автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Оценка износостойкости и прогнозирование показателей качества мебельных тканей

МАЛЯВКО ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАП 20¡2

Москва-2012

005018835

МАЛЯВКО ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2012

Работа выполнена на кафедре текстильного материаловедения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шустов Юрий Степанович

Оппоненты: Кирсанова Елена Александровна, доктор техни-

ческих наук, профессор, зав. кафедрой материаловедения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Родионов Вячеслав Алексеевич, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры прядения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Защита диссертации состоится » МХЫ_2012 года в часов

на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071, Москва, Малая Калужская ул., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина».

Автореферат разослан « /сР » СЬп/иМ^ 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Шустов Юрий Степанович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Мебель является неотъемлемой частью жизни человека. Она окружает нас везде: дома и на работе, в кафе и ресторанах, в кино и театрах. Сложно представить себе жизнь без мебели.

Особое значение для человека имеет мягкая мебель: она служит не только для удовлетворения физических потребностей, но также и эстетических. Чем она комфортнее, тем уютнее чувствует себя человек. Особое значение для мягкой мебели имеет обивочная ткань. Она должна быть не только красивой, но при этом обладать множеством показателей, которые обеспечивали бы долговечность ее эксплуатации. Эти показатели зависят от сырья, из которого будут изготовлены нити, от способа выработки и других характеристик.

Современные мебельные ткани специально разработанные для обивки мягкой мебели и диванов, имеют свою специфику ее использования. От обычных эти ткани отличаются повышенной износостойкостью, огнеупорностью, стойкостью к действию различных загрязнителей. Для изготовления мебельных тканей могут быть использованы натуральные, синтетические, искусственные волокна и их комбинация, а также различные виды нитей.

Качество мебельных тканей проявляется через эксплуатационные свойства, поэтому необходимо глубоко изучать эти свойства, как они зависят от сырьевого состава, структуры ткани, а также от условий эксплуатации.

От качества мебельной ткани будет зависеть и качество самой мебели. Ведь при выборе мебели покупатель в первую очередь обращает внимание на ее внешний вид.

Качество текстильной продукции закладывается на стадии ее проектирования и должно обеспечиваться при ее производстве. Но прежде чем проектировать продукцию, необходимо точно знать какими свойствами она должна обладать. Умение правильно и объективно измерять, оценивать и контролировать показатели качества дает возможность совершенствовать качество текстильных материалов. Поэтому, комплексная оценка и прогнозирование физико-механических свойств мебельных тканей после действия износа от истирания является актуальной задачей при исследовании мебельных тканей.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы являлась разработка метода комплексной оценки показателей качества и прогнозирования свойств мебельных тканей.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи: - определение изменений физико-механических свойств мебельных тканей в процессе истирания;

- получение математических зависимостей, устанавливающих взаимосвязь между параметрами строения, количеством циклов истирания и механическими свойствами мебельных тканей;

- комплексная оценка показателей качества мебельных тканей в результате различной величины износа;

- прогнозирование механических свойств мебельных тканей в зависимости от параметров строения и количества циклов истирания мебельных тканей на основе трехмерного сплайн-метода;

- оценка воздействия когтей животных на мебельные ткани.

Методы исследования

Экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методов в лабораторных условиях. Для обработки результатов эксперимента в исследованиях использовались численные методы прикладной математики и математической статистики. В качестве теоретической основы применялся сплайн-метод. Построение функциональных зависимостей осуществлялось методами корреляционно-регрессионного анализа на ЭВМ с помощью программ Microsoft Excel и MathCAD. Для обработки графических изображений применялись программы Photoshop и Corel Draw.

Научная новизна работы

При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:

- разработан метод прогнозирования и получены математические зависимости механических свойств мебельных тканей, устанавливающих взаимосвязь между параметрами строения и количеством циклов истирания, на основе трехмерного сплайн-метода;

- предложен метод комплексной оценки качества мебельных тканей после воздействия износа от истирания;

- установлена взаимосвязь между параметрами строения, количеством циклов истирания и механическими свойствами мебельных тканей.

- предложен метод имитации воздействия когтей животных на мебельные ткани.

Практическая значимость работы заключается в

- получении математических зависимостей физико-механических свойств от количества циклов истирания;

- определении стойкости мебельных тканей к действию воды и масла;

- с помощью трехмерного сплайн-метода возможно прогнозирование разрывной и раздирающей нагрузки мебельных тканей;

- метод комплексной оценки позволяет наглядно оценить качество мебельных тканей после воздействия износа от истирания.

Результаты исследований могут быть использованы на текстильных предприятиях при проектировании мебельных тканей, что позволит значи-

тельно сократить сроки разработки нового ассортимента и затраты на его разработку.

Апробация работы

Основные результаты научных исследований докладывались и получили положительную оценку на:

1. Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010), Димитровград, ДИТУД.

2. 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», посвященной 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос, 2011 г.

3. Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2011), ИГТА

4. Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых», СПбГУТД, 2011г.

5. Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011 г.

6. Заседаниях кафедры текстильного материаловедения ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010г., 2011 г.

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа выполнена на 158 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 47 таблиц, список литературы из 109 наименований, 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена ее направленность, а также отражена практическая значимость исследований.

В первой главе дан анализ работ по оценке износостойкости текстильных материалов и проектированию их по заданным свойствам.

Изнашивание тканей представляет собой сложный процесс, зависящий от многих факторов: состава сырья, структуры пряжи и ткани, вида отделки, технологии текстильного и швейного производств и условий эксплуатации. Поэтому правильному выбору сырья в зависимости от назначения текстильного материала придаётся большое значение. Однако качество материала в процессе эксплуатации целесообразно оценивать по совокупности свойств.

В результате анализа научных работ выявлено, что для правильной оценки качества текстильных материалов необходимо всестороннее исследование изменений физико-механических свойств рассматриваемых материалов и их комплексная оценка.

Вторая глава посвящена исследованию влияния длительности воздействия истирания на механические свойства мебельных тканей.

Назначение этой группы тканей предполагает, что основной упор при их исследовании сделан на изучение механических свойств, т.к. обивочная ткань подвергается большим механическим нагрузкам при эксплуатации.

Для исследования были взяты образцы 5 различных артикулов, представленные в табл. 1.

Исследуемые ткани выработаны жаккардовым переплетением и отличаются плотностью по основе и утку, а также линейной плотностью нитей. Волокнистый состав тканей также варьировался.

Наименование показателя Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

Волокнистый состав 25% ПП 75% ввм 51 % ПП 49% ВВМ 38% ПП 62% ВВМ 31% ПП 69% ВВМ 17% ПП 83% ВВМ

Линейная плотность нитей основы Т0, текс 36,2 36,4 36,6 38,6 39,4

Линейная плотность нитей утка Ту, текс 48,4 47,8 46 52,4 47,6

Число нитей основы на 100 мм ткани П0 110 210 180 125 115

Число нитей утка на 100 мм ткани Пу 345 330 340 340 360

Поверхностная плотность ткани М],г/м2 196 227 212 216 221

Толщина ткани Ь, мм 0,465 . 0,455 0,504 0,481 0,546

Средняя плотность ткани 5Т, мг/мм3 "0,42 0,5 0,42 0,45 0,4

Изменения разрывных характеристик исследуемых образцов от количества циклов истирания представлены в табл. 2 и на рис. 1. Таблица 2 - Изменение разрывной нагрузки мебельных тканей от истирания, Н

Циклы истирания Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

основа уток основа уток основа уток основа уток основа уток

0 466,2 817,5 608,0 777,1 449,3 563,1 466,5 678,4 423,6 728,8

9000 340,3 639,9 404,8 704,2 423,3 486,6 437,6 565,9 344,4 653,7

18000 253,8 569,7 386,8 530,6 312,2 336,6 314,5 481,6 283,0 453,1

27000 187,4 505,8 375,3 471,4 268,1 229,1 276,6 439,7 221,2 402,6

36000 181,2 476,7 369,9 299,8 155,8 161,5 256,4 355,2 185,5 300,4

Из табл. 2 видно, что с увеличением циклов истирания разрывная нагрузка уменьшается. Наиболее значительное уменьшение разрывной нагрузки наблюдается у ткани 3 - на 65% по основе и на 71% по утку, а наименьшее - у ткани 4 - на 45% по основе и на 47% по утку. У всех тканей разрывная нагрузка по утку больше, чем по основе.

5000 10000 15О00 ¡0000 25000 ЛХКЮ J5000 40000 Колы'ксгоциш« нсщращм • Ткань! ITtiiiaJ АТкшьЗ *Ttm4 ЗТкжь5

5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Количество цпш» пстирлшя «Tfcaml «Tram' дТкакьЗ •Тконь4 >Ткань5

Рисунок 1 - Зависимость разрывной нагрузки по основе от количества истирающих воздействий: а - по основе, б - по утку

Важным показателем, характеризующим свойства рассматриваемых тканей является стойкость к раздиру.

В работе проведено исследование образцов на раздир различными методами: с одним продольным надрезом, по методу гвоздя, с двумя продольными надрезами, клиновидных.

Выявлено, что наиболее чувствительным критерием для оценки износа от истирания оказалась раздирающая нагрузка клиновидных образцов. Самыми высокими значениями обладает раздирающая нагрузка образцов с двумя продольными надрезами, а наименьшими - клиновидных образцов.

Мебельные ткани часто подвергаются повреждению от когтей домашних животных.

В работе была разработана установка, имитирующая когти животных. Испытания продолжались до тех пор, пока образцы ткани не приходили в непригодный вид (образуются зацепки, рвутся уточные нити и т.д.). За результат испытания принималось время, которое потребовалось, чтобы привести образцы в непригодный вид.

Результаты испытаний по имитации когтей животных приведены в табл. 3.

Таблица 3 - Время, выдерживаемое тканью при имитации когтей животных

Образец Время, сек

Ткань 1 105

Ткань 2 95

Ткань 3 10

Ткань 4 85

Ткань 5 90

Из табл. 3 видно, что наиболее устойчива к подобного рода воздействиям ткань 1, наименее - ткань 3.

По результатам проведенных исследований установлено, что на изменение механических свойств после действия истирания оказывает влияние волокнистый состав мебельных тканей и их структурные характеристики.

Третья глава посвящена исследованию влияния длительности воздействия истирания на физические свойства мебельных тканей.

В табл. 4-6 приведены значения воздухо-, водо- и маслопроницаемо-сти тканей.

Таблица 4 - Воздухопроницаемость мебельных тканей после истирающих воздействий, дм3/(м2-с__

Циклы истирания Воздухопроницаемость ткани, дм /(и -с)

Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

0 96,90 9,02 53,60 62,05 49,40

9000 120,00 11,19 88,00 110,60 80,90

18000 154,80 15,50 101,40 116,50 100,60

27000 182,90 31,26 171,30 141,20 104,00

36000 229,30 37,18 213,20 198,80 134,10

Таблица 5 - Водопроницаемость мебельных тканей после истирающих воздействий, дм3/(м2-с)

Циклы истирания Водопроницаемость ткани, дм /(м -с)

Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

0 1,10 0,50 1,70 0,85 1,53

9000 1,30 0,50 2,20 1,30 1,70

18000 1,40 0,80 2,50 1,60 1,90

27000 1,80 0,90 3,05 1,70 2,10

36000 2,10 1,36 3,60 2,00 2,60

Таблица 6 - Маслопроницаемость мебельных тканей после истирающих воздействий, дм3/(м2-с)_

Циклы истирания Маслопроницаемость ткани, дм /(м -с)

Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

0 0,8 0,1 0,7 0,3 0,5

9000 0,9 0,1 0,7 0,4 0,6

18000 1,1 0,2 0,8 0,8 0,6

27000 1,1- 0,4 0,9 0,8 0,8

36000 1,3 0,4 1,3 1,1 0,9

Выявлено, что по мере истирания воздухопроницаемость ткани увеличивается. Наибольшую воздухопроницаемость имеет ткань 1. Наименьшей воздухопроницаемостью обладает ткань 2.

Выявлено, что по мере истирания водопроницаемость ткани увеличивается. Наибольшую водопроницаемость имеет ткань 5. Наименьшей водопроницаемостью обладает ткань 2.

Установлено, что по мере истирания маслопроницаемость ткани увеличивается. Наибольшую маслопроницаемость имеют ткани 1 и 3, наименьшую — ткань 2, выработанная с высокой плотностью по основе и утку.

Четвертая глава посвящена разработке метода комплексной оценки механических и физических свойств мебельных тканей.

Для расчета комплексной оценки механических свойств были выбраны следующие показатели: разрывная нагрузка, разрывное удлинение, раздирающая нагрузка.

Для расчета комплексной оценки рассматриваемые показатели были переведены в безразмерные:

X-

для позитивных показателей qi=—(1)

Х-

для негативных показателей , (2) -

где х,- и Хц - значения 1-го показателя качества соответственно фактического и базового значения.

За базовое значение принималась величина показателя качества для тканей без воздействия истирания.

Комплексная оценка проводилась путем сравнения площадей многоугольника, построенного для каждой ткани (рис. 2).

Результаты расчета комплексной оценки приведены в табл. 7 и на рис.

Раздирающая нагрузка по основе образцов с одним продольным надрезом

Разрывная нагрузка по основе

Раздирающая нагрузка по утку образцов с одним продольным надрезом

Разрывная нагрузка по утку

--Ткань 1

---Ткань 2

----Ткань 3

--Ткань 4

— ■ Ткань 5

Разрывное удлинение по основе

Разрывное удлинение по утку

9000 циклов

-Ткань 1

- - Ткань :

----Ткань 3

--Ткань 4

— ■ Ткань 5

Разрывная нагрузка по основе

Раздирающая нагрузка по утку образцов с одним продольным надрезом

Разрывная нагрузка по ушу

Раздирающая нагрузка по основе образцов с однпм продольным надрезом

Разрывное удлинение по основе

Разрывное удлинение по утку

36000 циклов

Рисунок 2 - Диаграммы для расчета комплексной оценки механических свойств мебельных тканей

Таблица 7 - Результаты расчета площадей комплексных диаграмм по механическим свойствам

Количество циклов истирания Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

0 циклов 1,586 1,586 1,586 1,586 1,586

9000 циклов 1,142 1,010 1,037 1,350 1,046

18000 циклов 0,649 0,663 0,553 0,860 0,663

27000 циклов 0,414 0,564 0,253 0,674 0,429

36000 циклов 0,300 0,476 0,191 0,538 0,268

Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

®0 циклов и 9000 циклов в 18000 циклов И 27000 циклов □ 36000 циклов

Износ от истирания, тыс. циклов

Рисунок 3 - Зависимость комплексного показателя от количества циклов истирания

Наибольшей площадью обладает многоугольник, соответствующий ткани 4. Следовательно, данный образец является наилучшим по механическим свойствам с учетом кинетики износа от истирания, а наихудшим по механическим свойствам является ткань 3.

Для расчета комплексной оценки физических свойств мебельных тканей были выбраны следующие показатели качества: воздухопроницаемость, водопроницаемость, водопоглощение,

маслопроницаемость, маслопоглощение, маслоупорность, гигроскопичность. Из них позитивными показателями являются воздухопроницаемость и маслоупорность, а остальные - негативными.

Расчет комплексной оценки приведен в табл. 7 и на рис. 4.

Таблица 8 - Результаты расчета площадей комплексных диаграмм

по физическим свойствам

Количество циклов истирания Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4 Ткань 5

0 циклов 3,028 3,028 3,028 3,028 3,028

9000 циклов 1,992 2,093 2,275 2,147 2,256

18000 циклов 1,442 1,947 2,127 1,682 2,197

27000 циклов 1,238 0,903 1,712 1,430 1,217

36000 циклов 0,843 0,331 0,832 1,054 1,158

а о циклов в 9000 циклов а 18000 цикл 027000 цикл. 036000 цикл.

Ткань 1 Ткань 2 Ткань 3 Ткань 4

Износ от истирания, тыс. циклов

Ткань 5

Рисунок 4 - Зависимость комплексного показателя от количества циклов

истирания

Наибольшей площадью обладает многоугольник, соответствующий ткани 5. Следовательно, данный образец является наилучшим по физическим свойствам с учетом кинетики износа от истирания, а наихудшим - ткань 2.

Однако на основании анализа комплексных показателей механических и физических свойств можно констатировать, что наихудшими являются ткани 2 и 3, а наилучшими - ткани 4 и 5.

В пятой главе разработан метод прогнозирования механических свойств мебельных тканей с учетом условий эксплуатации на основе трехмерного сплайн-метода.

Функциональную зависимость между разрывной нагрузкой и основными параметрами мебельных тканей можно представить в следующем виде

Рр=Г(Р0,М,Ту,Пу,Т0,П0), (3)

где Рр - разрывная нагрузка мебельной ткани после действия истирания, Н; Р0 - разрывная нагрузка мебельной ткани до воздействия истирания, Н; N -количество циклов истирания; Ту - линейная плотность нитей утка, текс; Т0 -линейная плотность нитей основы текс; Пу - плотность ткани по утку, нитей /10 см; П0 - плотность ткани по основе, нитей /10 см.

Сгруппируем вышеприведенную функциональную зависимость в виде

нескольких комплексов

Рр=г

N5

Р -Т -П

х О А О х±0

т.,-п

или Г(г)=:Г(х,у).

(4)

где ъ - разрывная нагрузка, Н; х - количество циклов истирания; у - параметр строения.

В качестве примера была выбрана мебельная ткань, выработанная из 25% полипропиленовых и 75% вискозных нитей.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 9.

____ _ _Таблица 9

Количество циклов истирания (тысяч циклов) Разрывная нагрузка, Н Т0, текс т» текс П0, нитей / 10см Пу, нитей / 10см Р„-т0-п0 ту-пу

0 466,2 36,2 48,4 110 345 111,2

9 340,3 35,8 47,9 110 345 111,1

18 253,8 35,1 47,0 110 345 111,0

27 187,4 34,5 46,6 110 345 110,0

36 181,2 33,8 45,7 110 345 109,9

45 162,3 33,2 45,1 110 345 109,4

54 155,4 32,7 44,9 110 345 108,3

Общее уравнение плоскости имеет следующий вид:

Ах+ Ву+ Сг+ Б = 0; (5)

А Т* С

—х+—у+—г+1=0. (6)

БОБ где А, В, С, Б - расчетные коэффициенты.

При расчете коэффициентов уравнения АЯ), В,ГО и С/О результаты испытаний группируются по трем точкам таким образом, чтобы последняя точка группы являлась первой точкой следующей группы (табл. 10).

Далее для каждой группы точек составляем систему из трех уравнений и находим значения коэффициентов А, В, С, Б для каждой группы точек.

Таким образом, подставив найденные коэффициенты в общее уравнение плоскости, получим уравнения трех плоскостей:

-0,00063х,-0,0088у1-0,00045^+1=0; (7)

-0,000045х2-0,0091у2 -0,000091 г2+1=0; (8)

-0,001 Зх3-0,0080у3-0,0004023+1=0. (9)

Таблица 1

Группа X У х

0 111,2 466,2

I 9 111,1 340,3

18 111,0 253,8

18 111,0 253,8

II 27 110,0 187,4

36 109,9 181,2

36 109,9 181,2

III 45 109,4 162,3

54 108,3 155,4

Меняя значение количества плоскостей п, можно получить плоскость проходящую через другую группу точек. Например, для IV группы точе уравнение плоскости будет иметь вид

-0,0030х4-0,0055у4-0,001б74+1=0. (10)

На основании полученного уравнения определены расчетные значени х, у, х для IV плоскости сравнили их с экспериментальными. Эти результаты приведены в табл. 11.

Данный метод позволяет с высокой степенью точности прогнозировать каждую переменную, входящую в уравнение плоскости.

Аналогичным методом были получены значения, соответствующие раздирающей нагрузке мебельных тканей.

_Таблица 11

X У X

Расчет ные Экс-пери-мен-таль-ные Отклонение, % Расчет ные Экс-пери-мен-таль-ные Отклонение, % Расчет ные Экс-пери-мен-таль-ные Откло нение, %

51,9 54,0 3,88 107,2 108,3 1,06 151,5 155,4 2,53

57,3 58,5 2,11 106,1 106,8 0,63 148,2 150,5 1,54

65,8 63,0 4,48 105,7 104,2 1,48 148,7 143,4 3,69

71,3 67,5 5,58 105,6 103,5 1,98 142,7 135,6 5,20

75,9 72,0 5,37 104,6 102,5 2,06 137,7 130,4 5,56

Таким образом, получив зависимость коэффициентов плоскостей от их количества, можно рассчитать уравнение плоскости, а значит, прогнозировать разрывную и раздирающую нагрузку мебельной ткани в зависимости от параметров строения и длительности действия истирания.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. Повышение качества текстильных материалов, начиная от стадии планирования и кончая выпуском готовой продукции, требует знания свойств, определяющих качество продукции, умения правильно оценивать и контролировать показатели качества.

2. Для тканей мебельного назначения особенно важной является надежность изделия в процессе эксплуатации, поэтому для решения данной задачи в работе рассмотрено поведение исследуемых материалов в процессе износа.

3. Проведены исследования и получены математические зависимости изменения ряда механических свойств (разрывной и раздирающей нагрузки, разрывного удлинения) и физических свойств (воздухо-, водо- и маслопрони-цаемости, водо — и маслоупорности) от количества истирающих воздействий.

4. Разработан метод имитации воздействия когтей животных на мебельные ткани и определены наилучший и наихудший образцы.

5. Наряду с аналитическим выражением функциональной зависимости в работе показана возможность представить рассматриваемый объект и в графической интерпретации, в виде совокупности плоскостей.

6. Данный метод позволяет с высокой степенью точности прогнозировать разрывную (раздирающую) нагрузку мебельных тканей.

Основное содержание диссертации изложено в печатных работах:

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации:

1. Малявко E.H., Курденкова A.B., Шустов Ю.С. Изменение механических свойств мебельных тканей в процессе истирания // «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», ИГТА, № 1,2012, С. 12-14

2. .Шустов Ю.С., Курденкова A.B., Малявко E.H. Комплексная оценка механических свойств мебельных тканей // «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», ИГТА, № 6,2011, С. 12-14

3. Малявко E.H., Курденкова A.B., Шустов Ю.С. Исследование масло-устойчивости мебельных тканей при эксплуатации // «Дизайн й технологии», №28,2012, С. 23-26

Материалы научно - технических конференций:

4. Курденкова A.B., Болдырькова E.H. Исследование физико-механических свойств мебельных тканей различного волокнистого состава // тезисы докладов Всероссийской научно-технической конферен-ции«Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010), Димитровград, ДИТУД, С. 147-148

5. Горшкова С.С., Шустов Ю.С., Рагушина М.А. Малявко E.H. Уста новление нормативного уровня показателя раздирающей нагрузки мебельны тканей // Материалы 63-й межвузовской научно-технической конференцго молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - произ водству» посвященный 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос, 18-22 ап реля2011 года, С. 56-57

6. Курденкова A.B., Малявко E.H., Рагушина М.А. Исследование влия ния истирающих воздействий на механические свойства мебельных тканей / Сборник материалов Межвузовской научно-технической конференции аспи рантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой про мышленности (Г10ИСК-2011), 26-28 апреля 2011 г., ч.2, ИГТА, С. 139-140

7. Малявко E.H., Шустов Ю.С. Исследование влияния истирающи воздействий на физические свойства мебельных тканей // Сборник материа лов Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студенте «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПО ИСК-2011), 26-28 апреля 2011 г., ч.2, ИГТА, С. 133-134

8. Малявко E.H., Корнеева H.A., Курденкова A.B., Шустов Ю.С. Оцен ка качества мебельных тканей, выработанных из нитей синель // Сборник на учных трудов Всероссийской научно-технической конференции молоды ученых «Инновации молодых ученых», ч. 4, СПбГУТД, 2011, С.259-260

9. Шустов Ю.С., Курденкова A.B., Рагушина М.А., Малявко E.H. Раз работка метода имитации воздействия когтей животных на мебельные ткан // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Со временные технологии и оборудование текстильной промышленности», Мо сква, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 29-30 ноября 2011 г., С. 58

Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,00 Подписано в печать 17.04.12

Заказ 144 Тираж 80 © ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина» 2012

61 12-5/3923

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина»

На правах рукописи

Малявко Елена Николаевна

ОЦЕНКА ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ

Специальность 05.19.01 - Материаловедение производств текстильной и легкой промышленности

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Шустов Ю.С.

Москва - 2012

Содержание

Введение..........................................................................................................................................................4

Общая характеристика работы....................................................................................................5

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ......................................9

1.1. Методы проектирования тканей................................................9

1.2. Характеристики строения тканей..........................................................................10

1.3. Проектирование тканей по заданным свойствам..................................14

1.4. Изнашивание текстильных полотен......................................................................30

1.5. Комплексная оценка качества....................................................................................43

Выводы по главе......................................................................................................................................49

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕБЕЛЬНЫХ

ТКАНЕЙ ПОСЛЕ ИСТИРАНИЯ............................................................................51

2.1. Структурные характеристики исследуемых мебельных тканей.. 51

2.2. Изменения толщины ткани после истирающих воздействий... 52

2.3. Результаты определения разрывной нагрузки мебельных тканей после истирающих воздействий................................................................................56

2.4. Результаты определения разрывного удлинения после истирания мебельных тканей..................................................................................................................59

2.5. Результаты определения раздирающей нагрузки мебельных тканей после истирающего воздействия....................................................................62

2.6. Имитация когтей животных....................................................................................75

Выводы по главе........................................................................................................................77

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ ПОСЛЕ ИСТИРАНИЯ................................................................................79

3.1 . Изменение воздухопроницаемости после истирающих воздействий....................................................................................................................................................................79

3.2. Изменение водопроницаемости после истирающих воздействий..............................................................................................................................................................81

3.3. Изменение водопоглощения после истирающих воздействий.. 83

3.4. Изменение маслопроницаемости после истирающих воздействий.................................................................................................................................85

3.5. Изменение маслопоглощения после истирающих воздействий 87

3.6. Изменение маслоупорности после истирающих воздействий.. 89

3.7. Изменение гигроскопичности после истирающих воздействий 91

Выводы по главе....................................................................................................................................93

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ

МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ................................................................95

4.1. Метод комплексной оценки механических свойств мебельных тканей после износа от истирания..........................................................................................95

4.2. Метод комплексной оценки физических свойств мебельных тканей после износа от истирания....................................................................................107

Выводы по главе......................................................................................................................................118

ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХМЕРНОГО СПЛАЙН-МЕТОДА

ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СВОЙСТВ МЕБЕЛЬНЫХ ТКАНЕЙ.... 120

5.1. Классификация сплайнов............................................................................................120

5.2. Применение трехмерного сплайн-метода для прогнозирования разрывной нагрузки мебельных тканей......................................................................123

5.3. Применение трехмерного сплайн-метода для прогнозирования раздирающей нагрузки мебельных тканей..............................................................131

Выводы по главе......................................................................................................................................140

Общие выводы.............................. ................................................................................141

ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................................142

Приложение. Методика определения воздействия имитации когтей

животные на мебельные ткани......................................................................................................152

Введение

Текстильная промышленность производит огромное количество разнообразных материалов. Особое место в ней занимают ткани. В соответствии с областями применения их делят на бытовые, используемые для изготовления одежды и предметов домашнего обихода; технические, предназначенные для различных отраслей промышленности; специального назначения, декоративные и мебельные.

Мягкая мебель имеет для человека особое значение, ведь каждый любит отдохнуть дома на диване или кресле, смотря телевизор, читая книгу или газету или просто общаясь в семейном кругу.

Однако постоянное воздействие человека на обивку со временем изменяет ее механические свойства

От качества мебельной ткани во многом зависит и вид самой мебели. Ведь при выборе мебели покупатель в первую очередь обращает внимание на ее внешний вид.

Чем качественнее выпускаемая продукция, тем выше ее покупательная способность и как следствие, возрастает спрос на данную продукцию. Поэтому необходимо постоянно уделять повышенное внимание качеству продукции и его улучшению.

Поэтому комплексная оценка и прогнозирование показателей качества мебельных тканей после действия износа от истирания является актуальной задачей при исследовании мебельных тканей.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Мебель является неотъемлемой частью жизни человека. Она окружает нас везде: дома и на работе, в кафе и ресторанах, в кино и театрах. Сложно представить себе жизнь без мебели.

Особое значение для человека имеет мягкая мебель: она служит не только для удовлетворения физических потребностей, но также и эстетических. Чем она комфортнее, тем уютнее чувствует себя человек. Особое значение для мягкой мебели имеет обивочная ткань. Она должна быть не только красивой, но при этом обладать множеством показателей, которые обеспечивали бы долговечность ее эксплуатации. Эти показатели зависят от сырья, из которого будут изготовлены нити, от способа выработки и других характеристик.

Современные мебельные ткани специально разработанные для обивки мягкой мебели и диванов, имеют свою специфику ее использования. От

ч

обычных эти ткани отличаются повышенной износостойкостью, огнеупорностью, стойкостью к действию различных загрязнителей. Для изготовления мебельных тканей могут быть использованы натуральные, синтетические, искусственные волокна и их комбинация, а также различные виды нитей.

Качество мебельных тканей проявляется через эксплуатационные свойства, поэтому необходимо глубоко изучать эти свойства, как они зависят от сырьевого состава, структуры ткани, а также от условий эксплуатации.

От качества мебельной ткани будет зависеть и качество самой мебели. Ведь при выборе мебели покупатель в первую очередь обращает внимание на ее внешний вид.

Качество текстильной продукции закладывается на стадии ее проектирования и должно обеспечиваться при ее производстве. Но прежде чем про-

ектировать продукцию, необходимо точно знать какими свойствами она должна обладать. Умение правильно и объективно измерять, оценивать и контролировать показатели качества дает возможность совершенствовать качество текстильных материалов. Поэтому, комплексная оценка и прогнозирование физико-механических свойств мебельных тканей после действия износа от истирания является актуальной задачей при исследовании мебельных тканей.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы являлась разработка метода комплексной оценки показателей качества и прогнозирования свойств мебельных тканей.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

- определение изменений физико-механических свойств мебельных тканей в процессе истирания;

- получение математических зависимостей, устанавливающих взаимосвязь между параметрами строения, количеством циклов истирания и механическими свойствами мебельных тканей;

- комплексная оценка показателей качества мебельных тканей в результате различной величины износа;

- прогнозирование механических свойств мебельных тканей в зависимости от параметров строения и количества циклов истирания мебельных тканей на основе трехмерного сплайн-метода;

- оценка воздействия когтей животных на мебельные ткани.

Методы исследования

Экспериментальные исследования проводились с использованием стандартных методов в лабораторных условиях. Для обработки результатов эксперимента в исследованиях использовались численные методы приклад-

и о г>

ной математики и математической статистики. В качестве теоретической основы применялся сплайн-метод. Построение функциональных зависимостей

осуществлялось методами корреляционно-регрессионного анализа на ЭВМ с помощью программ Microsoft Excel и MathCAD. Для обработки графических изображений применялись программы Photoshop и Corel Draw.

Научная новизна работы

При проведении теоретических и экспериментальных исследований автором впервые:

- разработан метод прогнозирования и получены математические зависимости механических свойств мебельных тканей, устанавливающих взаимосвязь между параметрами строения и количеством циклов истирания, на основе трехмерного сплайн-метода;

- предложен метод комплексной оценки качества мебельных тканей после воздействия износа от истирания;

- установлена взаимосвязь между параметрами строения, количеством циклов истирания и механическими свойствами мебельных тканей.

- предложен метод имитации воздействия когтей животных на мебельные ткани;

Практическая значимость работы заключается в

- получении математических зависимостей физико-механических свойств от количества циклов истирания;

- определении стойкости мебельных тканей к действию воды и масла;

- с помощью трехмерного сплайн-метода возможно прогнозирование разрывной и раздирающей нагрузки мебельных тканей;

- метод комплексной оценки позволяет наглядно оценить качество мебельных тканей после воздействия износа от истирания.

Результаты исследований могут быть использованы на текстильных предприятиях при проектировании мебельных тканей, что позволит значительно сократить сроки разработки нового ассортимента и затраты на его разработку.

Апробация работы

Основные результаты научных исследований докладывались и получили положительную оценку на

1. Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010), Димитровград, ДИТУД

2. 63-й межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», посвященный 50-летию полета Ю.А. Гагарина в космос, 2011 г.

3. Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (ПОИСК-2011), ИГТА

4. Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых «Инновации молодых ученых», СПбГУТД, 2011г.

5. Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности», МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2011 г.

6. Заседании кафедры текстильного материаловедения ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина»

Публикации

По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и общих выводов. Работа выполнена на 158 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 47 таблиц, список литературы из 109 наименований, 1 приложение.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Методы проектирования тканей

Требования, предъявляемые к тканям, в зависимости от их назначения и условий эксплуатации, разнообразны, поэтому качество ткани определяется совокупностью физико-механических, гигиенических, эстетических и других свойств, зависящих от ее строения. Целью проектирования ткани является определение основных параметров ее строения, необходимых для выполнения заправочных расчетов и последующей выработки ткани на ткацких станках в соответствии с требованиями, предъявляемыми к проектируемой группе тканей [1].

Требования, предъявляемые к тканям различного назначения, разнообразны, поэтому и методы проектирования тканей различны. В настоящее время разработаны следующие методы проектирования тканей:

1. По заданной толщине.

2. По заданной поверхностной плотности.

3. По заданной прочности на разрыв.

4. По заданным заполнениям.

5. По заданным прочности и заполнению.

6. По заданным прочности на разрыв и поверхностной плотности.

7. По заданным линейной плотности нитей, степени неуравновешенности по плотности и степени уплотнения ткани.

8. По заданной толщине и прочности на разрыв.

9. По степени заполнения и прочности при растяжении.

10. По прочности ткани на раздирание.

11. По заданному коэффициенту наполнения.

12. По заданной пористости.

13. Ткани заданного порядка фазы строения [1-5].

Процесс проектирования ткани можно условно разбить на следующие этапы:

1. Составление проектного задания, в котором указываются назначение ткани; технические требования к ткани; вид отделки или требования к художественному оформлению ткани.

2. Разработка или выбор методики проектирования.

3. Оформление технической документации на производство ткани: заправочный расчет; технологические параметры заправки и выработки ткани по всем переходам ткацкого и отделочного производства; оборудование по всем переходам ткацкого и отделочного производства.

4. Выработка лабораторных образцов, их испытание, производственная проверка, выбор оптимального варианта ткани, выработка опытной партии.

5. Составление технических условий на производство разработанной ткани [2].

Далее расчет ведется в зависимости от величин показателей свойств ткани, которые необходимо получить, и, соответственно, от выбранного метода ее проектирования [1-4].

1.2. Характеристики строения тканей

Строение ткани — это взаимное расположение нитей основы и утка и связь их между собой. Строение ткани зависит от многих факторов, основными из которых являются следующие: вид использованного сырья, диаметры основных и уточных нитей и их соотношение, плотность ткани по основе, плотность ткани по утку и их соотношение, вид переплетения нитей ткани, натяжение основных и уточных нитей в процессе ткачества и соотношение натяжений, технологические параметры заправки и выработки ткани на станке, влияющие на натяжение основных и уточных нитей [2].

Для создания ткани определенного строения и с определенными свойствами необходимо между нитями ткани создавать силы взаимодавления.

Эти силы создаются в процессе формирования ткани на ткацком станке и определяют взаимное расположение ее нитей.

Строение ткани зависит от многих факторов, основными из которых являются следующие:

1. Вид использованного сырья. От вида и строения волокон зависит строение нити или пряжи, ее объемная масса, форма и размеры поперечного сечения нити и ее физико-механические свойства.

2. Линейная плотность нитей основы Т0 и утка Ту (текс) и их соотношение КХ=Т0/ТУ

3. Диаметры основных и уточных нитей ¿0 и <1у, зависящие от вида волокон и линейной плотности пряжи, и их соотношение К<г= «V <1у.

4. Плотность ткани по основе и по утку и их соотношение Кп=П0/Пу.

5. Вид переплетения нитей ткани определяется раппортом переплетения Яо и Ыу, числом пересечений (полей связи) утка основой 1:0 и основы утком гу, когда нити меняют свое положение в ткани, расположение в пределах раппорта, а также числом слоев ткани Пс.

6. Натяжение основных и уточных нитей и соотношение натяжений.

7. Технологические параметры заправки и выработки ткани, основными из которых являются натяжение основы Р0 и утка ¥у и соотношение натяжений КР=Р0/РУ, которые влияют на расположение нитей в ткани, а следовательно, и на их уработку [1,2, 3, 5, 6].

Основными характеристиками строения тканей являются вид и линейная плотность нитей, их переплетение, плотность ткани по основе и утку, заполнение, пористость, фазы строения, опорная поверхность. В качестве дополнительных характеристик используются наполнение, связность, ворсистость [7, 8].

В работе Склянникова В.П. [9] строение ткани определяется как функция нескольких переменных:

Ст=ф(Т3, Тк, О, Э),

где Т3 — заправочные характеристики ткани (характер исходных нитей, число нитей на единицу длины, вид переплетения);

Т�