Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния вопроса влажно-тепловой обработки
1.1 Свойства текстильных материалов, используемых в процессе ВТО
1.1.1 Влияние тепла на свойства текстильных материалов в процессе ВТО
1.1.2 Влияния влаги на свойства текстильных материалов в процессе ВТО
1.1.3 Влияния температуры на свойства текстильных материалов в процессе ВТО
1.1.4 Комплексное влияние тепла, температуры и влаги на изменение свойств текстильных материалов в процессе ВТО
1.2 Теоретические основы процесса влажно-тепловой обработки
1.2.1 Стадии процесса влажно-тепловой обработки 28
1.2.2 Параметры процесса влажно-тепловой обработки 29
1.3 Способы и технологические процессы влажно-тепловой обработки швейных изделий
1.4 Оценка эффективности технологических процессов ВТО 51
1.5 Системный анализ 57
Выводы по главе 1 62
Глава 2 Теоретические исследования теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката
Выводы по главе 2 86
Глава 3 Экспериментальные исследования теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката
3.1 Исследования температурных параметров по толщинам пакетов тканей
3.2 Исследования температурных параметров во времени по толщинам пакетов тканей
Выводы по главе 3 128
Глава 4 Разработка эффективной технологии влажно-тепловой обработки
4.1 Разработка способов влажно-тепловой обработки 130
4.2 Разработка технологического процесса влажно-тепловой обработки
4.3 Оценка эффективности теплотехнических процессов при влажно-тепловой обработке
Выводы поглаве4 138
Заключение 139
Список литературы 141
Приложения
- Влияние тепла на свойства текстильных материалов в процессе ВТО
- Теоретические исследования теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката
- Исследования температурных параметров во времени по толщинам пакетов тканей
- Разработка технологического процесса влажно-тепловой обработки
Введение к работе
На современном этапе развития швейного производства особую значимость приобретает повышение эффективности производства и улучшение качества выпускаемой одежды. В связи с тем, что требования населения к качеству швейных изделий повысились, возникла необходимость дальнейшего совершенствования технологических процессов изготовления одежды.
Повышение эффективности производства и качества швейных изделий в значительной степени зависит от влажно-тепловой обработки (ВТО), существенно влияющей на производительность процесса, товарный вид и износоустойчивость одежды.
Трудоемкость процессов ВТО составляет более 30% от общей трудоемкости изготовления одежды, что свидетельствует о ее весомости в технологическом цикле.
ВТО делится на внутрипроцессную, малооперационную и окончательную. При изготовлении одежды посредством внутрипроцессной ВТО осуществляют формование объемных участков, разутюживание и заутюживание швов, загибку и прессование края, склеивание деталей и выдавливание. С помощью окончательной ВТО изделию придается требуемый внешний (товарный) вид путем выравнивания поверхности, восстановления объемных участков, придания пространственной формы и снятия лас.
В процессе эксплуатации одежда деформируется, изменяя свой товарный вид, что обуславливает периодическое восстановление ее внешнего вида посредством окончательной ВТО.
Таким образом, диапазон воздействия ВТО на текстильные материалы достаточно широк и включает операции, связанные с локальным воздействием по линии, площади и объему полуфабриката. ВТО осуществляется посредством гладильных прессов, утюжильных столов, установок для склеивания, электрических, паровых и электропаровых утюгов путем воздействия на ткань влаги, тепла и деформирующих сил.
Важность и значительный удельный вес операций ВТО при изготовлении швейных изделий обусловили проведение большого количества исследований, в ходе которых разработаны теоретические основы и определены основные требования к операциям ВТО и применяемому оборудованию, созданы способы, технологические процессы и оборудование для их реализации, средства контроля и управления. Вместе с тем, при разработке технологических процессов ВТО, существующие аналитические и экспериментальные методы определения показателей и параметров данного процесса не позволяют в полной мере оптимизировать режимы обработки.
Цель данной работы - повышение эффективности производства и улучшение качества швейных изделий посредством оптимизации теплотехнических параметров во времени при прессовании полуфабриката, а также разработки нового способа и эффективного технологического процесса окончательной влажно-тепловой обработки на примере мужского пиджака.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
- систематизация существующих технологий ВТО;
- теоретические исследования по разработке эффективного технологического процесса ВТО, в том числе:
математическое моделирование теплотехнических процессов во времени при прессовании полуфабриката;
- теоретические исследования по разработке критерия оценки эффективности теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката во время ВТО;
- экспериментальные исследования по разработке нового способа и эффективного технологического процесса окончательной ВТО мужского пиджака.
Объектом исследований выбраны способы и технологические процессы окончательной влажно-тепловой обработки мужского пиджака, как наиболее сложного швейного изделия.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Российской Федерации, грант ТОО - 10.4 - 2477.
Влияние тепла на свойства текстильных материалов в процессе ВТО
Под воздействием тепла и влаги свойства тканей изменяются ввиду молекулярного характера связи поглощаемой воды с веществом ее тела. Перенос воды и пара, а также тепла внутри ткани, зависит от характера молекулярной связи. Поэтому, вышеуказанная связь воды, поглощенной тканью при пропаривании, должна учитываться при определении режимов ВТО, что представляет интерес для физики процесса. Удаление воды из обрабатываемого полуфабриката сопровождается нарушением ее связи с тканью и обусловлено определенными затратами энергии.
При пропаривании ткань адсорбирует влагу, меняя свои свойства, т.е. пластифицируется, а при сушке десорбирует влагу и переходит в застеклованное состояние, что требует учета количества тепла, необходимого для перевода волокон ткани в высокоэластическое состояние и испарения воды, внесенной в изделие при пропаривании.
Текстильные материалы принадлежат к капилярно-пористым коллоидным телам. Стенки капилляров эластичны и при поглощении жидкости набухают. При этом ткани относятся к группе ограниченно набухающих коллоидных тел, т.е. при погружении в жидкость, они поглощают определенное ее количество, составляющее меру максимального набухания.
Влага и тепло оказывают влияние на теплофизические свойства материалов ввиду молекулярного характера связи поглощенной воды с веществом материала.[16— 19]
Результаты исследований, представленные в работах [20 - 22] показали, что вода в процессе ВТО оказывает определенное пластифицирующее действие на полимерные материалы, состовляющие волокна ткани.
При этом пластификация повышает подвижность структурных элементов полимера. В результате повышения подвижности структурных элементов пластифицированного полимера понижается температура стеклования Т с, полимер начинает переходить в высокоэластическое состояние при более низких температурах. Результатом данного процесса является увеличение его формовочной способности. Проникновение в глубь волокон молекул воды приводит также к изменению их механических свойств [23 - 25].
В работах [26,27] представлена классификация форм связи влаги с материалом. По этой классификации все формы связи влаги с материалом делятся на три группы: химическая, физико-химическая и физико-механическая.
Химическая форма связи образуется в результате химической реакции поглощаемого вещества с материалом и не нарушается в процессе тепловой обработки текстильных материалов.
В классификации указаны семь основных признаков физико-химической формы связи влаги с материалом. Особый интерес представляет мономолекулярный слой, обладающий рядом свойств, отличающих его от обычной жидкости. Он находится под действием молекулярно- силового ПОЛЯ материала и защищает волокна от тепловых воздействий и химической деструкции. Последующие слои влаги менее прочно связаны с адсорбируемым материалом. Физико-химическая форма связи влаги с материалом определяет сущность процесса ВТО. При этом по достижении температуры удаления влаги судят об окончании теплового воздействия на материал.
Осмотическое поглощение влаги волокнами текстильных материалов также имеет место в процессе ВТО в силу проницаемости стенок клеток волокон. При поглощении жидкости коллоидным телом выделяется некоторое количество тепла (теплота набухания), которое увеличивается по мере набухания коллоидного тела при поглощении жидкости. Теплота набухания под-считывается по формуле: где Q- количество тепла набухания или теплота смачивания, ккал/ кГ; U - количество поглощенной жидкости сухого тела (удельное вла-госодержание тела, при поглощении жидкости абсолютно сухим телом); а и Ъ - константы.
С увеличением количества поглощенной жидкости U дифференциальная теплота набухания уменьшается. Максимальный тепловой эффект набухания наблюдается в начале процесса. Максимальную теплоту набухания определяют экспериментально.
Процесс поглощения жидкости при увлажнении изделия делится на две стадии [28]: набухание капилляров волокон с выделением тепла и поглощение жидкости без выделения тепла.
Физико-механическая форма связи влаги с материалом характеризуется удержанием большего количества влаги и присуща процессу ВТО при чрезмерном увлажнении.
Определенный интерес для процесса ВТО представляет метод определения форм связи влаги с материалом [29, 30], позволяющий получить результаты представленные на рисунке 1.2.
Теоретические исследования теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката
Влажно-тепловая обработка швейных изделий характеризуется определенными теплотехническими показателями. При этом теплотехнические процессы ВТО швейных изделий изучены не в полной мере, что определяет актуальность их исследований с учетом фактора времени.
Для описания теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката, используем уравнение теплопроводности для трехмерного тела.
Пусть вещество, находящееся в трехмерной области Q, x = (xvx2,x3), имеет плотность р(х), теплоемкость с(х) и коэффициент теплопроводности к(х). Обозначаем через u(x,t) температуру в точке х є Q в момент времени t. Предполагаем, что температура в начальный момент времени t = t0 известна: и( .0м. = ( )» xeQ Определим ее при / /0. Пусть Qx некоторая подобласть Q,
Таким образом, получаем новую граничную задачу: найти решение дифференциального уравнения в частных производных (2.19), удовлетворяющее граничным условиям (2.20-2.22).
Формула (2.46), говорит о том, что в рассматриваемом случае температура зависит только от координаты z и распределена по линейному закону.
Рассмотрим случай, когда полуфабрикат имеет достаточно большую толщину, при которой теплообменом с внешней средой нельзя пренебречь. Тогда в формулах (2.20-2.21) нельзя положить Аг,=0, а рассматриваемую задачу теплообмена невозможно свести к задаче с однородными граничными условиями, что не позволяет при использовании метода Фурье разделить задачу нахождения собственных функций на три более простые одномерные задачи, как происходило в рассмотренном выше случае. В условиях теплообмена применим метод функций Грина [109-111], который позволяет разделить задачу нахождения собственных функций на три более простые одномерные задачи. Введем снова функцию U(x,y,z,t) = u(x,y,z,t)-u0, тогда для этой функции, как было выше показано, справедливо уравнение (2.19) и граничные условия (2.20-2.22). Найдем функцию Грина рассматриваемой краевой задачи. Функция Грина G j z Xj pZ,,/,) определяется как решение следующей краевой задачи [107, 108]: найти функцию G(x,j/,z,r,x,, ;1,z,,/,), удовлетворяющую уравнению:
В результате теоретических исследований получены математические модели теплотехнических процессов, учитывающие теплообмен с внешней средой и без его учета при прессовании полуфабриката, и позволяющие оптимизировать соответствующие параметры. Расчет теплотехнических параметров тепловых процессов при прессовании осуществляется на ПК, согласно разработанному алгоритму (рисунки 2.2 и 2.3).
При этом математическая модель теплотехнических процессов при прессовании описывается трехмерным уравнением теплопроводности с граничными условиями, учитывающими постоянство температуры на поверхности материала соприкасающегося с подушками, а на остальной поверхности материала учитывается теплообмен с внешней средой. Для решения получаемой граничной задачи для пакета тканей мужского костюма формы параллелепипеда рассмотрены два случая, когда: 1) теплообмен с внешней средой считается незначительным и поэтому им пренебрегают; 2) теплообмен с внешней средой учитывается. Для первого случая граничная задача решается методом Фурье. Решение граничной задачи в данном случае описывается бесконечным трехмерным рядом. Для второго случая используется метод функций Грина. Для нахождения функции Грина используется метод Фурье. При этом функция Грина описывается бесконечным трехмерным рядом. Решение граничной задачи получается при помощи интегральных соотношений, использующих функцию Грина. В результате решения полученных уравнений с использованием кубических сплайнов [115] получены гладкие зависимости динамики распределения температуры по толщине пакета тканей при прессовании полуфабриката. Для наглядного представления вышеупомянутых зависимостей на примере основных конструктивных элементов мужского пиджака, таких как стойка воротника, верха рукава, верха рукава ниже подокатника, клапанов карманов, плечевых окатов и лацканов, построены соответствующие графики, представленью на рисунках 2.4. - 2.9.
Исследования температурных параметров во времени по толщинам пакетов тканей
Исследования процессов распределения температуры по толщине пакетов тканей стойки воротника, верха рукава, верха рукава ниже подокатника и клапанов карманов проводились посредством одновременного прессования и пропаривания с двух сторон с последующим прессованием без пропарива-ния. Исследования теплотехнических процессов в области плечевых окатов и лацканов проводились посредством одновременного прессования и пропаривания со стороны верхней подушки с последующим прессованием без пропаривания. При этом температура пара Тпара 135 С, максимальное удельное давление прессования Pmax = 0,04 МПа, температура на рабочей поверхности каждой подушки Тпод 150 С и на рабочей части манекена Тма1, 110 С.
Результаты экспериментальных исследований распределения температуры по толщине пакетов тканей при фиксированных значениях времени с шагом t = 1с в процессе прессования вышеупомянутых конструктивных элементов мужского пиджака, обработанные методом наименьших квадратов на ПК, позволили получить экспериментальные математические модели в виде полиномов 4-й степени и построить соответствующие графики зависимостей: в области стойки воротника: 1-при t = 1 с; T=130,17-25,547-b+9,409-b2-2,07-b3+0,2504-b4; (3.1) 2-при t = 2 с; T=135,92-28,505-b+l l,097-b2-2,577-b3+0.3073-b4; (3.2) 3-при t = 3 с; T=141,01-29,187-b+10,394-b2-2,104-b3+0,239-b4; (3.3) 4-при t = 4 с; T=145,06-7,628-b-0,627-b2+0,65-b3-0,0911-b4; (3.4) 5-npnt = 5c; T=148,13-5,445-b-2,031-b2+l,138-b3-0,148-b4; (3.5) 6-при t = 6 с; T=149,97-4,l 15-b-l,73-b2+0,91 l-b3-0,l 138-b4; (3.6) Используя уравнения (3.1) - (3.6), построены графики, представленные на рисунке 3.14. Из рисунка 3.14 видно, что: Через 1 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (bj=0) ti = 130 С. На толщинах пакета тканей в точках: - Ь2=0,7мм в месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2= 116 С; - Ьз=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок t3 = 113 С; - 1)4= 1,3 мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника t4= 109 С; - Ь5=2мм в месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки tj= 104 С; - Ьб=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой te= 102 С; - 07=3мм в месте контакта двух клеевых прокладок стойки воротника t7= 103 С; - 08=3,3мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижней стойки воротника t8= 104 С; - 1)9=4мм в месте контакта ткани верха нижней стойки воротника с манекеном fc =110 С; Через 2 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (bi=0) ti = 134 С; На толщинах пакета тканей в точках: - О2=0,7мм в месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2= 120 С; - Ьз=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок t3 = 116 С; - Ь4=1,3мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника U 113 С; т,с150 -4 — — ._ — " г 145 3"""— 140 135і - Ц_ "" 6 130 іJ) 1 5 125 \j 120" М 1151 ПО" 1 ,, " " .-Х! 1 1 105" і 0 і 100"п« - , ь. о 0,4 0,8 1,2 1,6 2,4 2,8 3,2 3,6 Ь,мм Рисунок 3.14 - Распределение температуры по толщине пакета тканей при прессовании стойки воротника. 1.. .3 - через 1,2,3 с пропаривания и прессования; 4...6- через 4, 5, 6 с прессования. - Ь5=2мм В месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки t$= 108 С; - Ьб=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой t6= 106 С; - Ьт=3мм в месте контакта двух клеевых прокладок стойки воротника t7=107C; - Ь8=3,3мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижней стойки воротника tg= 108 С; - D9=4MM В месте контакта ткани верха нижней стойки воротника с манекеном t9= 112 С; Через 3 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (bi=0) ti = 140 С; На толщинах пакета тканей в точках: - Ь2=0,7мм В месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2= 127 С; - Ь3=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок t3 = 123 С; - Ь4=1,3мм В месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника t4= 119 С; - Ь5=2мм в месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки t5= 113 С; - Ьб=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой te= 110 С; - Ьт=3мм в месте контакта двух клеевых прокладок стойки воротника t7= 111 С; - Ь8=3,3мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижней стойки воротника tg= 112 С; - Ь9=4мм в месте контакта ткани верха нижней стойки воротника с манекеном t9= 116 С; Через 4 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (bi=0) ti = 145 С; 100 На толщинах пакета тканей в точках: - Ь2=0,7мм в месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2= 139 С; - Ьз=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок Ц = 136 С; - Ь4=1,3ьш в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника tt= 133 С; - Ь5=2мм в месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки t5= 131 С; - Ь6=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой t6= 127 С; - Ь7=3мм в месте контакта двух клеевых прокладок стойки воротника t7=126C; - bg=3,3MM в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижней стойки воротника tg = 125 С; - Ь9=4мм в месте контакта ткани верха нижней стойки воротника с манекеном Ь,= 124 С; Через 5 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (bi=0) ti = 147 С; На толщинах пакета тканей в точках: - Ь2=0,7мм в месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2= 143 С; - Ьз=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок t3 = 141 С; - 04=1,3 мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника t4 = 139 С; - 05=2мм в месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки t$= 136 С; - Ьб=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой и= 134 С; - 1)7=3мм в месте контакта двух клеевых прокладок стойки воротника t7= 133С; 101 - Ьз=3,3мм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижней стойки воротника t8 = 132 С; - Ь9=4мм В месте контакта ткани верха нижней стойки воротника с манекеном t9= 131 С; Через 6 с после начала прессования температура поверхности ткани верха, контактирующей с верхней подушкой (b i=0) ti = 150 С; На толщинах пакета тканей в точках: - Ьг=0,7мм в месте контакта ткани верха верхнего воротника с клеевой прокладкой t2 = 146 С; - Ь3=1мм в месте контакта двух клеевых прокладок t3 = 144 С; - 1)4=1,Змм в месте контакта клеевой прокладки с тканью верха нижнего воротника t4= 143 С; - Ь5=2мм в месте контакта ткани верха нижнего воротника с тканью верха верхней стойки t5= 140 С; - Ьб=2,7мм в месте контакта ткани верха верхней стойки с клеевой прокладкой te= 138 С; - Ь7=3мм .
Разработка технологического процесса влажно-тепловой обработки
Существующие технологии проведения влажно-тепловой обработки обуславливают проведение дополнительных операций по утюжке и снятию лас, что не обеспечивает заданных требований к качеству изготовленных изделий и снижает производительность технологического процесса. [84 - 88].
Предложенные способы ВТО позволили разработать эффективный технологический процесс окончательной влажно-тепловой обработки мужского пиджака.
При этом, после навешивания пиджака на манекен и подвода шаблонов под лацканы, клапаны боковых карманов и воротник, обработка осуществляется в автоматическом режиме.
Затем верхние подушки стойки воротника, верха рукавов, клапанов боковых карманов подводят к изделию с зазором с зазором 5... 10 мм и через них, а также через бюст манекена, производят пропаривание технологическим паром. При этом Тпара 135С, Твп 150С, ТМШ 110С.
По окончании процесса прессования и отвода подушек вышеупомянутых участков мужского пиджака в исходное положение для обработки плечевых окатов подводят подушки с зазором 5... 10 мм, с помощью которых осуществляют пропаривание при температуре пара у. 135С, а затем прессование при давлении 0,04 МПа, после чего подушки отводят в исходное положение.
После отвода соответствующих подушек в исходное положение изделие пропаривают через бюст и торс манекена со стороны подкладки паром (Тпара 135С) с последующим виброформованием. При этом частота вибраций равна 3-20 Гц, а амплитуда - 0,5 мм.
Существенным фактором, определяющим внешний вид и качество швейных изделий, является разработка и совершенствование методов оценки влажно-тепловой обработки. В настоящее время задача определения качества ВТО решается двумя методами: качественным и количественным. Качественный учитывает только технологический эффект обработки [100, 101]. При этом данный метод не учитывает частные показатели качества рассматриваемого процесса. Более перспективный — количественный метод, оценивающий качество ВТО по обобщенному показателю.
Известные количественные методы направлены на определение комплексного показателя эффективности окончательной и малооперационной ВТО [102,119] и не учитывают эффективность тепловых процессов в отдельности. В этой связи является актуальным определение эффективности теплофизических процессов при прессовании полуфабриката.
С учетом вышеизложенного разработана аналитическая зависимость, позволяющая рассчитать эффективность теплотехнических процессов при прессовании мужского пиджака. 1. В результате систематизации существующих технологий влажно-тепловой обработки определено, что при окончательной ВТО мужского пиджака используется 5 известных основных технологических процессов, которые выполняются с переукладкой (перенавешиванием) полуфабриката, а также установлено, что теплотехнические процессы, сопутствующие прессованию, изучены не в полной мере, что не позволяет улучшить качество продукции и повысить производительность труда. 2. Теоретические исследования по совершенствованию технологии ВТО и оценке ее эффективности позволили получить аналитические зависимости, позволяющие определять температуру слоев основных конструктивных элементов мужского пиджака и длительность ее воздействия при прессовании полуфабриката. Кроме того, разработана аналитическая зависимость, позволяющая рассчитывать эффективность теплотехнических процессов при прессовании полуфабриката на стадии разработки технологических процессов ВТО. 3. Экспериментальные исследования теплотехнических процессов при прессовании основных конструктивных элементов мужского пиджака позволили получить математические модели в виде полиномов 4-й степени, позволяющие рассчитывать температуру пакета тканей по толщине и во времени и, таким образом, оптимизировать теплотехнические режимы при прессовании. Кроме того, экспериментальные исследования подтвердили адекватность полученных теоретических математических моделей.
