Введение к работе
Актуальность темы.
Основными факторами, которые воздействуют на материалы при изготовлении изделий легкой промышленности и при их эксплуатации является силовое давление, температура и влага.
Усилиями ученых ФГУП «ЦНИИКП», ОАО «ЦНИИШП», ФГУП «ВНИИПИК», МГУДТ, СПбГУТД, МГТА, ИГТА, РЗИТЛП, МГУС, КГТУ других научных организаций и вузов, а также специалистов промышленности разработаны научные и практические методы, позволяющие изучать воздействие этих факторов на материалы, используемые в легкой промышленности.
Анализ опубликованных работ показал, что выполненные в данной области исследования в основном рассматривают воздействие отдельных из указанных факторов на материалы и системы (пакеты) материалов, причем, как правило, в узком диапазоне действия этих факторов В тоже время известно, что в условиях производства швейных, обувных и кожгалантерейных изделий и их эксплуатации эти факторы действуют, как правило, не изолировано, а комплексно или в определенной последовательности, например при выполнении технологических операций ВТО или формовании заготовок верха обуви.
В условиях промышленного изготовления изделий легкой промышленности все чаще стали применять технологические операции, предусматривающие одновременное (комплексное) или последовательное воздействие влаги, температуры, силового давления.
Систематических исследований, направленных на установление основных закономерностей изменения свойств и качества материалов и систем (пакетов) материалов изделий легкой промышленности, оценку и прогнозирование их технологичности при комплексном или последовательном воздействии влаги, температуры и силового давления в широких диапазонах действия этих факторов не проводилось. Отсутствуют соответствующие приборы и экспериментальные методы изучения качества и технологичности материалов и
систем (пакетов) материалов. Не разработанЬПЖЇке^/їці!ОНЛД^и*грогнози-
БИБЛИОТЕК* \
рования надежности и сохраняемости свойств материалов при эксплуатации изделий легкой промышленности. Все это определяет и подчеркивает актуальность данной темы.
Кроме того, в последнее время обозначилась тенденция расширения ассортимента и появления новых материалов для изделий легкой промышленности, отличающихся сложным химическим составом и многокомпонентным волокнистым строением. В этой связи возрастает необходимость своевременного изучения свойств этих материалов и прежде всего в условиях воздействия технологических и эксплуатационных факторов: силового давления, температуры и влаги, что позволит эффективно использовать эти материалы в производствах изделий легкой промышленности.
Цель работы. Создание методов и средств испытаний, улучшающих оценку материалов, систем (пакетов) материалов в условиях действия температуры, влаги и силового давления; развитие научных основ оценки и прогнозирования технологичности, надежности и качества материалов изделий легкой промышленности.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
— выявление и обоснование основных факторов воздействия на материалы
и системы (пакеты) материалов изделий легкой промышленности в условиях их
производства и эксплуатации; систематизация структур основных видов мате
риалов изделий легкой промышленности;
- выбор и обоснование объектов исследований;
— анализ современных методов исследования материалов легкой промыш
ленности в условиях воздействия влаги, температуры и силового давления, вы
бор основных характеристик для оценки свойств материалов;
- обоснование, разработка или усовершенствование методов и средств ис
пытания материалов и систем (пакетов) материалов изделий легкой промыш
ленности при.действии температуры, влаги и силового давления в широком
диапазоне;
проведение экспериментальных исследований материалов и систем (пакетов) материалов в условиях действия единичных факторов и при комплексном их воздействии; установление изменений основных свойств материалов от воздействия указанных факторов;
определение механизма влияния единичных и комплексных факторов на свойства материалов и систем (пакетов) материалов и установление закономерностей;
разработка рекомендаций по оптимизации режимов и параметров обработки материалов в производстве изделий и по условиям их эксплуатации;
совершенствование методики, улучшающей оценку качества материалов, систем (пакетов) материалов и изделий легкой промышленности.
Основные методы исследования. Методологической основой проведенных теоретических и экспериментальных исследований являлись как классические, так и новые научные представления в материаловедении изделий легкой промышленности.
В диссертации использованы: методология системного анализа, моделирования и квалиметрии; молекулярно-кинетическая теория прочности твердых и вязкоупругих тел, теория колебания систем с распределенной массой, метод аналогий; основные положения механики, термодинамики, сорбции и массопе-реноса.
Исследования выполнялись на базе теоретике -экспериментальных и экспериментально-теоретических подходов, позволивших получить новые научные результаты адекватно отражающие поведение материалов и систем материалов при температурном, влажностном и силовом воздействиях, а также на основе использования теории классификации, математического моделирования, теории алгоритмизации и программирования, корреляционного и регрессионного анализа, математической статистики. В работе использованы программные продукты операционной среды Windows 98, (Word 2000, Pfotoshop, Coral Draw 9), Visual C++ версии 6.O.
Объекты исследования: методы и средства испытаний, материалы для одежды и обуви: ткани, кожа и искусственная кожа, искусственный мех, комплексные материалы, пакеты материалов заготовок верха обуви и деталей одежды, синтетические материалы для деталей низа обуви, материалы технического назначения.
Научная новизна результатов проведенных исследований.
Научная новизна результатов исследований состоит в том, что:
- развиты научные основы изучения материалов легкой промышленности в условиях воздействия влаги, температуры и механической силы;
разработан алгоритм изучения свойств материалов и систем (пакетов) материалов при комплексном действии факторов окружающей среды;
разработаны методологические основы для создания приборов и методик испытания материалов разного состава и структуры при действии температуры в широком диапазоне (от 100 до 600К), влагосодержания (до 100%), силового и атмосферного давления (от KTYla до разрушающих);
разработаны методы и технические средства для испытания материалов и систем (пакетов) материалов в условиях действия влажности, температуры и силового давления в широком диапазоне;
уточнены уравнения расчета показателей дилатометрических и динамических свойств материалов;
установлены взаимосвязи между состоянием воды «лед - вода» в структуре материалов и систем (пакетах) материалов и характеристиками их свойств; предложены аналитические зависимости влияния состояния воды на показатели механических и теплофизических свойств материалов и систем (пакетов) материалов;
определены температуры, при которых изменяется агрегатное состояние воды для кож влажностью от 4 до 100% при температурном воздействии от 120 до 500К, установлены аналитические зависимости, позволяющие прогнозировать свойства кож при действии теплового поля и влаги;
установлено, что при действии теплового поля изменение линейных раз-
7 меров и внутренних усилий в материалах зависит от состава, характеристик строения, предыстории, параметров технологической обработки; предложены зависимости, позволяющие прогнозировать значения усилий (напряжений) в материалах разных структур при действии теплового поля;
определен механизм криолитического воздействия на материалы и системы (пакетов) материалов разных структур; установлены зависимости деформационно-прочностных показателей и показателей проницаемости от количества циклов криолиза и скорости охлаждения материалов;
установлены закономерности и получены новые данные о влиянии совместного действия влаги, температуры и силы на механические и гигиенические свойства материалов и систем (пакетов) материалов разных структур;
разработан графоаналитический метод для оценки качества материалов и систем (пакетов) материалов изделий легкой промышленности.
Практическая значимость работы и рекомендации по использованию полученных результатов.
Практическая значимость состоит в том, что результаты работы позволяют решать следующие задачи:
- оценивать технологичность и качество материалов и пакетов материалов для изделий, эксплуатирующихся в различных климатических зонах Российской Федерации;
оптимизировать режимы технологической обработки материалов при изготовлении одежды и обуви;
формировать пакеты материалов и создавать новые комплексные материалы для изделий с заданными свойствами;
- выпускать изделия, характеризующиеся улучшенными потребитель
скими свойствами, в условиях действия температур нагрева и охлаждения,
криолитического и силового воздействия;
- улучшать оценки качества на основе использования разработанного гра
фоаналитического метода выпускаемых изделий.
Приняты к внедрению и использованию:
— материалы, для изготовления вкладных объемных стелек с изменя
ющейся поверхностью (патент РФ, № 2217026);
— режимы влажно-температурного и силового воздействия на кожевенные
и текстильные материалы и системы (пакеты) материалов;
- методики определения дилатометрических, изометрических, термомеханических, теплофизических и акустических (метод вынужденных резонансных изгибных колебаний) характеристик свойств материалов легкой промышленности;
— технологические режимы изготовления комплексных материалов из ис
кусственного меха с заданными физико-механическими свойствами.
Значения полученных результатов для теории. Для теории существенное значение имеют:
разработанная концепция оценки и прогнозирования качества материалов и систем материалов путем комплексных исследований влияния факторов температуры, влагосодержания и силового давления на структуры и свойства материалов;
разработанные методы и средства для исследования материалов и систем (пакетов) материалов при комплексном воздействии основных факторов;
новый графоаналитический метод оценки и прогнозирования качества материалов и систем (пакетов) материалов изделий легкой промышленности.
Достоверность проведенных исследований.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, полученных в работе, подтверждается согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных с применением современных методов исследований, и анализом результатов эксперимента, а также широкой апробацией полученных результатов и положительной оценкой их в промышленности.
Апробация результатов исследований.
Основные положения и результаты диссертации доложены, обсуждены и получили положительную оценку на: Международном симпозиуме «Улучше-
ниє качества швейных изделий и создание высокоэффективных технологий на основе полимерных материалов», Москва, 1991 г.; Научной конференции «Перспективные материалы и изделия для легкой промышленности», Санкт-Петербург, 1994 г.; «Седьмые Плехановские чтения», Москва, РЭА им. Плеханова Г.В., 1994 г; Межвузовской научной конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва РЗИТЛП, 1996 г.; Международной конференции «Лен-96», Кострома, КГТУ, 1996 г.; 1-ой Международной научно-практической конференции «Материаловедение - 1999» - «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценка их качества», М., МГУ С, 1999 г.; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы науки, техники и экономики легкой промышленности», М., МГУДТ, 2000; Международной научной конференции: «Роль предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека», МГУДТ, 2002 г.; Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» М., РЗИТЛП, 2002 г.; 11-ой Международной научно-практической конференции «Материаловедение — 2002» - «Актуальные проблемы создания и использования новых материалов и оценка их качества», М., МГУС, 2002.
Теоретические обобщения, новые научные положения оценки технологичности, надежности и качества материалов и систем (пакетов) материалов, методы и средства испытаний при действии температур в широком диапазоне, влаги, силового давления, а также их совместного действия используются в лекционном курсе и лабораторном практикуме при подготовке бакалавров и магистров по направлению 553900 - «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности» и при подготовке дипломированных специалистов по направлению 656100 - «Технология и конструирование изделий легкой промышленности»; при написании и издании 5-ти учебных пособий, в том числе: «Лабораторный практикум по материаловедению изделий из кожи» / М., Легпромбытиздат, под общей редакцией АП. Жихарева, 1993, 381 с; «Свойства материалов», М., МГУДТ, 2003, 164 с; в учебниках «Материалове-
дение изделий из кожи»/ Легпромбытиздат, 1988, 417 с; «Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности» / М., Изд. ЗАО «Информ-Знание», 2003,383 с, для специальностей 28.11.00 и 28.12.00.
Результаты научных исследований и рекомендаций внедрены на; ЗАО «Московская обувная фабрика им. Г.В.Муханова»; С-Петербургской обувной фабрике «Скороход»; Московской швейной фабрике ОАО «АКРО»; обувной фабрике ЗАО «Стиль», г. Ростов-на-Дону; Новочеркаской обувной фабрике ООО «Рант»; обувной фабрике ООО «Мадлена», г. Шахты; Мамонтовском ПО искусственных кож; ФГУП НПО «Прикладной механики им. М.Ф.Решетнева», г. Красноярск; Уральском Филиале Центрального научно-исследовательского института материаловедения г. Пермь. Общий годовой экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет 561 тыс. руб. Документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы, приведены в приложении диссертации и в делах МГУДТ.
Личный вклад автора состоит в определении и формулировании основной идеи и темы диссертации, определившей развитие научного направления в материаловедении производств изделий легкой промышленности в области исследования строения и свойств материалов при воздействии факторов окружающей среды, в разработке методов научных исследований, постановке и разработке идей и основных проблем теоретических и экспериментальных исследований по данному направлению. Под руководством и при непосредственном участии автора разработана аппаратура и методики исследования дилатометрических, термомеханических, изометрических, теплофизических и акустических свойств материалов и систем (пакетов) материалов в широком диапазоне температур, выполнялись теоретические и экспериментальные исследования материалов и систем (пакетов) материалов. Автору принадлежит теоретическое обобщение результатов работ опубликованных в соавторстве и использованных при написании настоящей диссертации.
Тема диссертационной работы утверждена советом Московского государственного университета дизайна и технологии и выполнялась в соответст-
вий с тематическими планами НИР МГУДТ и разрабатывались в рамках «Грант» Минобразования РФ по теме: «Развитие теоретических основ и экспериментальных методов определения взаимосвязей строения и деформационно-прочностных свойств материалов и пакетов изделий легкой промышленности» 1996 г.
Автор защищает:
развитые научные основы взаимодействия материалов с влагой, температурой и силой при однофакторном и комплексном воздействии;
теоретическое обоснование, исследования и технические решения при разработке приборов и устройств для проведения испытаний материалов при действии в широком диапазоне температуры, влажности и силового давления;
методики изучения строения и свойств, и расчета показателей при дилатометрических, изометрических, термомеханических и акустических испытаний материалов и систем (пакетов) материалов;
результаты исследований строения и свойств материалов и систем (пакетов) материалов при комплексном воздействии температуры, влажности и силового давления;
методы исследования позволившие обосновать механизмы процессов протекающих в материалах и системах (пакетах) материалов при температурном, влажностном, силовом воздействии, установить закономерности и определить взаимосвязи между указанными факторами и характеристиками строения и свойствами материалов;
методику оценки качества материалов и систем (пакетов) материалов изделий легкой промышленности графоаналитическим методом.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 45 работах в том числе: монография «Теоретические основы и экспериментальные методы исследований для оценки качества материалов при силовых, температурных и влажностных воздействиях», М, МГУДТ, 2003 г., 327 с; патент; 43 статьи, из которых 16 опубликованы в изданиях, включенных в список, который рекомендован ВАК для публикации материалов докторских диссертаций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общего заключения по работе, списка литературы и приложения, изложена на 374 стр., включая 60 рисунков, 57 таблиц, 231 библиографических источников. Приложения представлены на 23 страницах.
