Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические подходы»к разработке методологии исследования деформационных свойств материалов для одежды при воздействии технологических и эксплуатационных факторов 13
1.1. Выявление изменений в структуре и свойствах материалов при воздействии технологических факторов
1.1.1. Анализ структурных изменений материалов при технологических воздействиях 13
1.1.2. Влияние структурных изменений на свойства материалов при производстве одежды 23
1.2. Установление влияния эксплуатационных воздействий на структуру и свойства материалов
1.2.1. Особенности изменения «структуры материалов при эксплуатации... 32
1.2.2. Изменение свойств материалов при эксплуатации 40
1.3. Разработка научно обоснованных подходов к выбору показателей свойств, характеризующих изменение структуры материалов для одежды при технологических и эксплуатационных воздействиях
1.3.1. Обоснование закономерностей изменения свойств материалов на основе результатов, полученных методами структурного анализа 47
1.3.2. Сопоставительный анализ результатов структурного анализа и оценки показателей механических свойств материалов 60
1.4. Постановка научной проблемы исследования, разработка методологических основ исследования деформационных свойств материалов для одежды 67
1.5. Заключение 71
Глава 2. Теоретические модели деформации материалов и систем материалов для одежды при технологических и- эксплуатационных воздействиях 73
2.1. Теоретическое обоснование моделей деформации материалов
2.1.1. Выбор параметров моделей деформации объектов исследования
2.1.2. Анализ деформации материалов и систем материалов при воздействии технологических и эксплуатационных факторов 83
2.2. Теоретические модели деформации материалов и систем материалов
2.2.1. Разработка модели пространственной деформации материалов 90
2.2.2. Теоретический анализ напряженно-деформированного состояния систем материалов при одноосном растяжении 100
2.3. Экспериментальная оценка разработанных моделей
2.3.1. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных результатов оценки деформации материалов при пространственном .растяжении 108
2.3.2. Исследование изменения толщины материалов в условиях пространственного растяжения и ее влияние на оценку
деформации материалов 113
2.4. Заключение 128
Глава 3. Экспериментальные исследования деформационных свойств материалов и систем материалов для одежды в условиях циклического пространственного растяжения 130
3.1. Разработка методического обеспечения испытаний при пространственном. растяжении материалов
3.1.1. Принцип работы устройства и его конструктивное решение 131
3.1.2. Оценка погрешностей результатов испытания 135
3.1.3. Выбор параметров пространственного растяжения материалов и разработка методики проведения испытаний 139
3.2. Исследование деформационных свойств материалов и пакетов материалов в условиях циклического пространственного растяжения при воздействии технологических и эксплуатационных факторов
3.2.1. Изменение деформационных свойств одежных кож при воздействии влаги и тепла 152
3.2.2. Моделирование кинетики изменения деформации костюмных тканей в условиях циклического пространственного растяжения 161
3.2.3. Влияние влажно-тепловых обработок на деформационные свойства. костюмных тканей 167
3.2.4. Влияние эксплуатационных воздействий на деформационные свойства„костюмных тканей : 171
3.2.5. Оценка деформационных свойств пакетов материалов; полученных при дублировании 174
3.2.6. Исследование деформации трикотажных полотен 178
3.3. Заключение 183
Глава 4. Разработка методик оценки деформационных свойств материалов и .систем материалов для одежды в условиях циклического пространственного растяжения 185
4.1. Сопоставительный анализ закономерностей изменения деформационных свойств материалов и пакетов материалов при циклическом пространственном растяжении и эксплуатации 185
4.1.1. Корреляционный анализ результатов оценки свойств пакетов, полученных дублированием деталей одежды из тканей 186
4.1.2. Анализ результатов оценки свойств пакетов, полученных при формозакреплении деталей одежды из кожи 188
4.1.3. Сравнительный анализ кинетики изменения остаточной деформации костюмных тканей при эксплуатации и в условиях пространственного растяжения и корреляционная оценка результатов 191
4.2. Разработка экспрессных методик оценки показателей формовочной способности и формоустойчивости материалов и их систем для одежды 195
4.2.1. Методика оценки формовочных свойств материалов 196
4.2.2. Методика оценки формоустойчивости пакетов материалов
4.3. Практические рекомендации по применению методик комплексной оценки формовочной способности и формоустойчивости материалов для одежды 208
4.4. Заключение 213
Глава 5. Разработка экспериментальных методов оценки деформационных свойств материалов для одежды в условиях циклического сжатия 214
5.1. Выбор показателей сжимаемости, характеризующих деформационные свойства материалов при воздействии технологических и эксплуатационных факторов 214
5.2. Разработка методического обеспечения исследования свойств материалов в условиях циклического сжатия 223
5.3. Разработка методики комплексной оценки свойств материалов в условиях циклического сжатия на основе результатов экспериментальных исследований деформации сжатия материалов при действии технологических и эксплуатационных факторов 231
5.4. Заключение 243
Общие выводы и результаты работы 244
Библиографический список 248
- Изменение свойств материалов при эксплуатации
- Анализ деформации материалов и систем материалов при воздействии технологических и эксплуатационных факторов
- Влияние эксплуатационных воздействий на деформационные свойства„костюмных тканей
- Сравнительный анализ кинетики изменения остаточной деформации костюмных тканей при эксплуатации и в условиях пространственного растяжения и корреляционная оценка результатов
Введение к работе
Актуальность проблемы. В современной экономической ситуации деятельность предприятий легкой промышленности невозможна без совершенствования качества выпускаемой продукции. Среди швейных изделий широко распространена одежда костюмного ассортимента, изготавливаемая из волокнисто-сетчатых материалов разнообразных структур и свойств. Создание в процессе производства и сохранение при эксплуатации формы и размеров одежды обеспечивается деформационными свойствами применяемых материалов и их систем.
При производстве и эксплуатации одежды на материалы и их системы действуют небольшие по величине (1-20% от разрывных) циклические нагрузки. Однократное или многократное действие нагрузок приводит к изменению структуры материала, к пространственному деформированию его элементов.
Изучение характеристик свойств, получаемых при действии на материалы циклических нагрузок, меньше разрывных, имеет большой научный и практический интерес. Результаты подобных исследований необходимы при проектировании и изготовлении одежды с заданными свойствами.
В работах известных ученых материаловедов разработаны методы и исследованы свойства материалов изделий легкой промышленности при действии факторов производства и эксплуатации.
Однако, теория и практика показывают, что знаний о закономерностях изменения деформационных свойств материалов при изготовлении и эксплуатации одежды крайне недостаточно. Косвенные методы оценки показателей деформационных свойств: коэффициента жесткости при изгибе, коэффициента несминае-мости, упругости, изменения линейных размеров материалов после влажно-тепловых воздействий и других пригодны для контроля качества материалов, поступающих на швейные предприятия, однако не позволяют комплексно оценить деформационные свойства материалов при изменении их структуры в процессах производства и эксплуатации одежды.
В настоящее время отсутствует единый подход при выборе характеристик свойств материалов для оценки их формовочной способности и формоустойчиво-сти, нет унифицированных методов и средств измерения данных характеристик.
Отсутствие методологии комплексной оценки деформационных свойств материалов при изменении их структуры на этапах производства и эксплуатации одежды не позволяет научно обоснованно осуществлять выбор конструкции, пакетов материалов для одежды, способов и параметров их технологической обработки, затрудняет прогнозирование качества изделий.
Важно и своевременно развить теорию и методы исследования деформационных свойств материалов в условиях, моделирующих действие факторов производства и эксплуатации одежды.
Цель работы состояла в развитии теоретических основ исследования деформационных свойств материалов для одежды на основе системного анализа изменений их структуры и свойств при технологических и эксплуатационных воздействиях; создании методов и средств испытаний объектов в условиях циклических
пространственных растяжений и сжатий, повышающих объективность оценки показателей качества материалов и изделий.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
разработка методологии исследования деформационных свойств материалов при воздействии технологических и эксплуатационных факторов;
анализ закономерностей влияния структурных изменений на деформационные свойства материалов при производстве и эксплуатации одежды;
выбор показателей, характеризующих изменение свойств материалов при технологических и эксплуатационных воздействиях;
разработка научно обоснованных принципов развития теории и методов исследования деформационных свойств материалов для одежды;
выбор параметров теоретических моделей, соответствующих деформации материалов при производстве и эксплуатации одежды;
разработка и экспериментальная оценка теоретических моделей деформации материалов в условиях пространственного растяжения;
теоретический анализ деформаций и напряжений систем материалов в условиях одноосного растяжения;
исследование деформационных свойств материалов в условиях циклических пространственных растяжений, сжатий и разработка новых методов и средств, моделирующих условия производства и эксплуатации одежды;
сопоставительный анализ изменения деформационных свойств материалов при эксплуатации одежды и в условиях циклических пространственных растяжений, сжатий;
разработка экспрессных методик комплексной оценки показателей деформационных свойств для прогнозирования формовочной способности и формоустой-чивости материалов и изделий.
Объект и предмет исследования.
Объект исследования - материалы для изделий легкой промышленности и их свойства, предмет исследования - деформационные свойства материалов для одежды костюмного ассортимента. Исследованы свойства тканей и трикотажных полотен, выработанных из смеси шерстяных и химических волокон и нитей, из синтетических волокон и нитей, в том числе полиуретановых; одежных кож хромового дубления и искусственных, а также систем материалов, полученных в процессе формозакрепления.
Методология и методы исследования.
В диссертационной работе использованы общенаучные методы познания: методология системного подхода, принципы детерминизма, соответствия, обоснованности, внутренней согласованности и непротиворечивости, что обеспечивает соответствие работы требованию научности. Методологической основой исследований являлись классические и современные научные представления о строении и свойствах материалов в материаловедении изделий текстильной и легкой промышленности; положения молекулярно-кинетической теории прочности и разрушения твердых и вязкоупругих тел, механики гибких оболочек. В качестве
теоретических методов использованы: теоретический анализ и синтез, абстрагирование и конкретизация. В качестве материальных средств познания применялись современные методы и аппаратура исследования структуры и свойств материалов, компьютерные технологии.
При обработке экспериментальных данных использовались методы математической статистики, планирования, аналитического моделирования и программные продукты Windows ХР Professional Service Pack II, программное обеспечение Microsoft office 2007, MathCAD, CorelDraw Graphics Suite X3 V13.0; KoMnac-3D V8+, XARA и др. Достоверность разработанных теоретических моделей и полученных результатов исследования свойств материалов подтверждены экспериментально в лабораторных условиях и при эксплуатации изделий.
Автор защищает:
теорию исследования деформационных свойств материалов в условиях циклического пространственного растяжения, соответствующих условиям воздействия производственных и эксплуатационных факторов;
теоретическое обоснование закономерностей изменения структуры и свойств материалов в условиях производства и эксплуатации одежды;
теоретические модели пространственной деформации материалов;
методологию исследования материалов, основанную на комплексной оценке изменения их деформационных характеристик при воздействии технологических и эксплуатационных факторов;
новые методы и средства исследования деформационных свойств материалов в условиях циклического пространственного растяжения и сжатия;
установленные закономерности изменения деформации материалов и их систем в условиях циклических пространственных растяжений и сжатий;
новые методики комплексной оценки показателей деформационных свойств материалов и их систем для одежды на этапах жизненного цикла изделий.
Научная новизна работы состоит в следующем:
развита теория исследования пространственной деформации материалов;
установлены закономерности изменения деформационных свойств материалов и их систем, обусловленные изменениями их структур при производстве и эксплуатации одежды;
получены теоретические модели деформации материалов в условиях пространственного растяжения, соответствующие поведению материалов при технологических и эксплуатационных воздействиях;
созданы новые методы и средства исследования деформационных свойств материалов и их систем для одежды в условиях циклических пространственных растяжений и сжатий (Патент РФ 2354953);
предложена и реализована концепция комплексного исследования деформационных свойств материалов для одежды при технологических и эксплуатационных воздействиях;
установлены закономерности изменения деформации материалов и их систем в условиях циклических пространственных растяжений, сжатий;
получены математические модели деформации текстильных полотен для одежды костюмного ассортимента в условиях циклического пространственного растяжения, позволяющие прогнозировать показатели качества материалов на этапах производства и эксплуатации одежды;
установлена корреляционная связь между показателями деформационных свойств материалов при эксплуатации и пространственном растяжении;
разработаны новые методики комплексной оценки характеристик деформационных свойств для прогнозирования показателей формовочной способности и формоустойчивости материалов и изделий;
доказана возможность применения метода пространственного растяжения при оценке качества технологических обработок, в частности, новых способов формозакрепления деталей одежды из кожи хромового дубления (меха) с применением полимерных дисперсий (Патенты РФ 2266863, 2380994).
Практическая ценность работы заключается в том, что:
разработаны и внедрены в практику научных исследований новые методы и средства, позволяющие повысить объективность оценки деформационных свойств материалов при изменении их структуры в условиях производства и эксплуатации одежды (ООО «Омский центр сертификации и менеджмента» г. Омск);
разработаны и внедрены экспрессные методики комплексной оценки показателей формовочной способности и формоустойчивости материалов и пакетов материалов для одежды, позволяющие оптимизировать выбор материалов для изделий, параметры их технологических обработок, формировать системы материалов для одежды с заданными свойствами (ЗАО «Юничел-Злато» г. Челябинск; ЗАО «Зюраткуль» г. Сатка, ЗАО «Эвита» г. Златоуст);
разработаны комплексные показатели формуемости и формоустойчивости материалов и их систем, установлены численные значения показателей и группы градации материалов для костюмного ассортимента по указанным показателям;
разработаны и апробированы рекомендации для предприятий по использованию материалов для изготовления одежды костюмного ассортимента
разработанные методы, средства и результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки специалистов для швейных предприятий. Практическая значимость результатов работы подтверждена документально в актах апробации и внедрения в производство и учебный процесс.
Для теории и практики имеет существенное значение: теория исследования деформационных свойств материалов на основе моделей пространственной деформации материалов; методология исследования, основанная на принципе комплексной оценки деформационных свойств материалов на этапах жизненного цикла изделий; методы и средства циклического пространственного растяжения, сжатия материалов, моделирующие условия производства и эксплуатации одежды и позволяющие исследовать деформацию материалов при изменении их структуры; методики комплексной оценки показателей формовочной способности и формоустойчивости материалов и их систем для одежды.
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на Международных научно-практических конференциях «Материаловедение- 1999», «Материаловедение-2002» (Москва, ГОУ ВПО «МГУС», 1999 г., 2002 г.), Международных научно-практических конференциях «Наука - сервису» (Москва, ГОУ ВПО «МГУС», 2006-2007 гг.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях», (Кострома, ГОУ ВПО «КГТУ», 2004 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы совершенствования качественной подготовки специалистов высшей квалификации» (Омск, ГОУ ВПО «ОГИС», 2004 г.), Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, ГОУ ВПО «ИГТА», 2006 г.), Международных научно-практических конференциях «Современные техника и технологии» (Томск, ГОУ ВПО «ТПУ», 2007-2008 гг.), ежегодных научно-практических конференциях (г. Челябинск, ГОУ ВПО «ЮУрГУ», 2001-2008 гг.), Всероссийском совещании заведующих кафедрами материаловедения в области сервиса, текстильной и легкой промышленности 30.11.2009 г (п. Черкизово), заседаниях кафедры «Материаловедение» ГОУ ВПО «МГУДТ» 27.10.2009 г., 13.05.2010 г.
Тема диссертационной работы утверждена Ученым Советом ГОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» (ГОУ ВПО «МГУДТ»), выполнялась в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ ГОУ ВПО «МГУДТ», в том числе в соответствии с НИР № 10.1 «Разработка и совершенствование методов исследования свойств и оценки качества материалов легкой промышленности с учетом требований современных технологий».
Личный вклад автора состоит в постановке и разработке научной проблемы, основной идеи и темы диссертационной работы, в определении и решении задач теоретического и экспериментального характера, в разработке теории, методологии и экспериментальной практики исследований, обобщении результатов, их анализе и формулировании выводов. Изложенные в диссертации результаты получены автором лично и в соавторстве с сотрудниками кафедр «Материаловедение» (ГОУ ВПО «МГУДТ»), «Проектирование и технология изделий сервиса» (ГОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет). Основная часть научных исследований проведена по инициативе и под руководством автора.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы изложены в 40 научных публикациях, в том числе: в 1 монографии объемом 14,8 печатных листов, 4 патентах и авторских свидетельствах на изобретение, 21 научной статье и 14 материалах научных конференций. В рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, опубликовано 9 статей.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 269 страницах, содержит 98 рисунков, 65 таблиц. Список литературы включает 223 наименования. Приложения представлены на 74 страницах.
Изменение свойств материалов при эксплуатации
В работах [5, 11, 18, 98, 109; 183] показано, что изменение структуры кожи и кожевой ткани меха в, процессе формования7 деталей одежды связано с деформированием крупных структурных элементов (пучков). При этом полная деформация материалов составляет не более 5-20 %
В работе [7] совместно с В.И. Стельмашенко и Е.В. Барановой выявлено, что в результате формования деталей одежды из кожи происходит распрямление и растяжение отдельных пучков и волокон материала, их ориентация вдоль приложенной силы и уплотнение структуры кожи. Установлено, что при формовании изменяются внешние связи между элементами структуры. Снятие нагрузки может приводить к изменению положения пучков и волокон, уменьшению плотности из-за релаксационных процессов в материале. В результате будет изменяться деформация материалов, форма и размеры изделий.
Кроме механических воздействий, в производстве одежды применяются тепловые и влажные методы обработки, ускоряющие проведение технологических операций и влияющие на структурное состояние материалов. Тепловое воздействие применяют на операциях: влажно-тепловой обработки, формования; прессования; сушки полуфабриката; клеевых и литьевых методах соединения деталей и узлов изделия и др. На операциях глажения материалов и деталей температура греющей поверхности устройства определяется составом материала и изменяется в пределах от 363 до 41ЗК [79, 99].
Обработка материалов влагой в виде пара или паровоздушной смеси применяется при формовании деталей одежды. При этом температура пара зависит от волокнистого состава и может достигать 383 К до 473 К [79].
Введение влаги при формовании повышает подвижность и увеличивает способность структурных элементов принимать заданную форму. Влага, разрыхляя структуру кожи, уменьшает силы притяжения и трения между элементами. В результате увеличивается угол наклона пучков и подвижность струк 20 турных элементов друг относительно друга, что повышает формовочную способность материала [35, 82, 90, 91].
Совместное действие влаги, температуры и давления ускоряют протекание технологической операции формования, придавая плоской детали требуемую пространственную форму [142, 183, 205, 219, 222]. Однако, механические воздействия могут преобразовываться в тепловые и приводить к негативным изменениям структуры, влага — к обратным релаксационным процессам в материале.
При ниточном соединении износ иглы приводит к прорубанию соединяемых тканей, усугубляет нарушение структуры швейных ниток и их износ. Существенным недостатком процесса пошива является нагрев швейной иглы в результате возникающих сил трения. Температура иглы может повышаться с увеличением скорости работы машины и слоев соединяемых тканей до 300 С и более [21, 42, 75, 193]. Высокие температуры приводят к оплавлению синтетических материалов, обрыву швейных ниток, заклиниванию ушка иглы.
При соединении деталей сваркой применяют действие на материал высоких (ТВЧ) и сверхвысоких (СВЧ) электрических полей, ультразвуковых колебаний и других способов [83, 88, 148]. При воздействии токов высокой частоты происходит поляризация диэлектрика (материала) в электрическом поле, в результате чего возникает внутреннее трение между молекулами и нагрев свариваемого материала. Серьезным недостатком при данном способе соединения является возникновение краевого эффекта, связанного с толщиной соединяемых материалов, формой и шириной электрода [73].
Ультразвуковые воздействия приводят к поглощению механических колебаний материалом и преобразованию их в тепловые, достаточные для его разогрева и размягчения. В работах В. Вуиха, В.Т. Фаермана, С.С. Волкова и др. приводятся различные мнения относительно механизма теплообразования в материалах при ультразвуковом воздействии. Кроме тепловых воздействий, материалы в месте сварки подвергаются механическим воздействиям: сжатию под давлением и ультразвуковым вибрациям в направлении, перпендикулярном или параллельном их поверхности [83, 112, 197].
,21 Микроскопические исследования сварного стежка [124] показали, что околошовная зона включает нерасплавленные и сильно расплавленные участки волокон, имеет неоднородную структуру, что обуславливает рост местных напряжений, ускоряет разрывы макромолекул в местах перенапряжения и приво-дит к возникновению трещин и разрушению материала при растяжении.
Результаты дифференциально-термического анализа, рентгеновской ди-фрактометрии сварных соединений показали, что совокупность механических и тепловых воздействий ультразвука приводит к изменению надмолекулярной структуры тканей: деструктивным явлениям, разориентации и переориентации кристаллитов полимерного вещества образуемой системы материалов. При этом изменений в химических связях не установлено [110].
Для повышения качества технологических операций широко используются химические технологии, основу которых составляют клеевые и литьевые методы соединения деталей и узлов одежды. В производстве одежды применяют твердые и жидкие клеи в виде расплавов, растворов и дисперсий. Температура плавления клеев-расплавов в зависимости от химического состава составляет 403 К-463 К [79]. При соединении материалов с помощью клея дополнительным фактором является обязательное внешнее силовое давление, приводящее к сжатию материалов и увеличению площади контактирующих поверхностей. В литературе довольно широко освещены сущность механизма образования клеевого соединения материалов [41, 43, 44, 92, 104, 196, 198].
Закрепление формы детали одежды, препятствующее релаксации деформаций в материале после формования, может выполняться за счет теплового и влажно-теплового воздействия, с использованием соединений деталей с прикладными материалами или обработкой химическими средствами [6, 103, 176, 181, 221]. Основные факторы, действующие при формовании и формозакрепле-нии: температура, давление, длительность прессования, влага, клеи, растворы, дисперсии. Внешнее давление при дублировании материалов клеевыми прокладочными материалами составляет от 3—5 МПа, при клеевых и сварных способах соединения деталей одежды - до 1,7 МПа [79, 135].
Анализ деформации материалов и систем материалов при воздействии технологических и эксплуатационных факторов
Анализ структуры материалов после эксплуатационных воздействий, представленный в предыдущем параграфе, позволяет сделать вывод,.что изменение свойств материалов при эксплуатации носит временной5 характер; так как внешние усилия чередуются с разгрузкой и отдыхом материалов; Циклический характер воздействия внешних факторов постепенно приводит к изменению структуры и свойств материалов и изделий. При небольших циклических усилиях для разрушения целостности материалов вследствие процессов термофлу-актации, усталости и накопления необратимых изменений в полимерном веществе материала требуется длительный период времени.
Вероятность преждевременного разрушения материала при эксплуатации изделия связана с. воздействием предельных, разрушающих нагрузок (порезы, надрывы, сдиры и др;), возникновение которых имеет случайный характер зависит от культуры, условий зксплуатаїщиш
Более вероятный характер изменения свойств материалов при эксплуатации одежды связан с многократным воздействием небольших по величине внешних усилий, обуславливающих возникновение в материалах обратимых и необратимых деформаций. Изменение соотношения обратимой и необратимой деформации приводит к изменению деформационных, геометрических и физических показателей, и в конечном итоге — к изменению прочности и разрушению материала. Следует, что чем больше доля обратимой деформации материала, тем лучше сохраняется форма и размеры, внешний вид одежды и увеличивается срок ее эксплуатации.
По характеру действия эксплуатационных нагрузок можно выделить три основные конструктивные зоны одежды. К первому типу относятся зоны, подвергающиеся в процессе эксплуатации растяжению. К ним относят: детали полочки (линии борта, прорези кармана) и спинки (уровень лопаток, линия шва сиденья), передняя и задняя детали брюк (точка коленной чашечки, шов сиденья) и др. Ко второму типу относятся зоны, требующие устойчивости к изгибу, к кручению: детали рукавов (уровень локтя, линия низа), манжеты (линия низа), воротники (линия отлета) и т.д. К третьей группе - зоны, способные принимать первоначальную форму после прекращения усилий при прогибе (участки детали полочки по линии груди, детали рукава по линии оката и др.) [65, 209, 212].
В работе Л.Н. Панковой установлено, что на спинке мужского пиджака в области среднего и нижнего участков проймы ткань испытывает наибольшие нагрузки до 16 Н/см.
Б.А. Бузов экспериментально установил, что распределение и величина деформации растяжения ткани в мужской одежде зависят от характера движения человека, а также соответствия размера одежды размерам тела. Наибольшее растяжение ткань испытывает на спинке и рукавах изделий в зонах, прилегающих к среднему и нижнему участкам проймы при резких движениях человека. При этом величина деформации материала зависит от направления растяжения относительно нитей основы и утка: в диагональных направлениях деформация ткани может составлять 10-22% (что составляет 35—40 % от разрывного удлинения). Вдоль нитей основы и утка деформация ткани не более 3-9 %. На участках одежды выше или ниже линии груди, деформация ткани значительно меньше, чем в области средней и нижней частей проймы [30].
По данным В.П. Румянцева и А.И. Коблякова в одежде из трикотажа наибольшее растяжение материала наблюдается на участках спинки и полочки в области средней и нижней частей проймы 8-25 % (5-12 % разрывного удлинения), а в изделиях спортивного назначения 34-55 % (по данным А.А. Карцевой) [30]. Величина деформации зависит от вида полотна и его растяжимости.
Большое влияние на характер распределения и величину деформации рас-тяжения материала в одежде при эксплуатации оказывают силуэт и конструкция изделия, расположение швов, способы соединения и формования. Результаты, полученные Б.А. Бузовым при оценке деформации ткани в одежде разного силуэта, показали, что ткань на некоторых участках одежды растягивается одновременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях и существенно отличается от деформации проб при растяжении стандартными методами [30]. Деформации материалов при эксплуатации изменяют не только линейные размеры одежды, но прежде всего пространственную форму участков или изделий в целом.
Результаты проведенных автором совместно с В.И. Стельмашенко и Ю.К. Овчинниковым исследований [115, 123], представленные в табл. 1.8, позволили установить динамику изменения разрывной нагрузки соединений деталей при носке партии изделий из капроновых тканей (арт. 56023, 56028). Ниточным способом выполняли стачные с обметанным краем швы деталей изделий, сварным - накладные с закрытым краем. Пошив изделий производился на швейном оборудовании класса 1022-М, 51-А. При этом применяли иглы № 100, нитки 44ЛХ или хлопчатобумажные специальные № 40, ширину шва 12 мм, частоту строчки 4 стежка/см. Сварные накладные швы с закрытым срезом шириной 9 мм выполняли на ультразвуковой машине БШМ-1 (ОЗЛМ) [197] с предварительной обработкой среза детали полимерной композицией (концентрация поливинилэтилаля в водном растворе - 8 %). Режимы ультразвуковой сварки капроновых тканей [113]: мощность 300-350 Вт, длительность импульса, 20-30 мс, сварочное усилие 20—30 Н, размеры сварного элемента прямоугольной формы - длина 3,5 и ширина 1,2 мм. Технические условия выполнения стачных и накладных швов соответствовали ОСТ 17-835 [156] и выполнялись в соответствии с Инструкцией по особенностям обработки сваркой швейных изделий из термопластичных материалов (ІЩИИШП). Разрывную нагрузку швов определяли согласно ОСТ 17-739 [157]. Опытную носку изделий проводили в соответствии с [167].
Анализ данных таблицы 1.8 показал изменение величины прочности соединений в период носки изделий. Динамика изменения прочности швов имеет нелинейный характер. При аппроксимации экспериментальных данных использовалась экспоненциальная зависимость. Величина относительной ошибки между расчетными и экспериментальными результатами значений разрывной нагрузки швов составила не более 6,3 %. Это подтвердило экспоненциальный характер изменения прочности соединений при эксплуатации изделий [138].
Влияние эксплуатационных воздействий на деформационные свойства„костюмных тканей
При этом структура и свойства получаемой системы материалов будут определяться количеством образуемых связей, то есть характером распределения, глубиной миграции, концентрацией полимерных частиц в материале. Прочность данной системы при растяжении, вероятно не будет существенно изменяться, так как дискретное распределение частиц полимера в сетчатом слое уменьшает его когезионные силы. Но деформационные свойства системы материалов будут существенно отличаться от свойств исходной и дублированной кожи. Это связано, во-первых: с изменением жесткости данной системы относительно исходного материала, во-вторых: одинаковой деформативной способ 52 ностью элементов по глубине кожи. Особенности строения и свойств систем материалов, получаемых при обработке дисперсиями полимеров, обуславливают сохранение связей в структуре при многократных деформациях. Деформации дублированных пакетов приводят к разрушению связей между клеевым субстратом и материалом, отслаиванию прокладочного материала.
Растровая электронная микроскопия. Использовали образцы, характеристика которых приведена в табл. 1.2 (см. п.п. 1.1.2). Исследования поперечных срезов проводили на микроскопе фирмы «JEOL» (Япония) при увеличениях х 180, х1000, х2000. Результаты представлены на рис. 1.22—1.25 и в работах [16, 111].
Микроскопический анализ показал, что структура среза образца кожи до обработки (образец 1) состоит из достаточно развитой сети волокон, распределенных по толщине и образующих поры по всему объему материала (см. рис. 1.22). Связи образованы за счет переплетения и контакта волокон. Пористость структуры обеспечивает свободное перемещение волокон при деформировании. Поэтому при формовании деталей, в коже будут возникать деформации, обусловленные нарушением первоначальных связей в местах контакта волокон. Обратимый характер деформаций структурных элементов кожи при формовании связан с небольшими по величине изменениями угла наклона пучков и степени извитости волокон, а также свободным перемещением волокон относительно друг друга.
Поперечный срез кожи (образец 2), срез кожи хромовой дублированной термоклеевым прокладочным ма (ГОСТ 1875) (х 180) териалом при увеличении: а - х 180, б - х 1000 Анализ поперечного среза кожи (образец 2), дублированной термоклеевым прокладочным материалом, подтвердил локальность образования связей частиц клея со структурными элементами кожи, выявленную оптической микроскопией продольных срезов: После формования и дублирования структура кожи по толщине плотная за счет изменения угла наклона пучков волокон, перемещения и сближения волокон при растяжении и сжатии (см. рис. 1.23 а). Анализ рис. 1.23 показал, что частицы клея из-за вязкости и быстрого затвердевания расплава не мигрируют вглубь материала и образуют связи на поверхности дермы. Система материалов, образуемая при дублировании, имеет четкую границу раздела материалов по месту образуемых между ними связей (см. рис. 1.23 б).
Очевидно, что при растяжении деформация дублированной системы будет меньше исходного образца кожи, так как не все волокна имеют возможность перемещения и распрямления. Часть волокон связана с клеевым слоем, имеет меньшую подвижность, что обеспечит обратимые деформации в материале при внешних механических усилиях. Следовательно, дублированные системы образованы связями элементов с разной деформативной способностью. Деформации структурных элементов при растяжении, изгибе, кручении будут неодинаковы, что приведет к различным напряжениям в системе. Кроме того, когезионные и адгезионные свойства связей частиц клея и волокон также различны. Поэтому, в отдельных связях структуры могут возникать концентрации напряжений и их разрушение. Однако, величина разрывной нагрузки дублированных систем материалов обеспечивается прочностью основного и прокладочного материала. Существенного ухудшения прочностных показателей у таких систем материалов при одноосном растяжении не будет. Но при многократных деформациях возникает отслаивание прокладочного материала.
Анализ фотографий срезов кожи (образец 3), обработанной поливинилаце-татной дисперсией вьывил равномерное распределение частиц дисперсии в межволоконном пространстве кожи (см. рис. 1.24). Структура материала однородная и равноплотная по толщине. Связи элементов образованы за счет переплетения пучков и волокон и адгезии на их поверхности полимерных частиц. За счет диффузии частиц дисперсии вглубь кожи дополнительные связи в структуре увеличивают силы сцепления между волокнами и пучками кожи. Изменение первоначальных связей элементов кожи и образование новых связей влияет на деформационные свойства элементов системы по всему объему. Возможность перемещения волокон и пучков ограничена из-за уменьшения пор кожи и увеличения силы сцепления в местах контакта элементов. При растяжении величина деформации структурных элементов будет меньше относительно деформации исходной кожи. Количество связей в системе, ее деформационные свойства (жесткость) зависят от концентрации полимерных частиц в коже. В отличие от дублированных систем материалов, деформации не будут приводить к концентрации напряжений и разрушению связей элементов, так как частицы полимера равномерно распределены в объеме материала.
При растяжении усилия будут распределяться на структурные элементы кожи, так как дополнительные связи частиц полимера с элементами кожи дискретно распределяются в объеме материала. Прочностные свойства такой системы не будут иметь существенных изменений относительно прочности исходного материала. Но, многократное деформирование системы материалов, полученных обработкой кожи полимерными дисперсиями, не будет приводить к нарушению связей в структуре и возникновению необратимых деформаций.
Поперечный срез кожи, обработанной поливинилацетатной дисперсией (концентрация 20 %), на расстоянии от наружной поверхности сетчатого слоя (бахтармы): а - 5 мкм, б - 15мкм ( 1000); в - 15мкм; (х2000) Сравнительный анализ образцов кожи (обр. 3, 4), обработанных дисперсией с различной концентрацией поливинилацетата (20 и 40 %), установил различие образуемых структур материалов. При большой концентрации дисперсии (40 %) на поверхности кожи образуется монолитное полимерное покрытие (см. рис. 1.25). Полимерные частицы заполняют поверхностные поры и капилляры кожи, образуя связи на поверхности кожи. Деформация системы определяется свойствами элементов кожи и монолитного слоя, образованного дисперсией. При разных деформациях элементов в системе будут возникать концентрации напряжений в связях и их разрушение. Деформационные свойства такой системы отличаются от свойств системы, рассмотренной выше (см. рис. 1.24).
Сравнительный анализ кинетики изменения остаточной деформации костюмных тканей при эксплуатации и в условиях пространственного растяжения и корреляционная оценка результатов
При разработке устройства учитывались следующие требования: а) оперативное проведение испытаний и получение достоверных результа тов при сохранении характера кинетических зависимостей, имеющих место в производстве и эксплуатации одежды; б) исследование кинетики изменения деформации в условиях циклического силового воздействия на материал без его разрушения; в) возможность проведения испытаний при последовательном или совмест ном воздействии внешних факторов (растяжение, сжатие, влага, температура); г) моделирование условий испытания за счет изменения величины нагрузки на пробу, размеров проб, длительности единичного цикла, количества циклов; д) автоматическое измерение показателей при нагрузке и отдыхе пробы. Наиболее ответственной частью в методическом плане при испытаниях на пространственное растяжение гибких полимерных материалов является выбор способа оценки деформации проб при растяжении и отдыхе. Отклонение исходного положения пробы относительно горизонтального уровня зависит от величины предварительного натяжения при ее заправке, величины провисания конкретного материала под действием собственного веса и при его контакте с измерителем, а также предыстории нагружения материала (рис. 3.1)
Измеряемая величина провисания материала hmM под нагрузкой или в период отдыха будет отличаться от реального прогиба пробы на величину Д/г: h =hmM-Ah, (ЗІ If) где h-реальное провисание пробы материала, мм; Km - измеряемое значение величины провисания на шкале измерителя, мм; Л/г — поправочный коэффициент, мм: Различия в строении, индивидуальная чувствительность к, внешней» нагрузке материалов, требование обеспечения точности измерения показателей не позволяют использовать усреднение величины начального отклонения положения пробы относительно нулевого уровня отсчета А/г. Исключение систематической (аппаратной) ошибки измерения величины h(t) достигнуто за счет автоматической системы измерения, включающей измерители на основе фотодатчиков, электронный блок управления, панель ввода и индикации данных, что является принципиальным отличием устройства от известных [147-157] . Внешний вид и схема устройства представлены на ,рис. 3.2-3.3 и в .приложении (рис. В1).
Устройство (см. рис. 3.2) состоит из средства для крепления пробы 13, стола 15 с двигающейся на нем кареткой 14; на которой устанавливаются сменные зажимные кольца 13 для фиксации пробы, механизма нагружения 12, включающего шток в виде стержня со сменными насадками, который приводится в движение электродвигателем 11 через редуктор, движущимся с постоянной скоростью под нагрузкой, задаваемой на опорной горизонтальной, площадке 10, измерительной системы 1—9, построенной на шаговом электродвигателе 16, и электронного блока 17 с панелью ввода и индикации данных, выполненного на микропроцессоре. Скорость перемещения штока может дифференцироваться (для реализации разных условий испытания). В данном случае скорость перемещения штока при разгрузке пробы (вверх) увеличена до 5 мм/0,25 с, вниз уменьшена до 3-5 мм/0,5-1 с для плавности нагружения.
Измерительная, система устройства включает шкалу измерения максимального провисания пробы под нагрузкой /гтах и измерителя текущих значений h{f). Измерение текущих значений величины провисания пробы после снятия нагрузки реализуется дифференциальными фотодатчиками 5, 6, обеспечивающими точность определения положения каретки 7 и результатов измерения искомого показателя. Чувствительность фотоэлектрических систем при измерении перемещении лежит в пределах от Ю -10"1 м, что обеспечивает приборную погрешность измерений не более 10 мкм (Ю м). Измерение максимального прогиба пробы hmax под грузом осуществляется механическим измерителем, состоящим из шкалы и указателя, связанным со штоком механизма нагружения 12. Принцип работы измерителей представлен в приложении В (рис. В1 б, в). Измерительная система на основе фотодатчиков позволяет автоматически контролировать и управлять всеми механизмами прибора, измерять и учитывать величину провисания» пробы Ah относительно нулевого уровняв текущих измерениях и моделировать условия испытаний.
Для управления процессом испытания и обработки результатов служит электронный блок 17, снабженный панелью управления (см. рис. 3.3).
Панель ввода и индикации данных содержит табло, на котором расположен дисплей ввода значений, кнопки ввода количества циклов нагружения, калибровки измерителя; кнопку для испытаний в ручном режиме; меню расширения функций устройства; кнопки вызова на дисплей коэффициента А/г, ввода времени отдыха пробы в-цикле, перемещения штока в нижнее положение, ввода времени нагружения в цикле, возврата на предыдущее задаваемое значение, чтения 10-ти последних значений измеряемого параметра из памяти микропроцессора; кнопки запуска и останова работы устройства.
Описание работы устройства. После включения электропитания происходит начальная инициализация устройства, на табло 18 высветится «clb» (калиб 134 ровка). Пробу фиксируют в зажимных кольцах 13 (см. рис. 3.2), одно из которых закреплено на каретке 14. На горизонтальную площадку 10 укладывают грузы, задающие усилие на пробу. Затем пультом управления 17 задают параметры испытаний: количество циклов, время нагружения и отдыха. После чего автоматически измеряется начальный уровень поверхности пробы, принимаемый за начало отсчета измерений и реализуется растяжение пробы по циклу: нагружение - разгрузка - отдых. После осуществления количества циклов, производится замер уровня поверхности пробы, текущие значения которого непрерывно выводятся на табло до нажатия кнопки «Стоп» или до момента восстановления поверхности пробы до начального положения.
