Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния вопроса проектирования льняных компрессионных изделий .
1.1 История возникновения компрессионных изделий 11
1.2 Область применения компрессионных изделий 14
1.3 Анализ ассортимента компрессионных изделий и их классификация 19
1.4 Анализ существующих материалов для изготовления компрессионных изделий 31
1.5 Выводы по первой главе 39
2 Обоснование объектов исследований 41
2.1 Маркетинговые исследования на рынке компрессионных изделий 41
2.2 Анализ свойств льняных волокон и возможности изготовления компрессионных изделий из льняных трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей . 47
2.3 Выбор и обоснование объектов исследования 52
2.4 Выводы по второй главе 55
3 Разработка номенклатуры показателей качества и исследование свойств льняных трикотажных полотен для компрессионных изделий 56
3.1 Анализ требований к изделиям компрессионного назначения 56
3.2 Выбор метода для разработки номенклатуры показателей качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий 63
3.3 Разработка иерархической структуры показателей качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий 66
3.4 Экспериментальные исследования основных показателей качества льняных трикотажных полотен для изделий компрессионного назначения 72
3.5 Выводы по третьей главе 75
4 Разработка метода оценки давления изделий на тело человека 77
4.1 Анализ методов измерения давления изделий на тело человека и разработка их классификации 77
4.2 Анализ возможности использования положений теории вязкоупругости для оценки изменения давления компрессионных изделий на тело человека
4.3 Разработка метода определения давления на тело человека с учетом реологических свойств полотен 94
4.4 Исследование изменения давления льняных компрессионных изделий на тело человека в процессе их эксплуатации 99
4.5 Выводы по четвертой главе 120
5 Оценка качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий 121
5.1 Совершенствование методик измерения остаточной деформации при растяжении и изменения линейных размеров после мокрых обработок с учетом особенностей льняных трикотажных полотен 121
5.2 Комплексная оценка качества льняных трикотажных полотен для компрессионных изделий 124
5.3 Выводы по пятой главе 132
6 Разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований 134
6.1 Опытная носка льняных компрессионных изделий 134
6.2 Практические рекомендации по использованию результатов исследования компрессионных свойств изделий на разработанном устройстве 137
6.3 Расчет себестоимости льняных компрессионных бандажей спортивного назначения 140
6.4 Выводы по шестой главе 143
Заключение 144
Список литературы
- Анализ существующих материалов для изготовления компрессионных изделий
- Анализ свойств льняных волокон и возможности изготовления компрессионных изделий из льняных трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей
- Разработка иерархической структуры показателей качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий
- Анализ возможности использования положений теории вязкоупругости для оценки изменения давления компрессионных изделий на тело человека
Введение к работе
Актуальность темы. Благодаря достижениям текстильной и легкой промышленности все большее распространение на рынке приобретают изделия компрессионного назначения. Они предназначены для создания лечебного или профилактического эффекта за счет оказания на тело человека дозированного давления, распространяющегося на глубжележащие органы и ткани. Изделия компрессионного назначения востребованы в областях медицины, спорта, особым спросом среди потребителей пользуется корректирующее белье.
Качество компрессионных изделий определяется способностью поддерживать требуемый уровень давления и обеспечивать комфорт при эксплуатации. Наиболее распространенные в области компрессионной терапии синтетические полотна не отвечают гигиеническим требованиям. Для повышения гигроскопичности, воздухопроницаемости, способности отведения влаги от тела целесообразно использовать при изготовлении компрессионных изделий льняные полотна. Они ценятся природными качествами, обладают уникальным набором эксплуатационных характеристик и благоприятно влияют на организм человека. На рынке компрессионных изделий практически отсутствуют товары из льна, а считанные единицы представленной продукции производятся за рубежом и относятся к высокой ценовой категории. Это создает предпосылки для использования доступного и недорогостоящего отечественного льняного сырья при изготовлении компрессионных изделий. Благодаря наличию у льняных полотен медикаментозных и бактерицидных свойств, одной из актуальных задач является разработка медицинских и спортивных льняных компрессионных изделий.
Производство высококачественных льняных компрессионных изделий возможно при наличии исчерпывающей информации о свойствах льняных трикотажных полотен, в том числе с вложением полиуретановых нитей. На этапе проектирования особую важность приобретают вопросы прогнозирования изменения компрессионных свойств изделий в процессе их эксплуатации. В частности, одной из актуальных проблем в компрессионной терапии является изменение размеров изделий с течением времени за счет накопления необратимых деформаций в полотнах, используемых для их изготовления. Это приводит к изменению уровня давления, и, следовательно, снижению лечебного или профилактического эффекта.
Цель диссертационной работы – расширение ассортимента и повышение конкурентоспособности отечественных компрессионных изделий за счет использования при их разработке льняных трикотажных полотен с полиуретановыми нитями, комплексного исследования свойств полотен, разработки методик, направленных на улучшение качества компрессионных изделий.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
изучение ассортимента компрессионных изделий, совершенствование их классификации;
- проведение маркетинговых исследований на рынке компрессионных изделий;
- разработка номенклатуры показателей качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий;
- экспериментальные исследования основных свойств, определяющих качество
трикотажных полотен для изделий компрессионного назначения;
- анализ и систематизация существующих методов оценки давления изделий на тело человека, разработка метода оценки давления и изменения компрессионных свойств изделий на тело человека с учетом влияния реологических свойств полотен;
- совершенствование методик определения остаточной деформации при растяжении и изменений линейных размеров после мокрых обработок за счет приближения условий испытаний к процессу эксплуатации компрессионных изделий;
- разработка методики комплексной оценки качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий;
- разработка конструкций и изготовление компрессионных изделий из льняных трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей, апробация и внедрение результатов научных исследований на производственных предприятиях и в спортивных учреждениях, разработка рекомендаций по практическому использованию результатов исследований при проектировании, изготовлении и эксплуатации льняных компрессионных изделий.
Общая характеристика методов исследования. Для решения поставленных задач, в рамках работы применены стандартные и усовершенствованные методы исследования свойств полотен, разработанный метод оценки изменения давления компрессионных изделий на тело человека, методы квалиметрии, социологического исследования и экспертных оценок, методы интегрального исчисления, математической статистики, которые осуществлялись на ПЭВМ с применением пакетов прикладных программ: MS Excel, MathCad.
Область исследования. Работа выполнена в соответствии с пунктами 2, 6, 7 и 8 Паспорта специальности 05.19.01 – Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности (технические науки).
Научная новизна результатов работы:
- усовершенствована классификация компрессионных изделий, объединяющая различные области их применения;
- получены новые сведения о свойствах льняных трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей для изготовления компрессионных изделий;
- предложена номенклатура наиболее значимых свойств, определяющих качество льняных трикотажных полотен для компрессионных изделий;
- разработан и теоретически обоснован метод оценки изменения давления компрессионных изделий на тело человека с учетом влияния реологических свойств полотен, отличающийся объективностью оценки за счет моделирования растягивающей нагрузки, максимально приближенной к эксплуатационной;
- доказана возможность применения и использована теория вязкоупругости для оценки релаксационных процессов, возникающих при эксплуатации компрессионных изделий;
- разработана методика комплексной оценки качества льняных трикотажных полотен для компрессионных изделий, базирующаяся на использовании показателей желательности.
Практическая значимость результатов работы заключается в следующем:
- получены новые справочные сведения о численных значениях свойств льняных
трикотажных полотен для компрессионных изделий;
- разработана методика определения давления компрессионных изделий на тело
человека с учетом реологических свойств материалов, которая позволяет спрогнозировать
поведение изделий в процессе их эксплуатации, провести научно обоснованный выбор полотен для их изготовления и разработать их рациональную конструкцию;
- разработаны конструкции и изготовлены спортивные льняные компрессионные бандажи, сохраняющие необходимый уровень давления в процессе эксплуатации и удовлетворяющие потребительским требованиям, а также рекомендации по сохранению первоначальных свойств компрессионных изделий при эксплуатации и продлению их срока службы;
- результаты диссертационной работы внедрены на предприятии «Синий лен» («ИП Д.В. Воробьев»), в МБОУ ДОД города Костромы "ДЮСШ №1", МБОУ ДОД города Костромы "ДЮСШ №2".
Апробация результатов работы. Материалы диссертации были доложены и отмечены дипломами и свидетельствами участника на следующих научных конференциях и конкурсах: XXXVI Межрегиональная студенческая НК «Молодежь и кооперация – 2012» (г. Чебоксары, 2012); 64-я Межвузовская НТК молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ – производству» (г. Кострома, 2012); Шестнадцатая областная НК молодых исследователей «Шаг в будущее» (г. Кострома, 2013); Региональный конкурс научно-технических работ, «Инновационный потенциал молодежи Костромской области» (г. Кострома, 2013); Международный конкурс молодых изобретателей «Инновационный потенциал молодежи» на базе XVI Московского международного Салона изобретений и инновационных технологий «АРХИМЕД» (г. Москва, 2013); Всероссийская НК «Новые материалы и технологии современного швейного производства» (г. Киров, 2013); Международная НПК «Взаимодействие высшей школы с предприятиями легкой промышленности: наука и практика» (г. Кострома, 2013); Межвузовская НТК аспирантов и студентов «Молодые ученые – развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК – 2013)», (г. Иваново, 2013); региональный и федеральный этапы Всероссийского студенческого форума-2013 (г. Санкт-Петербург, 2013); Международная НТК «Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности» (г. Витебск, 2014); Международная НТК «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности (ИННОВАЦИИ-2014)» (г. Москва, 2014); Международная НТК «Актуальные проблемы науки в развитии инновационных технологий (ЛЕН-2014)» (г. Кострома, 2014).
Публикации. По теме исследования опубликовано 19 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК, 12 статей в других изданиях, 5 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы, включающего 132 наименования. Работа изложена на 171 странице, включает 43 рисунка, 37 таблиц, 28 формул, 4 приложения.
Анализ существующих материалов для изготовления компрессионных изделий
Компрессионные материалы также используются при протезировании кровеносных сосудов. Чаще всего патологические состояния, при которых показано применение компрессионных изделий, сопровождаются появлением отеков конечностей. Среди компрессионных изделий медицинского назначения преобладают трикотажные изделия, предназначенные для профилактики и лечения заболеваний, связанных с нарушением венозного кровообращения (например, варикозным расширением вен страдает не менее 18-20 % взрослого населения [15]). Заболевание чаще всего поражает вены нижних конечностей и особенно актуально для людей, занимающихся спортом и тяжелым физическим трудом, а также для тех, чья профессиональная деятельность связана с длительным пребыванием на ногах в течение рабочего дня.
Заболевания данной группы различны по степени тяжести, следовательно, для их лечения применяются изделия с различным уровнем компрессии.
К низкой степени тяжести относятся наследственная предрасположенность к заболеваниям вен, беременность (начиная со 2-го триместра), избыточный вес, расширение мелких сосудов и т.д. Средней степенью тяжести обладают острый тромбофлебит, беременность, сопровождающаяся стойкими отеками ног. Самая высокая степень тяжести у варикозной болезни с образованием трофических язв, лимфовенозной недостаточности, лимфостаза и т.д. К механизмам лечебного действия эластической компрессии относятся: - создание дополнительного каркаса для больных вен, предотвращающего их дальнейшее расширение; - ускорение оттока венозной крови из ног в несколько раз; - предотвращение развития и прогрессирования отека; - обеспечение защиты кожи от различных механических повреждений [16].
Стоит отметить следующие преимущества компрессионных бандажей перед гипсовыми повязками в ходе лечения некоторых заболеваний опорно двигательного аппарата: ранняя мобилизация, защита поврежденных связок, профилактика мышечной атрофии, улучшение кровообращения в поврежденной конечности, отсутствие повреждений кожи и, самое главное, сокращение сроков лечения и отсутствие необходимости в длительной реабилитации. Среди всего ассортимента спортивной одежды в последнее время постоянно возрастает доля компрессионных изделий спортивного назначения. Плотно облегающая одежда из высокоэластичных материалов активно используется во многих видах спорта (в армреслинге, беге на коньках, вольной борьбе, художественной гимнастике, велоспорте, водном поло, горных лыжах, легкой атлетике, спортивной гимнастике, фигурном катании и так далее), а также на занятиях общеоздоровительной физической культурой (шейпинг, аэробика) [18].
Во многих исследованиях [19, 20, 21, 22] доказано, что компрессионные изделия благоприятно влияют как на настроение и эффективность работы спортсмена, так и на физиологические показатели его тела. Использование компрессионных изделий приводит к улучшению прыжковых показателей в таких видах спорта, как баскетбол, волейбол и других. Спортсмены отмечают снижение боли в мышцах, мышечной усталости, более быстрое восстановление после нагрузок. В [23] отмечено, что компрессионные изделия обеспечивают необходимый тонус мышц путем уменьшения мышечной вибрации, что является положительным фактором для улучшения спортивных показателей. Использование компрессионных изделий ведет к насыщению мышц кислородом, снижает усталость, увеличивает жизненную активность [24, 21]. Работоспособность мышц повышается примерно на 5-6%.
Помимо перечисленных преимуществ, спортивные компрессионные изделия обеспечивают свободу движений, обладают высокой «обтекаемостью», что незаменимо для скоростных водных видов спорта. Данные изделия также используются для восстановления нормальной подвижности сустава и обеспечения условий заживления поврежденных мягких тканей и последствий пластики связок [25]. Спортивная компрессионная одежда создат «тепловой эффект» и сохраняет мышцы в разогретом состоянии, снижая риск получения травмы [26]. Благодаря специально разработанному градиенту сжатия, сильное давление осуществляется именно на нужные группы мышцы, а не на живот или диафрагму. Кровообращение улучшается, а значит, к мышцам поступает больше кислорода. Кроме того, благодаря прокачиванию крови по сосудам, уменьшается вероятность возникновения варикозного расширения вен.
Тренировки становятся намного эффективнее – в мышцах почти не образуется молочная кислота, уменьшается так называемое «забивание» мышц (молочная кислота и углекислый газ «выдавливаются» в вены), человек способен на более длительные занятия, а после них быстрее восстанавливается. Кроме того не затрачивается лишняя энергия при вибрации мышц – это происходит опять же благодаря компрессии и поддержке мышц, которую она обеспечивает.
Некоторые предпочитают использовать компрессионную одежду и после тренировок, надевая ее на ночь. Многие спортсмены отмечают, что это почти так же эффективно, как массаж, ледяные ванны, акупунктура и прочие восстанавливающие процедуры [27].
Анализ свойств льняных волокон и возможности изготовления компрессионных изделий из льняных трикотажных полотен с вложением полиуретановых нитей
Как правило, для производства компрессионного трикотажа применяются натуральные материалы (хлопок, каучук) или синтетические различных видов. Компрессионные чулки, колготы и гольфы выполняются особой пористой вязкой, благодаря которой материал пропускает воздух.
Для того, чтобы избавиться от ряда недостатков, связанных с применением полиуретановых нитей (например, аллергенность): высоким давлением на кожу (сухость кожи, дискомфорт) и другими факторами, – производители предлагают новые перспективные материалы с уникальными свойствами: - включение в структуру нитей микрокапсул (мицелл) при помощи нанотехнологий. Мицеллы выделяют в материал специальные вещества (масло или экстракт какого-либо растения), позволяющие предотвратить сухость кожи; - использование технологии трехмерная лайкра (Lycra3D). Суть ее в том, что нить Lycra провязывается в каждой петле ряда, а также обкручивается нитью полиамида два раза. Это повышает прочность материала и растяжимость в обоих направлениях; - технология CuTEC, разработанная компанией HURWITS INTERSOCS (Словения). Позволяет использовать свойства ионов меди в изделиях компрессионного трикотажа. Выделяемые ионы меди оказывают антибактериальное и противогрибковое воздействие; - использование органического (биологического) хлопка, который специально выращивается без применения инсектицидов или гербицидов. Его отличает большая мягкость (по сравнению с обычным хлопком), большая способность к поглощению влаги (на 10%), меньшая токсичность и аллергенность; - вложение шерсти ангорского кролика с микрофибрами. Такие изделия обычно используются в холодное время года, когда особенно важно совместить два положительных свойства компрессионного трикотажа – согревающий эффект и эластичность; - включение в состав изделий компрессионного трикотажа ультратонкой проволоки из сильнейшего антисептика серебра. Ионы серебра подавляют рост или разрушают большинство болезнетворных микроорганизмов, вирусов и грибков. Этот материал обладает хорошей теплопроводностью и антистатическим эффектом; - добавление волокна с гигиеническими и бактериостатическими свойствами Bactershield. Использование такого материала обеспечивает комфорт при носке, предотвращает рост большинства известных бактерий и грибков, появление неприятного запаха. Волокно Bactershield хорошо окрашивается и выдерживает многократное воздействие при стирках. В ближайшие годы прогнозируется быстрый рост производства эластичных тканей. Полиуретановые нити занимают значительную долю в сегменте верхней одежды из тканей, трикотажных и даже нетканых полотен. Прогнозируется, что нормами для тканей станут эластичность, способность сохранять это свойство долгое время, а также стабильность размеров и несминаемость. На смену обычным полиуретановым нитям придут полиуретановые нити, специально спроектированные под тот или иной текстильный материал. Развитие полиуретановых нитей будет идти по пути полной совместимости в крашении и отделке с разнообразными текстильными волокнами и нитями (хлопком, шерстью, вискозой, полиэфирными, ацетатными, шелковыми). Также предвидится широкое использование полиуретановых нитей в бесшовной одежде, на рынке которой, в первую очередь, белья, уже сегодня предложение превышает спрос [33].
К настоящему времени не сформировалось единой точки зрения о том, что предпочтительнее в изделиях компрессионного назначения: синтетические или натуральные полотна. Например, аналитики Меди
Байройт убеждены, что хлопок не соответствует требованиям, предъявляемым изделиям компрессионного назначения, и синтетические материалы превосходят его по таким ключевым характеристикам как эластичность, гипоаллергенность и гигроскопичность [37]. В то же время представители компаний Офа Бамберг и Сигварис считают присутствие хлопчатобумажной ткани целесообразной, особенно в местах контакта изделий с кожными покровами. В целом можно говорить о равноправности синтетических и натуральных полотен при изготовлении компрессионных изделий. Изготовление компрессионных изделий из комбинированных материалов является одним из выходов для устранения недостатков материалов обеих групп. Применение новых технологий, перечисленных выше, приближает свойства синтетических материалов к свойствам натуральных. Тем не менее, как показывает анализ потребительского спроса [38], покупатели подсознательно предпочитают изделия из низкоаллергенных, гигиеничных натуральных материалов. Помимо хлопка все большее распространение при изготовлении компрессионного трикотажа получают такие натуральные волокна, как бамбук, каучук. Единственным преимуществом использования каучука является хорошее сцепление с кожей, что особенно важно при оформлении верхнего среза гольфов и чулок. Однако этот материал является аллергенным за счет присутствующих в нем белков.
Бамбуковое волокно представляет собой один из видов целлюлозного волокна, полученного из натурального бамбука. При многократном увеличении поперечного сечения бамбука и ткани, выработанной из него, можно отчетливо видеть эллиптические микрополости и микроотверстия. Они быстро заполнять эти полости воздухом, обеспечивая тем самым хорошую вентилируемость.
Бамбуковая ткань поглощает и быстро испаряет влагу. Изделия с использованием бамбуковых волокон придают прохладу летом и сохраняют тепло зимой. Бамбуковые вещи не липнут к телу в теплое время года, почти не пропускают ультрафиолет, обладают антибактерицидным и антисептическим свойством [39]. Кроме того, бамбуковый материал экологичен, износостоек, хорошо сохраняет цвет и белизну.
Несмотря на разнообразие полотен, используемых для изготовления компрессионных изделий, ни одно и них в полной мере не отвечает предъявляемым к этим изделиям требованиям. Разрабатывается все больше технологий для улучшения свойств синтетических компрессионных изделий, однако необходимо помнить о натуральных волокнах, обладающих высокими гигиеническими свойствами. По показателям гигроскопичности, бактерицидным, медикаментозным свойствам лен превосходит известные сегодня натуральные волокна. Повышение качества компрессионных изделий за счет применения льняных полотен, обладающих уникальными природными свойствами, является актуальной задачей [40,41].
Появление разработок, связанных с вложением льна в полотна для корсетных изделий, определяет целесообразность исследования свойств льняных трикотажных полотен для компрессионных изделий [42]. В настоящее время на рынке практически отсутствуют льняные полотна с вложением полиуретановых нитей. Ранее причиной этому являлись технологические сложности соединения относительно жесткой льняной пряжи с предварительно вытянутым эластомером. В настоящее время полиуретановые нити добавляют в такие участки одежды, как манжеты, резинки носков, низ изделия [40]. Современное оборудование позволяет изготавливать льняные трикотажные полотна с вложением полиуретановых нитей, следовательно, появилась возможность производства льняных компрессионных изделий.
Разработка иерархической структуры показателей качества льняных трикотажных полотен для изготовления компрессионных изделий
Трикотажные изделия в процессе их производства и эксплуатации подвергаются воздействию различных усилий и деформаций. Это оказывает значительное влияние на геометрические характеристики и физико-механические свойства изделий и трикотажных полотен, используемых для их изготовления [113]. В частности, трикотажные изделия подвергаются растягивающим нагрузкам, величина которых меньше значений разрывных нагрузок. Данные воздействия вызывают возникновение релаксационных процессов, приводящих к снижению физико-механических свойств изделий.
Проектирование трикотажных изделий компрессионного назначения подразумевает выполнение ряда требований: - сохранение первоначального состояния изделий и обеспечение заданного уровня компрессии при их эксплуатации; - гарантия комфортности изделий для потребителей в течение всего периода носки; - сопротивление напряжениям, оказываемым на трикотажные изделия при их активном использовании.
Высококачественное компрессионное изделие характеризуется способностью сохранять заданный уровень компрессии в течение всего регламентированного периода эксплуатации [114, 115, 116]. Необходимое давление на тело человека обеспечивается свойствами полотен и размерами изделия. Высокая остаточная деформация при эксплуатационных нагрузках, значительное изменение линейных размеров после стирки препятствуют сохранению первоначальных размеров изделий и структуры трикотажного полотна, что негативно сказывается на компрессионных свойствах изделий в процессе их эксплуатации. Особое внимание необходимо уделять анализу поведения материалов, имеющих высокие значения вышеперечисленных показателей. К полотнам с высокими значениями остаточной деформации при эксплуатационных нагрузках и изменения линейных размеров после стирки относится и льняной трикотаж.
На сегодняшний момент не существует методов, позволяющих произвести точную оценку поведения материала при эксплуатации изделия и прогнозирование изменения давления изделия на тело человека. В ряде исследований представлена необходимость учета релаксационных характеристик полотен при оценке качества компрессионных изделий [9]. Однако в данных работах либо не учитывается связь нагрузки, оказываемой на трикотажное изделие, с давлением на тело человека, либо не принимается во внимание форма части тела, на которую оказывается компрессионное воздействие. Кроме того, измерения проводятся непосредственно на человеке в индивидуальном порядке, что затрудняет прогнозирование поведения изделий в зависимости от их конструктивного решения и вида применяемых трикотажных полотен [115].
Проблемы, касающиеся накопления деформаций в материале, приводящих к изменению его свойств, изложены в положениях теории основанной на взаимосвязи модельных элементов со свойствами вещества, или механической теории. Ее основным достоинством является возможность физической интерпретации поведения материалов.
Модель Гука, являющаяся простейшей при описании взаимосвязи напряжений и деформаций в материале, имеет вид: где а - напряжение, возникающее в материале, МПа; Е - модуль упругости, МПа; є- деформация; Р - нагрузка, оказываемая на материал, Н; С - коэффициент жесткости, Н/мм; X - деформация, мм. Существенным недостатком представленной модели является необъективность описания процессов деформирования сложных материалов, коэффициент жесткости для которых является переменной величиной.
В связи с этим возникла необходимость разработки более сложных механических моделей, объясняющих структуру и механизм деформирования, основными из которых являются модели Максвелла, Кельвина-Фойгта, обобщенная модель Максвелла и другие [117].
Более перспективной теорией, позволяющей описывать релаксационные процессы сложных материалов, не зависимо от длительности проведения эксперимента, прогнозировать их свойства, признана теория наследственной вязкоупругости Больцмана-Вольтерры. Она построена на основе принципа суперпозиций. Согласно этому принципу упругие силы зависят не только от мгновенно полученных смещений, но и от предшествующих деформаций, которые оказывают тем меньшее влияние на них, чем больше времени протекло с момента предшествующих деформаций. Если в какой - либо момент времени г в течении Лх тело получило деформацию е(т), то пропорционально s(x)d(x) и функции времени t - т. Влияние полученных деформаций в разное время складывается.
Релаксацией называется уменьшение усилия в материале при постоянной деформации с изменением времени. Общий вид релаксационной кривой для материалов, имеющих переменный коэффициент жесткости, представлен на рисунке 4.2. В.П Щербаков [125], С.Д. Николаев [126,127], М.С. Богатырева [128] адаптировали изложенные в данных исследованиях положения к изучению релаксационных процессов, возникающих в нитях и пряже, прежде всего, при воздействии на них деформационных нагрузок на ткацких станках. Уравнение состояния пряжи для режима заданных деформаций имеет вид: JQ (4.5) где Бо - величина деформации при релаксации; t - момент времени, в который необходимо вычислить напряжение, ч; Е - мгновенный модуль упругости, МПа; К(т) - ядро релаксации, ч-1; т - текущий момент времени, ч. Нахождение функции К(т) представляет собой сложную задачу. При описании технологических процессов ткацкого и трикотажного производства на основе теории наследственной вязкоупругости чаще всего применяется слабосингулярное ядро вида (ядро Ржаницына): , (4.6) где А, Д а- параметры ядра релаксации. Параметры данного ядра неустойчивы, так как одну и ту же кривую релаксации можно аппроксимировать различными наборами параметров. Кроме того, недостатками данного ядра являются невозможность аналитического решения уравнения состояния даже для простейших режимов нагружения и отсутствие у параметров физического смысла [129].
Анализ возможности использования положений теории вязкоупругости для оценки изменения давления компрессионных изделий на тело человека
Ошибки аппроксимации для всех образцов не превышают 10%, следовательно, модель релаксации, изначально предложенная для нитей, работает и для трикотажных полотен.
Параметры релаксации позволяют судить о характере поведения полотна при проведении эксперимента. Параметр отражает потенциальную способность пробы к релаксации. Чем а ближе к 1, тем вероятнее развитие необратимых деформаций в материале, тем ниже его релаксационная способность. Высокая релаксационная способность материала более предпочтительна для компрессионных изделий, так как трикотажное полотно в этом случае имеет более подвижную структуру, лучше адаптируется к форме тела и к движениям человека. Подвижность структуры обеспечивается не только межмолекулярными связями льняной пряжи и полиуретановых нитей, но и петельной структурой полотна и процентным содержанием его компонентов. Изделия, изготовленные из полотен с высокой релаксационной способностью, обеспечивают свободу движения спортсмена, сохраняя при этом компрессионные свойства.
Параметр В характеризует время, в течение которого напряжение в полотне изменится в k раз. Чем выше значение B, тем дольше потенциальная длительность сохранения изделием компрессионных свойств.
Трикотажное полотно имеет более сложную структуру, чем пряжа или нить, следовательно параметры и В по отдельности не могут объективно охарактеризовать его деформационные свойства. Для комплексного анализа релаксационной способности полотен и потенциальной длительности сохранения в нем напряжений целесообразно учитывать значение числа k.
Результаты исследований показали, что до мокрых обработок полотна с одинаковыми структурными характеристиками и волокнистым составом обладают одинаковым уровнем релаксационной способности. При этом вероятность накопления необратимых деформаций у льняных проб выше, чем у проб с вложением полиуретановых нитей (0,813 и 0,343 соответственно). Скорость релаксации льняных проб достаточно высокая, через относительно короткий промежуток времени напряжения в данных полотнах уменьшатся на 11,7%. Достижение изделиями с такими параметрами необходимого уровня давления на тело человека сопровождается жесткостью их посадки, что вызывает дискомфорт у спортсмена. Более подвижная структура полотен с вложением полиуретановых нитей обеспечивает значительно больший период релаксации. Сохранение такими пробами напряжений в течение всего периода эксплуатации обеспечивает не только сохранение первоначального уровня давления, но и комфортность компрессионных изделий с соответствующими параметрами во время их носки.
После мокрых обработок в характере поведения проб наблюдаются значительные изменения. Релаксационная способность полотен без вложения полиуретановых нитей с шириной от 50 до 60 мм возрастает, в то же время, снижается скорость их релаксации. Данные характеристики предпочтительны для компрессионных изделий. Однако изменения свойств этих проб вызваны увеличением подвижности структуры полотен, используемых для их изготовления, за счет набухания пряжи при стирке и ослабления связей в трикотажных петлях, вызванных, в том числе, растяжением полотен при проведении первого этапа эксперимента. Пробы теряют свои первоначальные свойства, что в дальнейшем может сказаться на их долговечности.
Более стабильно после мокрых обработок ведут себя пробы с шириной 65 и 70 мм. На первом этапе испытаний они подвергались меньшим растягивающим нагрузкам, стирка повлияла на первоначальные свойства полотен в меньшей степени. Релаксационная способность данных проб и потенциальное время сохранения ими напряжений остались практически на прежнем уровне.
У пробы с вложением полиуретановых нитей шириной 50 мм после мокрых обработок наблюдается улучшение потенциальной релаксационной способности и поддержание времени сохранения напряжений на первоначальном уровне. Можно говорить о том, что компрессионные изделия, изготовленные из данного полотна и оказывающие соответствующий уровень давления (2,061 кПа), сохраняют необходимый уровень давления на протяжении всего периода эксплуатации, в том числе после проведения мокрых обработок. В то же время такие изделия являются удобными, адаптируясь к движениям спортсмена.
У остальных проб с вложением полиуретановых нитей после мокрых обработок снизились как релаксационная способность, так и длительность сохранения напряжений в полотне. Однако высокие значения параметра k говорят о потенциальном изменении первоначального давления изделий на тело человека не более 30%. Целесообразно проведение опытной носки компрессионных изделий с соответствующими параметрами для получения информации об их комфортности для человека.