Розвиток наукових основ будови та умов формування тканини з урахуванням її ергономічних і естетичних характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.18.19 - технологія текстильних матеріалів, швейних і трикотажних виробів

УДК 677. 024. 1:7.041.6

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

РОЗВИТОК НАУКОВИХ ОСНОВ БУДОВИ ТА УМОВ ФОРМУВАННЯ ТКАНИНИ З УРАХУВАННЯМ ЇЇ ЕРГОНОМІЧНИХ І ЕСТЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ЧЕПЕЛЮК ОЛЕНА

ВАЛЕРІЇВНА

Херсон - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант:

доктор технічних наук, професор, Прохорова Ірина Анатоліївна, Херсонський національний технічний університет, завідувач кафедри механічної технології волокнистих матеріалів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Здоренко Валерій Георгійович, Київський національний університет технологій та дизайну, професор кафедри автоматизації та комп'ютерних систем;

доктор технічних наук, професор Малкін Едуард Семенович, Київський національний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри теплотехніки;

доктор технічних наук, професор Романенко Наталія Григорівна, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри дизайну.

Захист відбудеться “27” квітня 2011 року о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

Автореферат розісланий “25” березня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Забезпечення населення життєво необхідною продукцією є головною задачею легкої промисловості. Пріоритетність даної галузі для національної економіки країни визначається значним обсягом текстильних виробів на внутрішньому ринку товарів, можливістю використання сировини і напівфабрикатів вітчизняного виробництва, наявністю висококваліфікованих кадрів у всіх регіонах, високим рівнем доданої вартості.

В даний час текстильна промисловість України потребує підтримки, оскільки вона найменш захищена від впливу іноземних товаровиробників. Разом з цим вона є важливою частиною виробничого потенціалу країни. У зв'язку з цим в Україні затверджено і ефективно діє ряд Державних програм.

Актуальність теми. Однією з основних проблем, вирішення якої здатне сприяти розвитку легкої промисловості, є створення тканин високоякісного конкурентноздатного асортименту. Для цього необхідний комплексний підхід до проектування структури і технології тканин, а саме: інтеграція знань теорії будови і теорії формування тканини, текстильного дизайну і комп'ютерних технологій. Тільки такий комплексний підхід до процесу проектування дозволить створити сучасний асортимент тканин з урахуванням їх призначення і умов експлуатації та мобільно реагувати на попит ринку, який постійно змінюється. При цьому найбільш перспективними для виробництва є тканини для виготовлення одягу і технічного асортименту, зокрема, тканини для армування композитних виробів.

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, основні аспекти досліджуваної проблеми, визначено мету і завдання дослідження, наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

Перший розділ присвячений аналізу робіт провідних вчених в області структури і формування тканин на ткацьких верстатах. Виділено основну проблему, що стоїть сьогодні перед вченими: створення методологічної бази проектування тканин конкурентноздатного асортименту. Аналіз літературних джерел дозволив визначити найбільш перспективні для виробництва групи тканин і встановити, що тканини необхідно проектувати згідно розмірів і умов експлуатації виробів, які з них виготовлені.

Для вирішення вказаної проблеми проведений аналіз робіт, присвячених питанням якості предметів одягу. Він показав, що в даний час|нині| все більшого значення набуває|придбаває| споживацький рівень якості одягу, а саме, його ергономічні та естетичні показники. Проте|однак| взаємозв'язок між ними і показниками структури тканини, що дозволяє розробити відповідні технології проектування тканин різного призначення, не встановлено|установлена|.

Питанням будови і проектування тканин присвячено велику кількість досліджень від робіт D.Mеrphy до опублікованих у наш час праць професорів С.В.Ломова, В.В.Чугіна, Г.В.Степанова, С.С.Юхіна і багатьох інших учених. Однією з ключових в теорії побудови тканин є фазова теорія тканини
проф. Н.Г.Новікова. Не дивлячись на те, що вона розвивалася багатьма дослідниками, спроб запропонувати новий закон розподілу фаз будови тканини зроблено не було. Крім того, теорія фазової будови тканини не має математичного апарату для використання при розробці сучасних технологій проектування тканин.

Разом з|поряд з| порядком|ладом| фази будови|споруди| тканини найважливішим параметром, що визначає ергономічні властивості предметів одягу та експлуатаційні властивості композитних виробів, є|з'являється| пористість тканини.

До теперішнього часу не був проведений аналіз дії кожного з параметрів структури ниток і тканини окремо і в комплексі на формування тканини заданої фази будови і пористості. Встановлено, що найбільш зручним для проведення даного аналізу і подальшого використання його результатів є метод геометричного моделювання елементів структури тканини різної щільності по основі і утоку з ниток різної лінійної щільності і волокнистого складу.

Найважливішим параметром, який визначає фазу будови тканини, є жорсткість до вигину ниток основи і утоку. В даний час зазначений параметр ниток визначається за методом консолі або за технологіями, розробленими В.Р.Крутіковою, Н.А.Смірновою, С.Г.Степановим, Д.А.Козловським стосовно умов деформації ниток в трикотажі. Технології визначення жорсткості ниток до вигину, що враховує умови деформації ниток в структурі тканини, не розроблено.

Також для вирішення поставленої в дисертації проблеми проведено аналіз робіт Д.Л. Парфенова, В.М. Васильченка, С.О. Доброгурського, С.А. Динніка, Г.І. Медведевої, А.М. Кузнецова, К.Г. Алексєєва та ін., які присвячені теорії формування тканин. Він показав, що одним з чинників, який визначає умови формування тканини, є крутка нитки. Проте у всіх дослідженнях цей параметр визначався тільки умовами прядіння ниток і після нього приймався як постійна величина. Крім того, проведений аналіз літературних джерел дозволив висунути гіпотезу про те, що для полегшення умов формування тканин на ткацькому верстаті окрім зміни первинної крутки необхідно враховувати напрями кінців волокон, які виступають з тіла ниток основи.

Проведений наліз робіт, присвячених питанням будови і формування тканини, який дозволив перейти до визначення основних недоліків технологій проектування тканин різного призначення. Визначено, що в даний час для створення тканин із заданим рельєфом використовуються способи, які ускладнюють процес виготовлення тканин на ткацьких верстатах. Технології, що дозволяє створювати подовжні рельєфні смуги на тканині будь-якого виду переплетення|сплетіння| незалежно від потужності зівоутворювача|, не існує.

У техніці і будівництві намітилася тенденція заміни традиційних матеріалів легкими композитними матеріалами. Аналіз робіт провідних учених в даній області D.R. Askeland, S.W. Tsai, H.T. Hahn, T.W. Chou, F.K. Ko, B. Chen, M. Ito, K. Kamal R. Kamiya показав, що композитні матеріали в даний час армуються тканими полотнами головних переплетень рівномірної структури. Технології проектування оригінальних структур тканин в залежності від розмірів та умов експлуатації конкретних композитних виробів не існує.

В результаті|за результатами| аналізу сучасного стану|достатку| проблем, які розглядаються|розглядують| в дисертаційній роботі, поставлені завдання|задачі| досліджень, що направлені|спрямовані| на подальший|дальший| розвиток наукових основ будови|споруди| і умов формування тканин і|спрямованих| на підвищення ефективності процесу проектування структур і технологій тканин різних асортиментних груп відповідно до їх призначення і особливостей умов їх експлуатації.

У другому розділі визначено предмет, об'єкт і методи дослідження; викладено методологічні основи підходу до рішення поставлених в дисертації завдань. Приведено обґрунтування методів теоретичного і експериментального дослідження процесів проектування структури тканин і умов їх формування на ткацькому верстаті.

Основні дослідження проведено з використанням ниток різного сировинного складу, способу виготовлення й лінійної щільності в діапазоні від 18,5 до 300 текс. Тканини, які досліджувалися в роботі (46 структур полотняного переплетення і 40 структур комбінованих переплетень), було спроектовано автором і виготовлено на ткацьких верстатах СТБ на провідних підприємствах і в лабораторіях України: ВАТ «Херсонський БК»; Лисичанській філії ТОВ «Корпорація «Гуматекс»; АТЗТ «Черкаський шовковий комбінат»; ткацькій лабораторії кафедри механічної технології волокнистих матеріалів ХНТУ. Дослідження тканин вказаних структур дозволяють застосувати більшість отриманих результатів до інших тканин, що випускаються підприємствами текстильної промисловості.

Третій розділ присвячений розвитку теоретичних основ будови тканини. На першому етапі досліджень проведено теоретичне обґрунтування нової концепції проектування одягових тканин з урахуванням їх ергономічних та естетичних характеристик. Для цього на основі аналізу показників якості, що пред'являються до одягу, виділено ергономічні і естетичні показники, які визначаються споживацькими властивостями тканин. Це дозволило визначити параметри ниток і тканини, які мають бути задані при її проектуванні для реалізації вказаних властивостей: вид волокна, лінійна густина ниток, їх фактура і крутка, щільність тканини по основі і утоку, вид переплетення, фаза будови тканини. Проведений системний аналіз дозволив скласти ієрархічну схему, що відображає взаємозв'язок естетичних та ергономічних характеристик тканини і параметрів її структури (рис.1).

Для проектування тканини із заданими ергономічними та естетичними характеристиками необхідно задати один з ключових в теорії будови тканини показників - «фаза будови тканини», запропонований професором
Н.Г.Новіковим. Аналіз математичної моделі, що відображає закон зміни величини відношення висот хвиль вигину ниток в тканині за теорією професора Н.Г.Новікова, показав її схожість з функцією тангенса.

Апроксимація можливого варіювання відношення висот хвиль вигину ниток основи до висот хвиль вигину ниток утоку функцією тангенса дозволяє уникнути дискретності в зміні фаз будови тканини. Фазу будови тканини при цьому запропоновано виражати значенням фазового кута в діапазоні від 0о до 90о.

Разом з висотами хвиль вигину для побудови моделі елементу тканини необхідно встановити ряд показників її структури (рис.2). У роботі отримано математичні моделі для визначення:

- поточного полярного радіусу RM зовнішнього еліптичного контуру поперечного перетину ниток:

- структурного кута вwft нахилу лінії, що сполучає центри двох сусідніх уточин, до подовжньої площини тканини:

- структурного кута нахилу перехідної ділянки нитки основи wp в елементі тканини:

де аwft і awp - великі півосі еліпсів ниток утоку і основи;

bwft і bwp - малі півосі еліпсів ниток утоку і основи;

Коефіцієнти зминання wft і wft визначаються за методикою
проф. В.В.Чугіна. Кути бфwft та вwр визначаються рівняннями, аналогічними рівнянням (1-4). Для комп'ютерного моделювання структури тканини визначено координати уточини і ниток основи за товщиною hwft і за довжиною Lwft тканини:

Достовірність розроблених математичних моделей підтверджено аналізом розташування ниток на мікрозрізах тканин полотняного переплетення 21 структури. Вказані тканини вироблені в умовах ВАТ «Херсонський БК» з різною щільністю по утоку (147, 159, 168, 182, 204 нит/дм) з використанням ниток утоку різної лінійної густини (7,5Ч2, 25, 20Ч2, 29Ч2, 50Ч2 текс).

Розробка математичних моделей, що описують основні показники структури тканини, дозволила перейти до визначення пористості тканини. У роботі встановлено, що від пористості тканини залежать ергономічні характеристики тканини (паро- і повітропроникність) і умови проникності технічних тканин потоками рідин і газів, а також якість просочення тканих армуючих шарів композитних матеріалів. Основні показники структури тканини і ниток, що впливають на вказані характеристики: вид волокна, діаметри ниток основи і утоку dwp і dwft і відстані між подовжніми осьовими лініями ниток основи і утоку в тканині Lwp і Lwft. Вони зумовлюють натяг ниток основи Kwp та утоку Kwft, сили опору вигину ниток основи Pwp та утоку Pwft.

Для того, щоб визначити вплив вказаних параметрів на пористість і значення фазового кута проведено геометричне моделювання елементів тканини полотняного переплетення. Вказані моделі розроблено на основі схем взаємодії сил тиску ниток основи і утоку після зняття зовнішнього навантаження на початку процесу зниження рівня потенційної енергії напружено-деформованого стану ниток при різних поєднаннях цих параметрів. Розглянемо приклад вказаного аналізу для тканини з ниток одного волокнистого складу при різному значенні фазового кута (рис.3).

На рис.3,а представлено схему взаємодії сил опору вигину ниток основи Pwp і утоку Pwft при рівності основних фізичних і геометричних параметрів: виду волокна, умовних діаметрів нитки основи dwp і утоку dwft, натягів нитки основи Kwp і утоку Kwft і відстаней між повздовжніми осьовими лініями ниток основи Lwp і утоку Lwft в тканині. Внаслідок рівності фізичних властивостей ниток і щільності їх розташування в тканині опір вигину ділянок ниток між двома ближніми опорами Pwp і Pwft будуть однаковими. У результаті структура тканини прийде до значення фазового кута бF=450 після закінчення процесу зниження рівнів потенційної енергії ниток. Варіювання різними параметрами ниток і тканини приведе до зміни співвідношення результуючих сил Pwp і Pwft в елементі тканини і встановлення певної фази її будови, наприклад, до збільшення значення фазового кута (рис.3,b).

Після проведеного за вказаною методикою аналізу схем взаємодії сил опору вигину ниток двох систем при варіюванні вказаних вище фізичних і геометричних параметрів ниток і тканини проведено геометричне моделювання пор, утворених структурою тканини полотняного переплетення при різних параметрах тканини і ниток.

Наприклад, квадратна форма пори (рис.4,а) забезпечується використанням ниток основи і утоку однакової товщини dwp=dwft з волокон одного вигляду з рівною щільністю їх розташування: LwpN=LwftN . Розмір пори уздовж ниток основи і уздовж ниток утоку в елементі тканини однаковий: SwpN=SwftN.

Разом з рекомендаціями з вибору параметрів тканини і ниток для формування тканини з квадратною формою пор сформульовано умови утворення в тканині пор прямокутної форми. Наприклад, для забезпечення значення фазового кута бF=450 при використанні ниток основи і утоку з одного виду волокон необхідно прийняти різну лінійну густину ниток (рис.4,b). В цьому випадку площа пори матиме вид витягнутого прямокутника. Вузька частина пори виходить за рахунок використання ниток основи порівняно великої товщини, а широка - за рахунок малої щільності розташування тоншої уточини (dwp>dwft, LwpN<LwftN, SwpN<SwftN). Зображення поперечних перетинів елементу тканини дозволило визначити міру свободи ходу повітряного потоку за напрямом А2 між нитками основи і напрямом В2 між уточинами.

В даний час при необхідності отримати тканину без пор проектують структуру тканини з граничною щільністю. На рис.5 представлено два варіанти осередків тканини з граничною щільністю по утоку при значенні фазового кута бF = 4,8о.

Перший варіант структури тканини поєднує граничну щільність Lwftlim розташування ниток утоку з льону і нормальну щільність LwpN розташування ниток основи з бавовни LwpN>>Lwftlim(4,8) (рис.5,а). Для поєднання таких ниток при значенні фазового кута бF 4,8о необхідна велика відмінність в товщині dwp(4,8) >> dwft(4,8). Внаслідок зімкнутого розташування уточини зовнішній вигляд такої тканини указує на відсутність пор. Вільний хід між уточиною дорівнює нулю Swftlim(4,8) = 0. Проте зазор між нитками основи відрізняється від нуля SwpN>>Swftlim(4,8). При проведенні геометричного моделювання визначено, що за вказаних умов з'являється ще один варіант (рис.5,b) проникнення повітря, води і частинок яких-небудь речовин: замість «вільного ходу» потік змінює напрям прямолінійного руху і проникає по складній кривій в зазори між уточиною і нитками основи Swp1 і Swp2, виключаючи ділянки перехресть уточини. Утворюється «лабіринтовий» рух потоку.

Для повного виключення вільного і лабіринтового потоків повітря, рідини і частинок речовин в структурі тканини необхідно використовувати сукупність граничної щільності розташування ниток основи і утоку (рис.5,с). Ефект повної щільності розташування ниток в структурі тканини забезпечується не тільки граничним зближенням уточини до початку взаємного контакту (Swftlim=0), але й граничним зближенням ниток основи на відстань, рівну товщині уточини Swplim(4,8) = 2bwft(4,8)..

Вид А (рис.5,с) показує суцільне заповнення уточиною простору між нитками основи, що перешкоджає вільному і лабіринтовому ходу потоку речовин. Надгранична щільність тканини по утоку у поєднанні з граничною щільністю по основі також, і навіть більшою мірою, виключає вільний і лабіринтовий потоки крізь тканину.

У дисертаційній роботі також проведено геометричне моделювання умов утворення пор і структур з граничною щільністю в тканинах полотняного переплетення при різному значенні фазового кута. На основі даного аналізу розроблено схему розташування уточини із змінними параметрами в тканині з граничною щільністю при значенні фазового кута бF від 10 до 890.

Дана схема дозволяє визначити параметри тканини з пониженим напружено-деформованим станом ниток при виготовленні тканини із заданим значенням фазового кута. Це дозволяє полегшити процес формування природної структури тканини після зняття зовнішнього навантаження.

Проведені дослідження показали, що на формування тканини з|із| різним значенням фазового кута|рогу| і величини пористості найбільший вплив має спільна дія жорсткості до вигину|згину| ниток основи і утоку. Крім того, знання жорсткості ниток необхідне для точнішого розрахунку параметрів заправки|заправляння| ткацького верстата і умов формування тканини.

Технологія визначення жорсткості ниток з урахуванням умов їх деформації в структурі тканини і пристрій для її реалізації розроблено на основі того, що при формуванні тканини нитка згинається під силовою дією іншої системи ниток (рис.7,а). В результаті кожен елемент нитки зазнає розтягування, деформації вигину, стискування, поперечного зсуву волокон в нитці утоку, подовжнього зсуву волокон в нитці основи та ін. З урахуванням вказаних обставин спроектовано пристрій, в якому два набори пластин імітують дію на досліджувану нитку іншої системи ниток (рис.7,b). Це дозволяє імітувати напружено-деформований стан ниток в тканині з різним значенням фазового кута, щільності тканини по основі і утоку, а також переплетення ниток.

Для визначення жорсткості ниток до вигину використовується зусилля Pb вигину нитки при заданому її прогині, відповідному прогину у структурі тканини із середнім значенням фазового кута бF = 45о.

З метою апробації вказаного приладу визначено значення жорсткості для широкого асортименту ниток за розробленою технологією і за стандартним методом. Порівняльний аналіз отриманих при цьому результатів експериментальних досліджень показав відмінність в значеннях жорсткості у трикратному розмірі.

Достовірність результатів дослідження підтверджено порівнянням значень висот хвиль вигину|згину| ниток в тканинах полотняного переплетення|сплетіння|, визначених трьома способами: теоретично з використанням при розрахунках величин жорсткості, отриманих|одержувати| за стандартною технологією і за розробленою в роботі, а також шляхом дослідження мікрозрізів тканин полотняного переплетення сорока однієї структури.

Разом з цим за розробленою технологією визначено коефіцієнти жорсткості і отримано математичні моделі їх залежності від лінійної густини ниток в діапазоні 20-300 текс для одиночної бавовняної нитки, для крученої бавовняної нитки, для лляної нитки.

З графіків видно, що найбільший рівень жорсткості мають лляні нитки, менший шліхтовані, найменший - одиночні бавовняні нитки. Результати досліджень дозволяють зробити висновок про те, що сировинний склад ниток впливає на їх жорсткість більшою мірою, ніж крутка і наявність шліхти. Отримані при цьому експериментальні моделі дозволяють визначати коефіцієнти жорсткості до вигину ниток у вказаному діапазоні лінійної густини.

У четвертому розділі визначені шляхи зниження напруженості формування тканини на ткацьких верстатах. Аналіз літературних джерел показав, що на ергономічні і естетичні характеристики тканини найбільший вплив мають процеси, що відбуваються в найнапруженішій ділянці пружної системи заправки ткацького верстата - зоні формування тканини.

Одним з параметрів, який впливає на жорсткість нитки до вигину і визначає умови формування тканини, є крутка нитки. Дотепер цей параметр вважався незмінним як після процесу формування пряжі, так і у ткацтві. Але це не відповідає дійсності. У роботі визначено зміну величини крутки нитки утоку в період її переміщення бердом від лінії прокладки в зіві до опушки тканини при формуванні її на ткацькому верстаті. Для цього проведено аналіз умов взаємодії утокової нитки по всій її довжині з нитками основи. Вперше розглянуто явище утворення зовнішнього моменту обертання уточини і зовнішнього моменту опору берда.

Визначено, що зміна первинного кручення утоку в зіві на шляху до опушки тканини може досягати значимої величини. Наприклад, при довжині шляху тертя 65 мм на ткацькому верстаті «СТБ» уточина може отримати ще 32 додаткових кручення. З даної причини залежно від призначення і параметрів структури тканини при її проектуванні необхідно враховувати напрям і факт збільшення або зменшення величини крутки нитки утоку.

При подальшому|дальшому| переміщенні уточини бердом| вже безпосередньо в структурі тканини на розподіл крутки мають вплив вид переплетення|сплетіння| тканини і вид пробирання в зуб'я берда|. З цієї причини проведено теоретичний аналіз явища розподілу і зміни напряму|направлення| крутки утоку в зоні формування тканин головних переплетень|сплетінь| при різних видах пробирання ниток основи в зуб'я берда|.

Як приклад приведений аналіз розподілу і зміни напряму крутки утоку при приєднанні уточини №1 до опушки тканини полотняного переплетення при пробиранні трьох ниток в зуб берда (рис.9).

Визначено, що за вказаних умов дві нитки основи мають однаковий бічний зсув пластинами берда, а середня нитка не має контакту з пластинами берда Rb1 і Rb2. Коротка ділянка уточини ?2 (рис.8) піддається напруженню розкручування і знаходиться між двома довгими ділянками ?1 і ?3. Вказані ділянки піддаються збільшенню крутки під дією зовнішніх моментів тертя. Рапорт елементів закручування-розкручування складається з чотирьох ділянок різної протяжності: дві крайніх ?1 і ?4 великої довжини і дві середніх ?2 і ?3 малої довжини. При цьому ділянки уточини, що піддаються зменшенню і збільшенню крутки, чергуються. При рівнонатягнутому зіві прийнята рівність сил тертя уточини об пластини берда Fru1 = Frd1, Fru2 = Frd2 і зовнішніх поворотних моментів Мru1=Mrd1, Mru2 = Mrd2.

В результаті|унаслідок| проведених досліджень встановлено|установлений|, що на різних ділянках уточини виникає різнознакове напруження|напруження| закручування і розкручування, напрями|направлення| яких залежать від переплетення|сплетіння| тканини. Розроблений метод дозволяє проаналізувати рапорти| розподілу напружень|напруження| кручення уздовж|вздовж| уточини при будь-якій кількості ниток основи, що пробрані в зуб берда|. Його використання дозволяє знизити|знизити| напруженість процесу формування тканини.

Проведені дослідження літературних джерел і фотографічних зображень ниток дозволили висунути наступну робочу гіпотезу: для полегшення умов формування тканини окрім зміни первинної крутки необхідно враховувати напрями кінців волокон в ареалі нитки в залежності від напряму зсуву уточини бердом при прибої.

Для підтвердження даної гіпотези визначено зусилля зсуву нитки основи в структурі тканини. При цьому використано метод зворотного руху нитки, розроблений проф. В.М.Васильченком. У якості предмету експериментальних досліджень використано структуру тканини із змінною внутрішньою шаруватістю «Blond» п'яти варіантів щільності розташування ниток утоку (100, 140, 172, 200 і 245 ниток/дм.). При цьому визначено, що зусилля зсуву ниток основи із структури тканини при різному напрямі кінців волокон змінюється на величину до 22%.

Дослідження проводилися з використанням зразків|взірців| бавовняної тканини, які мають порівняно малу жорсткість до вигину|згину| волокон. Правомірно припустити|передбачати|, що при формуванні тканин із|із| більш жорстких і ворсистих ниток, наприклад, льону|лен-стланця| і вовни, ця величина буде істотно|суттєвий| більшою.

Результати даного експерименту дозволяють зробити висновок про те, що при плануванні технологічного процесу підготовчого відділу ткацького виробництва необхідно враховувати напрям волокон в нитках основи для отримання їх оптимального напряму при переробці ниток на ткацькому верстаті (рис.10).

При комплексному підході до вирішення проблеми розробки конкурентноздатного асортименту тканин необхідно не тільки розвинути методологічну базу проектування структур тканин з урахуванням умов її формування на ткацькому верстаті, але й визначити асортиментні можливості устаткування при виробленні тканин з великою кількістю ниток основи, які переплітаються по-різному. Для цього в роботі визначена максимально можлива висота розкриття зіву при виробленні тканин з ниток основи з різною міцністю до розриву на ткацьких верстатах СТБ - 180 (рис.11) і АТПР - 100.

У п'ятому розділі на основі теоретичних положень, викладених в роботі, розроблено технології проектування структур тканин одягового і технічного асортименту з урахуванням умов їх експлуатації.

Одним із засобів покращення візуального сприйняття фігури людини є використання в архітектоніці одягу вертикальних ліній. Відомо, що їх можна створювати засобами крою або при використанні тканини, що має подовжню кольорову або рельєфну смужку. Проте сучасні способи формування тканин з подовжнім рельєфом знижують продуктивність ткацького верстата. У зв'язку з цим виникла необхідність розробки технології, яка дозволила б виключити чинники, що знижують продуктивність ткацького верстата. У дисертаційній роботі це завдання вирішено шляхом створення в тканинах будь-яких переплетень смуг з протилежною за знаком різнонатягнутістю ниток основи (рис.12). Для її створення розроблено пристрій, авторське право на який захищено патентом.

При цьому проектувати тканину рекомендується виходячи з розмірів конкретної деталі одягу і її призначення. Причому, для підвищення естетичності одягу пропонується в тканині створювати рельєфні смуги, спроектовані за законами пропорційності: золотого перетину, чисел Фібоначчі та ін. Поперечний рельєф в тканині одягового асортименту рекомендується отримувати|одержувати| шляхом створення|створіння| в тканині змінної внутрішньої шаруватості|.

При постановці завдань|задач| дисертаційного дослідження було визначено, що разом з|поряд з| тканинами для одягу перспективною асортиментною групою є|з'являються| технічні тканини, зокрема, ткані каркаси для армування композитних виробів. При цьому актуальним є|з'являється| завдання|задача| посилення конструкцій уздовж|вздовж| ліній найбільшої напруженості.

Для вирішення даного завдання розроблено технології проектування тканин для армування композитних виробів і спроектовано структури тканин із змінною внутрішньою шаруватістю відносно розмірів виробів різних форм, наприклад, плоскої ламаної форми (рис.13). Тканини проектувалися за умови розташування півторашарових ділянок уздовж ліній найбільшої напруженості.

Не всі вироби мають чіткі грані і не завжди можна визначити локалізацію ліній розповсюдження напруженості з метою посилення матеріалу. У ряді випадків необхідно проектувати структури тканини з рівномірним розташуванням рубчиків, наприклад, при конфекціюванні шарів в опуклих частинах захисних деталей предметів спецодягу для забезпечення ергономічних властивостей даних предметів.

Тканини вказаної структури рекомендується проектувати також при армуванні виробів напівсферичної форми. З метою розробки технології проектування тканин для вказаних виробів в роботі визначено розподіл напружень у вказаних поверхнях під дією можливих навантажень, що діють на виріб в процесі експлуатації: від власної ваги його частин, при нерівномірно розподіленому навантаженні, при граничному осьовому навантаженні. При цьому використано основні положення теорії опору матеріалів. У результаті для кожного з вказаних навантажень отримано математичні моделі для практичного визначення кільцевих і меридіональних напружень.

Наприклад, меридіональні напруження i-того сегменту виробу напівсферичної форми від навантаження тільки сил тяжіння частин стінки:

кільцеві напруження i-того| сегменту:

де R - радіус зовнішньої поверхні напівсфери, [мм],

rsi - радіус основи i-сегменту, [мм],

Hs - висота напівсфери, [мм],

hsi - висота сегменту, [мм],

t - товщина стінки, [мм],

г - питома вага, [Н/м3],

цsi - полярний кут, [град],

Pti - сила тяжіння i-того сегменту, [Н],

Pni - нормальна складова Pti i-того сегменту, [Н],

уmi - меридіональне напруження i-того сегменту, [Ра=Н/м2],

уti - кільцеве напруження i-того сегменту, [Ра=Н/м2].

За розробленими математичними моделями проведено розрахунки і побудовано епюри розподілу напружень в частинах виробів (рис.14). Дані епюри дозволяють проектувати структуру тканини з посиленням конструкцій в місцях найбільших напружень.

При проектуванні структур тканин, що піддаються дії рівномірно розподіленого навантаження, наприклад, від потоків рідини або газу, необхідно прогнозувати кінцеву форму деформованого полотна. Це дозволяє більш обґрунтовано визначити необхідну міцність тканини в процесі її проектування. В результаті математичного моделювання умов тиску повітряної маси на ткане полотно в роботі розроблено математичні моделі для розрахунку параметрів деформованої тканини з дотриманням умови збереження її міцності при гранично можливому навантаженні в процесі експлуатації. жорсткість нитка деформація тканина

При конфекціюванні матеріалів у ряді випадків необхідно понизити відносне ковзання шарів, наприклад, для забезпечення такої ергономічної властивості одягу, як формостійкість її деталей.

Поряд з цим при великих навантаженнях і значних розмірах композитних виробів використовуються багатошарові ткані каркаси. При експлуатації такі вироби піддаються різним видам руйнівних навантажень: вібрації, розтягуванню, стискуванню. В даний час їх багатошаровість досягається двома шляхами: складанням декількох одношарових тонких полотен тканини простої структури і створенням одного полотна тканини великої товщини зі складною структурою. При змінних навантаженнях композитні вироби, армовані складанням декількох одношарових тонких полотен тканини простої структури, найчастіше виходять з ладу унаслідок розшарування. При армуванні складними тканинами ускладнюється процес просочення при використанні речовин, що пов'язують, з великою в'язкістю, оскільки складні тканини не мають наскрізних пор.

На основі даного аналізу в роботі висунуто теоретичну гіпотезу, яка полягає в тому, що при конфекціюванні матеріалів у ряді випадків доцільно використовувати структури тканин з рельєфною поверхнею, утвореною змінною внутрішньою шаруватістю. Це дозволить підвищити формостійкість частин предметів одягу за рахунок зниження проковзування шарів тканини в процесі експлуатації. При виробництві композитних матеріалів чергування одношарових і півторашарових ділянок тканини дозволяє збільшити площу контакту тканини з речовиною, яка зв'язує, і збільшити міцність каркаса, що у свою чергу приводить до збільшення терміну служби композитного виробу.

Для перевірки даної гіпотези, як приклад, спроектовано 16 переплетень тканини із змінною внутрішньою шаруватістю і пористістю більшої величини в порівнянні з пористістю тканин головних переплетень. Це підвищило таку ергономічну характеристику тканини, як паропроникність. Разом з цим підвищена пористість полегшує просочення шарів композитного виробу речовиною, яка зв'язує.

З урахуванням вказаної гіпотези, як приклад, спроектовано структури тканини, що утворюють при конфекціюванні чотиришаровий тканий каркас (рис.15). При цьому зворотня поверхня зовнішніх тканих шарів є рівною, а внутрішня - з виступами. Внутрішні шари чотиришарового каркаса мають рельєфні смуги з двох сторін. Така структура каркаса знижує вірогідність відносного зсуву полотен тканини в процесі експлуатації виробу за рахунок утворення ефекту «зубчате зачеплення». За вказаною технологією також спроектовано структури тканини для армування інших багатошарових виробів.

З метою вирішення основної проблеми, яка виникає при конфекціюванні матеріалів для одягу і при експлуатації композитних виробів, армованих декількома шарами тканин, - їх розшарування, в роботі проведено експериментальні дослідження фрикційних властивостей тканин із змінною внутрішньою шаруватістю. Визначено вплив напряму рубчиків тканин на величину сили зчеплення шарів для 16 видів тканин. Ширина і висота рубчиків досліджуваних тканин була різною. Випробування кожного виду структури тканини проводилися при 15 варіантах взаємодії при розташуванні лицьової сторони до лицьової, виворітної до виворітної, лицьової до виворітної. Кожен з варіантів взаємодії досліджувався при різних кутах розміщення систем ниток: 00, 300, 450, 600, 900. Проведені дослідження дозволили сформулювати рекомендації з доцільності поєднання при конфекціюванні матеріалів порядку шарів тканини і кутів взаємного розміщення тканин з рельєфними поверхнями.