Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературы. Льняные и полульняные ткани 9
1.1 Ткани технического и специального назначения 9
1.2 Льняные и полульняные ткани технического и специ-аыюго назначения 30
1.3 Оценка качества тканей технического и специального назначения 34
1.4 Обсуждение и выводы 42
Глава 2. Выбор определяющих показателей качества льняных и полульняных парусин
2.1 Выбор объектов и общая методика исследования 45
2.2 Формирование группы экспертов, подготовка и проведение экспертного опроса 54
2.3 Обработка и анализ результатов экспертного опроса 61
2.4 Обсуждение и выводы 74
Глава 3. Исследование и выбор статистических моделей определяющих показателей качества льняных и полульняных парусин
3.1 Выбор объектов и общая методика исследования 78
3.2 Исследование и выбор статистических моделей исследуемых показателей качества 83
3.2.1 Разрывная нагрузка 85
3.2.2 Раздирающая нагрузка 99
3.2.3 Стойкость к истиранию 105
3.2.4 Водоупорность 112
3.2.5 Воздухопроницаемость 116
3.2.6 Изменение линейных размеров после стирки 120
3.3 Обсуждение и выводы 124
Глава 4. Разработка методов оценки качества и надежности льняных и полульняных парусин 128
4.1 Выбор объектов и общая методика исследования 128
4.2 Вероятностная оценка качества льняных и полульняных парусин 132
4.3 Комплексная оценка качества льняных и полульняных парусин 152
4.4 Оценка и исследование характеристик надежности льняных и полульняных парусин 167
4.5 Обсуждение и выводы 186
Общие выводы и рекомендации 191
Список использованной литературы 193
Приложение 200
- Льняные и полульняные ткани технического и специ-аыюго назначения
- Формирование группы экспертов, подготовка и проведение экспертного опроса
- Исследование и выбор статистических моделей исследуемых показателей качества
- Оценка и исследование характеристик надежности льняных и полульняных парусин
Введение к работе
Повышение качества продукции рассматривается во всем мире как основная проблема национальной экономики, от успешного решения которой зависят темпы промышленного развития страны, ее национальный престиж и международное положение.
Улучшение качества продукции способствует росту производительности общественного труда, экономии материальных ресурсов, ускорению темпов хозяйственного строительства, лучшему использованию основных фондов, расширению экспорта и дальнейшему повышению жизненного уровня населения.
Значение проблемы качества продукции постоянно возрастает, так как на современном этапе развития общества эта проблема является следствием развития производительных сил.
Для этого этапа характерно, прежде всего, быстрое развитие науки и техники. Усложнение производственных процессов в результате применения современного оборудования, средств механизации, автоматизации и компьютеризации требует качественно нового подхода и организации производства к обеспечению высокого качества выпускаемой продукции.
Проблема качества продукции носит сложный комплексный характер и включает в себя множество различных аспектов, из которых прежде всего выделяют технический, экономический, социальный и политический. Все они достаточно полно проявляются в качестве продукции текстильной и легкой промышленности. Практически нет ни одной отрасли промышленности, где в том или ином виде не использовались бы текстильные материалы. Причем качество текстильных материалов во многом определяет качество сложнейших технических устройств.
Повышение качества текстильной продукции - это наиболее действенный путь эффективного использования сырьевых, энергетических, трудовых и других материальных ресурсов общества.
Во всех промышленно развитых странах текстильная промышленность и ее продукция являются определяющими в национальной экономике, формируют бюджет и доходы государства. Из общего количества потребляемых текстильных материалов на одежду и белье расходуется 35-40 %, на бытовые потребности - 20 -25 %, в технике потребляется до 30 - 35 %, на прочие потребности (тара, медицина и др.) - до 10 %. Естественно, что в отдельных странах эти соотношения существенно колеблются в зависимости от социальных условий, климата, развития техники и др.
Значительную часть тканей различного волокнистого состава используют для технических целей и пошива спецодежды.
Для спецодежды особо выделяют группу эргономических показателей качества. Эта группа объединяет гигиенические, антропометрические, физиологические, психологические и психофизиологические показатели качества изделия. Все они определяют эффективность деятельности человека при взаимодействии с изделиями и характеризуются, например, надежностью, комфортом, утомляемостью человека и т.п.
Свыше 50 млн. рабочих и служащих получают бесплатно спецодежду, для которой устанавливают строго определенные сроки эксплуатации.
Для изготовления спецодежды, палаток, тентов ежегодно необходимо выпускать свыше 500 млн. метров тканей технического и специального назначения. Ткани технического и специального назначения применяют почти во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Среди тканей технического и специального назначения значительную долю составляют ткани, используемые в качестве чехлов военной техники, тентов, защитных покрытий, оболочек для образцов военной техники, а также специальных костюмов, для которых климатические факторы являются одним из основных воздействий в условиях эксплуатации.
Для изготовления тканей и технического и специального назначения применяется различное по составу сырье. Это хлопок, лен, шерсть, шелк, а также смеси из натуральных и химических волокон. Для придания тканям определенных защитных свойств их пропитывают различными составами.
Традиционно в России для технических и специальных целей применяют льняные и полульняные ткани.
В настоящее время получили широкое распространение льняные и полульняные парусины. Они характеризуются большой прочностью, незначительной растяжимостью, гигроскопичностью и высокой теплопроводностью. Благодаря плотности и гладкой поверхности льняная ткань не так быстро воспламеняется, как хлопчатобумажная, поэтому из нее в большинстве своем изготавливают спецодежду для работающих в горячих цехах.
Специальная одежда строителей, сварщиков, работающих на открытом воздухе, монтажников, высотников и даже шахтеров часто делается из льняной парусины, так как благодаря своим природным медико-гигиеническим свойствам она защищает от дождя, ветра, мелких травм, хорошо пропускает пар и не вызывает потливости.
К льняным и полульняным парусинам технического и специального назначения предъявляют высокие требования к стабильности и надежности их свойств в процессе эксплуатации.
Улучшение парусин требует постоянного совершенствования методов оценки их качества и надежности.
Целью работы является разработка методов оценки качества и надежности льняных и полульняных парусин.
В работе решались следующие основные задачи: исследование различных классификаций технического текстиля в России и за рубежом; анализ ассортимента и методов оценки качества тканей технического и специального назначения; выбор определяющих показателей качества льняных и полульняных парусин; исследование и установление статистических моделей - законов распределения определяющих показателей качества; разработка вероятностного метода оценки определяющих показателей качества льняных и полульняных парусин; комплексная оценка качества льняных и полульняных парусин; разработка метода и исследование характеристик надежности определяющих показателей качества льняных и полульняных парусин.
Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования, с оценкой качества льняной и полульняной парусины. Для выявления определяющих показателей качества и расчета коэффициентов значимости льняной и полульняной парусины использовали метод экспертной оценки. Показатели качества льняной и полульняной парусины определяли по стандартным методикам с использованием дополнительных современных методов.
Льняные и полульняные ткани технического и специ-аыюго назначения
Ассортимент льняных и полульняных тканей технического и специального назначения - парусин, на протяжении длительного времени является достаточно устойчивым.
В последние годы увеличилось производство тканей технического и специального назначения. Для успешного решения задачи постепенного роста удельного веса тканей технического и специального назначения необходимо по возможности заменять ценное льняное волокно химическими волокнами при выработке тарных, паковочных и других тканей, а также уменьшать потребность в этих тканях путем повышения их долговечности. А для этого нужно знать свойства и особенности строения льняных тканей, чтобы наиболее эффективно заменять льняное волокно химическим.
Льняные и полульняные ткани технического и специального назначения, а также парусины вырабатывают из более толстой пряжи (200-280 текс), поскольку они сами имеют большие толщину и массу. Несколько более гладкая поверхность, мягкий блеск, лучшие, по сравнению, например, с хлопчатобумажными тканями гигиенические показатели, высокая теплопроводность - все это отличает льняные и полульняные ткани.
В ассортименте льняных и полульняных тканей, как и парусин, около половины всех тканей вырабатывают неоднородными, с применением других волокон.
Традиционными являются полульняные ткани с хлопком, для выработки которых используют хлопчатобумажную пряжу в основе и льняную в утке. Такие ткани сохраняют большинство ценных свойств чистольняных тканей, но несколько тоньше и мягче их. С химическими волокнами вырабатывают в основном костюмно-плательные ткани, здесь применение химических волокон ведет к снижению сминаемости [13].
Чаще всего льняные и полульняные ткани, также как и льняные и полульняные парусины, вырабатывают полотняным переплетением, другие главные переплетения применяют крайне редко. Выпускают ткани отбеленными, пестроткаными, гладкокрашеными. Наряду с отбеленными и полубелыми, выпускают также суровые льняные ткани или ткани с применением суровой пряжи.
Гладкокрашеными льняные ткани вырабатывают сравнительно редко. При крашении возникают определенные сложности, связанные с затрудненной диффузией частиц красителя в волокно с плотной структурой. Чаще всего практикуется окраска в светлые или средние тона.
Особенностью льняных тканей является то, что большая их часть вырабатывается из одинаковой или очень близкой по линейной плотности пряжи по основе и утку, а также с одинаковым заполнением по основе и утку.
Для повышения упругих свойств льняных и полульняных тканей начали выпускать смешанные ткани с вложением химических волокон. Использование химических волокон в смеси со льном позволило получить ткани с высокими упругими свойствами, сминаемость которых резко снизилась. Попутно ткани приобрели и другие ценные свойства - резко снизилась усадка, жесткость, ткани стали более растяжимыми.
В настоящее время лен широко применяют для изготовления тканей технического и специального назначения. Технические и специальные ткани используются в различных отраслях народного хозяйства.
Увеличение числа автомобильных перевозок на дальние расстояния вызвало необходимость производства тканей для автомобильных тентов и материалов для укрытий.
На основе технических тканей разрабатываются новые виды материалов, которые находят широкое применение в различных отраслях деятельности человека. Рассматривая перспективы развития ассортимента технических тканей, необходимо отметить, что невозможно получить технические ткани технического качества без специальной отделки. Такие ткани применяются для изготовления спецодежды [14].
В России производство технических тканей началось, прежде всего, со льна. Лен - исстари главная текстильная культура России. Еще во времена возникновения Руси лен возделывали в районе Пскова. Очень важную роль играл в нашей стране лен в 20-х и 40-х годах нынешнего века - в послереволюционную и в послевоенную разруху. В те времена за границей Россия потребительских товаров не покупала, а напротив - продавала за рубеж длинное льняное волокно. В конце 40-х и в 50-х годах отечественную льняную промышленность удалось полностью модернизировать: Появилось много льнокомбинатов, хотя внедрение новых технологий все же шло очень медленно. Но все же в послевоенные годы отечественная льняная промышленность постепенно развивалась, а выпуск льняных тканей посгоянно увеличивался.
В настоящее1 время лен для России имеет поистине стратегическое значение. Ведь ни своего хлопка, ни своего натурального шелка в стране сегодня нет, и лен должен стать в России основным текстильным сырьем растительного происхождения. Льняное волокно обладает важнейшими для человека достоинствами. Ткань из него существенно прочнее хлопчатобумажной и переносит куда большее число стирок. Льняные изделия можно не только стирать, но и кипятить, сушить на солнце, гладить горячим утюгом. Лен гигроскопичен: прекрасно впитывает влагу, он быстро высыхает.
Изо льна, в зависимости от технологии его обработки, можно изготовлять любые ткани: от брезента, парусины и материала для пожарных рукавов до тончайшего батиста и кружев - вологодских и брюссельских [14].
Льняная ткань - традиционный материал для изготовления парусов. Волокна, получаемые из льна - плотные, длинные (до 100 мм и более), волокнистые сами по себе; из-за этих качеств получить тонкую нить из льна труднее, чем из хлопка. Льняная парусина прочнее хлопчатобумажной ткани. В мокром состоянии льняная нить прочнее, чем в сухом; поэтому, несмотря на то, что под нагрузкой льняная ткань сильно деформируется, искажая форму паруса, она особенно подходит для самых тяжелых условий эксплуатации. В наши дни лен иногда применяют для шитья штормовых парусов еще и потому, что в сыром состоянии ткань сохраняет мягкость и удобна для работы руками [15].
Формирование группы экспертов, подготовка и проведение экспертного опроса
При проведении первого этапа работ экспертного опроса -определения весомости для оцениваемых показателей, является правильный выбор экспертов, так как именно они определяют объективность экспертной оценки, ее точность и надежность. Эксперт - это лицо, приглашаемое в спорных или трудных случаях для экспертизы, исследования и разрешения какого-либо вопроса, требовавшего специальных знаний. Эксперт должен обладать такими качествами как достаточная профессиональная подготовка, информируемость по данному вопросу, заинтересованность в результатах опроса, деловитость и объективность [26].
Помимо квалификации экспертов значительный интерес представляет вопрос определения их оптимального количества. Теоретически до настоящего времени этот вопрос окончательно не разработан. Отдельные авторы утверждают, что при использовании экспертных методов увеличение количества экспертов является простейпшм способом увеличения надежности и уменьшения субъективности оценки [25,26]. Вместе с тем, увеличение числа экспертов усложняет проведение опроса и обработку результатов.
Число экспертов зависит от требуемой точности средних оценок, допустимой трудоемкости оценочных процедур, возможностей организации и эффективности управления группой экспертов. Минимальное число экспертов - семь при заочном опросе и верхний предел количества опрашиваемых экспертов не ограничивается. При проведении процедуры открытого экспертного опроса целесообразно, чтобы в группу входило 6-15 экспертов, но не более 20 [28].
Для предупреждения необъективности оценки не рекомендуется включать в состав группы специалистов, имеющих отношение к созданию (проектированию) и изготовлению данной конкретной ігоодукции. Желательно, чтобы специалисты, входящие в группу, были заинтересованы в результатах экспертного опроса.
С учетом этих требований были выбраны специалисты, имеющие опыт работы по оценке качества тканей технического и специального назначения. Группа состояла из 11 экспертов. В эту группу вошли 3 кандидата и 1 доктор технических наук МГТУ им. А.Н. Косыгина, заведующая лабораторией и сотрудники ЦНИИЛКа, а также начальники отделов технического контроля Меленковского льнокомбината и ООО «Техноткань».
Подготовка опроса заключается в составлении специальных опросников или анкет, в которых излагается сущность обсуждаемого вопроса, подробно дается метод подготовки и оформления ответов, указываются возможные варианты подготовки заключения. Иногда бывает целесообразным проиллюстрировать предлагаемый метод конкретным примером, а также указать, где может быть получена консультация в случае возникновения тех или иных трудностей. Опрос экспертов может проводиться очным или заочным способом.
Очный способ опроса позволяет лицу, проводящему опрос, давать необходимые разъяснения эксперту, но при этом он не должен высказывать свое мнение по, обсуждаемому вопросу и о суждениях эксперта.
Заочный способ опроса применяют, если члены экспертной группы работают в разных городах или организациях и их трудно собрать для совместной работы. Опрос экспертов осуществляется путем рассылки им анкет и получения ответов, или непосредственно при единовременной работе всей группы экспертов. В этом случае опрос проводится следующим образом: эксперты фиксируют в анкетах свои суждения, затем после короткого обсуждения вновь заполняют анкеты независимо друг от друга. В работе проводился заочный опрос с последующей корректировкой результатов.
Следующим этапом проведения экспертной оценки является проведение опроса экспертов. Анкетный опрос является одним из наиболее распространенных методов выявления мнений экспертов [29]. Основой анкетного опроса является специально составленная анкета, при ответе на вопросы которой выявляется мнение эксперта, а затем путем специальной обработки результатов -общее мнение участников опроса. Целью проведения анкетного опроса могут быть также анализ мнений потребителей данной продукции о ее качестве, выявление требований потребителей, определение весомости отдельных свойств продукции и т.п. Таким образом, в зависимости от цели опроса меняются не только форма и содержание анкеты, но и состав отвечающих на нее.
Задачей этого этапа опроса является разработка сопроводительных документов и самой формы анкеты. К сопроводительным документам относятся письмо - разъяснение и анкета [24,26].Письмо - разъяснение составляется так, чтобы эксперт понял важность предлагаемой ему анкеты и отнесся к ней с достаточной внимательностью. Образец письма - разъяснения и анкеты даны в Приложении 1.
В наиболее простом виде анкета содержит в заголовке наименование и название материала и две графы. В первой -перечисляются все показатели; во второй графе эксперты против каждого показателя ставят ранговую оценку его весомости. Наиболее значимый, по мнению эксперта, показатель обозначается R=l, а наименее значимый R=n, где п - число оцениваемых показателей. Если же эксперт считает несколько показателей одинаково значимыми, то им присваивается одинаковый ранг. При этом должно соблюдаться следующее правило: сумма показателей должна быть равна сумме рангов при последовательном расположении.
Исследование и выбор статистических моделей исследуемых показателей качества
Были исследованы и выбраны статистические модели исследуемых показателей качества льняных и полульняных парусин технического назначения различных артикулов. К этим показателям по данным экспертного опроса относятся: разрывная нагрузка, раздирающая нагрузка, стойкость к истиранию, водоупорность, воздухопроницаемость и усадка. Эти показатели качества были исследованы по стандартным методикам [49,50]. Результаты испытаний приведены в табл. 3.1.
По всем определяющим показателям качества парусин были проведены расчеты статистических моделей распределений.
Разрывная нагрузка - это первый по значимости показатель качества для льняных и полульняных парусин. Этот показатель обязательно нормируется в стандартах на льняные и полульняные парусины и контролируется при их выработке. Определение разрывной нагрузки парусины по основе и утку проводилось по ГОСТ 3813 при увеличенном числе испытаний-проб равным 10 [38]. Разрывную нагрузку определяли на разрывной машине с постоянной скоростью деформирования «Инстрон» серии 4411. Разрывная машина «Инстрон» используется для тестирования широкого спектра материалов [39].
Универсальная испытательная система «Инстрон» серии 4411 состоит из нагрузочного модуля, пульта управления, обеспечивающего выполнения калибровки, настройки и управления тестом.
Нагрузочный модуль представляет собой устойчивую конструкцию с высокой степенью жесткости, в которую между силовым модулем и стационарной основанной платой устанавливается тензодатчик.
Высокая жесткость обеспечивает передачу испытательного напряжения от двигающегося ползуна на испытуемый образец, удерживаемый на месте между тензодатчиком и основанием. Тензодатчик принимает испытательное напряжение и преобразует его в электрический сигнал для дальнейшего измерения и контроля.
Система управления нагрузочным модулем построена на базе микропроцессорного пульта управления. С его помощью устанавливают параметры теста, после чего электрическая цепь управляет движением ползуна во время испытаний. Можно также управлять модулем через дополнительную компьютерную систему, исполняющую программу тестирования материала. На рис. 3.1 представлена общая схема компонентов нагрузочного модуля универсальной испытательной системы «Инстрон».
По результатам испытаний проводили оценку полученных эмпирических распределений, используя величины асимметрии (as) и эксцесса (ех), метод вероятностных бумаг, а также критерий Шапиро-Уилки, критерий Колмогорова [33,37].
Результаты определения прочности полульняной парусины арт. 11252 приведены в табл. 3.2. Там же даны значения as и ех, подсчитанные по формулам: Проверку адекватности эмпирического распределения теоретическому закону проводим вначале для нормального закона распределения.
Считают [24], что эмпирическое распределение не противоречит статистической модели нормального закона, если выполняется неравенство as а и ех , аех. Из табл. 3.2. можно видеть, что для парусины арт. 11252 эти условия соблюдаются. Оценка по as и ех носит предварительный характер.
Для визуальной оценки соответствия эмпирического распределения теоретическому закону в настоящее время при исследовании статистических моделей широко применяют метод вероятностных бумаг [24,26].
Метод вероятностных бумаг основан на построении интегральной функции исследуемого распределения на специальной бумаге соответствующего теоретического закона. Для построения вероятностной бумаги нормального распределения строят оси координат, ось абсцисс служит для нанесения значений изучаемой величины, а ось ординат -вероятностей.
На дополнительной оси ординат справа откладываем значения приведенной величины Up, которые находят по формуле:
Шкала вероятностей обычно включает значения от 0,001 до 0,999, что вполне обеспечивает решение многих практических задач. Выбрав определенный масштаб, наносят на дополнительную ось ординат значения Up и на левой оси отмечают соответствующие величины вероятностей. В итоге шкала значений Up получается равномерной, а шкала вероятностей - неравномерной.
Для нанесения экспериментальных точек изучаемого распределения на вероятностную бумагу, предварительно необходимо найти значения накопленных частностей (вероятностей). При малом числе испытаний все результаты располагают в порядке возрастания. Затем для каждого результата находят накопленную частность по формуле: где і - порядковый номер результата ранжированном ряду; п - общее число испытаний.
По значениям C0j « Р находим соответствующие значения Up и результаты наносят на вероятностную бумагу. Если точки располагаются вблизи прямой, то экспериментальное распределение соответствует выбранному теоретическому.
В табл. 3.3 дан пример необходимых расчетов разрывной нагрузки полульняной парусины арт. 11252 для нанесения значений на вероятностную бумагу нормального закона.
Оценка и исследование характеристик надежности льняных и полульняных парусин
Измерение начальных свойств и сопоставление результатов этих измерений с требованиями, предъявляемыми к материалу или готовой продукции, являются необходимым, но в некоторых случаях недостаточным условием для исчерпывающей оценки качества. Последняя будет более полной, если наряду с показателями качества, определяющими начальные свойства, применяют характеристики, позволяющие судить об изменении указанных свойств во времени, например при хранении, переработке, эксплуатации и т. п. Такие характеристики могут быть получены при использовании для оценки свойств материалов основных понятий и методов теории надежности. Сегодня для продукции многих видов надежность стала одним из главных показателей качества.
Теория надежности является наукой, занимающейся изучением закономерностей возникновения отказов, анализом влияния внешних и внутренних факторов на надежность, установлением количественных характеристик, методов оценки и расчета надежности, разработкой методов испытания на надежность, определением методов испытания надежности при проектировании, изготовлении и эксплуатации продукции [24].
Согласно ГОСТ 13377 [67], надежность - это свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки. Надежность является одной из составляющих качества. Но из-за определенных специфических свойств, надежность несколько отличается от других показателей качества промышленных изделий. Во-первых, показатели надежности теснейшим образом связаны с другими показателями качества; Во-вторых, если значение большинства показателей качества изделий может определяться для произвольного фиксированного момента времени, то показатели надежности характеризуют свойства изделия на некотором интервале времени (иногда значительном); В-третьих, через показатели надежности определяется практическая значимость всех показателей качества изделий, т.е. способность изделия сохранять значения того или иного показателя в реальных условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы. Отсюда следует, что надежность по своей сути, характеризует не само изделие, а его способность выполнять определенные функции, причем каждой функции соответствует свой уровень надежности функционирования.
Основными характеристиками надежности текстильных материалов является работоспособность, долговечность, сохраняемость, гарантийный срок службы и т.п. Все эти понятия достаточно четко определяются своими наименованиями. Общим для показателей надежности является то, что они связаны с возможностью появления отказа - события, заключающегося в нарушении работоспособности изделия. Другими словами, отказом называется частичная или полная утрата или видоизменение свойств материала, которые существенным образом снижают его работоспособность или приводят к полной ее потере [65]. При лабораторных испытаниях механических свойств текстильных материалов, которые связаны с разрушением образца, отказом можно считать момент наступления полного разрушения материала, т.е. обрыв образца. Важно подчеркнуть, что в условиях эксплуатации отказ текстильных материалов не всегда связан с разрушением и может наступить задолго до этого.
Момент возникновения отказа зависит от большого количества трудно учитываемых факторов, что делает невозможным прогнозирование точного времени его наступления. Следовательно, появление отказа есть величина случайная, поэтому количественное описание составляющих надежности (безотказность, долговечность и т.п.) означает описание соответствующей случайной величины. Именно поэтому для изучения закономерностей возникновения отказов и нахождения количественных характеристик надежности широко используют методы математической статистики и теории вероятности [52].
Наиболее исчерпывающей характеристикой надежности при интерпретации результатов испытания или данных эксплуатации продукции является закон их распределения, задаваемый в виде дифференциальной или интегральной функции. Он служит вероятностно-статистической моделью изучаемого показателя или явления и содержит в себе всю информацию, необходимую для расчета основных характеристик надежности.
Функция, показывающая вероятность того, что случайная величина не превышает некоторого заданного значения называется функцией отказов.
