применение, они используются для изготовления одежды лётчиков, водолазов, космонавтов, военных, электриков и многих специалистов, конвеерных лент, пожарных рукавов, приводных ремней, в качестве основы для тканых композитов и для других целей.

Технические ткани, предназначенные для обивки салонов летательных аппаратов, должны предупреждать ударные воздействия на человека и другие окружающие предметы, а поэтому должны обладать высокой объёмностью, упругостью, при этом иметь заданную толщину и минимально-возможную поверхностную плотность и хороший внешний вид. При всём многообразии видов переплетений достаточную объёмность могут иметь многослойные, уточно-ворсовые, основоворсовые и петельные ткани.

Анализ продольных разрезов тканей отмеченных переплетений (рис. 1 — 4) позволили сделать вывод о том, что:

1. Многослойные ткани (рис.1) обладают достаточной объёмностью, которая зависит от числа слоев ткани, но расположение слоёв друг под другом и их соединение не позволяют ткани обладать достаточной упругостью.

2. Объёмность уточно-ворсовых тканей (рис.2) определяется высотой ворса, а объёмность петельных тканей (рис.4) — высотой петель. При приложении нагрузки ворсинки и петли данных тканей прижимаются к грунту ткани, и упругость тканей будет зависеть от вида сырья в ворсинках и в петлях тканей, густоты и высоты ворсинок и петель.

3. Неразрезные основоворсовые ткани (рис.3) обладают объёмностью за счёт расположения на некотором расстоянии верхнего и нижнего полотен, соединенных между собой ворсовой основой. Такая ткань будет обладать достаточной упругостью, так как ударная нагрузка будет восприниматься верхним и нижним полотнами ткани и соединяющими их нитями ворсовой основы.

Рис. 1. Продольный разрез многослойной ткани.

Рис. 2. Поперечный разрез уточно-ворсовой ткани.

Рис. 3. Продольный разрез основоворсовой ткани.

Рис. 4. Продольный разрез петельной ткани.

2 1 I.

Из рассмотренных видов объёмных тканей для обивки салонов летательных аппаратов наиболее целесообразно использовать неразрезную двухполотную основоворсовую ткань.

Объёмность и упругость данной ткани во многом зависят от толщины ткани и от её поверхностной плотности, а также от вида сырья нитей основы и утка. Поэтому целью данной диссертационной работы является разработка метода проектирования неразрезной двухполотной основоворсовой ткани по заданным поверхностной плотности и толщине.

Для достижения поставленной цели необходимо:

1. Определить основные факторы, влияющие на свойства и строение неразрезной двухполотной основоворсовой ткани.

2. Разработать метод проектирования данной ткани по заданным поверхностной плотности и толщине.

3. Определить факторы, влияющие на работу разрыва ткани в методах максимальной нагрузки.

4. Спроектировать и изготовить образцы неразрезной двухполотной основоворсовой ткани с использованием в утке нитей различного вида сырья.

5. Исследовать условия изготовления, свойства и строение выработанных тканей.

6. Определить оптимальные параметры изготовления, свойств и строения данных тканей.

Автор защищает:

1. Метод проектирования неразрезной двухполотной основоворсовой ткани для летательных аппаратов по заданной поверхностной плотности и толщине ткани.

2. Спроектированную и изготовленную неразрезную двухполотную основоворсовую ткань. 9.

3. Технологические параметры изготовления спроектированных тканей на станке АТПРВ — 160.

4. Оптимальные параметры свойств и строения данной ткани.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1 Л. Работы, посвящённые изучению упругости тканей и использованных в них нитей.

В последнее время к техническим тканям предъявляются повышенные требования, одним из важнейших требований, является формоустойчивость многих изделий из ткани. Особенно это необходимо для одежды космонавтов, водолазов, а также для многих других изделий. Непрочность волокон и нитей в тканях технического назначения может привести к катастрофе и в любом случае является нежелательной с точки зрения обеспечения безопасности.

Бостанджян А.Г. в своей работе [3.1] предлагает в качестве комплексной характеристики использовать формоустойчивость ткани. Формоустойчивость — способность материала противостоять изменению формы и размеров в результате различных воздействий.

Для оценки формоустойчивости полотен используют различные позитивные и негативные показатели: несминаемость, усадка, остаточная циклическая деформация при многократном растяжении, жёсткость при изгибе, компоненты деформации при однократном растяжении и отдыхе. Изменение негативного показателя формоустойчивости остаточной циклической деформации ^ при многократном деформировании в процессе носки достаточно точно описывается уравнением г Ъ.

1с = а-х > где а, Ь — константы, зависящие от вида использованного сырья ткани и её строения характеризующие неустойчивость формы, х — число серий деформирования.

Панкова Л.Н. в работе [3.2] отмечает, что сохранение формы одежды в значительной мере зависит от упругих свойств тканей и их способности длительное время сохранять эти свойства при действии на ткань многократных нагрузок растяжения. Ткани, которые по своей конструкции и виду использованного сырья обладают небольшими упругими и значительными пластическими деформациями, при эксплуатации быстро ухудшают качество.

Растение И.К., Гутаускас М. М. [2.1] при пространственном циклическом растяжении образцов круглой формы формоустойчи-вость оценивают относительной остаточной деформацией: н = —-100, % г где Н — стрела прогиба образца, г=56−5 — начальный радиус образца.

При многофазном методе циклического растяжения текстильных материалов формоустойчивость так же оценивается по величине остаточной деформации.

Для повышения формоустойчивости тканей Лукошевичене Е-Н.С. [3.3]определяет влияние поролона на формоустойчивость в зависимости от толщины слоя поролона. Критериями оценки формоустойчивости служили составные части деформации и релаксационная способность при многократном пространственном растяжении.

По мнению автора, с практической точки зрения относительная остаточная деформация имеет тесную связь с формоустойчиво-стью. С увеличением толщины слоя поролона остаточные деформации уменьшаются. Толщина поролона должна составлять 1.5−2мм, дальнейшее увеличение толщины не приводит к существенному уменьшению остаточной деформации, но может отрицательно влиять на другие свойства системы.

Но недостатком работ по оценке формоустойчивости является то, что все испытания проводились на одёжных тканях.

Разумовская Е.А. в своей работе [3.4] даёт оценку влияния использованного сырья ткани на её деформацию. По проведённым в работе [3.4] исследованиям деформационных свойств нитей, тканей и анализа характера диаграммы растяжения автором предложена механическая модель, позволяющая качественно и количественно описать деформацию технических тканей. Автор утверждает, что величина крутки исходных нитей снижает жёсткость тканей, основное влияние величины крутки оказывается на деформацию, развивающуюся на стадии приложения нагрузки.

В работе [3.5] Тихонова Н. П. утверждает, что начальной стадией износа коврового изделия является уменьшение толщины из-за смятия ворса, а хорошая упругость ворсового покрова обеспечивает длительный срок эксплуатации изделия.

В процессе эксплуатации на ворс ковра действует целый комплекс воздействий: сжатие, растяжение, сдвиг, кручение. Однако, как показывают проведённые исследования, деформация ворса происходит, главным образом, от вертикальных сминающих нагрузок.

Автором в работе [3.5] предложен метод определения объёмной массы ворса ковров с петельным ворсом из текстурированной капроновой нити. Масса ворса может быть определена по формуле:

0.218-ЯП -ТК ,.

§ =?р-—с с Г/СМ" к0−10 000 где Пвплотность по основе, н/10см, Прплотность по утку, н/10см, Ьевысота ворсовой петли в суровой ткани, 1ювысота ворсовой петли в отделанной ткани,.

Тслинейная плотность ворсовой нити, текс. В данной работе также предложен ёмкостной метод определения упругости ворса ковровых изделий, критерием в оценке которого является степень восстановления ворса после смятия.

Характеризуя упругие связи, профессор И. И. Вульфсон [1.1] указывает, что при деформации любого упругого элемента возникает восстанавливающая сила г или восстанавливающий момент. Под коэффициентом жёсткости понимают производную ^ с! х ' где хдеформация.

Обратную величину е=с" 1, называют коэффициентом поддат-ливости.

В ГОСТе 10 827−64 приведён метод определения динамического модуля и модуля внутреннего трения резины при ударном воздействии. Потёминой Т. П. в работе [3.6] разработаны: конструкция устройства для определения упругости ковровых материалов путём динамического воздействия, устройства для измерения сопротивления ворса изгибу и способ оценки её силой трения качения, установка для определения угла наклона ворса при статическом нагружении.

Автором разработана методика оценки упругих свойств ковровых материалов на разработанном устройстве энергетическими характеристиками при одноцикловых и многоцикловых испытаниях.

По результатам проведённых испытаний выведена формула для определения энергии упругости коврового покрытия: т-?-(4+Х2) Н/м + у/ где гп£- эффективная условная сила, которая создаёт движение ударнику, Н, А2 — отскок, х2 — деформация, у — коэффициент рассеяния.

Зная энергию упругости коврового покрытия можно определить его условный коэффициент жёсткости.

С Н/м.

X2.

Потёминой Т.П. установлено, что энергия упругости характеризует упругие свойства ковровых покрытий, и чем она больше, тем лучшими эксплуатационными свойствами будут обладать ковры.

Целью исследований работы [2.2] было определение влияния ворса и джутовой подложки на упругие характеристики ковра. Исследовался полипропиленовый, акриловый, полиэфирный и шерстяной ворс. Процент упругого восстановления ворса показывает различия между коврами с разным содержанием волокна.

В работе [2.3] проводятся сравнительные данные по уменьшению сопротивления деформации ворса из джута и найлона при действии на него вертикальной силы в короткий промежуток времени и отмечается, что тонкое полиамидное волокно деформируется меньше, чем толстое джутовое.

В нашей стране для измерения упругости ворса текстильных изделий после статического сжатия существует ряд приборов: приборы для определения сминаемости ворса искусственного меха конструкции проф. Шалова И. И. [2.4], прибор МТИ [2.5] и другие. Наиболее удобен и лёгок в обращении прибор МИП-10 [2.6], который предназначен для определения устойчивости распрямляющей способности ворса после снятия статического нагружения. Сначала измеряется толщина под нагрузкой 0.01 Н/см2, затем выдерживают под нагрузкой 0.88 Н/см2 в течение 24 часов и измеряют толщину ковра через 0.5- 1- 6 и 24 часа после снятия нагрузки, и рассчитывают относительные деформации.

При разработке методики определения упругости ворса имеется большой выбор нагрузок, времени действия нагрузок, отдыха и других факторов.

При изготовлении тканей из химических нитей вид использованного сырья в основе и утке ткани в основном предопределяет свойства полученной ткани.

Отличительные особенности свойств нитей из различных видов химических волокон позволяют использовать их для производства самых различных изделий как бытового, так и технического назначения. Большое количество синтетических мононитей используется для производства различного вида изделий технического назначения, основными из которых являются шинный корд, транспортёрные ленты, сети, снасти, ситовые ткани, рукавные ткани, в качестве ворса для щёток и других изделий.

Применение синтетических мононитей для технических целей намного увеличивает срок службы изделий и позволяет заменить дорогостоящее натуральное сырьё, что способствует значительной экономии материальных средств.

С экспериментальной точки зрения продольное сжатие мононитей является наиболее сложным видом деформации. Анализ работ показывает, что изучение этого вопроса приобретает в последнее время существенный интерес со стороны исследователей. Наиболее обстоятельные и существенные исследования в области поведения текстильных нитей при продольном сжатии провели немецкие учёные В. Бобет [2.7,2.8] и его сотрудники. На основе анализа предыдущих работ ими создан прибор и разработана методика проведения эксперимента продольного сжатия. Получены характеристики продольного сжатия некоторых синтетических мононитей и щетины. Выяснено, что на процесс сжатия большое влияние оказывают размер образца, скорость нагружения.

Зубкайте И.Ю. в своей работе [3.7] утверждает, что для изготовления щёточных изделий и ворсового покрова ворсовых материалов целесообразно применять полипропиленовую мононить, у которой критическое напряжение почти в два раза выше капроновой, а остаточная деформация незначительно выше капроновой.

Способность текстильных материалов восстанавливать упругость после сжатия в большой мере влияет на качество изготавливаемых изделий. Эта способность связана с такими качествами товаров, как несминаемость, стабильность формы и размера.

В работе [2.9] Синохара А. предлагает прибор для измерения упругости текстильных материалов при сжатии. С его помощью можно определять такие механические свойства материалов как упругость при сжатии, усталость, релаксацию, деформацию. Прибор имеет большое практическое значение для изучения структурных характеристик химических нитей и высокомолекулярных материалов, а также для изучения свойств упругости в процессе производства изделий и улучшения качества и формы изделий.

По мере развития производства химических волокон, появилось большое количество новых видов волокон, имеющих разнообразное применение. Их длина, толщина, форма сечения различны, поэтому упругость при сжатии также различна.

Упругость текстильных материалов при сжатии, как утверждает Синохара А., зависит не только от вида волокна, пряжи или ткани, но также значительно зависит от их физико-механических свойств. На характеристики сжатия текстильных материалов также оказывают влияние температура и влажность.

Анализ литературных источников по данной теме свидетельствует о том, что вопросам изучения упругости основоворсовых тканей посвящено сравнительно мало работ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Спроектирована и изготовлена высокообъёмная ткань, предназначенная для обивки салонов летательных аппаратов, й передана для внедрения на предприятие.

2. В работе установлено, что получить высокообъёмную ткань возможно, если вырабатывать неразрезную двухполотную ос-нововорсовую ткань с трёх уточным закреплением ворса и полотняным переплетением грунта.

3. Выработанные образцы неразрезной двухполотной осно-воворсовой ткани, отвечают всем требованиям заказчика и рекомендованы для внедрения в промышленность.

4. Анализ литературных источников показал отсутствие метода проектирования неразрезных двухполотных основоворсовых тканей. В связи с этим, разработан метод проектирования данных тканей по заданным поверхностной плотности и толщине.

5. Разработана формула для расчёта длины ворсовой основы, заработанной в ткань при трёх уточном закреплении: =100х.

6. Выведена формула для расчёта поверхностной плотности: мт п0-та т-т.

106-(1−0.01-ао) 106.

7. Разработана формула для расчёта работы разрыва образца при максимальной, точечной нагрузке: ч.

— 1 х Я р

8. Выработаны средства и методы исследования основоворсовых обивочных тканей, позволяющие проводить экспериментальные исследования, которые дают необходимую достоверность получаемых результатов. Составлены матрицы планирования однофак-торного и многофакторного эксперимента. неразрезной двухполотной основоворсовой ткани, в результате которой установлено, что работа разрыва ткани в значительной мере зависит от вида и свойств уточных нитей, наиболее рационально в утке ткани использовать полиэфирные нити.

10. При оценке показателей жёсткости к растягивающим нагрузкам и формоустойчивости обивочных высокообъёмных тканей, установлены математические зависимости показателей свойств ткани от параметров изготовления и выяснено, что лучшей по данным показателям является ткань с полиэфирным утком линейной плотности Т=11тексх2, с плотностью ткани по утку Ру=190н/дм и высотой ворса Ь=3.64мм.

11. Проведён сравнительный анализ данных экспериментальных и теоретических исследований уработки ворсовой основы. Установлено, что расхождение в теоретических и экспериментальных значениях составляет менее 5%, это свидетельствует о возможности.

9. Проведена комплексная оценка прочностных показателей использования предложенной формулы для расчёта уработки нитей ворсовой основы при проектировании тканей.

12. Для получения ткани с максимальной работой разрыва необходимо вырабатывать ткань с капроновым утком линейной плотности Т=6.6тексх2×2 при плотности ткани по утку Ру=190н/дм и с высотой ворса 11=7.89мм.

13. Модуль жесткости ткани на растяжение зависит от плотности ткани по утку, высоты ворса и вида использованного сырья в утке. Для получения ткани с наибольшим модулем жесткости на растяжение необходимо вырабатывать ткань с максимально возможной плотностью по утку, с наименьшей высотой ворса и использовать в утке нити, имеющие наибольшее значение начального модуля жёсткости на растяжение.

14. Для получения ткани с большей упругостью необходимо вырабатывать её с плотностью ткани по утку Ру=190н/дм, с высотой ворса 1т=3.64мм и с полиэфирным утком линейной плотности Т=11тексх2.

15. Установлены математические зависимости параметров строения и показателей свойств основоворсовой обивочной ткани от параметров изготовления ткани и определены оптимальные параметры изготовления ткани для получения наилучших показателей свойств.

16. В результате проведения эксперимента по матрице трёх-факторного планирования Бокса на ткацком станке АТПРВ — 160 были выработаны образцы неразрезной двухполотной основоворсовой ткани и приняты в качестве критериев оптимизации: высота ворса, плотность ткани по утку и диаметр уточных нитей.

17. В результате оптимизации установлены оптимальные параметры изготовления неразрезной двухполотной основоворсовой ткани, а именно:

— высота ворса Ь=3.64мм,.

— плотность ткани по утку Ру=1 бОн/дм,.

— диаметр уточных нитей (1У=0Л 84 мм.

18. Определены оптимальные параметры изготовления ткани, позволяющие получать ткань с повышенными разрывными характеристиками, а именно:

— высота ворса 11=3.64мм,.

— плотность ткани по утку Ру=190н/дм,.

— вид сырья уточной нити — лавсановые нити линейной плотности Т=11тексх2.

РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Разработанный метод проектирования тканей по заданным поверхностной плотности и толщине позволяет определить необходимые заправочные параметры изготовления основоворсовой ткани и может быть рекомендован для использования при создании новой высокообъёмной ткани.

2. Для этого необходимо предварительно определить:

— вид сырья и линейную плотность использованных нитей;

— коэффициент наполнения ткани по утку;

— уработку нитей коренной основы и утка;

— вид переплетения ткани.

3. Для изготовления основоворсовой обивочной ткани с заданными показателями физико-механических свойств рекомендуется устанавливать следующие параметры заправки ткацкого станка:

— высота ворса И=3.64мм;

— плотность ткани по утку Ру=1 бОн/дм;

— вид сырья уточной нити — капроновая нить линейной плотности Т=11.6тексх2.

4. Для изготовления неразрезной двухполотной основоворсовой обивочной ткани, отвечающей повышенными разрывными характеристиками, рекомендуется использовать в утке полиэфирную нить и устанавливать следующие параметры заправки ткацкого станка:

— высота ворса Ь=3.64мм;

— плотность ткани по утку Ру=190н/дм;

— линейная плотность лавсановых нитей утка Т=11тексх2.

5. Свойства неразрезных двухполотных основоворсовых тканей позволяют рекомендовать их для использования при изготовлении бронежилетов.

6. Для получения ткани с наибольшей работой разрыва и наилучшей упругостью необходимо выработать её с полиэфирным утком, плотностью ткани по утку Ру=190н/дм и высотой ворса 11=3.64мм.