автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.08, диссертация на тему:Исследование и прогнозирование некоторых деформационных свойств иглопробивных нетканых материалов из вторичного сырья

Г "3 сд

2 « НОЯ

На правах рукописи

СМОЛЕЙЧУК ИРИНА МАТВЕЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИГЛОПРОБИВНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Специальность 05.19.08 Товароведение промышленных товаров

и сырья легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА -1997

Работа выполнена на кафедре Товароведения непродовольственных тов; ров Дальневосточной Государственной академии экономики и управления.

Научные руководители:

доктор технических наук, член-корр. Международной академии наук выс шей школы, профессор Лаврушин Г.А.

кандидат технических наук, доцент Серебрякова Л. А.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Зеленев Ю.В.

кандидат технических наук, доцент Пехташева Е.Л.

Ведущая организация (предприятие):

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН

Защита состоится "//" декабря 1997 года в 14-У на заседании диссертаци онного совета Д063.62.07 Российской экономической академии им Г.В.Плеханова.

Адрес академии: 113054, Москва, Стремянный пер., 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российской экономнческо] академии им. Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан " н ноября 1997 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук

Елисеева Е.Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Обязательным условием укрепления эко-мики является систематическое повышение качества продукции при постоян-м снижении затрат на ее производство. Перспективы развития текстильной, )ейной и других отраслей промышленности во многом связаны с появлением шологии нетканых материалов, что объясняется возможностью использова-я разнообразного сырья, простотой технологии, низкой себестоимостью про-кции.

Преимущество нетканых материалов в экономическом отношении очевид-, однако необходимо проведение исследований и прогнозирование свойств псаных материалов из вторичного сырья для установления возможных об-стей их применения.

Принимая во внимание расширяющееся использование нетканых материа-в как объектов, работающих длительное время под растягивающими и сжи-ющими нагрузками, наибольший теоретический и практический интерес едставляет количественное описание изменения их деформации и релаксации времени для проведения расчетов по прогнозированию формоустойчивости телий из нетканых материалов и оптимизации состава нетканых материалов и использования их по новому назначению. Современное состояние теории ¡юрмирования текстильных материалов не позволяет с достаточной достовер-стью описывать напряженно-деформированное состояние нетканых материа-в. Решению этой проблемы посвящена настоящая работа.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с договором о Твор-;ком сотрудничестве с АО «Радуга», тематическим планом госбюджетных на-чо-исследовательских работ ДВГАЭУ и Федеральной программой «Дальний сток».

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследование и-эгнозирование некоторых деформационных свойств иглопробивных нетка-х материалов (ИНМ) из вторичного сырья.

В соответствии с этой целью в диссертации ставились следующие задачи: 1. Проанализировать существующие научные работы по проектированию

текстильных, в частности, нетканых материалов с заданными механическими свойствами;

2. Создать опытные образцы ИНМ различного смесового состава из вторичного сырья;

3.Исследовать термические, гигроскопические характеристики, радиоактивность исследуемых ИНМ;

4.Исследовать деформационный процесс нетканых материалов при длительном растяжении при разных уровнях напряжения;

5. Исследовать деформационный процесс сжатия нетканых материалов при длительном статическом и циклическом воздействиях нагрузки;

6. Исследовать анизотропию деформационных свойств ИНМ;

7. Разработать математическую модель по описанию деформационных процессов ИНМ различного смесового состава для разных режимов нагружения (п.п. 4-6);

8. Провести оптимизацию волокнистого состава ИНМ в зависимости от их назначения;

9. Разработать проект технических условий на новые ИНМ;

10. Разработать математическую модель по описанию деформационных свойств пакета спецодежды на основе иглопробивного материала;

11. Провести анализ влияния уровня напряжения, волокнистого состава и анизотропии на реологические характеристики ИНМ и пакета спецодежды;

12. Исследовать влияние химчистки на механические свойства материалов, составляющих пакет спецодежды;

13. Разработать компьютерную программу для использования математической модели при создании новых видовИНМ;

14. Определить экономическую эффективность от применения на практике разработанных математических моделей на примере новых материалов.

Объект и методы исследования. Объектами исследования явились экспериментальные иглопробивные материалы, выработанные из вторичного сырья, имеющие разный волокнистый состав.

Поставленные задачи решались методами теоретического моделирования, основанными на классических методах решения интегральных уравнений наследственного типа.

Выводы и рекомендации по работе обоснованы методической постановкой экспериментов с использованием разработанной лабораторной аппаратуры, прошедшей нормоконтроль, подтверждены большим объемом статистического материала.

Результаты экспериментальных исследований обработаны методами математической статистики. Построение теоретических диаграмм деформационных процессов осуществлено по специально разработанным программам на персональном компьютере IBM PC 486DX2.

Научная новизна и практическая значимость работы заключаются в следующем:

1. Предложена методика исследования деформационных свойств нетканых материалов, новизна которой заключается в исследовании деформационных свойств при одинаковых уровнях напряжения.

2.На основе теоретического моделирования выполнено математическое описание деформации ИНМ, которое подтверждено экспериментами;

3.Впервые разработана математическая модель, описывающая деформационные процессы во времени при различных режимах нагружения и нагрузках для ИНМ различного волокнистого состава, позволяющая на стадии проектирования создавать материалы с заданными свойствами;

4. Изучена и математически описана кинетика деформационных процессов при многократных циклах «сжатие-отдых»;

5. Разработаны методика по оптимизации волокнистого состава ИНМ различного назначения, выработанных из вторичного сырья, и новые ИНМ для использования в качестве утепляющей прокладки спецодежды и настилочного материала в мягкой мебели.

Практическая значимость работы выражается в предложениях, рекомендациях по улучшению качества, оптимизации состава и расширению ассортимента ИНМ на основе вторичного полимерного сырья. Это позволит ликвидиро -

вать дефицит натурального текстильного сырья и полнее использовать имею щиеся сырьевые ресурсы при параллельном решении экологической задачи.

Результаты научных исследований внедрены в практику производства но вых видов нетканых материалов на предприятии АО «Радуга» в г. Владивосток! (акт о внедрении от 17.07.96). Разработан проект технических условий на игло пробивные нетканые материалы для спецодежды и для мягкой мебели (акт с внедрении на АО «Радуга» от 06.08.97). Новые ИНМ использованы при созда нии товаров народного потребления (мягкой мебели, спецодежды (акты о внедрении на АООТ «Артеммебель» от 07.05.97г. и на ОАО "Заря" от 12.04.97).

Разработанные в настоящей диссертационной работе математические модели и комплекс их программного обеспечения используются в специальных курсах при подготовке специалистов товароведов-экспертов по специальности 06.16 «Товароведение и экспертиза товаров» в Дальневосточной государственной академии экономики и управления и в испытательной лаборатории УНТК СПК «Наука-Сервис» при ДВГАЭУ (справка №02110-437-22 от 15.07.97).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены:

- на Международной конференции «Проблемы качества потребительских товаров и коммерческой деятельности в условиях рынка» (г. Владивосток, 1995г.);

- на XXVII конференции аспирантов и студентов Дальневосточной Государственной академии экономики и управления (г. Владивосток, 1996г.);

- на Всероссийской конференции «Современные проблемы производства,качества и реализации потребительских товаров» (г.Вдадивосток, 1996г.);

- на заседаниях кафедры «Товароведения непродовольственных товаров» (октябрь 1994г., ноябрь 1995г., ноябрь 1996г., май 1997г.) Дальневосточной Государственной академии экономики и управления.

Основное содержание работы опубликовано в 11 работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения и списка литературы (131 наименование). Объем диссертации 143 страницы машинописного текста, 47 рис., 21 табл., приложения на 70 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлены цели и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость.

В первой главе диссертационной работы представлен анализ работ, посвященных теории напряжений и деформации полимеров. Рассмотрены известные методы прогнозирования деформационных свойств волокнистых полимерных материалов. Показано влияние различных факторов на деформационные свойства нетканых материалов. Рассмотрено влияние природы волокна на потребительские свойства материалов. Освещены вопросы усталостных явлений в текстильных материалах и в нетканых, в частности.

В заключении обзора отмечено, что вопросы прогнозирования деформационных свойств иглопробивных нетканых материалов оставались открытыми до настоящего времени. Дано обоснование необходимости прогнозирования деформационных свойств нетканых материалов с целью оптимизации состава, расширения ассортимента, улучшения качества.

Во второй главе обоснован выбор объектов исследования и дана характеристика экспериментальных иглопробивных нетканых материалов. Дано обоснование выбора компонентов смеси, их вариации в различном процентном соотношении (табл. 1).

Таблица 1

Состав смесок для выработки нетканых материалов

Наименование компонентов и обозначение нормативно-технической документации Состав компонентов в смеси, %

Варианты

1 2 3 4

Сырье полиамидное вторичное, группа 2.2., ТУ 63-473-32-90 100 75 50 25

Восстановленная шерсть, ГОСТ 10376-77 ____ 25 50 75

Представлены методики изготовления экспериментальных иглопробивных нетканых материалов. Определен коэффициент неровноты исследуемых мате-, риалов по поверхностной плотности.

Приведены методики исследования деформационных характеристик иглопробивных материалов (полу-, одно- и многоциклового растяжения, сжатия).

Такие характеристики дают возможность косвенно оценивать износоустойчи востъ, сминаемость, упругость, формоустойчивость изделий из них.

Первоначально исследования деформационных свойств нетканых материалов различного волокнистого состава проводили при одинаковых нагрузках Однако, в связи с неоднородностью материалов по плотности, массе, толщине при экспериментах получались нестабильные результаты - наблюдался большой коэффициент вариации.

На основании экспериментальных исследований установлено, что наиболее стабильные характеристики механических свойств материала получаются в координатах "напряжение - относительная деформация", по сравнению с традиционными показателями, получаемыми из диаграммы растяжения материала в координатах "нагрузка - деформация". Этот важный вывод использован и в дальнейших наших исследованиях.

При исследовании деформационных свойств были выбраны одинаковые уровни напряжений для всех материалов (0,132; 0,142; 0,164 МПа). Расчет напряжения установлен по зависимости:

а = 4 > (О

А

где Р - нагрузка, Н;

А - площадь поперечного сечения образца, мм2.

Количество опытов на каждый режим нагружения было принято равным 31, согласно рекомендаций В.Б.Тихомирова.

С использованием методов математической статистики оценена точность и надежность измерений. Оценочными характеристиками явились средняя квадратичная ошибка опыта, коэффициент вариаций, доверительная вероятность, критерии Кохрена и Фишера. Расчетные характеристики приняты для вероятностей 0,997 и 0,5.

В табл. 2 приведены результаты исследований по термическим и гигроскопическим свойствам материалов, которые были использованы при проведении оптимизации состава иглопробивных нетканых материалов в зависимости от их назначения.

В связи с тем, что при изготовлении иглопробивных материалов использу-тся вторичное сырье (вышедшие из употребления канаты, сети), нами проведе-;о испытание их радиоактивности для обеспечения экологичности производства [ использования нетканых материалов.

Проведенные исследования радиоактивности показали, что радионуклиды, [редставляющие наибольшую опасность, цезий-137 и стронций-90, попадающие окружающую среду в результате техногенной деятельности человека, в анали-ируемых образцах отсутствуют.

Таблица 2

Термические и гигроскопические характеристики иглопробивных нетканых материалов

Иглопробивные нетканые материалы Коэффициент теплопроводности, Л, Вт/м°С Гигроскопические свойства

Гигроскопичность, % Влагоотдача, % Капиллярность, мм

вариант 1 0,0310 4,02 68,33 8

вариант 2 0,0300 4,12 63,64 11

вариант 3 0,0297 4,64 61,81 13

вариант 4 0,0293 5,34 59,35 19

Таким образом, во II главе определены объект и методика исследования, пособ получения стабильных характеристик ("напряжение - относительная де-юрмация"), установлены некоторые физические свойства иглопробивных нет-аных материалов.

Дальнейшее исследование и прогнозирование деформационных свойств [етканых материалов определяет возможность и спектр их практического ис-юльзования.

В третьей главе приведены результаты исследования механических свойств 1глопробивных нетканых материалов.

Полуцикловые характеристики, определяемые при однократном растяже-1ии, позволяют установить предельные возможности испытываемых образцов гетканых материалов. Для количественной оценки применили ряд показателей: взрывную нагрузку Рр, абсолютное полное разрывное удлинение Ьр, относи-елыюе разрывное удлинение (рис. I).

Как показали исследования, волокнистый состав и направление раскроя с зывают существенное влияние на величину исследуемых показателей. Нзприм увеличение в ИНМ содержания капрона с 25 до 100% приводит к увеличен прочности при разрыве во всех направлениях примерно в 9,5- 10 раз Г рывное удлинение в поперечном направлении на 30 - 40 % меньше, чем в п дольном, а разрывная нагрузка на 10 - 20% больше, чем в продольном,1 качественно подтверждает исследования Ю.П.Назарова и В.М. Афанасьева. I лученные результаты рекомендуем учитывать при раскрое изделий из ИНМ.

В отличие от тканей деформация нетканых материалов имеет более слс ный характер. Исследовано влияние волокнистого состава и уровня напряжен а также времени действия нагрузки и отдыха на полную и остаточную дефор; цию. Данные по релаксационным свойствам иглопробивных материалов р личного волокнистого состава приведены в табл. 3 и частично на рис. 2.

Таблиц

Полная и остаточная деформация нетканых материалов при различных

уровнях напряжения

Нетканые материалы Напряжение, Полная деформация^ % Остаточная де- форыация, е ост, % Доля обратимой деформации, % Доля остаточной деформации, %

^МПа продольное на-правл. поперечное на-правл. продольное направ. поперсч- -ное направ. продоль- -ное направ. попереч- -ное направ. продояь- -ное направ. попереч -ное направ.

вариант 1 0,132 0,142 0,164 4,1 4,5 5,5 1,7 2,1 2,5 1,4 1,9 2,3 0,5 0,7 0,9 65,9 57,8 58,2 70.6 66.7 64,0 34.1 42.2 41,8 29,4 33,3 36,0

вариант 2 0,132 0,142 0,164 4,9 6,1 7,3 2,3 2,7 3,2 2,1 2,8 3,6 0,7 1,0 1,2 57,1 54,1 50,7 69,6 63,0 62,5 42,9 45,9 49,3 30.4 37,0 37.5

вариант 3 0,132 0,142 0,164 5,2 6,2 7,7 2,7 4,2 4,9 2,4 3,1 3,8 1,0 1,5 1,7 53,8 50,0 50,6 63,0 64,3 65,3 46,2 50,0 49,4 37,0 35,7 34,7

вариант 4 0,132 0,142 0,164 5,6 6,6 8,3 2,9 5,2 5,6 2,5 3,1 3,9 1,2 1,8 2,2 55,4 53,0 53,0 58.6 64,4 60.7 44,6 47,0 47,0 41,4 34,6 39,3

Анализируя полученные результаты, можно отметить, что величина пс ной деформации в продольном направлении выше, чем в поперечном для вс вариантов при анализируемых уровнях напряжения. Полная и остаточная ; формации определяются процентным содержанием капрона в смеси и уровш

Вариант 1:

1 - продольное

2 - поперечное направления

Г7Г

Рис. 1. Кривые растяжения иглопробивных материалов в координатах удлинение-нагрузка

Вариант 2:

3 - продольное

4 - поперечное направления

Вариант 3:

5 - продольное

6 - поперечное направления

Е-я» 8 7 6 5 4 3 2 1

Вариант 4:

7 - продольное

8 - поперечное направления

6

Ц 4 15 30 -.45

63

за

щз

л.

60

95

1200 t,C!

'--нагрузка га»гтка отдых

Рис. 2. Кривые изменения относительной деформации нетканого материала (ст=0,132 МПа, вероятность 0,997, продольное направление)

1_вариант 1 3_ х _ вариант 3

2___вариант 2 4_. __ вариант 4

напряжения. Причем колебания доли остаточной деформации при одинаковом уровне напряжения при изменении волокнистого состава смеси находятся в пределах, примерно, 10%. С увеличением уровня напряжения с 0,132 до 0,164 МПа полная и остаточная деформации увеличиваются в среднем в 1,45 раза в продольном направлении и в 1,65 раза - в поперечном. Из опытов на релаксацию видно, что доля обратимой деформации больше, чем необратимой для всех исследуемых вариантов при анализируемых уровнях напряжения.

Иглопробивные материалы отличаются от других видов нетканых материалов (клеевых, вязально-прошивных) тем, что после иглопрокалывания волокна в материале сцепляются не только в плоскости холста, но и перепутываются между отдельными слоями, образуя пространственную структуру, что затрудняет получение изотропности по целому ряду свойств (прочности, упругому восстановлению, удлинению) даже в двух направлениях.

Одной из поставленных задач в работе было исследование анизотропии деформационных характеристик иглопробивных материалов. Полученные экспериментальные данные обобщены и частично представлены на рис. 3.

Зависимость относительной деформации растяжения от угла раскроя образцов представляет собой параболу у=ах2+Ьх+с, решение которой нашли с использованием интерполяционного полинома Лагранжа. В итоге преобразований получили выражение:

£ (А ) = 3,792? + 4.373Я + 0,42, (2)

где Я« =90° (продольное направление).

Результаты экспериментальных исследований деформации растяжения нетканых иглопробивных материалов использованы для построения математической модели деформационных свойств этих материалов.

Для описания сложных процессов в виде диаграмм растяжения в широком диапазоне длительного деформирования полимеров наибольшее распространение получило интегральное уравнение наследственного типа.

Однако вопросы прогнозирования деформационных свойств нетканых полотен оставались открытыми до настоящего времени в связи со слабой изу-

ченностью проблемы, высок ой анизотропией свойств изучаемых материалов, обусловленной особенностями производства.

Впервые предлагаемое нами полное уравнение механических состояний, описывающее деформационные процессы, которые протекают при постоянном напряжении в нетканых материалах, имеет вид:

(3)

где е-полная деформация;

<У - эксплуатационное (расчетное) нормальное напряжение, которое имеет место в реальных условиях, МПа;

Е - нормальный модуль упругости, МПа;

Т и в - фиксированное и текущее время, с;

&(Д) - функция направления раскроя, здесь X - направление раскроя,

По участкам кривой "нагрузка - разгрузка - отдых" (режим "отдыха") установлена вязкоупругая составляющая, для которой в силу условия подобия принято уравнение наследственности в виде:

Ядро ползучести определено по скорости ползучести при нормированном уровне напряжения О".. При этом оказалось, что функция носит экспоненциальный характер и может быть представлена в виде:

Л(г-0) = гехр[Л(г-^, (5)

, ^з(^) - функции влияния волокнистого состава.

Функции влияния волокнистого состава представлены в виде зависимости:

Цк) = *,(к1к)>'. (6)

Вид функций и их параметры установлены по методам механики сплошной среды, по принципу функционального подобия. Параметры степенных зависимостей определены с использованием метода наименьших квадратов.

6W02-

W за ч? 60 fS so -ios- tzo <35 1so ж ф x/>

Рис.. 3. Кривые релаксации нетканого материала (вариант 1) при разных направлениях раскроя образцов (0=0,132 МПа)

£

«о

ач

о,и

0.27 0,26 0Д5

оп ор о,я 0,11 0;И

О | 5

5

35 (0 90

Рис.4. Кривые релаксации иглопробивных нетканых материалов различного волокнистого состава после многоциклового растяжения г продольном направлении при напряжении 0.142 МПа

I - вариант 1 2 - вариант 2 3 - вариант 4

Функции напряжения (с/ст.),(с / ст.),У3{сг1 ст.)определены обычаи порядком по графику зависимости деформации обратной ползучести от |Овня напряжений при фиксированном времени . Эти функции хорошо ап-

кжсимировались степенной зависимостью:

У1{о1о.)=а,(о1о.у'. (7)

Закон вязкого течения представлен в виде уравнения:

■ (8)

>1

Полное уравнение механического состояния, описывающее деформацион-ле процессы в иглопробивных нетканых материалах различного волокнистого >става (продольное направление^имеет вид:

11,48 • 0,98(сг / а.) (•£ I к,)

г<20 г>20

•0,027 $ с^сЮ + 1,Щк I А-.)^-531,02(сг / ст.)"0,01 | в'1П(1в

(9)

г.Э

поперечное направление:

г<20

29¿-(к1к.) -1,1 %<т1а.)

о»

+1,б(сг / сг.)1" ■ (5 - 4{Аг А А.)) • 0,006 | в'1>гб(Ю

го

Проверку адекватности уравнения провели с использованием критерия 'ишера. Получили, что РРа«.=2,23, а Ртабл=2,6, т.е. Ррасч. < Ртабл. Это означает, го предложенное уравнение адекватно описьшает деформацию растяжения иг-опробивных материалов.

На основании полученной математической модели разработана компыо-ерная программа, которая обеспечит практическое применение модели на про-зводстве при создании новых видов иглопробивных нетканых материалов.

Учитывая важность многоцикловых характеристик в системе оценки меха-ических свойств ИНМ, разработана методика их определения в лабораторных словиях. Исследования многоцикловых характеристик провели на приборе 4Р-2 в НИИЦ "Шерсть" г. Москва.В качестве оптимальных параметров испы-

тания приняты амплитуда деформации, равная 1%, количество циклов 1000, нагрузка 2Н. Отдельные результаты исследований приведены на рис. 4 и использованы для прогнозирования деформационных свойств по методике, приведенной выше. Данные экспериментов и полученные модели приведены в работе.

Полотна, используемые в качестве утеплителей при пошиве верхней одежды, теплоизоляционного материала, настилочного материала в мягкой мебели, испытывают многократные сжимающие воздействия. Основным требованием, предъявляемым к таким ИНМ, является сохранение объемности, первоначальной толщины и формоустойчивости в течение всего срока эксплуатации изделия. Существенным фактором изменения объемности и формоустойчивости изделия являются усталостные явления, вызванные расшатыванием структуры материалов в результате воздействий при повторяющихся циклах сжатия.

Исследования деформации сжатия нетканых полотен провели на приборе ПИКС-1 в НИИЦ "Шерсть" г. Москва (рис. 5). Процесс накопления остаточной деформации сжатия предлагаем описывать интегральным уравнением наследственного типа. Решение которого нашли с помощью экспоненциальной и степенной зависимостей:

<i _ <1 _ _

о

В итоге получено выражение деформации сжатия:

9« 1800

s«= 1,04(А I к.у-" • 0,025Jeam'd9 + 1,03(* I к.) " '" • 0,04 J. (12) о я>

Далее исследовано влияние "отдыха" нетканых материалов на деформацию сжатия и величину остаточной деформации. В течение "отдыха" идет процесс частичного восстановления механических свойств. Этот фактор используется при проектировании и конструировании мягкой.мебели, одежды (рис. 6). Для описания деформации использована функция, обратная квадратичной:

.m-B-jB^A(C-r) (]3)

к.

V 0.6 0.5

ям с.

Рис. 5. Кривые изменения деформации иглопробивных нетканых материалов и условиях длительногоч-жатин вариант) 2 - вариант 2 3 - вариант 3 4-вариант 4

Рис. 6. Кривые деформации сжатая иглопробивных нетканых материалов

в режиме «ежлтие-отлы.х»: 1 - вариант 1 2 - вариант 2 3 - вариант 3 4 - вариант 4

далее&-=/■(!)/¿{в)ав = + ^ <М . (14;

о о .4

Параметры математической модели, рассчитанные с помощью предлс

женной зависимости, отражены в табл. 4.

Таблица

Параметры математической модели деформационных свойств иглопробивного нетканого материала (вариант 1)

в режиме "сжатие - отдых"

Модель нетканого материала

Параметры после 240 после после 480 после после 720 после

х 1(И циклов "отдыха" циклов "отдыха" циклов "отдыха"

сж. сж. сж.

а 4,37 0,43 -4,29 -0,49 13,19 1,27

Ь 3,35 0,63 3,92 1,24 16,09 1,53

с 0,11 0,02 0,08 0,03 1,49 0,03

ч 1,68 0,31 1,96 0,62 8,05 0,77

В табл. 5 приведены показатели XV и Ъ степенной зависимост

1{к) = I к.)', характеризующей влияние волокнистого состава нетканог

материала на его деформационные свойства в режиме "сжатие - отдых".

Таблица

Реологические показатели функции влияния состава на деформацию в

режиме "сжатие - отдых"

Показатели Функция влияния состава

240 циклов сж. "отдых" 480 циклов сж. "отдых" 720 циклов сж. "отдых"

1,04 0,98 1,03 ■ 1,06 1,08 1,03

г -0,19 -0,16 -0,21 -0,17 -0,20 -0,21

Адекватность предлагаемой модели оценена с использованием критери Фишера (рис. 7).

Одной из поставленных в работе задач явилась оптимизация волокнистог состава иглопробивных нетканых материалов в зависимости от их назначенш Оптимальный состав должен обеспечить наличие у материала специфически свойств, необходимых для материала определенного назначения. Например

прокладочные теплозащитные материалы должны иметь высокие теплоизоляционные качества, малые величины условно-остаточной деформации, сохранять объемность при эксплуатации.

Учитывая то, что приобретение традиционных утепляющих прокладочных материалов швейной промышленностью Приморского края вызывает увеличение себестоимости швейных изделий в связи с транспортной удаленностью производителей, нами рассмотрена возможность использования ИНМ местного производства на основе вторичного сырья для этой цели. Были выбраны параметр оптимизации - пластическая деформация и параметры ограничения - показатели гигроскопических и термических свойств, а также критерии оценок этих показателей в соответствии с градацией качества (отлично, хорошо, удовлетворительно, плохо).

Решением системы уравнений (15) установили, что волокнистый состав смеси нетканого материала с содержанием капрона в пределах от 17 до 30% и восстановленной шерсти от 70 до 83% является оптимальным для утепляющей прокладки зимней спецодежды и может быть рекомендован к производству.

0293,

где х - содержание капрона в смеси, %; yi - пластическая деформация, %;

уз - функция,характеризующая гигроскопические свойства (капиллярность),

мм;

уз - функция,характеризующая термические свойства (теплопроводность, вт/м°).

Учитывая то, что поверхностная плотность рекомендуемого материала около 330г/м2, целесообразно использовать его в качестве утепляющего материала для спецодежды, где используются утепляющие материалы плотностью от 325 до 450 г/м2.

На рекомендуемый к производству утепляющий материал разработан про-ектТУ. Возможность использования рекомендуемого материала для спецодежды

(15)

¿к )

| г ъ 5 6 7 8 9 СМ С( ГГУ14 « " и и н |<»| г ) ! " И 1 Щ щ 1$ V-

Рис. 7. Кривые деформации сжатия нет/слного материал;! (вариант им режиме «ока гие-отлыл » - - эксперимент. • - расчет

Ею'

отдых

Рис. 8. Кривые изменения относительной деформации пакета

спецодежды (О =8,4 МОа). Нетканые материалы: _- вариант 2___- вариант 3 _»___-вариант4

подтверждена Гигиеническим сертификатом.

По аналогичной методике определен оптимальный волокнистый состав нетканого материала для использования в качестве настилочного материала в мягкой мебели (ИНМ с содержанием капрона в пределах от 64 до 82% и восстановленной шерсти от 18 до 36%).

В четвертой главе приведены данные по апробации иглопробивного нетканого материала в пакете спецодежды.

Исследована деформация растяжения пакета спецодежды, состоящего из: 1) молескина, арт.3052; 2) теплоизоляционного слоя (ИНМ варианты 2-4); 3) хлопчатобумажной подкладочной гладкокрашеной ткани, арт. 3804.

При использовании ИНМ в качестве элемента пакета спецодежды выбран вариант 4, как отвечающий оптимальному ИНМ для спецодежда!.

Остаточные деформации пакета спецодежды при приложении нагрузки, равной 25% от разрывной, находятся в пределах от 0,8 до 1,5% (рис. 8). Это означает, что исследуемые пакеты при эксплуатации изделий из них обеспечат должную формоустойчивость изделий, а следовательно, и срок их службы.

Зимняя спецодежда после эксплуатации часто подвергается химчистке или стирке. Поэтому нами исследованы изменения механических свойств нетканых материалов и пакетов спецодежды после химчистки с целью определения возможности их использования в качестве утепляющей прокладки. Анализ показал, что разрывная нагрузка нетканых материалов после химчистки значительно увеличивается: в 1,6 - 3,2 раза. Это обусловлено тем, что при химчистке в растворе перхлорэтилена в барабане происходит усадка материала от 1,5 до 3%, его уплотнение, повышение толщины и поверхностной плотности (табл. 6).

Таблица 6

Изменение поверхностной плотности нетканых материалов после химчистки

Нетканые материалы Поверхностная плотность, У » - г/м2 Отклонения, ± ,%

до химчистки после химчистки

вариант 2 298 315 +5,7

вариант 3 308 344 + 11,7

вариант 4 330 345 +4,5

Анализ результатов исследования деформации растяжения нетканых материалов показал, что химчистка не оказывает отрицательного влияния на деформационные свойства исследуемых материалов.

Изменение разрывной нагрузки и удлинения при разрыве пакета спецодежды после химчиспси несущественное.

Далее по методике, приведенной в главе III, были определены параметры математической модели деформации пакета спецодежды:

е=-^-+ 1,37(сг/ст.)

422,2• 1,01 (сг/сг.) • ( ~(к1к,)+ 2

<<10

•(-3,03(4/А.)+4,03)-0,0016- \ е-°-т"4в+1,55(ст I ст.)0,46 ■ . (16)

3

{-3,64(А +4,64).1,83- | в'3'0'(19

20

Полученная модель позволит прогнозировать деформационные свойств: пакета спецодежды с утепляющей прокладкой различного волокнистого сосхавг при любых уровнях напряжения. Она может быть использована на стадиях про ектирования и конструирования изделий из исследуемых материалов.

ВЫВОДЫ

На основе проведенных исследований в диссертационной работе отмечают ся следующие результаты:

1. Разработана методика исследования механических свойств нетканых материалов. Новизна которой состоит в исследовании деформационных свойст нетканых материалов при одинаковых уровнях напряжения;

2. Разработана методика исследования иглопробивных нетканых материа лов (ИНМ) в условиях многоциклового растяжения и сжатия;

3. Установлена кинетика деформационного процесса ИНМ различного вс локнистого состава при разных уровнях напряжения в условиях сложного дну тельного статического и циклического нагружений;

4. Разработана математическая модель по описанию деформационног процесса анизотропного ИНМ при сложных режимах длительного статическог и циклического нагружений. Предложенная модель выступает как инструмен при создании новых видов ИНМ с заданными механическими свойствами;

5. Разработана компьютерная программа для использования математической модели при создании ИНМ;

6. Исследованы термические, гигроскопические характеристики и радиоактивность экспериментальных ИНМ;

7. Проведена оптимизация состава ИНМ в зависимости от их назначения;

8. Разработаны новые виды ИНМ из вторичного сырья, которые внедрены в производство и апробированы в ТНП - спецодежде и мягкой мебели;

9. Разработан проект технических условий на новые ИНМ;

10. Разработана математическая модель по описанию деформационных свойств пакета спецодежды на основе ИНМ;

11. Исследовано влияние химчистки на механические свойства материалов, составляющих пакет спецодежды;

Экспериментальные и теоретические исследования применены на следующих предприятиях: АО «Радуга», АООТ «Артеммебель», ОАО «Заря». Экономический эффект от применения новых видов ИНМ составляет 6,65 тыс.руб./l изделие (АООТ «Артеммебель»), 1,0 тыс.руб/1 пог. м. (ОАО «Заря»). Основные результаты исследования изложены в работах:

1. Прогнозирование деформаций ползучести нетканых материалов при длительном действии постоянной нагрузки.//Проблемы рынка товаров народного потребления^.!.- Владивосток: ДВКИ, 1995. (в соавторстве). 0,3 п.л.

2. Использование отходов и вторсырья при изготовлении нетканых текстильных полотен. // Экология и безопасность жизнедеятельности. Общие проблемы:Тез. докл. междунар. конференции. - Владивосток, 1994. (в соавторстве). 0,1 п.л.

3.Получение нетканых иглопробивных полотен с заданными свойствами. // Проблемы качества потребительских товаров и коммерческой деятельности в условиях рынка:Тез. докл. междунар. конференции. - Владивосток, 1995. (в соавторстве). 0,1 п.л.

4. Оптимизация состава иглопробивных нетканых полотен на основе вторичного Приморского сырья. // Современные проблемы производства, качества и реализации потребительских товаров: Тез. докл. всероссийской научной конференции. - Владивосток, 1996. 0,1 п.л.

5. Исследование механических свойств иглопробивных нетканых полотен. , Сборник тезисов докладов XXVII научной студенческой конференции. - Влади восток, 1996. (в соавторстве). 0,1 п.л.

6.Прогнозирование деформационных свойств материалов, составляющих паке одежды. // Сборник тезисов докладов XXVII научной студенческой конферен ции. - Владивосток, 1996. (в соавторстве). 0,1 п.л.

7. Многоцикловые характеристики иглопробивных нетканых материалов. ! Проблемы рынка товаров народного потребления: 4.2. - Владивосток: ДВГАЭУ 1997. (в соавторстве). 0,3 п.л.

8. Исследование деформации сжатая нетканых иглопробивных материалов. I Проблемы рынка товаров народного потребления: 4.2. - Владивосток: ДВГАЭУ 1997. (в соавторстве). 0,3 п.л.

9. Исследование влияния химчистки на механические свойства материалов, со ставляющих пакет одежды. // Проблемы рынка товаров народного потребления 4.2. - Владивосток: ДВГАЭУ, 1997. (в соавторстве). 0,3 п.л.

10. Исследование деформационных процессов в нетканых материалах с помощью модельных методов. // Проблемы рынка товаров народного потребления: Ч.2.- Владивосток: ДВГАЭУ, 1997. (в соавторстве). 0,3 п.л.

11. Исследование теплозащитных свойств иглопробивных нетканых материалов. // Проблемы рынка товаров народного потребления: 4.2. - Владивосток: ДВГАЭУ, 1997. (в соавторстве). 0,3 п.л.