Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы обеспечения и исследования качества водозащитных швейных изделий 20
1.1. Характеристика ассортимента и области использования водозащитных швейных изделий 20
1.2. Систематизация способов придания текстильным материалам водозащитных свойств 27
1.2.1. Пленочные покрытия материалов 28
1.2.2. Водоотталкивающая отделка материалов 36
1.3. Анализ методов обеспечения защитных свойств одежды 43
1.3.1. Факторы, определяющие повреждаемость материалов иглой 44
1.3.2. Конструктивные решения защитной одежды 46
1.3.2.1. Анализ рекомендаций к разработке конструкции защитных изделий46
1.3.2.2. Характеристика конструктивных решений защитных швейных изделий 51
1.3.3. Технологические и технические решения,
направленные на получение герметичных ниточных швов 61
1.4. Систематизация методов оценки водозащитных свойств 69
Выводы. постановка целей и задач работы 79
Глава 2. Исследование традиционных конструктивных и технологических возможностей обеспечения водозащитных свойств одежды 84
2.1. Исследование процесса промокания швейного изделия при воздействии атмосферных осадков 84
2.2. Анализ ниточного способа соединения как комплекса факторов, определяющих уровень водонепроницаемости швейного изделия 96
2.3. Характеристика качества защиты от воды швейного изделия при воздействии комплекса эксплуатационных факторов 109
2.3.1. Анализ влияния условий воздействия воды на уровень водозащитных свойств швейного изделия 109
2.3.2. Исследование деформаций ниточных соединений и степени их влияния на водоупорность швейных изделий 121
Глава 3. Разработка метода проектирования комбинированных технологий швейного производства 128
3.1. Разработка общих принципов концентрации швейных операций 128
3.2. Анализ концентрированных операций классической швейной технологии 141
3.3. Разработка и исследование схем организации концентрированных операций герметизирующей обработки швейных изделий 152
Глава 4. Проектирование комбинированной технологии герметизации проколов ниточных соединений 166
4.1. Исследование гидродинамического способа подачи герметика при проектировании концентрированной операции 166
4.2. Теоретические расчеты блокирующего течения герметика в отверстии прокола ниточной строчки 182
Глава 5. Разработка технологии локальной влажно-теплогидрофобизирующей обработки швейного изделия 206
5.1. Анализ условий концентрации процессов ВТО и гидрофобизации швейных изделий 206
5.2. Исследование эффективности процесса влажно-теплогидрофобизирующего воздействия при герметизации 216
5.2.1. Исследование распределения гидрофобизатора в зоне герметизации 216
5.2.2. Расчет продолжительности прогрева пакетов швейного изделия 221
5.2.3. Экспериментальное исследование длительности стадии контактной сушки при ВТГО 232
5.2.4. Определение рациональных значений технологических параметров ВТГО 237
5.3. Модернизация утюжильной установки для ВТГО швейных изделий... 243
Глава 6. Проектирование комбинированной технологии клеевого дублирования ниточных соединений 249
6.1. Получение и исследование герметизирующих материалов для осуществления концентрированной операции 249
6.2. Выбор рациональных режимов и параметров клеевой герметизации... 264
6.3. Исследование межфазного взаимодействия между клеевым слоем герметизирующей пленки и поверхностью водозащитных материалов...277
Выводы 313
Библиографический список
- Систематизация способов придания текстильным материалам водозащитных свойств
- Исследование процесса промокания швейного изделия при воздействии атмосферных осадков
- Анализ концентрированных операций классической швейной технологии
- Теоретические расчеты блокирующего течения герметика в отверстии прокола ниточной строчки
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ситуация, сложившаяся в настоящее время в производстве водозащитных швейных изделий, может быть охарактеризована как абсолютная изоляция друг от друга процессов производства материалов и швейных изделий из них. Швейные изделия, изготавливаемые из материалов с водозащитными свойствами, не обладают и не могут обладать заданными материалу водозащитными свойствами в силу пренебрежительного отношения к их сохранению и повышению при проектировании и производстве продукции.
В комплексе научных и прикладных исследований, направленных на решение проблем улучшения промышленно-потребительских свойств швейных изделий, большое значение при проектировании и изготовлении продукции имеют работы по созданию, обоснованию и сохранению ее функционального соответствия условиям эксплуатации. Особо важное место они занимают при разработке швейных изделий многофункционального и защитного назначения: производственной одежды, технических изделий, некоторых ассортиментных групп бытовой одежды.
Значительный вклад в развитие данного направления внесли научные исследования и работы, выполненные под руководством проф. В. В. Весело-ва, В. Е Романова, 3. С. Чубаровой, П. П. Кокеткина, Р. А. Дель, Р. Ф. Афанасьевой, Б. А. Бузова, Е. Я. Сурженко. В них сформированы методологические основы системного подхода к проектированию одежды различного назначения, обоснована и детализирована иерархическая структура показателей соответствия изделий условиям функционирования системы «человек - одежда - среда», разработаны общие принципы создания проекта с учетом конкретных условий применения материалов для изделий и оценки их свойств, обоснованы требования к конструктивным и технологическим решениям для обеспечения определенного защитного эффекта в одежде, предложены методы и технические средства оценки уровня защитных свойств материалов.
Все эти работы важны в методологическом плане для создания проектов одежды с позиции грамотного применения дизайнерских, конфекционных, конструкторских и технологических решений. Но они ограничиваются качественным описанием трансформаций защитных свойств материала в защитные свойства швейного изделия, не учитывают особенностей формирования и современных тенденций по обеспечению защитных свойств тканей в текстильно-отделочном производстве, неверно ассоциируют функциональные свойства выбранного материала и швейного изделия, не рассматривают условия адаптации технологического процесса швейного производства в соответствие с особенностями получения потребительских свойств материалов, ограничиваясь развитием унифицированных высокомеханизированных технологий и обеспечением экономической эффективности в рамках традиционных подходов к проектированию одежды.
Активное развитие ассортимента материалов для швейных изделий и повышение их качественных показателей, влияющие на условия их переработки в швейном производстве, должны быть учтены при создании современных технологий производства одежды. Выбор высококачественных материалов с водоотталкивающей отделкой для изготовления одежды не гарантирует такое же высокое качество ее производства без использования специальных технологий по его сохранению и развитию.
В практике изготовления водозащитных швейных изделий давно известно, что использование ниточного способа соединения деталей и узлов приводит к существенному нарушению исходного уровня водозащитных свойств материала. Применение традиционных подходов к проектированию технологии изготовления изделий из этих материалов не позволяет достичь необходимого качества.
Широкое поле технических решений и научных разработок, направленных на повышение герметичности ниточных соединений, российских авторов Сухарева М. И., Крысько В. П., Шаньгиной В. Ф., Сахаровой В. И., Мазова Ю. А., Решетневой Т. Т., Барамбойм Н. К., работы зарубежных фирм
7 «Мадейра», «Ebert Gerd» и целого ряда японских исследователей свидетельствуют об актуальности проблемы.
Вместе с тем, до настоящего времени поиск технологических и технических решений проблемы ведется лишь на инженерном уровне бессистемно, без глубоких научных исследований и обоснований способов решения проблемы, без учета условий организации процессов швейного производства.
Авторы не используют в своих разработках комплексный подход, включающий не только создание устройств или способов для герметизации, но и создание вспомогательных материалов, исследование и обоснование технологических режимов и параметров обработки, учитывающих особенности обеспечения водозащитных свойств различных групп материалов и условия эксплуатации швейных изделий.
Основным негативным последствием отсутствия научного обоснования и практических рекомендаций по обеспечению требуемого уровня водозащитных свойств является массовое производство швейных изделий с функцией защиты от воды неизвестного и, как правило, даже не заявляемого, а значит низкого, уровня качества. Для незначительной доли герметизированных швейных изделий, которые в рекламных проспектах производители выделяют отдельно, характерны высокая материалоемкость, трудоемкость, зависимость от зарубежных поставок герметизирующих материалов и оборудования, а следовательно, высокая стоимость изделий и часто нарушение экологии производства.
С учетом современных тенденций повышения требований к качеству швейных изделий и расширения их ассортимента за счет использования многофункциональных материалов с заданным уровнем защитных свойств проблема сохранения и повышения этого уровня защиты в швейном производстве приобретает все большую актуальность.
Актуальность исследований и разработок в области повышения водозащитной способности швейных изделий обусловлена сложностью и необходимостью учета при проектировании и пошиве таких изделий большого ком-
8 плекса производственных и эксплуатационных факторов, влияющих на достижение конечного результата.
Основной задачей в данном контексте решения проблемы является разработка таких технологий пошива изделий высокого защитного уровня качества, которые гармонично интегрируются в последовательность операций процессов швейного производства. Производственные и бытовые швейные изделия с функцией защиты от воды, широко используемые в различных условиях, - характерная и до сих пор неисследованная область применения новых химических технологий.
В настоящее время для потребителя полностью отсутствует информация о фактическом уровне водозащитных свойств одежды. Нет соответствующей нормативной базы по качеству водозащитных изделий. Отсутствуют научно обоснованные правила идентификации соответствия производственных процессов требованиям выпуска изделий заданного защитного уровня качества. Эмпирические методы разработки конструкции и технологии пошива водозащитных изделий не соответствуют реальному многообразию проектных ситуаций. Методическая необеспеченность процедур оценки и прогнозирования ресурса водозащитных свойств изделий с учетом вероятностного воздействия комплекса эксплуатационных факторов не позволяют решить данную проблему в полном объеме.
Работа выполнена в рамках общероссийской межвузовской научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области новых материалов» по теме «Проектирование изделий специального назначения с заданными свойствами» в соответствии с тематическими планами ИГТА и на конкурсной основе получала гранты для проведения фундаментальных исследований в области проблем легкой промышленности Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию: 1994-1996 гг. «Разработка технологии и оборудования по гидрофобизации мест ниточных соединений деталей водозащитной одежды», 1999-2000 гг. «Разработка теоретических основ и обоснование создания высокоэффективной тех-
нологии изготовления водозащитной одежды», 2003-2004 гг. «Разработка
технологии, вспомогательных материалов и оборудования для герметизации водонепроницаемых швейных изделий».
Цель работы состояла в повышении водозащитной способности швейных изделий путем разработки комбинированных технологий герметизации на основе использования современных гидрофобизаторов и герметизирующих материалов.
Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:
исследование влияния различных факторов (материала, конструкции узлов и ниточных соединений, технологии изготовления и условий эксплуатации) на водозащитную функцию швейных изделий;
разработка требований и правил гармонизации процессов физико-химической герметизации и технологии швейных изделий с созданием комбинированных технологий производства швейных изделий;
исследование эффективности применения различных гидрофобизи-рующих композиций и герметизирующих материалов для обработки узлов и ниточных соединений швейных изделий из всех видов материалов с водозащитными свойствами;
разработка технических устройств и технологий герметизации швейных изделий из водозащитных материалов разного назначения, адаптированных к условиям традиционных швейных процессов;
разработка и исследование технологических процессов, позволяющих реализовать герметизирующую обработку швейных изделий в рамках концентрированных швейных операций;
разработка методов и технических устройств для определения характеристик водозащитных свойств узлов и соединений водозащитных швейных изделий;
разработка элементов информационной системы, позволяющих управлять процессом формирования водозащитной способности швейного изделия
10 соответствующего уровня;
разработка алгоритма проектирования изделий из водозащитных материалов и оптимизация выбора методов обеспечения необходимой герметичности в рамках традиционных технологических подходов и с использованием современных гидрофобизаторов и герметизирующих материалов;
внедрение основных результатов исследований для получения водозащитных изделий в производственных условиях.
Объектами исследования являлись: детали и узлы действующего ассортимента швейных изделий и экспериментальные образцы водозащитной спецодежды разного назначения; процессы проектирования и изготовления водозащитной спецодежды, формирования и оценки уровня качества водозащитной функции швейных изделий; серийно выпускаемые ткани различного волокнистого состава и структурных характеристик с водоотталкивающей отделкой, а также материалы с пленочным покрытием отечественного производства и импортируемые из-за рубежа.
Методы и средства исследований. В качестве теоретической основы диссертационной работы использованы общая методология системного подхода к проектированию спецодежды, теории склеивания материалов, гидродинамики вязких жидкостей, теплотехнических процессов, методы решения уравнений математической физики, теории вероятности. В работе применены методы математической статистики и теории решения задач многокритериальной оптимизации; корреляционный и регрессионный анализ; физико-технические и физико-химические методы экспериментальных исследований, в т. ч. электротензометрический, термоэлектрический, растровой, электронной и атомно-силовой электронной микроскопии, инфракрасной спектроскопии; оригинальные методы и средства исследования свойств материалов, пакетов, узлов и швейных изделий.
Обработка результатов экспериментальных исследований и построение математических моделей осуществлены с использованием стандартных программ персонального компьютера и специальных программ «Раскрой-16»
«СЭЗ», Program nemix4, Omnic Nicolet.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на результатах натурного эксперимента, подтверждена методами математического анализа, методами идентификации моделей, а также полученными актами производственной апробации результатов работы.
Значимость для теории. Установлены: закономерности намокания деталей одежды, определяющие размеры накладных защитных деталей; явление физико-химического взаимодействия на молекулярном уровне акрилатных полимерных пленочных герметиков с синтетическими материалами, используемыми в производстве водозащитных швейных изделий; закономерности гидродинамики заполнения герметиком отверстий прокола ниточной строчки, позволяющие обосновать рациональные параметры герметизирующей обработки (вязкости герметизирующей жидкости и давления ее подачи).
Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснованы способы регулируемого повышения водозащитной способности швейных изделий из материалов с водоотталкивающей отделкой или полимерным покрытием посредством герметизации ниточных соединений и узлов соответственно водорастворимыми гидрофобизирующими препаратами или клеевыми пленками из акрилатных латексов. На основании предложенных способов и выявленных закономерностей разработаны комбинированные технологии в виде концентрированных операций («стачивание + облитерация», «ВТО + гидрофобизация», «стачивание + клеевое дублирование»), улучшающие качество водозащитных швейных изделий. При этом получены следующие результаты:
определена степень влияния ниточного способа соединения деталей и узлов на снижение водозащитных свойств швейного изделия (в 1,5-4,0 раза), изготавливаемого по традиционной технологии;
экспериментально и аналитически установлено, что проектирование концентрированных операций сопряжено с необходимостью установления меха-
12 низмов физического воздействия и физико-химического взаимодействия
герметизирующих средств с материалами швейных изделий и обоснования
их технологической и экономической эффективности;
выполнена оценка влияния совокупности режимов физического воздействия «вязкость-давление» и конструктивных параметров узла «подача-отсос» устройства к швейной машине на обеспечение заданного уровня водозащитных свойств ниточного соединения в последовательно-одновременном процессе стачивания и герметизирующей обработки строчки гидрофобизатором плювион ПЕГ;
установлено соответствие между прогнозируемой степенью блокирования пор отверстий ниточной строчки, соединяющей пакеты разной толщины из различных материалов, и экспериментальными результатами исследования водозащитных свойств швов и узлов при выборе рациональных сочетаний параметров стачивания и герметизирующего воздействия;
получены физические модели и их математическое описание по управлению процессом формирования водозащитных свойств в ходе локальной герметизирующей влажно-теплогидрофобизирующей обработки (ВТГО) швейных изделий;
рассчитана продолжительность стадии контактной сушки в ходе проведения операции ВТГО путем решения основного уравнения теплопроводности для однородного стержня конечной длины, один конец которого теплоизолирован, а другой контактирует с нагретой поверхностью, и определена экспериментально-расчетным методом. Согласованность полученных этими методами результатов свидетельствует о возможности использования решения уравнения для расчета продолжительности сушки в различных операциях ВТГО;
показано, что при клеевой дублирующей герметизации швов изделий из материалов с полимерным покрытием пленками на основе акрилатных латек-сов при кратковременном действии внешнего давления и в результате микрореологических процессов на границе раздела фаз полимерных материалов
13 осуществляется межфазный контакт на уровне межмолекулярного взаимодействия с участием различных функциональных групп.
Инженерная новизна разработанных в ходе выполнения работы технологий герметизации водозащитных швейных изделий и устройств для их реализации, художественно-технических решений специальной одежды для различных условий труда подтверждается получением авторского свидетельства № 1000498 «Способ герметизации швов деталей одежды из непромокаемой ткани» и патентов на изобретения - № 2120509 «Устройство для герметизации ниточной строчки», № 2171082 «Способ склеивания деталей швейных изделий из текстильных материалов», № 2178888 «Устройство для определения водоупорности текстильных материалов», № 2211264 «Способ образования водонепроницаемых ниточных соединений», положительного решения о выдаче патента по заявке № 2006116963/28(018446) «Способ определения водопроницаемости материалов для швейных изделий и устройство для его осуществления», патентов на промышленные образцы одежды -№ 50574 «Костюм мужской летний для работников охранной службы предприятий и организаций», № 53040 «Куртка мужская водозащитная», свидетельствами и патентами на полезные модели - № 9847 «Устройство для блокирования отверстий, образованных иглой при стачивании», № 12137 «Устройство для объемной обработки швейных изделий», № 18775 «Устройство для определения смачиваемости текстильных материалов», № 32119 «Узел к швейной машине для герметизации швов в изделиях из водонепроницаемых материалов», № 33846 «Трансформируемый предмет одежды для защиты верхних конечностей».
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны принципиально новые комбинированные технологии для локальной герметизации швейных изделий из материалов с различным уровнем водозащитного эффекта, получены клеевые вспомогательные материалы на основе водных дисперсий акриловых полимеров для дублирования ниточных соединений, разработаны приборы для измерения водоупорности и смачива-
14 ния материалов.
Для осуществления принципиально новых технологий герметизации
ниточных соединений и узлов изделий из водозащитных материалов:
разработано устройство к швейной машине для блокирования отверстий прокола ниточной строчки, рассчитаны, экспериментально исследованы и обоснованны параметры узла «подача-отсос»;
модернизирована утюжильная установка для осуществления комбинированной ВТГО участков поверхности швейного изделия за счет разработки блока управления гидрофобизирующей обработкой, позволяющего задавать параметры потока технологического раствора, использовать управляемый или непрерывный способ подачи парогидрофобизирующей смеси при сохранении в полной мере функций утюжильной установки;
Для реализации в производственных условиях новой технологии дублирования швов осуществлена работа по опытно-промышленному производству клеевого пленочного материала, разработанного совместно с ФГУП «ИвНИИПИК», на опытно-промышленном оборудовании отдела экспериментальных установок. В результате выпуска опытно-промышленных партий отработаны рецептурно-технологические параметры и схема получения клеевого пленочного материала применительно к наносно-переносному агрегату «Спунер» (Япония).
Изготовленные герметизирующие пленки использованы для внедрения разработанной технологии дублирования швов на предприятии и при изготовлении опытных образцов костюмов для занятий спортом. Образцы изделий были представлены на выставке научных достижений Ивановской области «Инновации-2006» (работа награждена дипломом).
В результате внедрения новых технологий в ГУП учреждении ОК-3/7 ГУИН Минюста России по УИН Ивановской области и в Ивановском филиале ФГУ НИИИиПТ ФСИН России экономический эффект составляет: - от внедрения новой технологии влажно-теплохимической локальной обработки швейных изделий за счет повышения потребительского качества и
15 снижения материалоемкости 43037,5 руб. на 5000 изделий;
от внедрения разработанной технологии герметизации проколов строчки гидрофобизирующими композициями за счет улучшения потребительских свойств 56325 руб. на 5000 изделий;
от внедрения комбинированной технологии дублирования швов изделий из материалов с полимерным покрытием клеевой пленкой за счет улучшения потребительских свойств 96100 руб. на 5000 изделий.
Разработанные технологии приняты к внедрению на предприятиях УФСИН России по Чувашской Республике-Чувашии. Экономический эффект составляет:
от внедрения новой технологии локальной влажно-
теплогидрофобизирующей обработки швейных изделий раствором гидрофо-бизатора персистоль Е 51607,5 руб. на 4000 изделий за счет повышения потребительского качества и снижения материалоемкости;
от внедрения созданной технологии герметизации проколов строчки плювионом ПЕГ 67513 руб. на 5000 изделий за счет улучшения потребительских свойств продукции;
от внедрения комбинированной технологии клеевой герметизации водозащитных изделий с использованием специально созданного материала за счет улучшения потребительских свойств 121317 руб. на 5000 изделий.
Результаты исследований вошли в книгу Веселова В. В., Колотиловой Г. В. «Химизация технологических процессов швейного производства» (М: Легпромбытиздат, 1985. - 128 с.) и раздел «Герметизация швов водозащитных изделий» учебника Веселова В. В., Колотиловой Г. В. «Химизация технологических процессов швейных предприятий» (Иваново: ИГТА, 1999. -424 с), рекомендованного Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации для подготовки инженерных кадров по специальности 260901 (280800) «Технология швейных изделий», бакалавров и магистров техники и технологии по направлению 260800 (553900) «Технология, конструирование изделий и материалы легкой промышленности». Ре-
зультаты работы используются в учебном процессе ИГТА в соответствующих разделах дисциплин «Химизация технологических процессов швейных предприятий», «Технология швейных изделий», «Методы и средства исследований» для студентов спец. 280800, в курсовом и дипломном проектировании.
Автор защищает:
алгоритм проектирования концентрированных операций, включающих традиционные швейные операции, физико-химическое воздействие или локальное пленочное дублирование для обеспечения заданной водонепроницаемости ниточного соединения;
теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение нового совмещенного способа герметизации ниточных строчек в изделиях из различных водозащитных материалов, заключающегося в регулируемой облитерации пор отверстий от прокола иглой гидрофобизатором плювион ПЕГ;
аналитическое обоснование и экспериментальное подтверждение нового способа повышения водозащитной способности швейных изделий из материалов с водоотталкивающей отделкой путем локальной влажно-теплогидрофобизирующей обработки ниточных соединений, узлов и деталей, включающей пропаривание одновременно с внесением в пакет материалов гидрофобизатора, сушку и термообработку для термофиксируемых препаратов при температурах ВТО;
экспериментальное обоснование способа герметизации швейных изделий из материалов с полимерным покрытием, осуществляемого посредством поверхностного дублирования образуемых соединений клеевой многослойной пленкой из акрилатных латексов и приводящего к взаимодействию на мак-ромолекулярном уровне между клеевым слоем пленки и полимерным покрытием материала.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работ доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях: международных научно-технических конферен-
17 циях: по использованию современных наукоемких технологий и перспективных материалов в текстильной и легкой промышленности (ИГТА, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006), по актуальным проблемам науки, техники и экономики легкой промышленности (МГУДТ, 2000), по актуальным проблемам химии и химической технологии (ИГХТУ, 1999), по актуальным проблемам переработки льна в современных условиях (КГТУ, 2002), о роли предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека (МГУДТ, 2002), о новом в технике и технологии текстильной и легкой промышленности (ВГТУ, 2005); международной научно-практической конференции по актуальным проблемам создания и использования новых материалов и оценки их качества (МГУ сервиса, 1999); II международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии в производство» (ИХР РАН, 2004); II Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов (РСТК, 1996); Всесоюзной научно-технической конференции по развитию ассортимента изделий легкой промышленности (ИВТИ0, 1987); I и II международных научно-технических конференциях по актуальным проблемам химии, химической технологии (ИГХТА, 1997,1999); всероссийских научно-технических конференциях по современным технологиям и оборудованию текстильной промышленности (МГТА им. А.Н. Косыгина, 1998), МГУДТ, 1999); по актуальным проблемам проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (ДИТУД УГТУ, 2005); I региональной межвузовской конференции по актуальным проблемам химии, химической технологии и химического оборудования (ИГХТУ, 1996); межвузовских научно-технических конференциях по современным проблемам текстильной и легкой промышленности (РОС-ЗИТЛП, 1998, 2000, 2001, 2006); юбилейной межвузовской научно-технической конференции и научно-методических семинарах СПбГУТД (2000), областных научно-технических конференциях по новым техническим и технологическим разработкам и их внедрению в текстильной и легкой про-мышленности (ИВТИ, 1983, 1986, 1989). Содержание представленных док-
18 ладов отражено в тезисах перечисленных выше конференций.
Основные результаты работы неоднократно были представлены в ЦВУ МО РФ, на совещаниях первых заместителей руководителей силовых структур России, на конференции в Федеральной службе по оборонному заказу «Рособоронзаказ» в докладе «О путях решения проблем, связанных с производством и поставками тканей и одежды для силовых структур государства в рамках государственного оборонного заказа. О первоочередных мерах по защите отечественных производителей легкой и текстильной продукции в связи с вступлением России в ВТО».
Результаты разработки технологий и оборудования для герметизации швейных изделий экспонировались на выставках: новые технологические процессы и оборудование для тепло-влажностной обработки текстильных и швейных изделий на ВДНХ СССР (1987) (бронзовая медаль); разработка композиционных материалов для изделий специального назначения на научно-технической конференции-выставке СПбГУТД (2001); технологический комплекс гидрофобизации мест ниточных соединений на выставке научных достижений Ивановской области «Инновации - 2004», презентации проектов «Новые технологии для текстильных и швейных предприятий» в рамках XIII российского конкурса «Текстильный салон - 2005» (диплом участника); технология герметизации водонепроницаемых швейных изделий в презентации проектов «Новые технологии для текстильных и швейных предприятий» в рамках XIV российского конкурса «Текстильный салон - 2006» (дипломом участника) и на выставке научных достижений Ивановской области «Инновации - 2006» (дипломом).
Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 85 работ. Основные результаты выполненных исследований отражены в 15 статьях в журналах «Изв. вузов. Технология легкой промышленности» и «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», представлены 1 авторским свидетельством и 13 патентами на изобретения, промышленные образцы и полезные модели. Кроме того, по результатам исследований опубликованы
19 3 статьи в журнале «Текстильная химия», 1 статья в журнале «Современные
проблемы текстильной химии/ Российский химический журнал (журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева)», 1 статья в журнале «Fibres $ Textiles in Eastern Europe», 1 статья в периодическом издании «Швейная промышленность: Отечественный производственный опыт. Экспресс-информация», 4 статьи в сборниках научных трудов и Вестнике ИГТА, 45 тезисов докладов международных и всероссийских конференций, 1 статья депонирована.
Личное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка задач, выбор методов и направлений исследований, анализ и обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору.
Ряд положений теоретического и экспериментального обоснования эффективности технологий герметизации водозащитных швейных изделий использован при выполнении диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук аспирантами под руководством автора. Проведение экспериментальных исследований и разработка художественно-технических решений новых изделий и оборудования выполнены автором, а также аспирантами (М. В. Немихиной, Н. С. Припеченковой, Е. П. Покровской), сотрудниками кафедры технологии швейных изделий и студентами непосредственно под его руководством или при его участии.
В технико-технологической подготовке внедрения разработанных технологий и устройств приняли участие сотрудники Ивановского филиала ГУИН НИИ УИС Министерства юстиции России. Экспериментальные герметизирующие материалы изготовлены в условиях опытно-экспериментального производства ФГУП «Ивановский научно-исследовательский институт пленочных материалов и искусственных кож».
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит 6 глав, изложенных на 352 страницах машинописного текста, 23 приложения, 144 рисунка и 31 таблицу, библиографический список из 342 наименований.
Систематизация способов придания текстильным материалам водозащитных свойств
Защитные свойства одежды обеспечиваются в значительной мере за I счет правильного выбора, а в ряде случаев и создания специальных материа лов. Поэтому основными показателями свойств одежды являются защитные показатели материалов, номенклатура которых для спецодежды определяется требованиями /23, 24/.
Для изготовления спецодежды используют в основном смесовые ткани (хлопок/полиэфир), брезенты с различными видами специальных отделок: масловодоотталкивающей, маслобензостойкой, противогнилостной, водоупорной, защищающей от производственных загрязнений и механических повреждений, от кислот и щелочей и др. Поверхностная плотность специальных тканей варьируется от 214 до 600 тій2. Как правило ткани для спецодежды - очень плотные, малоэластичные /8, 25/. Для водозащитных изделий, при эксплуатации которых происходит воздействие воды в течение длительного времени, применяют водозащитные материалы с более высоким уровнем водоупорности. На сегодняшний день для изготовления специальных изделий отдается предпочтение композиционным материалам.
В зависимости от уровня водозащитных свойств и паропроницаемости специальные материалы могут быть разделены на три группы рис. 1.2.
Известны два пути /26, 27/ придания материалам водозащитных свойств: нанесение на поверхность ткани сплошной пленки гидрофобных веществ или блокирование поверхности отдельных волокон и нитей, не закрывая пор ткани.
Научные разработки последних лет в области получения материалов с гидрофобными свойствами посвящены в основном поиску и созданию новых соединений и композиций, применение которых позволяет повысить эффективность обработки, удешевить и упростить технологию производства как самих препаратов, так и модифицированных текстильных материалов.
Одним из путей блокирования активных группировок гидрофильных волокон и заполнения воздушной прослойки между волокнами и нитями материалов является нанесение на поверхность текстильной основы сплошной пленки гидрофобизирующих веществ. К таким материалам относятся искусственные кожи, материалы с пленочным покрытием, а также пленочные материалы. По строению эти материалы могут быть монолитными, пористо-монолитными и пористыми, однослойными и многослойными, без основы и армированными.
Пленочные материалы - однослойные, как правило, гетерогенные системы, состоящие из различных компонентов. Они обладают низкой прочностью, не гигиеничны и не используются для производства спецодежды.
Искусственные кожи и ткани с пленочным покрытием являются композиционными материалами. При получении таких композиций создаются многослойные конструкции, состоящие из слоев различного назначения и строения. Их все шире применяют при изготовлении спецодежды, технических изделий, а также бытовой одежды. Они обладают масло- и водонепроницаемостью, ветронепроницаемы, обеспечивая, таким образом, возможность работы на улице в суровых погодных условиях (дождь, снег) и при низких температурах (до -60 С) /28/. Применяют эти материалы в одежде или экипировке туристов, альпинистов, горнолыжников и т. п. /29/.
Отечественные предприятия традиционно применяют прорезиненные материалы для изготовления водозащитных изделий: костюмов для рыбаков, шахтеров, нефтяников, водозащитных плащей /30/. Эти материалы из-за своей недостаточной долговечности постепенно вытесняются композиционными материалами с различными видами полимерных покрытий: поливинилхло-ридных, на основе акрилатных и силиконовых каучуков. Они обладают высокой устойчивостью к воздействию воды в различных условиях, значительным сопротивлением к истиранию, устойчивостью к маслам, нефтепродуктам, прочностью на изгиб, драпируемостью, имеют гладкую поверхность и медленно стареют при использовании.
Применение высококачественных кож и пленочных материалов позволило перейти от традиционных к новым методам сборки изделий - клеевому скреплению, формованию, сварке.
При производстве искусственной кожи, пленочных материалов и материалов с пленочным покрытием основными видами сырья являются пленки (плоские полотна толщиной до 0,5 мм). В качестве армирующего слоя используют тканые, трикотажные, нетканые материалы и т. п. Для придания основам требуемого комплекса свойств их пропитывают дисперсиями, растворами или расплавами полимеров.
С основой полимерная пленка монолитного или пористого строения скрепляется различными методами. Для этого текстильные или трикотажные материалы соединяют с термопластичными пленками методом сварки /31, 32/ или склеивают с пленками из силиконовых эластомеров со смолами /33/, наносят тонкий слой нефтяных битумов с воском, резину, полихлорвинил, покрытия на основе полиэфирной смолы /34/, акриловые пасты /35/ и многое другое. Пленка закрывает поры материала, делая его воздухо- и водонепроницаемым. Для придания искусственным кожам товарного внешнего вида дополнительно наносят отделочный слой тонкой полимерной пленки.
Исследование процесса промокания швейного изделия при воздействии атмосферных осадков
Наиболее распространенный вариант воздействия воды на поверхность одежды с учетом условий работы во многих отраслях промышленности - атмосферные осадки. Известно, что при этом наиболее уязвимая поверхность в костюме, плаще, комбинезоне - это верхние участки плечевой части одежды. Соответственно на плечевой поверхности одежды обычно располагают защитные накладки. На основе анализа конструктивных особенностей моделей промышленных коллекций водозащитной одежды /225/ установлено, что ширина защитных плечевых накладок составляет 6-Ю см, уровень линии горизонтального членения конструкции находится в интервалах 20-23 см для полочек и 16-28 см для спинки, отлетные кокетки полочек имеют длину 17,5 19 см и выполняют их из материалов с более высоким уровнем водозащит ных свойств (прорезиненный материал, эластоискожа и т. д.).
Размеры защитных элементов унифицированы или стандартизированы без учета наиболее вероятной области воздействия воды на детали изделий. Исследований соответствия размеров защитных накладок зоне максимального воздействия воды до сих пор не проведено.
При проектировании водозащитных изделий для работающих, профессиональная деятельность которых осуществляется вне помещений, должны быть учтены вероятные погодные условия. Установлено на основе метеорологических наблюдений в период с 1891 до 1977 года за климатическими условиями Иванова /226/, что из общего количества выпавших осадков в году 20 % составляют твердые осадки, 10 % - смешанные и 70 % - жидкие. В среднем за год в Иванове выпадает 607 мм осадков, а всего за год в среднем наблюдается 187 дней с осадками.
В Иванове преобладают обложные осадки, составляющие 72...69 % всех осадков. Средняя продолжительность выпадения дождя в день с дождем колеблется от 3 до 6 часов. Наиболее продолжительны дожди с интенсивностью 0,10...1,49 мм/мин. Чем больше размер капель дождя, тем больше скорость их падения - при увеличении радиуса капель от 0,05 мм до 3 мм, скорость их падения увеличивается от 0,27 см/с до 9,18 см/с. По сезонам насчитывается дней с осадками: зимой - 136 (метель, изморозь, мокрый снег, снег, дождь), весной - 21 (дождь, гроза, снег), летом - 61 (гроза, дождь), осенью -33 (мокрый снег, снег, гроза, дождь).
По имеющимся наблюдениям при скорости ветра 4...6 м/с на стены и на горизонтальную площадь выпадает одинаковое количество осадков. С увеличением скорости ветра увеличивается доля осадков, сносимых ветром. Средняя скорость ветра в Иванове - 2,8...5,3 м/с, соответственно 77 % осадков попадает на стены.
Классификация различных типов дождя, исходя из данных о размере капель и интенсивности, предложена в работе /227/.
Зону намокания поверхности деталей плечевой одежды - куртки мужской летней рабочей 176-100-88 из хлопчатобумажной ткани арт. 856 без водоотталкивающей отделки (приложение 4) - при действии дождя с имитацией различных погодных условий определяли с помощью специально смонтированной для данного вида исследований дождевальной установки (рис. 2.1).
Устройство создано на базе дождевальной установки по /228, 229/ и дополнено объемным манекеном мужской типовой фигуры с имитацией головы, неподвижно установленным на подставке строго по центру головки душа. Расстояние головки душа, расположенной соосно вертикальной оси манекена, до линии плеч манекена составляло 105 см. Для оценки влияния гигроскопических свойств материала на процесс намокания, в качестве имитатора осадков использован сухой мел в количестве 150 г.
Экспериментальная установка позволила моделировать комплекс погодных условий: воздействовать на изделие вертикально падающим дождем; имитируя ветер, изменять угол наклона дождевых струй от 0 до 60 /229/; имитируя движение человека, вращать манекен со скоростью 6 об/мин. Расход воды составлял 5 л/мин. Напор воды в системе в экспериментах оставался постоянным и был равен 2 атмосферам. Продолжительность эксперимента 25 с установлена на основе наблюдений - за пределами этого временного интервала площадь намокания практически изменялась незначительно.
В результате проведенных иследований установлены границы поэтапного намокания полочки и спинки при различных углах падения дождевых струй, перенесенные на развертки соответствующих деталей.
За точку отсчета на развертках были выбраны: на полочках и спинке -середина плечевого среза, на рукаве - точка вершины оката, на воротнике -точка середины среза отлета. От выбранной точки отсчета были проведены вспомогательные лучи с интервалом в 10 для расчета средней линии намокания в каждом интервале времени (повторяемость результатов - 5). По результатам полученной топографии поэтапного намокания полочек и спинки были определены средние линии границ намокания деталей и получены уравнения аппроксимации результирующих кривых (приложение 5): для полочки Y = 0,08 917235х2 -1,081323 + 2,309733; (2.1) для спинки у = 0,06492338х2 - 0,60197789 + 2,529668. (2.2)
Аппроксимация экспериментальных кривых выполнена по авторской программе «Stend» параллельно методами Гаусса и Зейделя. Допуск точности аппроксимации составлял ±1 %. Таким образом, на участках деталей, ограниченных этими кривыми, при проектировании моделей одежды должен быть обеспечен более высокий уровень водонепроницаемости, т. к. именно эти участки определяют продолжительность сохранения защитной способности изделия для потребителя.
Площадь зон намокания во времени рассчитана с помощью пакета программ «Раскрой-16» рационального раскроя листовых материалов на ПЭВМ. Допустимая величина погрешности чертежа детали на вводе 0,1 мм, максимальная величина отклонения при расчете площади детали ±0,01 мм2. Определено изменение площади зон намокания во времени для деталей (рис. 2.2). Расчет общих погрешностей измерений площади намокания представлен в приложении 6 /230/.
Анализ концентрированных операций классической швейной технологии
О концентрации операций можно говорить только применительно к массовому изготовлению швейных изделий. Концентрированные операции имеют все больший удельный в технологиях производства различных швейных изделий. Проектированию этих операций уделяется большое внимание /252, 253/, т. к. это одно из важнейших направлений повышения эффективности швейного производства и, в результате, снижения затрат времени на единицу продукции. Оно в большой мере актуально для всех стадий процесса производства швейных изделий.
Основные представители концентрированных швейных операций рассмотрены в табл. 3.3.
По содержанию применяемые в настоящее время концентрированные швейные операции не отличаются значительным многообразием в силу ограниченности возможностей объединения (только соседние, следующие друг за другом технологические операции). Они охватывают либо наиболее часто используемые при изготовлении большинства швейных изделий операции, либо спроектированы специально для процессов изготовления конкретных изделий, отличающихся высокой сложностью, трудоемкостью и одновременно значительной стабильностью и востребованностью на рынке (пиджаки, брюки, сорочки, спецодежда).
Проектирование автоматического оборудования основано исключительно на разработке новых или уже существующих концентрированных операций. С другой стороны, степень концентрации операций, а значит эффективность концентрированной операции зависит в значительной мере от ее технического решения.
Процесс пошива отличается наибольшим количеством структурных элементов - технологически неделимых операций.
Для изделий верхнего ассортимента - это порядка 200-300 операций, для изделий спецодежды сложных конструктивных и технологических решений - около 150-200 операций, предполагающих определенный набор приемов работы с различными деталями. Детали изделий верхнего ассортимента, перечень которых, в основном парных, может содержать более 20-30 штук, отличаются размерами, конфигурацией, и в процессе обработки эти характеристики постоянно изменяются. Поэтому именно швейные операции наиболее подвержены качественным структурным вариациям.
Разделение технологического процесса швейного производства на операции в основе своей содержит разделение по видам воздействий и характеру их осуществления. Последовательность их выполнения может изменяться не только в зависимости от модели, но от используемого оборудования, особенностей материала изделия, а также отличий в организации производства.
Операции ВТО, склеивания могут не выполняться или быть сведены к минимальному объему. Разделение цикла операции на стадии обусловлено особенностями и циклом работы инструментов и механизмов оборудования. Цикл швейной операции может видоизменяться, в основе оставаясь стандартным, но он всегда неразрывен. Неделимая операция полностью выполняется на одном виде оборудования. От операции к операции оборудование может меняться. Параметры и режимы обработки изменяются редко и стабильны для группы материалов и даже изделий.
В результате разработки концентрированных операций обеспечивается решение следующих актуальных задач развития технологий швейных изделий:
1) оптимизация структуры неделимых операций, последовательности изготовления, процесса производства в целом, приводящая к уменьшению трудоемкости обработки и повышению уровня механизации за счет исключения ряда вспомогательных, особенно ручных, операций, и уменьшения количества основных операций. Эта задача решается давно и успешно в процессах промышленного производства различных швейных изделий с помощью средств малой механизации, устанавливаемых на швейных машинах, прессах или для процессов большой мощности - с помощью специальных швейных машин и полуавтоматов. Примеры таких операций приведены в табл. 3.3. Для некоторых изделий (корсетные изделия, мужские сорочки, мужская верхняя одежда, брюки) в силу определенных условий в настоящее время достигнут высокий уровень концентрации операций;
2) создание новых современных комбинированных технологий, образуемых путем включения в основные швейные операции дополнительных воздействий. В совокупности при этом обеспечивается получение нового качества изделия за счет комплекса технологических эффектов.
Точкой отсчета в развитии направления создания концентрированных операций, содержащих не используемые ранее технологические воздействия, является применение ВТО для образования клеевых соединений деталей швейных изделий. Только разработка специальных термопластичных клеев, а затем и материалов, позволила обеспечить совмещение ВТО и склеивания при производстве одежды. В результате применения термосклеивания с прокладочными деталями достигается повышение формоустойчивости основных деталей одежды при одновременном сокращении материальных и трудовых затрат. Но практически склеивание перешло в настоящее время в разряд основных операций. В силу широкого распространения на многие швейные изделия и большого выбора термоклеевых прокладочных материалов его можно рассматривать как прецедент успешного проектирования комбинированных технологий.
Теоретические расчеты блокирующего течения герметика в отверстии прокола ниточной строчки
Существующее многообразие технологических решений, направленных на повышение герметичности ниточных швов водозащитных швейных изделий с одной стороны несет в себе бесценный опыт поиска оптимального варианта химической обработки, с другой - позволяет выявить недостатки предлагаемых технологий и определить пути дальнейшего совершенствования.
В известных технологиях герметизации широко используются концентрированные операции, объединяющие стачивание и фиксацию герметика на поверхности или внутри шва. В качестве герметиков предлагаются и жидкие клеевые композиции и готовые термореактивные и термопластичные материалы в виде пленок и лент. Осуществление операций предполагает обязательное наличие специальных устройств в комплекте с приспособлениями малой механизации для дозированной подачи и ориентации герметиков. Но все технологии многостадийны, не ограничиваются выполнением только одной концентрированной операции и не предполагают достижения при вы полнении этой операции конечного эффекта - герметичного ниточного соединения. Для получения герметичного шва должна быть выполнена дополнительная операция активации функции герметизации расплавлением, растворением или сушкой герметика. Обработке подвергают только места ниточных соединений. Стачивающие операции приобретают целый ряд ограничений, выполняют исключительно специальное назначение, сопровождаются целым рядом осложнений.
Для локальной герметизирующей обработки швейных изделий логичным является применение веществ, механизм воздействия которых имеет ту же природу, что и водозащитная отделка текстильных материалов: для водоотталкивающих материалов - гидрофобизаторов, для водонепроницаемых -полимерных пленок и покрытий.
Для целей проектирования новых комбинированных технологий с применением химических веществ путем создания концентрированных операций выполнен анализ особенностей осуществления основополагающих швейных операций при изготовлении водозащитных изделий (рис. 3.6).
Количество, содержание и приемы выполнения операций очень часто индивидуальны для отдельных производств и зависят от вида изделия, материала, уровня качества и эффективности производства.
Наиболее широко используемые операции - стачивающие. Объем операций ВТО и виды применяемого оборудования определяются видом изделия, его назначением, свойствами основного материала и мощностью предприятия. Наличие операций резания в последовательности пошива зависит от точности раскроя деталей и вида изделия.
В работе при проектировании концентрированных швейных операций с химическими операция резания была исключена из рассмотрения, поскольку она относится к начальным этапам работы с материалами и деталями швейных изделий, редко выполняется в процессе заготовки и сборки, создает минимальные возможности для комбинации с физико-химическими воздействиями, имеет низкий уровень механизации.
Стачивание - одна из основ процессов швейного производства, наибо лее механизированный процесс. Эти операции имеют наибольший удельный вес в общем объеме работ при пошиве. Оно может и должно быть основой для проектирования концентрированных операций, но при этом возможна только локальная обработка изделия из-за ограничения зоны воздействия об ластью шва или строчки.
ВТО свойственна наибольшая маневренность в изменении зоны воз действия за счет выбора не только оборудования, но и инструментов. Ком плекс механических и физических факторов, действующих при ВТО, создает условия для интенсификации получения дополнительных эффектов с помощью химических веществ и материалов. ВТО ограниченно применяют при производстве водозащитных изделий, но в случае необходимости повышения качества выпускаемых изделий она может быть введена дополнительно в технологический процесс при условии оптимизации объема работ.
Операции стачивания и ВТО отличаются друг от друга структурно и видами воздействий и условно представлены на рис. 3.7, 3.8. Содержание обработки соединяемого или уже соединенного пакета деталей на каждой стадии характеризуется величинами деформирования Ei9 температуры (9,, влагосодержания Wt, которые изменяются при механическом Pt, динамическом vb ТІ и гигротермохимическом ТІ, Ч и Си ЦІ управляющих воздействиях.
