Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 15
1.1. Анализ работ, посвященных исследованию объемности и
деформаций сжатия текстильных материалов 15
1.1.1. Текстильные и перопуховые волокна наполнителей 16
1.1.1.1. Текстильные волокна наполнителей 17
1.1.1.2. Сырье перопуховое для наполнителей
1.1.2. Ткани наперников, чехлов, наволочек 32
1.1.3. Сжатие. Составные части деформации при сжатии (растяжении) 39
1.1.4. Методы оценки деформации волокнистого материала под действием механических нагрузок
1.1.4.1. Математическое описание деформации сжатия 69
1.1.4.2. Модельные методы изучения деформации текстильных материалов
1.1.4.2.1. механические модели Максвелла, Кельвина-Фойгта, Эйринга, Г.Н. Кукина и А.Н. Соловьева 75
1.1.4.2.2. механические и аналоговые модели А.Г. Севос-тьянова и П.А. Севостьянова 78
1.2. Анализ работ по теплозащитным свойствам наполнителей стеганых одеял 83
1.2.1. Теплозащитные свойства материалов 84
1.2.2. Единицы измерения теплозащитных свойств материалов 86
1.2.3. Методы экспериментальной оценки теплозащитных свойств материала 87
Выводы по главе 1 89
Глава 2. Моделирование деформации волокнистого материала 93
2.1. Особенности поведения ВМ при деформации 93
2.2. Модели деформаций сплошных сред 104
2.2.1. Линейная динамическая модель сжатия волокнистой массы (модель Кельвина и Фойгта) 108
2.2.2. Линейная динамическая модель сжатия волокнистой массы с учетом накопления необратимой деформации во времени (модель Френкеля — Образцова и др.) 115
2.3. Статическая модель деформации с кулоновским трением 118
Выводы по главе 2 131
Глава 3. Аналитические и экспериментальные исследования одно цикловых характеристик деформации массы волокон при сжатии 134
3.1. Характеристика текстильных и перопуховых волокон 134
3.2. Методы оценки упругих свойств и составных частей деформации сжатия волокнистой массы исследуемых
материалов на основе одноцикловых характеристик 137
3.2.1. Тестирование перопухового материала по методу Японского промышленного стандарта JIS L 1903-1990
на показатель упругости (удельного объема) - и, мм 137
3.3. Применение корреляционного анализа для выявления тесноты связи между количеством (долей, %) пуха в перопуховой смеси и упругостью (объемностью) смеси, определяемой по Японскому промышленному стандарту 140
3.4. Исследование эффекта «наполняющей способности» и объемности массы волокон наполнителя 147
3.5. Тестирование массы текстильных волокон на эластические свойства при деформации сжатия 155
3.5.1. Метод оценки упругости и объемной массы ваты. Вата хлопчатобумажная одежная и мебельная 156
3.5.2. Методика оценки эластичности и составных частей деформации при сжатии перопуховых и текстильных волокон на
базе одноцикловых характеристик 159
3.6. Расчет необходимого числа испытаний при определении полной деформации сжатия массы волокон 165
3.7. Основные формулы, применяемые в исследованиях, для оценки деформации сжатия массы волокон и изделий (одеял и подушек), а также составных частей деформации 167
3.8. Применение одноцикловых характеристик для оценки полной деформации сжатия и ее составных частей при сжатии массы
волокон наполнителей 169
Выводы по главе 3 179
Глава 4. Экспериментальные исследования одноцикловых характеристик сжатия стеганых одеял и подушек 181
4.1. Тестирование эластичности одеяла в соответствии с японским стандартом L 1914: 1998 181
4.2. Прибор и методика оценки деформации сжатия стеганых одеял и подушек ДЭО-1 183
4.2.1. Сравнение формул расчета эластичности и деформации сжатия 184
4.2.2. Принципы подбора нагрузки на стеганое одеяло и подушку при исследовании их деформации сжатия 185
4.3. Материал (ткани) чехла 187
4.4. Проведение экспериментов и оценка их результатов 188
4.4.1. Результаты исследований одноцикловых характеристик сжатия стеганых одеял 189
4.4.2. Результаты исследований одноцикловых характеристик сжатия подушек 199
4.5. Исследование влияния вида ткани чехла (наволочки) на деформа ционные свойства изделия (подушки) с оценкой одноцикловых характеристик 223
Выводы по главе 4 227
Глава 5. Исследование теплозащитных свойств стеганых одеял с перо пуховыми и текстильно-волокнистыми наполнителями, имеющими различные релаксационные характеристики 230
5.1. Теоретические предпосылки и методика оценки взаимосвязи между объемными характеристиками волокнистых материалов наполнителей стеганых одеял и их теплозащитными свойствами 231
5.1.1. Коэффициент теплового сопротивления изделия 231
5.1.2. Пористость и объемный вес 234
5.1.3. Метод определения суммарного теплового сопротивления материалов для изделий 236
5.2. Результаты экспериментальных исследований теплозащитных свойств стеганых одеял с перопуховым и текстильно-волокнис тыми наполнителями 240
5.2.1. Программа проводимых исследований и характеристика образцов 240
5.2.2. Результаты исследований теплового сопротивления образцов стеганых одеял 242
5.2.3. Оценка коэффициента наполнения - Кнх., объемного веса - /? и пористости - W образцов стеганых одеял 249
5.2.3.1. Определение объема образцов 249
5.2.3.2. Коэффициент наполнения -Кн,с., объемный вес —/? и пористость образцов —W 251
5.3. Сопоставление результатов по деформации сжатия стеганых одеял с теплозащитными характеристиками образцов 253
Выводы по главе 5 257
Общие выводы по работе 259
Список литературы
- Текстильные волокна наполнителей
- Линейная динамическая модель сжатия волокнистой массы с учетом накопления необратимой деформации во времени (модель Френкеля — Образцова и др.)
- Применение корреляционного анализа для выявления тесноты связи между количеством (долей, %) пуха в перопуховой смеси и упругостью (объемностью) смеси, определяемой по Японскому промышленному стандарту
- Сравнение формул расчета эластичности и деформации сжатия
Введение к работе
Актуальность работы. Изделия домашнего текстиля и в первую очередь одеяла и подушки, предназначенные для обеспечения комфортного существования человека, являются важной составной частью текстильного производства в мире. В процессе изготовления, транспортировки, хранения и эксплуатации подушек и стеганых одеял волокна их наполнителей в массе и сами изделия испытывают деформацию сжатия.
Исследование релаксационных характеристик волокон в массе наполнителей изделий и самих изделий при сжатии, а также оценка влияния отдельных свойств массы волокон (упругих и других) на объемность подушек и стеганых одеял и теплозащитные свойства последних делает работу актуальной и своевременной.
Цель и задачи исследования: Целью данной диссертационной работы является разработка научных основ и исследование характеристик объемности и деформаций при сжатии с последующей релаксацией во времени массы текстильных и перопуховых волокон наполнителей подушек и стеганых одеял и самих изделий, а также теплозащитных свойств образцов стеганых одеял с различными характеристиками.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
S рассмотрение физико-механических и некоторых других свойств ряда текстильных (натуральных и химических) и перопуховых волокон наполнителей, а также тканей чехла для их использования при изготовлении подушек и стеганых одеял; S проведение аналитических исследований ранее выполненных работ в области изменения объемности при сжатии массы волокон с последующей релаксацией во времени; S проведение аналитических исследований в области моделирования деформации волокнистого материала при сжатии-растяжении; S разработка модели деформации массы волокон с учетом трения между волокнами; S разработка и изготовление работающей экспериментальной модели прибора и методики для оценки деформаций при сжатии с последующей релаксацией во времени изделий (подушек и стеганых одеял), а также прибора для тестирования объемности массы волокон;
S проведение экспериментальных исследований одноцикловых характеристик релаксационных свойств массы текстильных и перопуховых волокон наполнителей, а также стеганых одеял и подушек при сжатии;
S проведение экспериментальных исследований теплозащитных свойств стеганых одеял с различными характеристиками наполнителей.
Методика исследования. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. В качестве базовых, для теоретической оценки деформации волокон при сжатии и их дальнейшей релаксации, положены работы отечественных ученых Г.Н. Кукина, А.Н. Соловьева, П.Д. Баля-сова, А.Г. Севостьянова, а также зарубежных авторов Ф. Фурне, Р. Кесвелл.
Проведены теоретические исследования и разработана новая статистическая модель деформации волокнистой массы с кулоновским трением. Алгоритм моделирования реализован в виде компьютерной программы.
В основу экспериментальных исследований положены как известные методики и приборы для оценки сжатия волокон, так и разработанные на основе японских литературных источников рабочие модели экспериментальных приборов для оценки релаксационных (упругих, эластических, пластических) свойств текстильных и перопуховых волокон наполнителей, а также стеганых одеял и подушек.
В основу экспериментальных исследований теплозащитных свойств текстильных материалов по методу регулярного режима положены методики с использованием отечественного прибора ПТС-225. Использованы матема-тико-статистические методы обработки результатов аналитических и экспериментальных исследований.
Экспериментальная часть работы выполнена на предприятиях ООО «Торговый дом Даргез», в том числе на Зарайской фабрике перопуховых изделий. Лабораторные исследования проведены в ОАО «ЦНИИШП», ОАО НІЖ «ЦНИИШерсть» и лабораториях предприятий.
Объект исследований: В качестве объекта исследований приняты текстильные волокна (шерстяные и полиэфирные - PES) и перопуховые смеси (90% пуха и 10% пера; 55% пуха и 45% пера), наиболее употребительные в качестве наполнителей стеганых одеял и подушек, а также сами изделия (стеганые одеяла и подушки). Научная новизна работы
Впервые в отечественных исследованиях изучаются в одинаковых сравнительных условиях релаксационные свойства текстильных и перопуховых волокнистых масс наполнителей стеганых одеял и подушек при близком к существующему диапазоне нагрузок сжатия.
Впервые исследуются деформация и релаксация изделий (подушек и стеганых одеял) с различными видами волокнистых наполнителей при сжатии.
Проведена разработка и обоснование:
S модельных методов оценки деформации волокнистых материалов с реализацией алгоритма моделирования в виде компьютерной программы, учитывающей трение волокон в массе наполнителя;
S применения одноцикловых характеристик для оценки деформации и ее составных частей при сжатии массы текстильных и перопуховых волокон и готовых изделий;
S составных частей деформации и релаксационных свойств текстильно-волокнистой и перопуховой массы наполнителей стеганых одеял и подушек при различном соотношении в перопуховых смесях пуховых и перьевых компонентов;
S корреляционной зависимости между упругостью перопуховой смеси и количеством в ней пуховой составляющей;
S коэффициентов вспушивания - Кв и наполнения массы волокон в свободном состоянии - Кн.с. Определена эмпирическая зависимость объемности перопуховой смеси от доли (%) пуха в ней;
S составных частей деформации и релаксационных свойств подушек и стеганых одеял на специально изготовленном экспериментальном образце прибора;
S математико-статистических зависимостей между теплозащитными свойствами стеганых одеял с различными наполнителями и их массой, толщиной, характеристикой деформационно-релаксационных свойств при сжатии.
Практическая значимость работы:
S Предложенную схему моделирования деформации волокнистых материалов можно считать более практичной по отношению к существующим, поскольку в волокнистых материалах отсутствуют физические основы вязкого трения, а предложенная статистическая модель с сухим кулонов-ским трением более точно отвечает существующим физическим представлениям о поведении волокнистых материалов при деформации.
S При оптимизации состава перопуховой и текстильно-волокнистой массы смесей наполнителей стеганых одеял и подушек необходимо учитывать выявленные в работе факторы объемности и релаксационных свойств компонентов смесей.
S Разработанный и изготовленный экспериментальный образец прибора для оценки деформации при нагрузках сжатия и последующей релаксации подушек и стеганых одеял дает возможность оценивать составные части одноцикловых характеристик деформации (упругая, эластическая, пластическая) с включением некоторых из этих параметров в характеристики изделий при их оценке и продаже.
S Найденные математико-статистические зависимости теплозащитных свойств стеганых одеял от характеристик их массы, толщины, объемности и релаксационных свойств при сжатии могут быть использованы при проектировании величины теплового сопротивления стеганых одеял.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:
S Заседании Ученого совета НІЖ ЦНИИШерсть, Москва, 2008-2009 гг. S Международной выставке домашнего текстиля Heimtextil, январь 2008,
Германия. S Заседании НТС фабрики «Перопух», г. Зарайск Московской области,
апрель 2009 г. S Заседании кафедры технологии шерсти ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина, октябрь 2009 г.
Публикации По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 76 наименований. Работа изложена на 316 страницах текста, содержит 66 таблиц, 71 рисунок, 9 приложений.
Текстильные волокна наполнителей
Целью данного этапа работы является обоснование направленности исследований на основе рассмотрения результатов, полученных ранее отечественными и зарубежными исследователями в данной области.
Проблеме сжатия текстильных волокон в массе посвящено довольно много работ отечественных и зарубежных авторов. К числу обобщающих работ с большим анализом результатов различных исследований следует отнести работы П.Д. Балясова [4], Р. Кесвелла [7], Г.Н. Кукина и А.Н. Соловьева [9; 10], Э.А. Немченко и др. [15].
П.Д. Балясов [4], проведя анализ большого числа работ, пришел к выводу, что проблема процесса сжатия волокон в массе — «это большая научная проблема», она актуальна и требует дальнейшей разработки. Им определена зависимость изменения объема и объемной массы многих видов текстильных волокон в зависимости от давления, а также получены фактические данные о составных частях деформаций сжатия волокон в массе на всем возможном диапазоне давлений и при использовании наиболее простой и доступной всем единой методики. Материалы, полученные автором достоверны и могут служить в качестве справочного материала по этому вопросу.
Р. Кесвелл [7] посвятил одну из глав в книге по текстильному материаловедению способности к восстановлению образца объема массы волокон после сжатия. Он приводит характеристики процесса сжатия разных волокон в массе.
Э.А. Немченко [15] провел значительные исследования по определению способности различных химических волокон к восстановлению объема после снятия нагрузки. Э.А. Немченко определена так называемая сжимаемость волокон. В качестве средства определения эластических свойств штапельного волокна принят метод сжатия массы волокон в цилиндре. Г.Н. Кукин и А.Н. Соловьев [9; 10] глубоко и обстоятельно исследовали физико-механические свойства волокнистых материалов и на основе анализа работ других авторов систематизировали большой материал по текстильному материаловедению. Ими проведены исследования основных деформаций, которым подвергаются волокна, нити и ткани, включая сжатие волокон в массе.
Далее, в связи с нашими исследованиями, направленными на изучение вопросов деформаций сжатия массы волокон, используемых в качестве наполнителей в стеганых одеялах и подушках и деформаций сжатия самих этих изделий, рассмотрим ранее полученные результаты авторами в научно-технической литературе, в том числе: свойства предполагаемых к использованию в качестве наполнителей текстильных и Текстильные и перопуховые волокна наполнителей Стеганые постельные принадлежности (одеяла и подушки) состоят из чехла (ткани и волокнистой массы наполнителя, которые прошиваются (простегиваются) как по периметру, образуя изделие (одеяло или подушку), так и . по площади (в основном одеяла), закрепляя наполнитель внутри изделия.
Наполнитель. Основные свойства изделию - теплозащитные, воздухопроницаемости, упругости, паропроницаемости, объемности и др. — обеспечивают наполнители. В качестве наполнителей применяют волокна натуральные, химические и перопуховые [5; 6]. 1.1.1.1. Текстильные волокна наполнителей
Одной из важнейших характеристик упругости волокон является на чальный модуль упругости. Начальный модуль упругости волокна определя-ется нагрузкой (кг/мм ), необходимой для вытягивания волокна на 1% его первоначальной длины.
Начальный модуль упругости характеризует степень деформируемости волокон при приложении к ним нагрузки. Чем больше величина начального модуля упругости, тем трудней деформируется волокно и тем меньше изменяется форма изделий из этого волокна в процессе эксплуатации.
В процессах переработки и эксплуатации волокна и нити подвергаются натяжению в течение некоторого промежутка времени, а затем разгружаются и получают отдых. В соответствии с этим разработана одноцикловая характеристика деформаций цикла НАГРУЗКА - РАЗГРУЗКА - ОТДЫХ, что позволяет изучить протекание процесса релаксации в период, когда макромолекулы и звенья полимеров стремятся занять исходное равновесное состояние. Известно, что функционально такие утепляющие материалы, как ватины, выполняют в одежде такую же роль, как наполнители в стеганых одеялах. А.В. Бурдюков и Г.Н. Петухов в работе [19] представляют интересующие нас характеристики эластичности отдельных волокон.
Наиболее эластичны и упруги химические синтетические волокна (ка прон, лавсан, нитрон), а из натуральных волокон — шерстяные. К недостаткам шерстяного волокна относят плохую сопротивляемость к повышенному тепловому воздействию, молеповреждаемость и низкую сопротивляемость действиям щелочей.
К недостаткам полиамидных волокон относят повышенную электри-зуемость в процессе переработки, недостаточную устойчивость к действию солнечного света и атмосферного воздействия. Полиэфирные волокна имеют высокую разрывную прочность, хорошую драпируемость, устойчивы к химической чистке. К недостаткам относятся малая гигроскопичность, склонность к пилингованию и плохая окра-шиваемость.
Полиакрилнитрильные волокна имеют высокую объемность, хорошую упругость, малую сминаемость, шерстоподобный вид, высокую химостой-кость, устойчивы к действию микроорганизмов, плесени и насекомых. К основным недостаткам относят малую гигроскопичность, повышенную хрупкость, малое сопротивление истиранию.
К преимуществам полипропиленовых волокон относят малую плотность, высокую прочность, устойчивость к действию кислот, щелочей и микроорганизмов. К недостаткам — полная негигроскопичность, плохое сопротивление действию высоких температур.
М.Д. Перепёлкина и др. [20] рассмотрели термины и терминологию, связанные с неткаными материалами. Основу большинства нетканых мате- риалов — волокнистый холст — называли и еще продолжают называть по-разному: волокнистое полотно, волокнистый слой, ватка и др. Однако в последнее время прочное место заняло более правильное название «волокнистый холст» или просто холст, т.к. это название лучше определяет характерные свойства материала и, кроме того, термин «холст» давно существует в текстильном производстве.
Линейная динамическая модель сжатия волокнистой массы с учетом накопления необратимой деформации во времени (модель Френкеля — Образцова и др.)
Отметим, что в теории деформируемых сплошных сред для описаний деформаций и построения тензоров напряжения и деформаций используют две системы координат [59; 60]: Эйлера и Лагранжа. В первой системе, например, тензор деформаций в каждой точке системы координат задает значения деформации той материальной точки среды, которая в данный момент попала в эту координатную точку. Таким образом, в разные моменты времени тензор в точке с одними и теми же координатами описывает деформацию разных материальных точек сплошной среды. В системе координат Лагранжа координаты «привязаны» к конкретной материальной точке сплошной среды. Поэтому, например, значения тензора напряжений в разные моменты времени и в одной и той же точке лагранжевых координат описывают изменения напряженного состояния этой материальной точки среды. При этом вследствие деформации эта материальная точка может в разные моменты находиться
96 в разных геометрических точках пространства, т.е. иметь разные эйлеровы координаты. Показано, что при малых деформациях (но не перемещениях) и линейных зависимостях между напряжениями и деформациями различием между этими двумя системами координат можно пренебречь. Однако при больших деформациях или при нелинейных зависимостях этими различиями между двумя способами описания пренебрегать нельзя [59]. Хотя и существует взаимосвязь между эйлеровыми и лагранжевыми системами координат, позволяющая переходить от одного способа описания деформации сплошной среды к другому, все это создает дополнительные трудности при решении прикладных задач.
Перечислим некоторые характерные особенности поведения рассматриваемых видов ВМ при их деформации [11; 15; 63; 64; 65].
Отсутствие выраженной ориентации и распрямленности волокон вдоль определенного направления. Извитость волокон, природная или искусственно созданная, во много раз увеличивает упругость ВМ. В отличие от многих других материалов ВМ обладает способностью сжиматься, уменьшая первоначальный объем и размеры в несколько раз, сохраняя при этом свойство упругости. Это свойство ВМ связано с извитостью волокон. Такая способность к большим деформациям сближает ВМ с классом полимеров, называемых эластомерами, например резинами [62; 63; 4].
Высокая разреженность волокон в ВМ. Это означает, что объем собственно волокон составляет малую долю от объема, занимаемого ВМ. Остальная часть объема заполнена воздухом. Если обозначить через т массу образца ВМ, через V - занимаемый и объем, а через rf — объемную плотность волокон, то объем, занимаемый собственно волокнами, равен Vf=mlrf, что намного меньше V. Большую часть объема ВМ занимает воздух. Это позволяет волокнам сохранять свою извитость, а ВМ проявить способность к большим сжатиям. Именно это обстоятельство определяет и теплофизические свойства ВМ, в частности низкую теплопроводность. При сжатии отношение Vf IV приближается к единице. Соответственно сжатый или плотно спрессо 97 ванный ВМ претерпевает структурные изменения, поэтому его механические и теплофизические свойства могут кардинально измениться [4].
Взаимодействие волокон внутри ВМ происходит в отдельных точках при соприкосновении волокон. Аналогичная картина наблюдается у эластомеров, только на более низком, молекулярном уровне. Роль волокон у эластомеров играют молекулы полимеров, которые сцеплены между собой в отдельных точках, расположенных редко по длине молекул. Еще более близкой аналогией для ВМ являются вспененные эластомеры, у которых размеры пор, наполненных воздухом, таковы, что доля объема, приходящегося на воздух, близка к этой доле в ВМ. Однако в отличие от эластомеров, у которых в точках сцепления полимерные волокна соединены относительно прочными химическими связями, в ВМ волокна взаимодействуют в точках контакта лишь за счет сил кулоновского «сухого» трения и сцепления неровностей поверхностей волокон (чешуек и т.п.). Поэтому при сжатии ВМ эти силы легко преодолеваются, точки контакта перемещаются вдоль волокон, а их число по мере сжатия быстро нарастает. Таким образом, хотя внешне структура ВМ похожа на структуру эластомера, поведение волокон в ВМ при сжатии принципиально отличается от поведения полимерных молекул в эластомерах [11; 65].
Эти различия отражены на рис. 2.3. Слева схематически показано поведение трех молекул эластомеров. Сами молекулы изображены сплошными линиями, а область их межмолекулярного взаимодействия - штриховыми. В точках А, В, С молекулы образуют химическую связь. При малых деформациях (эпизод П) молекулы меняют форму по сравнению с исходным состоянием (эпизод I), на что уходит энергия деформации. При больших деформациях (эпизод III) области межмолекулярного взаимодействия отдельных молекул могут пересечься и в результате возникнуть новые химические связи между молекулами (точка Е). Таким образом, в эластомере происходят структурные изменения. Появление новых точек взаимодействия повышает сопротивление деформации, т.е. приводит к эффекту упрочнения, дальнейший рост деформации (на рисунке не показан) может привести, наоборот, к разрушению связей и, соответственно, к новым структурным изменениям и разрушению материала.
Механизм поведения волокон в ВМ принципиально отличается от поведения полимерных молекул. Справа на рис. 2.3 приведена геометрическая модель поведения волокон ВМ при нагружении. Волокна взаимодействуют между собой, как и молекулы эластомера, в отдельных точках А, В, С (эпизод I). Однако в отличие от прочной химической связи молекул, волокна связаны силами трения и поверхностного сцепления за счет неровностей их поверхности. Поэтому уже при малых деформациях происходят не только изменения формы волокон, их извитости, но и перемещения точек трения и сцепления между волокнами (эпизод II: точки А , В , С). С ростом деформации не
99 только меняется положение точек сцепления между волокнами на волокнах, но и увеличивается их число вдоль длины волокон (эпизод III).
Следует также учитывать, что молекулы эластомеров при постоянной температуре являются практически абсолютно упругими объектами, и их изменения формы обратимы. Волокна сами образованы из комплексов полимерных молекул. Поэтому деформации растяжения, сжатия, изгиба, кручения для отдельных волокон - это деформации полимерного материала и могут быть необратимыми. Каждое волокно независимо от его взаимодействия с другими волокнами может рассматриваться как изделие из эластомерного материала, на которое воздействуют нагрузки со стороны других таких же волокон. При этом проявляются все известные свойства эластомеров: большие деформации, релаксационные и пластические свойства. Таким образом, ВМ - это уже следующий масштабный уровень изделия по сравнению с изделиями из эластомеров (рис. 2.4). Поэтому при одинаковых видах испытаний поведение ВМ отличается от эластомеров
Применение корреляционного анализа для выявления тесноты связи между количеством (долей, %) пуха в перопуховой смеси и упругостью (объемностью) смеси, определяемой по Японскому промышленному стандарту
В процессе эксплуатации текстильных изделий, в том числе постельных принадлежностей (подушек, одеял и др.) текстильные и перопуховые волокна в массе наполнителей часто подвергаются деформации сжатия. Выявлено (глава 1), что одноцикловые характеристики, получаемые при сжатии массы волокон, характеризуют их структурные особенности и оказывают решающее влияние на свойства изделий [4; 6-8; 15; 20; 34-39; 66].
Задачей экспериментальных исследований, проводимых в настоящей работе, является в первую очередь получение более полных фактических данных об изменениях объема и объемной массы наиболее используемых в качестве наполнителей одеял и подушек перопуховых и текстильных волокон в зависимости от их вида при определенном давлении, а также о составных частях деформаций сжатия волокон в массе.
Сложность состоит в том, что оценки процесса сжатия массы волокон, представленные в различных работах, проводились по разным методикам, на разных волокнах, что затрудняет возможность их использования. Практически нет работ по сравнительной оценке эффективности использования массы перопуховых и текстильных волокон в качестве наполнителей.
Характеристика текстильных и перопуховых волокон Для исследования были взяты волокна, широко используемые в качестве наполнителей при изготовлении подушек и стеганых одеял в отечественной промышленности и зарубежными фирмами [3; 29; 30].
Требования к перопуховому сырью по органолептическим и физико-химическим показателям изложены в таблицах 1.9; 1.10 и 1.12 (глава 1). Материалы по тестированию перопухового наполнителя, используемого в рассматриваемых исследованиях, приведены в таблицах 3.3 и 3.4 (приложения 3 и 4).
Методы оценки упругих свойств и составных частей деформации сжатия волокнистой массы исследуемых материалов на основе одноцикловых характеристик
В настоящее время исследование упругих свойств перопуховых волокон и текстильных волокон проводятся по различным методикам и с использованием различных приборов, что затрудняет использование материалов исследований. Ниже представлены материалы по отдельным методикам, а также принятая в исследованиях единая методика оценки одноцикловых характеристик и составных частей деформации сжатия изучаемых волокон [66; 67].
Тестирование перопухового материала по методу Японского промышленного стандарта JIS L 1903-1990 на показатель упругости (удельного объема) и, мм Этот стандарт [2; 68] регламентирует методы тестирования набивочного перопухового материала, используемого в перопуховых изделиях, тестирование на показатель упругости и производится на специальной установке, схематический чертеж которой представлен на рис. 3.1.
Цилиндрическая часть состоит из цилиндра и подставки, на которую ставится цилиндр. Внутренний диаметр цилиндра - 290±1 мм, высота -500±10 мм. В трех местах на прозрачной боковой поверхности цилиндра имеются шкалы с шагом деления 2 мм. Внутренние стенки цилиндра имеют гладкую поверхность. Диаметр подставки равен внутреннему диаметру цилиндра.
Примечание: Фирмой «Торговый дом Даргез» для производственных и исследовательских целей закуплены в Японии 2 установки для оценки упругости перопухового материала и одна установка для тех же целей у фирмы H.Lorch (Германия)
Узел грузового диска состоит из грузового диска и катушки с намотанной на нее и спускающейся нитью. Грузовой диск выполнен из алюминия и имеет диаметр 285±1 мм, ширина наружного края или поперечины — около 30 мм. С помощью катушки с нитью можно поднимать, опускать и останавливать грузовой диск общим весом 120±0,5 г.
Устройство для загрузки образцов. В отверстии для спуска образцов, расположенном в нижней части, имеется крышка, допускающая его открытие до диаметра 160 мм.
Из тестируемого материала (перопухового) отбирается образец 30±1 г. Открыв крышку, в центр цилиндра аккуратно спускается грузовой диск и после того, как ослабнет нить, на которой подвешен грузовой диск, спустя 2 минуты по шкалам, расположенным в трех местах на цилиндре, определяется с точностью в 1 мм высота грузового диска. Вычисляется среднее арифметическое в мм. Описанная процедура повторяется три раза. Их среднее арифметическое в мм будет соответствовать упругости (удельного объема) — и. В качестве примера приводим результаты отдельных лабораторных анализов перопухового наполнителя на упругость. Масса образца - 30,0±0,5 г (таблица 3.5).
Сравнение формул расчета эластичности и деформации сжатия
При практическом пользовании одеялом во время сна оно испытывает очень незначительные нагрузки под действием собственного веса или наложении частей одеяла друг на друга, или части тела поверх одеяла. Основная нагрузка на одеяло связана с его хранением и транспортировкой. В проводимых в работе исследованиях одеял с различными наполнителями изготовлены одеяла одного размера 140 см х 205 см массой 1,8-2,14 кг. Минимальная нагрузка согласно работе [4] в исследованиях принята равной 0,003 кг/см . Площадь одеяла сложенного вчетверо составляет 70 см х 102,5 см = 7175 см2.
Нагрузка составляет 0,003 [кг/см ] х 7 175 см" = 21,5 кг. Эта нагрузка примерно в 2 раза меньше принятой при японском стандарте. Однако это связано с задачей и целью исследований.
В соответствии с японским стандартом исследуется взаимосвязь между нагрузкой и объемностью сразу после изменения величины нагрузки. Наши исследования выявляют одноцикловые характеристики деформации сжатия при полном «нагрузка - разгрузка - отдых» и длительном (1 эксперимент проводится в течение 4-х часов) цикле.
Нагрузка на подушку рассчитывается, исходя из действительно производимого головой человека давления на подушку во время сна (способ определения параметров подушки - объема, массы, толщины-высоты — дан далее) [67]. При расчете использовались материалы работ [1; 16; 9]. Расчет проводим в следующем порядке:
Основные характеристики тканей, в том числе используемых в качестве наперников, чехлов, наволочек представлены в главе 1. большинство отечественных и зарубежных фирм при производстве постельных принадлежностей, в том числе стеганых одеял и подушек, используют бязевые, ситцевые, сатиновые, батистовые, миткалевые, иногда специальные, например пухо-держащие, а также смесовые ткани.
Сводная таблица физико-механических показателей тканей, использованных для изготовления образцов одеял и подушек, подлежащих испытаниям эластических свойств на приборе ДЭО- Наименование показателя Ткань смесовая протоколы №(41 -46,47-51, 222-224, 276-278) Ткань сатин протоколы № 128-135, 144-151 Ткань перкаль пуходержащ. Протоколы №244-251, 260-267 Ткань батистпуходержащ.Протокол №268-275
Одноцикловые характеристики сжатия определялись для четырех вариантов одеял, отличающихся друг от друга главным образом видом наполнителя. В одном варианте наполнитель представлял собой синтетическое полиэфирное волокно. Тонина волокна 7 денье, длина - 64 мм. Во втором варианте в качестве наполнителя взято полутонкое шерстяное волокно тониной 29 мкм и длиной 90 мм. В третьем и четвертом вариантах в качестве наполнителя использовались перопуховые смеси (третий вариант 90% пуха гусиного и 10% пера гусиного, 4-ый вариант 55% пуха гусиного и 45% пера гусиного).
Те же волокна и смеси использовались и при изготовлении подушек. Только при наполнителе 55% пуха гусиного и 10% пера гусиного исследования повторялись дважды с заменой материала чехла (наволочки) с целью выявления влияния вида ткани на деформационные свойства подушки при сжатии.
По каждому варианту (всего 9 вариантов: 4 по одеялам и 5 по подушкам) изготавливалось, а затем и исследовалось по 8 образцов. Величина ошибки испытаний при этом составляла не более 5%. По каждому варианту (как и при исследовании волокон наполнителя) результаты испытаний представлены в таблицах 4.2-4.5 для одеял и в таблицах 4.7-4.11 для подушек. Таблицы имеют индексы «А» и «В». Таблицы с индексом «А» представляют результаты замеров деформации изделия во времени, а с индексом «В» - результаты расчетов видов деформаций по формулам 3.13; 3.15-3.26.
190 4.4.1. Результаты исследований одноцикловых характеристик сжатия стеганых одеял Полученные результаты экспериментов и расчет компонентов деформации стеганых одеял при сжатии представлены в таблицах 4.2-4.5 «А» и «В» и на рис. 4.3 и 4.4. Примеры рабочих материалов, приложения 7.1-7.4.
Таблица 4.2 «А» Одеяло. В качестве наполнителя — полиэфирное синтетическое силиконизи-рованное волокно 7 денье, длина — 64 мм. Одноциловые характеристики сжатия одеял. Первоначальная «нулевая» нагрузка - 500 г. Рабочая нагрузка - 21,5 кг. Размер одеяла - 140 х 205 (см х см); сложено вчетверо. №№ п/пмасса одеяла, кг Первоначальная высота пробы, 4см Высота пробы за времянагружения 1 мин, см Высота пробы за время нагружения 6 мин. см Высота пробы за время нагружения 30 мин, см Высота пробы за время нагружения 90 мин, см Высота пробы за время нагружения 120 мин, см Высота пробы за время газтузки 1 мин. см Высота пробы за время отдыха 6 мин, см Высота пробы за время отдыха 30 мин. см Высота пробы за время отпьгха 90 мин. см Высота пробы за время отльтха 120 мин. см СЄ5Г1с
Таблица 4.4 «А» Одеяло. В качестве наполнителя - перопуховая смесь в составе: новый гусиный пух белый - 90%, белое перо — 10%. Одноциловые характеристики сжатия одеял. Первоначальная «нулевая» нагрузка - 0,5 кг. Рабочая нагрузка - 21,5 кг. Размер одеяла - 140 х 205 (см х см); сложено вчетверо.
