автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.04, диссертация на тему:Разработка метода проектирования формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи

ЮДИНА МАЙЯ ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ

МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05Л9.04 - Технология швейных изделий

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Меликов Е.Х.

Научный консультант: кандидат технических наук Зарецкая Г.П.

МОСКВА 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 9

1.1. Существующие способы изготовления деталей одежды

из коллагенсодержащего сырья методами формования 10

1.2. Существующие последовательности проектных процедур для расчета параметров деталей одежды из коллагенсодержащих материалов, изготовленных различными методами формования 19

1.3. Анализ особенностей проектирования технических объектов с позиций проектирования формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов 22

1.4. Выводы 36

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 37

2.1. Системный анализ технологического процесса изготовления формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов

2.2. Параметрический анализ структурных элементов технологического процесса изготовления формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов 44

23. Исследование взаимосвязей между параметрами технологического процесса изготовления формованных деталей одежды из коллагенсодержащего сырья 56

2.4. Параметрическая характеристика технологического процесса изготовления формованных деталей из коллагенсодержащего сырья 76

2.5. Выводы 84

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 85

3.1. Разработка последовательности расчетных процедур проектирования деталей одежды, изготовленных различными методами формования из коллагенсодержащих материалов 85

3.2. Проектирование геометрических параметров формованных деталей одежды из коллагенсодержащего материала 94

3.3. Разработка алгоритма проектирования технологического процесса изготовления формованных деталей из коллагенсодержащего сырья 121

3.4. Выводы 127

4. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ 129

4.1. Выбор объекта для апробации метода проектирования формованных деталей из коллагенсодержащих материалов 129

4.2. Разработка методики проектирования формованного прокладочно-утепляющего каркаса из

коллагенсодержащего материала для головных уборов 131

4.3. Апробация методики проектирования прокладочно-утепляющего каркаса из коллагенсодержащего материала для головных уборов 135

4.4. Выводы 147

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 148

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 150

ПРИЛОЖЕНИЯ

161

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Поиск нетрадиционных решений, позволяющих повысить эффективность швейного производства, привел к появлению принципиально новых малооперационных и безотходных технологий, дающих возможность сокращать технологический процесс изготовления за счет исключения некоторых его стадий и автоматизации производства [1-5].

На кафедре Технологии швейного производства МГАЛП разработаны способы изготовления формованных деталей одежды непосредственно из коллагенсодержащего волокнистого сырья, минуя стадии изготовления нитей, ткачества, частично раскроя и пошива [5-7]. Применение данного вида сырья позволяет обеспечить рациональную переработку отходов кожевенного производства; получать материалы, обладающие хорошими показателями эксплуатационных и эргономических свойств; расширить ассортимент материалов и изделий.

Формованные детали одежды из коллагенсодержащих материалов изготавливают методами прессования, экструзии и литья. Они имеют как плоскую, так и объемную пространственную форму. В настоящее время формованные детали из коллагенсодержащих материалов находят свое применение в качестве деталей прокладки в верхних изделиях из натурального меха и кожи.

Несмотря на то, что при разработке способов изготовления деталей одежды из коллагенсодержащих материалов различными методами формования уже были предложены последовательности проектных процедур, они дают возможность проектировать лишь детали определенного назначения, изготавливаемые в конкретном производственном процессе, что является решением частной прикладной задачи.

Разработка единого подхода к проектированию формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов позволит : осуществить выбор

наиболее эффективного технологического процесса их изготовления с учетом взаимозаменяемости методов формования; систематизировать и классифицировать информацию о свойствах материала, характеристиках производственного процесса, видах и формах деталей с целью разработки метода проектирования и научно-обоснованного проведения дальнейших теоретических и экспериментальных исследований по совершенствованию разработанных способов изготовления и расширению ассортимента изделий.

Кроме того, при реализации существующих последовательностей проектных процедур свойства проектируемых деталей из коллагенсодержащих материалов прогнозируются исходя из известного состава формовочной смеси и задаваемых режимов обработки.

Поэтому весьма актуальным является выявление взаимосвязей между параметрами исходного сырья, готовой детали и процесса ее изготовления с целью установления расчетных зависимостей, характеризующих эти взаимосвязи, для перехода от прогнозирования к проектированию параметров детали.

Таким образом, разработка метода проектирования формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов позволит: изготавливать формованные детали одежды с заданными свойствами, формой и конфигурацией срезов, и осуществлять выбор варианта технологического процесса и состава формовочной смеси при условии снижения материальных и трудовых затрат на изготовление формованных деталей.

Объектом исследования является технологический процесс изготовления формованных деталей одежды из волокнистого коллагенсодержащего сырья.

Цель и задачи исследования. Основной целью исследования является разработка научно-обоснованного метода проектирования формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

разработка единого подхода к проектированию деталей из коллагенсодержащих материалов на основе анализа существующих способов их изготовления различными методами формования и соответствующих им проектных процедур;

- установление взаимосвязей между параметрами формованной детали из коллагенсодержащего материала и параметрами процесса ее изготовления;

- формализация информации о свойствах детали и процесса ее изготовления на основе системного и параметрического анализа;

- разработка последовательности расчета параметров формованных деталей из коллагенсодержащих материалов и алгоритма проектирования технологического процесса их изготовления.

Методы исследования. В работе использовались методы математического планирования эксперимента, математической статистики, экспериментальные методы исследования, методы системного анализа, теория алгоритмизации. При проведении испытаний образцов формованных деталей одежды применялись стандартные методики. Научная новизна работы состоит в следующем: установлена структура технологического процесса изготовления формованных деталей одежды из коллагенсодержащего волокнистого сырья;

- разработана система взаимосвязей между параметрами процесса изготовления формованных деталей из коллагенсодержащих материалов;

- определено комплексное влияние состава формовочной смеси и толщины детали на показатели физико-механических свойств формованного коллагенсодержащего материала;

- разработан научно-обоснованный метод проектирования параметров формованных деталей одежды из коллагенсодержащих материалов.

Практическая значимость работы заключается в том, что использование разработанного метода проектирования формованных деталей из коллагенсодержащего сырья для различных видов швейных изделий

обеспечивает их высокие эксплуатационные свойства при снижении материальных и трудовых затрат.

Апробация результатов работы. Основные результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», проходившей в мае 1998 г. в г.Москве. Итоги отдельных этапов работы обсуждались на заседаниях кафедры Технологии швейного производства (1996-1998гг.).

Экспериментальная партия образцов формованных деталей изготовлена в лабораторно-производственных условиях завода «Белкозин». Стоимость 1дм образца составляет 0,63 руб.(расчет произведен на 01.03.98 г. без учета инфляционного курса падения рубля).

Производственная апробация результатов работы проводилась в условиях АОЗТ «Коруна» путем изготовления меховых женских головных уборов с прокладочно-утепляющим каркасом из коллагенсодержащего материала, проектирование которого осуществлялось по предложенной в работе методике.

Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературных источников и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков, 9 таблиц. Библиография включает 118 наименований.

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ ИЗ КОЛЛАГЕНСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Коллаген является одним из наиболее распространенных в природе высокомолекулярных соединений [8]. Он составляет около 30% общей массы белков у млекопитающих и присутствует почти в каждой ткани [12]. Использование коллагена шкур и костей животных лежит в основе производства различных продуктов и материалов во многих отраслях промышленности, сельского хозяйства, медицины [12-17].

Коллаген - это белок, состоящий из макромолекул, имеющих уникальную трехспиральную структуру, которые спонтанно полимеризуются в фибриллы. Коллагеновые фибриллы образуют волокна, структура которых зависит от вида ткани и животного [8,10,11,18,19].

Для применения в текстильной и швейной промышленности интерес представляют пучки коллагеновых волокон, которые при использовании их в качестве волокнистого сырья называются текстильным термином «волокно» [12,20]. Поэтому в дальнейшем, говоря о коллагеновых волокнах, мы будем подразумевать пучки волокон.

Физико - химическими исследованиями [9,10,12] установлено, что в построении коллагена участвуют различные амино- и иминокислоты, остатки которых соединены пептидными связями. Определенная специфичность расположения аминокислотных остатков в молекулярных цепях белка и обуславливает спиральную конформацию полипептидных цепей, а также наличие различных поперечных внутри- и межмолекулярных связей. Они оказывают большое влияние на свойства коллагена.

Коллагенсодержащие материалы (КСМ) обладают рядом ценных физико-механических свойств, таких как высокая гигроскопичность,

мягкость, упругость, устойчивость к механическим повреждениям, хорошие формовочные свойства. Показатели перечисленных свойств варьируются в широких пределах [9-11,21-24].

Существующие промышленные способы переработки отходов кожевенного производства позволяют путем химической обработки и механического разволокнения получать коллагеновые волокна, обладающие высокой способностью к набуханию под воздействием воды [14-16,25,26]. Гомогенизированная вязкотекучая масса коллагеновых волокон используется в качестве сырья для формования различных материалов и изделий [5-8,13,20,27,28].

1.1. Существующие способы изготовления деталей одежды из коллагенсодержащего сырья методами формования

Для изготовления деталей одежды из обводненной массы коллагеновых волокон может быть использовано формование [29,30]. Сущность процесса состоит в распределении волокнистого сырья между формующими поверхностями рабочих органов прессового оборудования или по поверхности формозадающей матрицы с последующим закреплением образованных при этом структуры материала и формы детали удалением избытка влаги. Реализуется процесс формования детали из коллагенсодержащего сырья тремя методами: литьем, прессованием, экструзией [5-7,29-32].

Метод листья заключается в том, что детали получают из коллагеновой массы с большим содержанием воды путем ее разливания или заливания на формозадающую матрицу [7,32]. Метод прессования сводится к получению изделий из пластической волокнистой массы с помощью обычного прессового оборудования с плоскими или объемными подушками [6,31]. Экструзивное формование состоит в том, что высоковязкое сырье

продавливается через формующую щель-фильеру и получается полый рукав-купон [5,29].

Для реализации различных методов формования используется формовочная смесь с одинаковым химическим составом, различающаяся лишь количественным содержанием в ней воды.

Независимо от метода формования, процесс изготовления одежды из коллагенсодержащего сырья имеет одинаковую последовательность стадий: подготовка волокнистого сырья к формованию, формование оболочки, удаление излишней влаги, отделка, изготовление изделия [5-7].

Для достижения объёмной формы детали кроме основного формования непосредственно из волокнистого сырья используется дополнительное подформовывание полуфабриката до или после сушки.

В целом, требуемая форма во всех случаях достигается одинаковыми способами формообразования, а именно: формованием деталей из исходного сырья, дополнительным формованием обтягиванием или выдавливанием формованных оболочек и их полуфабрикатов, облеганием формозадающей поверхности при сушке, приданием формы за счет конструктивных элементов. Причем одна и та же форма детали как объемная, так и плоская может быть получена при реализации различных вариантов технологического процесса с применением одинакового дополнительного формующего, сушильного, дозирующего и прочего оборудования независимо от основного метода формования.

Независимо от способов получения формованных деталей, показатели их основных механических свойств близки по своим значениям (таблица 1) [5-7,33,34].

Таблица 1

Механические свойства коллагенсодержащих материалов, полученных различными методами формования

Наименования показателей механических свойств Значения показателей свойств коллагенсодержащих материалов, полученных

литьем прессованием экструзией

Предел прочности, МПа 3.2 - 12.4 5.1 - 12.2 9.5 - 13.0

Относительное разрывное удлинение, % 44-60 28-70 40-61

Жесткость, сН 3.9-5.8 3.2 - 8.6 3.61-4.20

С учетом вышеизложенного целесообразно создание обобщенного технологического процесса изготовления швейных изделий с использованием формованных деталей из коллагенсодержащих материалов.

Схема технологического процесса изготовления одежды с использованием деталей из коллагенсодержащих материалов (рис.1) разработана на основе анализа существующих технологических процессов изготовления одежды из традиционных видов материала (ткани, нетканых полотен, искусственной и натуральной кожи) [35,36] и способов изготовления коллагенсодержащих материалов, деталей и изделий из них [5-7]. Эта схема содержит пять основных блоков: изготовление формовочной смеси; изготовление деталей из материалов верха, подкладки, текстильного наполнителя; изготовление формованных оболочек из коллагенсодержащих материалов; изготовление формованных деталей из коллагенсодержащих материалов; изготовление швейного изделия.

Первый блок включает в себя три группы операций процесса: изготовление коллагеновой волокнистой массы, подготовка химических компонентов, смешивание компонентов смеси. Получение коллагеновой

Начало рис. 1.

Изготовление формовочной смеси

1.1. Изготовление волокнистой коллагеновой массы

1.2. Подготовка химических компонентов

2. Изготовление деталей из материалов верха, подкладки, текстильного наполнителя

2.1. Приемка материалов

1.3. Смешивание компонентов смеси

2.2. Разбраковка и промер материалов

2.3. Хранение материалов

2.4. Изготовление настилов

2.5. Вырезание деталей кроя

2.6. Комплектование пачек кроя

Детали кроя верха и подкладки Текстильный наполнитель

3. Изготовление формованных оболочек из КСМ

3.1. Дозирование формовочной смеси

3.2. Формование полуфабрикатов оболочек из КСМ

—---»Л

3.2.1. Прессование 3.2.2. Экструзия 3.2.3. Литье

-Формо -Формова -Формо -Формова -Формование -Формова -Закрепле -Объемно