КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

Березненко Сергій Миколайович

УДК 687.023.054.001.5:620.179.7

ОСНОВИ ТЕОРІЇ РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ФОРМУВАННЯ І ФОРМОЗАКРІПЛЕННЯ ДЕТАЛЕЙ ОДЯГУ з врахуванням анізотропії текстильних матеріалів

05.19.04 – технологія швейних виробів

Автореферат дисертації на здобуття

наукового ступеня доктора технічних наук

Київ 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну, Міністерство освіти і науки України

Науковий консультант

д.т.н., професор Кострицький Валерій Всеволодович, КНУТД, завідувач кафедри електромеханічних систем

Офіційні опоненти:

д.т.н., професор Орловський Броніслав Вікентійович, КНУТД, завідувач кафедри машин легкої промисловості;

д.т.н., професор Мичко Анатолій Андрійович, ХТУ Поділля, професор кафедри технології та конструювання швейних виробів;

д.т.н., професор Малкін Едуард Семенович, КНУБА, професор кафедри теплотехніки та ІТТФ НАН України, провідний науковий співробітник відділу тепломасообміну.

Провідна установа: Херсонський державний технічний університет, Міністерство освіти і науки України, м. Херсон.

Захист відбудеться "25" червня 2002 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 Київського національного університету технологій та дизайну, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну, м. Київ – 11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий "23" травня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Журавський В.А.

Загальна характеристика роботи

Підсумки роботи швейної промисловості України за останнє десятиріччя свідчать про великі зміни в діяльності швейних підприємств, які працюють в умовах нестабільного внутрішнього та зовнішнього ринку, загострення конкуренції, появи нового асортименту текстильних матеріалів, у тому числі давальницького походження, наділених специфічними властивостями та непередбачуваними їх змінами в процесі виготовлення одягу.

Особливі труднощі виникають при доборі матеріалів у пакети, виборі способів і параметрів формоутворення та формозакріплення деталей одягу, забезпечення експлуатаційної надійності клейових з'єднань.

У зв'язку з цим виникає необхідність пошуку альтернативних технологій формоутворення, які знижують непродуктивні витрати енергії при перетворенні предметів праці. Обладнання для волого-теплової обробки (ВТО) маючи низький ККД (4–10%), велику металомісткість та малу мобільність (у собівартості швейних виробів енергетична складова наближається до показника оплати праці) практично вичерпало себе.

Виконання цієї роботи стало можливим завдяки проведенню аналізу наукових досягнень багатьох формацій вчених, що працюють у галузі фізико-хімії полімерів, фізико-механіки твердих тіл, тепло- та масообміну, прикладної математики та інших галузей знань.

Передумовою реалізації поставлених у роботі завдань був системний підхід до створення системи "одяг", в рамках якої теоретично та експериментально розглянуті особливості формування першорядних в'язкопружних властивостей матеріалів для одягу та механізм їх трансформування при формуванні плоских і просторовоорієнтованих багатошарових пакетів одягу з метастабільними характеристиками. Створені також основи теорії процесів формування складних криволінійних поверхонь і пакетів одягу з використанням нетрадиційних для галузі джерел енергетичної дії на тонку та грубу структуру анізотропних за своїми властивостями текстильних матеріалів.

Мета роботи полягає в розробці наукових основ теорії ресурсозберігаючих технологічних процесів формування та формозакріплення деталей одягу з анізотропних текстильних матеріалів, спрямованих на підвищення якості продукції і раціонального використання енергоресурсів.

Мета досягнута в результаті створення фізичних і математичних моделей одно- і багатошарових анізотропних текстильних матеріалів, у т.ч. перетворених на просторово-об'ємний стан в умовах дії статичних та динамічних навантажень на матеріал.

Методологія використання здобутих наукових знань при створенні наукових основ процесів формування пакетів, що відрізняються структурою, в'язкопружними і параметричними характеристиками, розроблена завдяки вирішенню таких завдань:

·

· обґрунтування умов отримання метастабільного стану пакетів з урахуванням багатошаровості та інваріантності орієнтації вісей в'язкопружної симетрії складових матеріалів пакета щодо напрямку дії максимальних навантажень;

· створення математичної моделі процесу та визначення раціональних енергетичних завдань вібраційного формування деталей одягу на основі використання методу гідродинамічних аналогій;

· розробка математичної моделі та теоретичне обґрунтування процесу формування складних криволінійних поверхонь шарових пакетів текстильних матеріалів при статичних та динамічних методах навантажень;

· обґрунтування методу підбору предметів досліджень на основі експериментально отриманих показників в'язкопружних і реологічних властивостей текстильних матеріалів;

· виявлення фізичної суті формування метастабільного стану пакетів на основі використання сучасних методів і засобів визначення статичних та динамічних характеристик текстильних матеріалів;

· визначення основних технологічних параметрів процесів формування складних криволінійних поверхонь деталей одягу при дії на тонку та грубу структуру матеріалів механічних навантажень електромагнітної природи;

· експериментальна перевірка основних положень теорії, що описує взаємозв'язок різних типів структурної анізотропії текстильних матеріалів та властивостей системи віброформування.

Наукові дослідження виконано на кафедрі технології і конструювання швейних виробів Київського національного університету технологій та дизайну згідно з науковими напрямками 04 "Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології", 06 "Нові речовини і матеріали" (держбюджетна тематика 6.17 ДБ №2ГР0197U007228, 6.1 ДБ №ГP194U004176, 1993-2001 р.р.), що виконані відповідно до планів НДР Міністерства освіти і науки України.

Науковою новизною роботи є розробка основ теорії ресурсозберігаючих технологічних процесів формування і формозакріплення деталей одягу із анізотропних текстильних матеріалів, визначення основних закономірностей і положень, що описують ці процеси та зміну в'язкопружних характеристик матеріалів, що формуються. При цьому:

1. Вперше отримані основні визначальні співвідношення, які описують взаємозв'язки різних типів структурної анізотропії текстильних матеріалів, у т.ч. між компонентами в'язкопружних ефективних характеристик, умови формування метастабільного стану багатошарових пакетів при довільній орієнтації моношарів.

2. На основі застосування методу гідродинамічних аналогій отримані математичні моделі і їх аналітичні рішення, які дали можливість встановити найбільш раціональний діапазон амплітуд віброформування, залежність кута зсуву фаз від частоти коливань і властивостей системи. З урахуванням цих даних визначені найбільш раціональні технологічні параметри, з позицій енерговитрат, навколорезонансна область частот і параметри силового поля.

3. Аналітично вирішене одне з найбільш складних при виробництві одягу завдання формування криволінійних поверхонь із текстильних матеріалів при статичних та динамічних методах навантажень. Встановлено взаємозв'язок між властивостями елементів системи "пуансон – матеріал, що формується".

4. Визначена раціональна область електромагнітних параметрів технологічного процесу віброформування та діапазон відносних частот при роботі системи "пуансон – матеріал" та умови "наповнення" коливань по поверхні пакету, що формується.

5. Для широкого асортименту текстильних матеріалів і пакетів, використовуючи методи поздовжніх резонансних коливань, вільних крутильних коливань та ступінчастих випробувань на розтягнення при Т=201000С, визначені структурні фізико-механічні і реологічні характеристики пакетів, дубльованих клейовими прокладковими матеріалами.

6. Експериментально підтверджена правомірність застосування отриманих аналітичних рішень при доборі матеріалів у пакети і визначенні раціональних технологічних режимів віброформування деталей одягу в поперечному електромагнітному полі.

7. Новизна отриманих результатів підтверджується отриманими 4 патентами, у т.ч. на спосіб і пристрій для формування деталей швейних виробів.

Об'єкт дослідження: процеси формування і формозакріплення деталей одягу при статичних і динамічних методах дії на тонку та грубу структуру анізотропних матеріалів.

Предмет дослідження: текстильні анізотропні матеріали і пакети на їх основі.

У роботі використані традиційні та сучасні методи дослідження, за результатами яких перевірено встановлені теоретичні залежності. При цьому використовувалися методи математичного планування, теорія тензорних та матричних перетворень, запропонований та випробуваний апарат Q-функцій, аналітичні співвідношення механіки твердого анізотропного в'язкопружного тіла, диференціальне та інтегральне обчислення, теорія ймовірності та методи математичної статистики.

Практична значимість роботи. Поставлені в роботі наукові завдання вирішені та реалізовані шляхом визначення в'язкопружних властивостей текстильних матеріалів і пакетів (модулі пружності ЕЮ, релаксаційні характеристики розтягнення Е11 та зсуву G21, коефіцієнти Пуассона н12, н21), використання яких дає можливість за допомогою математичних розрахунків визначати інші показники властивостей, моделювати необхідну конфігурацію полів модулів в'язкопружності пакетів з урахуванням характеру експлуатаційних навантажень на виріб. Отримані теоретичні результати моделювання амплітудних і фазових ефектів дають можливість регламентувати основні енергетичні параметри роботи пристроїв для віброформування та досягти суттєвого зниження енерговитрат.

На основі теорії формування складних криволінійних поверхонь при віброформуванні пакетів у поперечному електромагнітному полі отримані співвідношення, які дають можливість визначити раціональні технологічні параметри формування (значення магнітної індукції в робочому зазорі преса, частоту та фазу власних і вимушених коливань, їх амплітуди), необхідні для проектування нового технологічного обладнання ВТО. Запропонований науково обґрунтований метод визначення параметрів дублювання з урахуванням впливу процесів хімічної чистки, що пройшов успішну апробацію на швейних підприємствах (АТ "Вікторія", м. Вознесенськ, АТ "Желань", м. Київ, АТ "Красень", м. Херсон).

Результати досліджень використовуються в навчальному процесі, у тому числі, в лекційному курсі та лабораторних роботах з технології швейного виробництва, курсовому та дипломному проектуванні (КНУТД, м.Київ; Політехніка Радомська, м. Радом, Польща).

Особистий внесок пошукача полягає в постановці ідей та теми дисертаційної роботи, вирішенні основних теоретичних і експериментальних завдань. Під керівництвом та за безпосередньої участі автора здійснено вибір предметів досліджень; створено та удосконалено ряд методів, методик та засобів досліджень; створено основи теорії формування багатошарових пакетів з заданими в'язкопружними характеристиками; розроблено метод перебудови пакетів із площинного в просторово-об'ємний стан при статичних і динамічних методах впливу на матеріал, включаючи використання поперечного електромагнітного поля; виконаний аналітичний та експериментальний аналіз процесів віброформування на основі методів гідродинамічних аналогій.

Автору належать основні ідеї опублікованих праць, отриманих патентів, а також аналіз і узагальнення результатів роботи.

Апробація роботи. Основні положення і результати доповідалися і здобули позитивну оцінку на 10 міжнародних наукових конференціях та симпозіумах:

Якість і конкурентна здатність товарів широкого вжитку. Конференція країн СНД. Хмельницький, ХТУ, 1993; Creativita te tehnologie, marketing. Materiale celn deal II simpozion Internetional. Universitar Chisinau, 28-29 mai, 1997; Lucrarile celei de XI–A konferinte Romane de textile si pielarie, Jasi, 23-24 octomber, 1997; Современные технологии ресурсо– и энергосбережения. Партенид, 12-16 октября 1997; Современная контрольно – испытательная техника промышленных изделий и их сертификация. Мукачево, 12-16 мая, 1997; Projektowanie, materialy, technologia skory, odjiezy i obuwia. Radom, 3-4 pazdziernika, 2000; Проблемы лёгкой и текстильной промышленности на пороге нового века, Херсон, ХГТУ,1999; Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной промышленности. Прогресс – 2000. Иваново, Россия, ИГТУ, 2000; Konferencja naukowa medzynarodowa. Polittechnika Radomska, 23-24 listopada, 2001; Аrch Tex konferencja miedzynarodowa inuevation in the textile technolody, Lуdz, 7-8 crerwca, 2001; щорічних наукових конференціях молодих вчених і студентів КНУТД (Київ, 1993-2001); Вченій раді КНУТД (Київ, 2000–2001р.р.) та розширеному науковому семінарі кафедри ТКШВ КНУТД (Київ, 2002р.).

Публікації. Основні результати досліджень опубліковано в 62 роботах, з яких 25 – в фахових виданнях. За результатами роботи отримано 4 патенти України.

Обсяг та структура роботи. Дисертація подана на 372 сторінках друкованого тексту та містить вступ, 7 розділів, загальні висновки, список використаної літератури, який нараховує 360 джерел, та 6 додатків. Робота включає 18 таблиць, 104 рисунків та 331 математичних виразів.

зміст роботи

У вступній частині викладена актуальність теми дисертації, основні аспекти досліджуваної проблеми, визначені мета та завдання досліджень, наукова новизна та практична значущість отриманих результатів.

Перший розділ дисертації присвячено аналізу літературних джерел у галузі створення ресурсозберігаючих технологій формоутворення і формозакріплення деталей одягу. Зазначено, що в основі цих процесів лежать первісні властивості текстильних матеріалів (морфологічні, фізичні, фізико-механічні) та характер їх зміни в процесі еволюції елементів системи "одяг". Враховуючи складну картину морфологічної будови текстильних матеріалів, непередбачуваний характер їх зміни в процесі виробництва і оздоблення, висловлено думку про необхідність використання комплексних фізико-механічних характеристик матеріалів, визначених статичними та динамічними методами, на базі яких можливе створення імітаційних та інших моделей процесів формування деталей одягу. Труднощі математичного характеру, що виникають при цьому, можна подолати, використовуючи методи тензорного обчислення, математичного моделювання процесів та гідродинамічних аналогій. Аналізуючи питання формоутворення і формозакріплення деталей одягу, які реалізуються за рахунок механічного, фізико-механічного і фізико-хімічного впливу на матеріал, визначено, що в основному вони вирішуються за рахунок "одягання" складних поверхонь текстильних матеріалів. При цьому використовуються наближені методи, які базуються на топологічному, геометричному і механічному моделюванні тканих структур, що не дає можливості врахувати анізотропію властивостей вихідних матеріалів і характер їх зміни у процесі формування пакетів одягу та їх трансформації в просторово-об'ємний стан.

Не менш важливими є також способи енергетичного впливу на грубу та тонку структуру матеріалів, що формуються. Аналіз даних літератури показав суттєву перевагу динамічних методів формування порівнянно зі статичними (зниження енерговитрат та металомісткості обладнання). Разом з тим встановлено, що дослідження в галузі динамічних способів формування в теоретичному плані мають пошуковий характер, зважаючи на труднощі математичного плану та відсутність необхідного спектру фізико-механічних і реологічних характеристик матеріалів, що формуються (автори досліджень обмежувались в основному методами математичного планування експерименту). У зв'язку з цим виникає необхідність вирішення цих питань на основі використання більш сучасного математичного апарату та засобів дослідження в'язкопружних властивостей матеріалів.

Другим, не менш важливим, завданням є пошук найбільш ефективних засобів закріплення отриманої форми. Проведений аналіз досліджень у цій сфері вказав на можливість поліваріантних підходів щодо вирішення завдань формозакріплення та значні труднощі математичного характеру при моделюванні поведінки композиційних матеріалів в умовах їх трансформації в просторові конструкції. Це повною мірою стосується питань надання деталям одягу нових властивостей при використанні клейових прокладкових матеріалів. Зважаючи на це, виникає необхідність, поряд з вирішенням завдань формування площинно орієнтованих пакетів, вирішення другого, ще складнішого завдання – виявлення особливостей їх структурної перебудови в просторово-об'ємний стан з застосуванням статичних та динамічних методів впливу на матеріал. Аналіз науково-технічної літератури дав можливість визначити мету і завдання досліджень, що дало можливість, у подальшому, розробити основи теорії ресурсозберігаючих технологічних процесів формування деталей одягу із анізотропних текстильних матеріалів.

Другий розділ дисертації присвячений вирішенню завдання побудови моделі багатошарового пакета із текстильних анізотропних матеріалів з урахуванням в'язкопружних властивостей кожного із компонентів пакета. При побудові моделі багатошарового текстильного матеріалу були прийняті такі гіпотези та припущення:

1. Багатошаровий матеріал представляє собою чергування n-ї кількості шарів, які створюють термореологічне просте в'язкопружне середовище.

2. Кожний елементарний шар представляє собою в'язкопружний анізотропний матеріал, напрямки вісей симетрії якого збігаються з геометричними вісями матеріалу (напрямки основи і утока).

3. Напрямки вісей, перпендикулярних до площин поверхні моношарів, збігаються з напрямками відповідної вісі багатошарового матеріалу (далі пакета), а дві інші вісі повернуті відносно інших вісей багатошарового матеріалу на різні кути.

4. Між моношарами існують умови ідеальної взаємодії, які забезпечують неперервність полів напруг і переміщень.

5. Дисипативними явищами на кордонах моношарів нехтують.

Третій розділ присвячений теоретичному обґрунтуванню процесів віброформування деталей одягу на основі використання методу гідродинамічних аналогій. При цьому суцільне в'язкопружне середовище моделюється степеневим законом Освальда де Вейля, який дає можливість поєднати напругу в матеріалі зі швидкістю деформації. Це дозволило представити поведінку реального об'єкта за певними його характеристиками і ознаками та виявити внутрішній механізм процесів, що відбуваються.

При реалізації поставленого завдання в роботі були досліджені основні закономірності коливальних і вібраційних процесів, визначена теоретична залежність кута зсуву фаз від частоти коливань і властивостей матеріалу, здійснена енергетична оцінка ефективності використання пульсуючих методів навантаження та вирішене завдання ізотермічного нестаціонарного вібропресування.

Четвертий розділі присвячений розробці основ теорії процесів формоутворення складних криволінійних поверхонь деталей одягу при статичних і динамічних методах навантаження. Складність вирішення поставлених у роботі завдань зумовлена необхідністю урахування багатостадійності та багатопараметричності процесів формоутворення.

У зв'язку зі складністю вирішення поставлених завдань з застосуванням перетворень Лапласа рішення процесу формоутворення було здійснене в кілька етапів з урахуванням анізотропії матеріалів.

У п'ятому розділі описані технічні засоби та методи досліджень технологічних фізико-механічних і реологічних властивостей текстильних матеріалів. З цією метою були застосовані сучасні методи статичних і динамічних випробувань. Статичні дослідження проводилися на сучасному обладнанні фірми "INSTRON" (Англія) (рис. 16, а), яке дає можливість визначити одночасно розривне навантаження Рр, напруження у, видовження е, енергію розриву I та модуль Юнга Ею з повною математичною обробкою отриманих результатів. Похибка вимірювань не перевищує 2%. Дослідження динамічних характеристик матеріалів (модуль в'язкої пружності Е11, декремент затухання д) проводились на оригінальній напівавтоматичній установці (рис. 16, б), яка пройшла метрологічну повірку. Застосування неруйнівних методів у подібних дослідженнях було здійснено вперше щодо текстильних анізотропних матеріалів і пакетів на їх основі. Цей метод дає можливість відстежити еволюцію зміни в'язкопружних властивостей предметів досліджень залежно від заданих вимірів експлуатаційних навантажень, включаючи процеси хімічної чистки. Похибка вимірювань модуля в'язкої пружності Е та декремента затухання д не перевищує відповідно ±1,5%; ±2,5%.

Окрім цього, експериментальні дослідження охопили визначення показників жорсткості текстильних матеріалів та пакетів – пасивний (метод консолі ГОСТ 10550–74, пристрій ПТ–2) і активний (метод напівкільця), створений за участю автора. Порівняльні дані визначення показників жорсткості виявили перевагу активного методу визначення моменту втрати пружності матеріалу при його навантаженні. При цьому наявність у вимірювальному комплексі датчика реєстрації вихідного сигналу (мінімальна чутливість датчика тиску – ± 0,5?10-3 Н) з виходом на друк, дає можливість простежити за динамікою зміни в'язкопружних показників (на вимірювальний комплекс оформлений відповідний паспорт).

Рис. 16.

Виходячи з програми досліджень, дублювання пакетів здійснювалось на оригінальній лабораторній установці та прохідного типу RPS–C 1400 фірми "Mayer" (ФРН) (рис. 16, в).

Лабораторна установка пройшла метрологічну повірку і забезпечує можливості регулювання температури нагрівання верхньої та нижньої подушок в межах (100–2000С±50С), тиску на матеріал в межах до 0,3 МПа (максимальна похибка тиску – ±0,1?10-3 МПа). Активний контроль за процесом пресування здійснюється по температурі в зоні склеювання (застосовується ХК термопара в комплексі з відповідним пристроєм, похибка виміру не перевищує ±1,50С ), а пасивний контроль – за допомогою реле часу (похибка виміру ±1с). Наявність в установці засобів подачі пароповітряної суміші та охолодження пакетів дає можливість реалізувати основні вимоги, які пред'являються до кожної із трьох стадій процесу ВТО. Підготовка проб до дублювання визначається вимогами відповідних методик випробувань пакетів статичними ти динамічними методами.

При дублюванні пакетів на установці прохідного типу режим дублювання визначається шляхом зміни швидкості руху транспортної стрічки (? = 2–15 м/хв), тиску на матеріал (Р = 0–50 Н/см2) та температури нагрівання матеріалу в зоні склеювання (температура визначається за допомогою паперового термодатчика з урахуванням температури плавлення клейового покриття).

Раціональні параметри дублювання визначені в рамках відомих методів планування експерименту з визначенням вихідної функції міцності клейового з'єднання до розшарування. З цією метою для пакетів, дубльованих клейовими трикотажними матеріалами КТМ, виготовленими за технологією КНУТД з застосуванням в їх структурі клейових поліетиленових ниток, попередньо, методом диференційно-термічного аналізу, визначено температуру плавлення клейової компоненти (Тпл = 1220С).

Випробування дубльованих пакетів на розшарування здійснено на оригінальному автоматизованому комплексі (АВК), створеному за участю пошукача (рис. 16, г), до складу якого входить розривна машина, автоматизовані системи виміру і реєстрації показників міцності на розшарування та обробки отриманої інформації на базі персонального комп'ютера. Установка розрахована також для випробування на розтяг, розшарування і зсув плівок, волокон, шкіри, текстильних матеріалів.

Реєстрація показників міцності на розшарування здійснюється з інтервалом 1 мм з подальшим визначенням середніх значень та середньоквадратичних відхилень. Допустимі похибки виміру: переміщення – ±0,5%, швидкості руху активних затискачів – ±1,5%, навантаження – ±1%. Установка пройшла метрологічну повірку.

Шостий розділ присвячений вибору предметів досліджень. Складність цього питання зумовлена широким асортиментом текстильних матеріалів, які застосовуються при виготовленні одягу, та відсутністю достатньої бази даних, щодо їх властивостей, необхідної для експериментальної перевірки отриманих в роботі аналітичних залежностей.

Зважаючи на це, предметами досліджень відібрано більше 40 артикулів текстильних матеріалів (костюмних, трикотажних, клейових), розширена характеристика яких наведена в таблицях та додатках до роботи. Характерні властивості текстильних матеріалів наведені в табл. 1, а в'язкопружні властивості, визначені на установці фірми "INSTRON", на рис. 17.

Отримані дані свідчать про суттєву розбіжність в показниках напруження у, подовження е, модуля Юнга Ею та енергії розриву І. Причому вона притаманна навіть матеріалам однакового призначення. Так, костюмні тканини (позиції 1*-7*, 11*) відрізняються по показниками розривного навантаження у в 3–4 рази, розривного подовження е – в 2 рази, модуля Юнга Ею – в 2–2,5 раза і характеризуються як основно-, так і уточновираженими їх значеннями. Порівняно з ними клейові матеріали (позиції 19*, 20*) відрізняються більшою розбіжністю показників (у 8–30) разів та мають поздовжньоорієнтований характер. Значною мірою така картина властивостей отримана і для трикотажних матеріалів (позиції 14*-16*). Із досліджених тканин найбільш пружними виявились волосяні прокладки (позиція 17*), що є закономірним, хоча при цьому спостерігаються низькі значення енергії розриву (приблизно 1,5–9 Дж), подовження 6–10% (особливо по основі), що свідчить про необхідність їх використання в вигляді окремого елемента одягу, який забезпечує ефект пружності.

Таким чином, уже попередні дані щодо в'язкопружних характеристик матеріалів для одягу свідчать про необхідність врахування індивідуальних в'язкопружних властивостей кожного із компонентів пакета, у т.ч. залежно від взаємоорієнтації їх осей в'язкопружності при формуванні пакетів. При цьому слід враховувати вплив клейового з'єднання на інтегральні показники в'язкої пружності в зв'язку з формуванням нової за походженням композитної структури пакета.

Результати досліджень, наведені в розділі 7, підтвердили цю думку.

У сьомому розділі наведені дані експериментальних досліджень фізико-механічних і технологічних властивостей текстильних матеріалів і пакетів на їх основі та результати експериментальної перевірки ефективності отриманих математичних виразів.

При цьому, виходячи з сформульованих у роботі загальних принципів формування системи "одяг" (розділ 1) та отриманих аналітичних рішень (розділи 2, 4), виникла необхідність у визначенні деяких внутрішніх і зовнішніх факторів, які характеризують якісні аспекти розвитку системи. Зважаючи на це, в роботі запропонована схема, яка дає уявлення щодо формування "дерева" якості, стовбур якого представлений хордами k1, k2… kі (показники якості. Гілки дерева (r1, r2…rj) визначають спосіб досягнення необхідного рівня якості, а дві головні гілки (Т1, Т2) формують показники якості внутрішнього (r5, r6…r9) і зовнішнього (r1,r2,r3) походження. До показників якості внутрішнього походження віднесено релаксаційний модуль, декремент затухання, модуль Юнга, енергію розриву проб, жорсткість та інші, які визначаються статичними та динамічними методами. Показники зовнішнього походження характеризують негативні ефекти (розшарування пакета, зморщення, збіг, поява клею на поверхні тканини під час дублювання). Такий підхід до визначення основних чинників забезпечення необхідної якості виробів дає можливість формалізувати деякі з наведених показників внутрішнього походження шляхом визначення раціональних режимів формування, у тому числі з застосуванням математичних методів планування експерименту. В той же час перебудова внутрішньої структури матеріалів під впливом факторів зовнішнього середовища (температури, тиску, напруження, тощо), наслідки об'єднання в одному пакеті матеріалів з різними в'язкопружними характеристиками, які до того ж значно змінюються в процесі хімічних чисток та прання, потребують більш предметної їх оцінки, реалізованої в роботі з застосуванням різних методів.

Динамічні методи досліджень (розділ 5) виявили близьку за характером та значеннями картину показників динамічного модуля в'язкої пружності Е та модуля Юнга Ею. Як приклад, на рис. 18 наведені полярні діаграми Е для костюмних тканин, виготовлених на АП "Чексіл" (м. Чернігів) і клейових матеріалів арт. 5/190, арт. F238 фірми "FREUDENBERG". Як видно із представлених даних (рис. 18, а,б) усі тканини мають хрестоподібну форму показників Е, хоча і відрізняються абсолютним значенням. У той же час дослідженні стрейчеві еластичні матеріали арт. 5692, арт. 161786 мають чітко визначені основні характеристики модулів в'язкої пружності.

Клейові матеріали (рис. 18, в) мають очевидно виражений поздовжній характер модуля Е і більш ніж на порядок поступаються показникам Е костюмних тканин.

Така ж закономірність притаманна й іншим клейовим матеріалам (ар. HV91108, арт. 455238, арт. 1706/105-BS) фірми "Camela". На відміну від наведених вище даних плащові тканини (арт. 1287, арт. 4909, арт. 802) і застосовані для їх дублювання клейові матеріали (арт. 8012, арт. 5425, арт. 2001) мають різноманітну конфігурацію полів модулів в'язкої пружності Е (рис. 19, а,б).

Індивідуальний характер показників Е виявлений також у костюмної арт. 7В7073ДЧ "Мирослав" і пальтової арт. "Альп" тканин.

Характерно, що конфігурація показників жорсткості для льономістких тканин (арт. 30096, арт. 23080, арт. 2000) (рис. 20), збігається з конфігурацією полів модулів в'язкої пружності, що уможливлює їх застосування при оцінці якості клейових з'єднань.

Таким чином, результати статичних і динамічних досліджень в'язкопружних властивостей виявили різні за характером та значенням показники в'язкої пружності, залежно від яких необхідно здійснювати попередній добір матеріалів у пакети.

Окрім цього, виходячи з результатів теоретичної оцінки умов формування в'язкопружних властивостей (розділ 2), виникає потреба добору матеріалів в пакети з урахуванням напрямку дії деформуючих навантажень та визначення незалежних в'язкопружних констант (розділ 4). При дослідженні впливу процесів дублювання на в'язкопружні властивості пакетів, враховувались різні варіанти взаємоорієнтації вісей в'язкопружної симетрії матеріалів верху та клейових прокладкових матеріалів (основа–основа "о-о", основа–уток "о-у", основа–450 "о-450"). Дублювання пакетів здійснювалось на лабораторній напівавтоматичній установці та прохідному пресі фірми "Mayer" (розділ 5) при попередньо визначених на основі планування експерименту раціональних режимах дублювання.

Характерна закономірність трансформування полів модулів в'язкої пружності Е та декрементів затухання д наведена на рис. 21. Наведені дані свідчать про можливість штучного моделювання полів в'язкої пружності залежно від характеру деформаційних навантажень. Особливо це стосується стрейчевих та плащових матеріалів, конфігурація полів модулів пружності яких після дублювання має явно виражений трансверсально-ізотропний характер.

Рис. 21. Полярні діаграми модулів пружності Е (а); декрементів затухання д (б) пакетів костюмних тканин.

У зв'язку з цим можна констатувати, що виявлені можливості формування транстропного характеру в'язкопружних властивостей пакетів підтверджують правильність запропонованих нами моделей та отриманих теоретичних положень і в цілому створюють передумови для визначення технологічних рішень віброформування пакетів деталей одягу. Цей висновок підтверджують і наведені в роботі діаграми показників жорсткості ЕІ пакетів костюмних і плащових тканин. При цьому слід зазначити, що подальші процеси хімічної чистки суттєво впливають на структурні зміни в пакетах, що чітко виявляється на особливостях конфігурацій полів Е та д. Про це свідчать наведені в табл. 2 дані для пакетів костюмних тканин, дубльованих клейовими матеріалами арт. F238, арт. 5/190 і полярні діаграми показників Е і д пакетів пальтової тканини, дубльованої клейовими прокладками арт. 072/412 і арт. КТМ (рис. 22). Як видно із табл. 2, уже перша хімічна чистка призводить до зниження модуля Е на 40–50%, а стабілізація цього показника настає тільки після третьої хімчистки. До речі, закономірності зміни показників жорсткості ЕІ після хімічних чисток мають ідентичний характер.

Таблиця 2

Вплив хімічних чисток на показники модуля пружності Е, МПа

Кількість чисток Пакети "о-о"

арт. Изумруд арт. Родник арт. Север арт. Карат арт. Интеграл

F238 5/190 F238 5/190 F238 5/190 F238 5/190 F238 5/190

0 48,6 37,9 30,8 23,2 50,3 31,5 46,0 27,9 43,8 38,3

1 23,3 35,2 18,6 17,9 30,2 23,4 26,1 16,7 23,9 23,4

3 31,5 27,6 27,0 22,2 28,1 24,9 24,5 19,4 30,3 25,5

5 35,1 28,5 23,6 22,4 27,3 16,8 24,3 22,4 30,7 25,3

Характерно, що практично для всіх композитних пакетів, дубльованих клейовими матеріалами, показники Ек, як правило, мають менші значення, ніж інтегровані характеристики кожного з елементів пакета (). Це закономірно, зважаючи на вплив об'ємів тканини і клейового матеріалу (Vтк і Vкл) на показники Ек: .

Оцінюючи в цілому отримані результати, слід констатувати, що стабілізація структурної перебудови пакетів настає після першої–третьої хімчисток, що необхідно враховувати при визначенні технологічних режимів дублювання. Цей висновок знайшов своє втілення при розробці рекомендацій для підприємств швейної галузі.

Рис. 22.

Другим важливим для практики висновком є те, що створення пакетів з метастабільною структурою залежить від первісних властивостей компонентів пакетів і може бути досягнуто за рахунок різних варіантів взаємоорієнтації вісей в'язкої пружності елементів пакета. При цьому таке прогнозоване моделювання властивостей може бути здійснено на основі отриманих теоретичних рішень, а використання методу неруйнівного контролю в'язкопружних властивостей матеріалів для одягу, що сприяє здійсненню селекційного добору клейових прокладкових матеріалів в пакети залежно від властивостей тканин верху.

Важливим етапом роботи є експериментальна перевірка основних теоретичних положень віброформування складних криволінійних поверхонь деталей одягу (розділ 4). Оцінка достовірності теоретичних положень запропонованої технології віброформування здійснювалась на прикладі збалансованих пакетів костюмних тканин арт. Изумруд, арт. Интеграл, арт. Карат, дубльованих клейовими матеріалами арт. F238, арт. 5/190. До завдання досліджень входила оцінка впливу фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів на технологічні параметри віброформування і відпрацювання методики вибору основних параметрів і режимів технологічного процесу, які забезпечують найбільш раціональні показники енерговитрат. У зв'язку з відсутністю в сучасній технічній літературі інформації щодо в'язкопружних властивостей пакетів текстильних матеріалів, особливо в ділянці температур ВТО, додатково в інтервалі температур Т=201000С визначені модулі в'язкої пружності по основі і утоку пакетів (Е11, Е22), з застосуванням методу поздовжніх резонансних коливань (розділ 5). В'язкопружні модулі зсуву G12 і G21 пакетів визначали на випробувальній установці методом вільних крутильних коливань зразків навколо вісей, які збігаються з напрямками ниток основи та утока. Похибка вимірювання на перевищила для Е11 і Е22 дЕ ±1,5%, а для G12 і G21 дG = ±2%. Коефіцієнт Пуассона v12 визначали при розтягуванні смугових зразків з робочою довжиною l0=0,2м і шириною b=0,05 м. Похибка вимірювання коефіцієнтів Пуассона не перевищувала дv±3,5% (для вимірів застосували катетометр КМ-6 з ціною поділу шкали 0,002?10-3м).

Оскільки процес віброформування виконується в межах температур (Т=100±50С) і розтягнутий у часі на ?=1030с, то із ступінчатих випробувань з постійною швидкістю навантаження =2 Н/хв визначено функції повзучості J(t) в діапазоні температур Т=201000С і часу дії постійного навантаження, який дорівнює t=60с (табл. 3).

На основі отриманих діаграм подовження визначено значення статичних модулів в'язкої пружності Е (табл. 4) (використовувалася друга ділянка діаграм, яка характеризується лінійною залежністю між напруженням і деформацією).

Як видно з наведених даних, значення динамічних Е11, релаксаційних Ер модулів в'язкої пружності близькі між собою (різниця не перевищує 10%), а при нагріванні пакетів до 1000С вони зменшуються в середньому в 3,5–4 раза порівняно з показниками модулів, отриманих при Т=200С.

З урахуванням цих даних при оцінці технологічних параметрів віброформування замість пружних сталих були використані функції релаксації Ер, які визначено при t =60с і Т=1000С.

Експериментальні дослідження процесів віброформування здійснювались на експериментальному вібропресі. Амплітуда поперечних коливань системи "пуансон–пакет" a(t) визначена за допомогою катетометра КМ–6 і становить a(t)=(24)?10-3м. Це дає можливість забезпечити швидкість розвитку відносних деформацій вздовж ниток основи і утоку в межах =0,002–0,005 с-1.

Визначено частоту власних коливань F0 залежно від значень релаксаційного модуля в'язкої пружності Ер (t=60с) та коефіцієнта Пуассона (рис. 23, а,б) пакетів.

а) б)

Рис. 23.

Як видно із наведених даних, отримані експериментальні значення F0 для досліджуваних пакетів 1-8 (позиції 1-8 табл.3) перебувають в межах теоретичних кривих (крива 9), розрахованих з застосуванням формул (74), (75) та усереднених для групи пакетів даних , . При цьому максимальне відхилення експериментальних даних не перевищує 12,5% від теоретичного, що свідчить про високу достовірність отриманих теоретичних рішень. Результати досліджень та відеозйомка процесу віброформування (рис.24) показали, що при режимі резонансних коливань основне навантаження припадає на центральну ділянку пакета, а при деякому виході коливань за межі резонансу вони розподіляються практично по всій поверхні. Ефект наповнення коливань реєструється за допомогою частотовимірювача ЧЗ-34. При цьому встановлено, що частоти при яких спостерігаєься ефект навантаження і які віднесені до резонансних, відповідають відносним частотам, передбаченим рівняннями (73), (76). Такий ефект спостерігається і при величинах магнітної індукції, які відповідають числовим значенням коефіцієнта магнітного поля в (рівняння (75)) і відносної частоти (73). На рис. 25 наведена залежність відносної частоти коливаь (F/F0) "пуансон–пакет" від релаксаційного модуля Ер (t=60с) текстильних матеріалів. Як видно із наведених даних, експериментальні значення Ер для пакетів 1-8 (табл. 3) розташовані нижче теоретичної кривої 9 (найбільше відхилення не перевищує 15% і відповідає пакету арт. Изумруд + арт. 5/190), що ймовірно пов'язано з ефектом саморозігріву пакетів при контакті їх з пуансоном і зміщенням у зв'язку з цим відносної частоти в низькочастотну ділянку.

Отримані результати визначення найбільш ефективних позарезонансних ділянок віброформування повністю відповідають теоретичним висновкам, зробленим у розділі 3 (метод гідродинамічних аналогій) та розділі 4. Результати фізичного натурного експерименту щодо формування об'ємних поверхонь пакетів, здійснених на експериментальній установці при визначених режимах вібронавантаження, також підтвердили відповідність запропонованих основ теорії технологічних процесів формування складних криволінійних поверхонь деталей одягу реальним умовам формоутворення.

ВИСНОВКИ

1. На основі системного підходу сформульовані загальні принципи еволюційної зміни первісних властивостей текстильних матеріалів для одягу в процесі розвитку системи "одяг", які втілилися в процесі реалізації відповідних розділів дисертаційної роботи .

2. Показано, що в основі формування інтегральних показників в'язкопружних властивостей пакетів деталей одягу і ефективної реалізації гідродинамічних процесів ВТО лежать первісні властивості тонкої і грубої структури текстильних матеріалів (морфологічні, фізичні, фізико-механічні), знання яких дає можливість цілеспрямовано здійснювати розвиток властивостей елементів системи "одяг".

3. Показано, що за наявності поліваріантних можливостей трансформування первісних властивостей матеріалів для одягу (фізичних, хімічних, фізико-хімічних, ниткових, комбінованих), у практиці виробництва швейних виробів, в основному, використовують лише деякі з них (ниткові, клейові). При цьому стимулюючим фактором розвитку основ теорії проектування одягу, трансформування його елементів в просторово-об'ємне становище, формування пакетів з необхідними фізико-механічними показниками, є відсутність достатньої бази даних щодо в'язкопружних властивостей матеріалів, особливо давальницького походження, та здобутих в процесі виготовлення одягу.

4. Уперше теоретично доведено, що для отримання збалансованих в'язкопружних властивостей трансверсально-ізотропних пакетів необхідно визначити незалежні компоненти тензорів повзучості Jijkl і релаксації Fijkl, з урахуванням яких можна визначити необхідні технологічні в'язкопружні функції поперечних деформацій (коефіцієнти Пуассона v12(t)=J12/J11 і v21(t)=J12/J22 ) і інші в'язкопружні характеристики пакетів.

5. Уперше. на основі використання методів тензорного розрахунку, принципу суперпозиції і розробленого нами апарата Q-функцій, що спрощує тензорні перетворення в'язкопружних модулів текстильних матеріалів, отримані основні визначальні співвідношення в матричній формі, які описують взаємозв'язки різних типів структурної анізотропії текстильних матеріалів.

6. Уперше, на основі використання методу гідродинамічних аналогій отримано рішення задачі вібраційного формування деталей одягу, які дають можливість визначити необхідні технологічні параметри коливань з урахуванням властивостей системи.

Показано, що енергетично вигідним є варіант роботи системи "формуючий орган – предмет обробки" в позарезонансній ділянці відносних частот. При цьому використання динамічних методів пресування дає можливість знизити показники енерговитрат шляхом зміни кута зсуву фаз (раціональним є значення ц=700-900).

7. Аналітично вирішене завдання визначення ефективності роботи системи "формуючий орган – предмет обробки" по коефіцієнту динамічності .

8. Уперше, виходячи із прийнятих гіпотез, допущень і граничних умов, вирішена одна із найбільш складних задач формування криволінійних поверхонь із текстильних матеріалів статичним і динамічним методами при заданих формі пуансона g(r) і законі формування трансверсально-ізотропного пакета u(t). Отримані рівняння дають можливість визначити технологічні напруження і переміщення на різних етапах формування з урахуванням факторів формуємості A(t), кута формування в і модуля в'язкої пружності Е.

9. Уперше запропонована модель процесу формування складних криволінійних поверхонь деталей одягу в поперечному електромагнітному полі і отримані рівняння руху з урахуванням сил електромагнітного походження, на основі яких побудована залежність частоти коливань пакета f(в) від індукції в магнітному зазорі В та фізико-механічних властивостей матеріалів. Визначена раціональна технологічна ділянка індукції в магнітному зазорі () і встановлено, що вибір раціональних параметрів вібропресування (діапазон частот, рівні електромагнітної індукції) визначаються фізико-механічними властивостями пакета, що формується (с, Е11, G12, v12), його геометричними параметрами (h, b, l), видом та амплітудою формування (m, w0).

10. У роботі застосовані сучасні статичні та динамічні методи визначення фізико-механічних та реологічних властивостей текстильних матеріалів та пакетів (установка "INSTRON", Англія), лабораторна напівавтоматична установка поздовжніх коливань УДМ–1-КБ, автоматизовані установки для дублювання пакетів (ВТО–19, RPS–C 1400 фірми MAYER) та засоби їх випробувань на розшарування та жорсткість. Визначені основні метрологічні показники роботи установок.

11. Розроблено науково обґрунтований метод вибору предметів досліджень, до складу яких включені костюмні, пальтові, плащові, трикотажні льоновмісні полотна і клейові матеріали вітчизняного і зарубіжного виробництва. У межах діючих ДСТУ визначено додаткові властивості матеріалів, які впливають на технологічні параметри віброформування.

12. Уперше визначено основні в'язкопружні показники текстильних матеріалів і пакетів на їх