автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка метода проектирования тканей по заданным гигиеническим свойствам

Ы ; :: ..... . ........ ::г

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕКСТИЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ имени А.Н. КОСЫГИНА.

На правах рукописи

^^/^ёйеонард БАТУРУРИМИ

УДК 677.024.001.18(043.3)

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТКАНЕЙ ПО ЗАДАННЫМ ГИГИЕНИЧЕСКИМ

СВОЙСТВАМ

Специальность 05.19.03 - Технология текстильных материалов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор НИКОЛАЕВ С.Д.

Москва-1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................5

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.....................................................7

1.1 .Анализ работ по методам проектирования тканей и расчету рациональных параметров их строения и заданных гигиенических

свойств....................................................................................7

1.2. Анализ работ по оптимизации технологического процесса ткачества..............................................................28

1.3.Цели и задачи исследования..............................................36

Выводы по главе.......................................................................37

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................38

2.1. Метод расчета водопоглощаемости ткани......................38

2.1.1. Определение водопоглощаемости ткани......................38

2.1.2. Расчет водопоглощаемости исследуемой ткани...........41

2.2. Метод расчета воздухопроницаемости ткани.................45

2.2.1. Определение воздухопроницаемости ткани.................45

2.2.2. Расчет воздухопроницаемости исследуемой ткани......46

2.3.Определение взаимосвязи между

воздухопроницаемостью и водопоглощаемо-

стью......................................................................................54

2.4. Метод проектирования тканей по заданной водопоглощаемости и воздухопроницаемости................56

2.5. Пример проектирования хлопчатобумажной ткани полотняного переплетения с заданной водопоглощаемостью и воздухопроницаемостью.........63

2.6. Заправочный расчет ткани полотняного переплетения из хлопчатобумажной пряжи, предназначенной для выработки на ткацком

станке АТПР-100-4...........................................................72

Выводы по главе....................................................................,.76

Глава 3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................77

3.1. Выбор оборудования и измерительной аппаратуры...........................................................................................77

3.2. Методика исследования строения ткани............................77

3.3. Математические методы, применяемые при изучении процесса................................................................................80

Выводы по главе.........................................................................81

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...................82

4.1. Исследование свойств используемых нитей......................83

4.2. Исследование условий изготовления хлопчатобумажных тканей полотняного переплетения

на ткацком станкеАТПР-100-4....................................................83

4.3. Исследование свойств нитей, вынутых из ткани...............90

4.4. Исследование параметров строения ткани.........................95

4.4.1. Влияние технологических параметров заправки на

геометрическую плотность ткани по утку и по основе...96 4.4.2. Влияние основных технологических параметров

заправки на диаметры нити основы и утка в различные

моменты формирования ткани.......................................101

4.4.3. Влияние основных технологических параметров заправки ткацкого станка на высоту волн изгиба

нитей основы и утка........................................................107

4.4.4. Влияние основных технологических параметров заправки ткацкого станка на уработку нитей основы

и утка................................................................................111

4.4.5. Влияние основных технологических параметров ткацкого станка на толщину ткани...............................115

4.5. Исследование свойств ткани............................................117

4.5.1. Исследование разрывной нагрузки и разрывного удлинения ткани по направлению основы и утка.......117

4.5.2. Исследование прочности ткани на раздирание по направлению основы и утка...........................................125

4.5.3. Исследование стойкости ткани к истиранию................129

4.5.4. Исследование поверхностной плотности ткани............132

4.5.5. Исследование гигиенических свойств тканей...............135

Выводы по главе........................................................................142

Глава 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ТКАЧЕСТВА.........................................................................144

5.1. Определение минимальных и максимальных

значений критериев оптимизации.....................................144

5.2. Определение максимального и минимального

значения целевой функции воздухопроницаемости........148

5.2.1. Определение максимального значения воздухопроницаемости...................................................148

5.2.2. Определение минимального значения воздухопроницаемости....................................................149

5.3. Определение максимального и минимального значения водопоглощаемости...........................................149

5.3.1. Определение максимального значения водопоглощаемости.......................................................149

5.3.2. Определение минимального значения водопоглощаемости.......................................................150

5.4. Определение минимального и максимального значения капиллярности..................................................151

5.4.1. Определение максимального значения капиллярности..............................................................151

5.4.2. Определение минимального значения капиллярности.............................................................152

5.5. Определение комплексного критерия оптимизации.....153

Выводы по главе.....................................................................159

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.......................................................160

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ.......................................................162

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................164

ПРИЛОЖЕНИЯ.................................................................................-.172

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время , во всем мире происходит приватизация государственных предприятий, в том числе и текстильных, что приводит к свободной конкуренции на рынке.

Для того,чтобы продукция текстильной промышленности была конкурентоспособной, должен выпускаться высококачественный продукт со всех точек зрения с минимальной себестоимостью.

Качество текстильного продукта, то есть ткани, определяется его физико-механическими и гигиеническими свойствами.

Требования к качеству тканей в любой стране предъявляет не какой-то ограниченный круг людей, а практически все население страны.

В странах с жарким климатом особое внимание уделяется гигиеническим свойствам тканей. Эти свойства определяют степень комфортности одежды из тканей.

Гигиеничность тканей характеризуется гигроскопичностью, вла-гопоглощаемостью, влагоотдачей, паро- и воздухопроницаемостью; влагопроводимостью и теплопроводностью. Эти свойства ткани позволяют регулировать микроклимат одежды, который обусловливает самочувствие человека, его настроение и работоспособность.

Появление новых видов химических волокон и нитей, значительно отличающихся по своим свойствам от натуральных, вызывает создание методов проектирования тканей с заданными показателями гигиеничности. Однако, проектирование тканей с заданным комплексным показателем гигиеничности представляет собой очень сложную задачу. В настоящее время такой метод проектирования тканей практически отсутствует, а проектируют ткани по единичным показателям.

Несмотря на то, что при производстве тканей все больше используются нити из химических волокон, наилучшие гигиенические свойства тканей обеспечивается применением хлопчатобумажной пряжи.

Сегодня самым распространенным ткацким станком в России является пневморапирный ткацкий станок. Однако для того, чтобы выпускать на нем высококачественные ткани, необходимо проводить дополнительные научные исследования и научиться управлять технологией изготовления тканей, параметрами их строения и свойствами.

Вышеназванное показывает, что научные исследования в области изготовления хлопчатобумажных тканей рационального строения с заданными гигиеническими свойствами на пневморапирных ткацких станках являются актуальными.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке метода проектирования хлопчатобумажных тканей по заданным гигиеническим параметрам;

- разработке методов расчета водопоглощаемости и воздухопроницаемости хлопчатобумажных тканей с учетом технологии их изготовлении;

- получении математических моделей влияния основных технологических параметров на строение и свойства тканей для прогнозирования их качества;

- установлении факторов, оказывающих наибольшее влияние на гигиенические свойства ткани.

Практическая значимость работы заключается в:

- оптимизации технологического процесса изготовления хлопчатобумажных тканей по заданным гигиеническим свойствам;

- разработке рекомендации по стабилизации технологического процесса изготовления тканей с заданными гигиеническими свойствами;

-определении факторов, позволяющих управлять качеством исследуемых тканей.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Анализ работ по методам проектирования тканей и расчету рациональных параметров их строения и заданных гигиенических свойств.

Требования , предъявляемые к тканям, в зависимости от их назначения различны. Ткань должна обладать соответствующими свойствами, которые весьма разнообразны. Помимо определенных физико-механических свойств , ткани бытового назначения должны удовлетворять эстетическим вкусам широких слоев населения, отвечать направлению современной моды. Качество ткани определяется совокупностью физико-механических, гигиенических, эстетических и других свойств, зависящих от ее строения.

В ткани проявляются свойства сырья, параметры ее строения и технологического процесса формирования. Для решения задач, связанных с проектированием ткани, необходима разработка теоретических положений, определяющих основные параметры строения, и методов их проектирования.

Вопросам строения ткани и отдельным параметрам, связанным с ее проектированием, издавна уделялось и до сих пор уделяется большое внимание ученых и исследователей как в России, так и за рубежом. Большое интерес представляют собой работы, посвященные проектированию тканей по заданным параметрам, таким как :

- фаза строения ткани;

- коэффициент наполнения ткани волокнистым материалом; -коэффициент объемного наполнения;

-толщина ткани; -поверхностная плотность ткани

- прочность при растяжения; -воздухопроницаемость и т.д.

Основоположником российской науки о строении ткани является проф. Н.Г. Новиков [1]. Им определены основные параметры, влияющие на строение ткани и взаимное расположение нитей в ней. Он изложил теорию фазового строения ткани, которая значительно обогатила теорию ее проектирования.

Согласно этой теорию, все случаи взаимного расположения нитей основы и утка в ткани находятся в пределах от первого случая, когда нити основы располагаются в ткани прямолинейно и имеют высоту волны изгиба (Ъо=0), а уточные нити изгибаются вокруг основы и высота вольны их изгиба (Ьу = шах), до последнего случая, когда нити основы имеют максимальный изгиб (Ьо=шах), а уточные нити располагаются прямолинейно (Ьу=0). Нити основы в данном случае изгибаются вокруг уточных.

Проф. Н.Г. Новиков сгруппировал различное строение ткани в девять порядков фаз (ФПС) в зависимости от высот волн изгиба основы и утка и обозначил их римскими цифрами.

Он ввел понятие о геометрической плотности ткани как расстоянии между центрами двух соседних нитей для ткани полотняного переплетения. Проф. Н.Г Новиков значительно раньше других исследователей вывел основное геометрическое свойство однослойной ткани: сумма высот волн изгиба нитей основы и утка равна сумме их диаметров и есть величина постоянная:

Ьо+Ьу=(1о+с1у=СОП81. (1.1)

Позднее многие исследователи в основу своих теоретических выводов взяли основные положения теории проф. Н.Г. Новикова и на этой базе - теории проектирования ткани.

На основе теории Н.Г. Новикова, В.И. Смирнов [2] установил зависимость для определения высот волн изгиба нитей ткани полотняного переплетения, исходя из частного случая, когда расстояние между нитями утка или основы в местах пересечения противоположной системой равно сумме диаметров нитей (<10+с1у). С помощью так называемого структурного круга ткани им выведены формулы для общего случая:

(1.2)

где и fy- расстояние между нитями основы и утка, мм.

уо>

^=юо/Рс

^100/ру;

р0 и ру- плотность ткани по основе и по утку, [нити/1 Осм]

Это позволило автору определить максимальную плотность ткани,

уработку нитей, толщину ткани и отношение плотностей, которые

характеризуют трудоемкость выработки ткани на станке. На основе больших экспериментальных исследовании

В.И. Смирновым был установлен критерии рациональности:

4,+Лу - ¿о+<1у ~215......235 ^ ;

2 2

где Т0-толщина ткани для случая, когда высота волны основы превышает высоту волны утка.

Изучая строения льняной ткани, И.В. Ильин[3] отмечает, что относительную плотность ткани, т.е. отношение фактической плотности к максимальной, можно считать основным показателем строения ткани. АР = ~— (1-4)

М11ЯУ

В.А. Воробьев [4] предлагает максимальные плотности основы или

утка определять по формулам:

— 100 Д<> /1

Ротах ~ П А <1 V1--'/

о ио ~ 1уиу

100*,

где 1:0 и \ - число пересечений основой утка и утком основы.

Автор рекомендует проектировать ткани по ее приведенному коэффициенту наполнения^вычисленному следующим образом:

(1-6)

и = р

У ^100 У

Средний коэффициент наполнения:

тт _ НоТу + НуТо /1

п т0+ту

где Т0 и Т^-линейные плотности нитей основы и утка.

Воробьев В.Н. вводит понятие о максимальным среднем коэффициентом наполнении(Н сртах), который определяется экспериментально.

Тогда приведенный коэффициент наполнения:

Я«Р=7¿^0.95 (1.8)

г 11 ершах

Селиванов Г.И.[5], рассматривая строение поверхности однослойной ткани, разделяет каждый ее элемент на элементарные ячейки -поля: контактные ,связи, свободные и поля просвета(рис.1, для саржи 2/2).

Ао и Ау- контактные поля, представляющие собой места соприкосновения взаимно перпендикулярных нитей на поверхности ткани и состоящие из основных и уточных полей контакта.

Б0- основные поля связи, где нить основы изменяет свое положение по отношению к противоположной системе.

Бу- уточные поля связи, представляющие собой места пересечения основы уточными нитями(Б0и Бу соответственно принят обозначать 1:0и Ху. пересечки).

ВоИ Ву- свободные поля, то есть места в элементе ткани, где нити основы и утка не соприкасаются между собой.

Рио.1.1

Схема саржевого пвреплеташш ткани

Поля просвета -места в ткани не заполненные нитями.

Число полей каждого вида и их соотношение влияют на физико-механические свойства тканей. Степень связанности нитей в ткани тем выше, чем больше отношение числа полей связи к общему числу полей в элементе ткани.

В элементе ткани полотняного переплетения свободные поля отсутствуют и ткани характеризуются самой высокой степенью связности.

Однако Г.И. Селиванов рассматривает каждый элемент переплетения, не увязывая его с внутренним строением ткани(расположением нитей внутри ткани), и не дает рекомендации по использованию установленной им классификации при анализе физико-механических свойств и проектирования.

В работах В.П. Скляников[6-9] коэффициент уплотненности (напряженности ) определяется в зависимости от расположения свободных полей относительно соседних нитей. При изменении переплетения число полей контакта не изменяется, варьируется число, соотношение и взаимное расположение полей связи, свободных полей и полей просвета.

Значение коэффициента напряженности изменяется от 1( при полотняном переплетении) до 0, когда переплетение нитей отсутствует , и они в свободном состоянии лежат друг на друге.

В.П. Скляников рекомендует проектировать ткани по заданной поверхностной плотности и коэффициенту наполнения. Коэффициент наполнения в (%) с учетом порядка фазы строения, уплотненности ткани и с учетом изменения формы и размеров нитей в ней определяется по следующей формуле:

Нт = 0,01Р2Лл:й> (1-9)

где Р0- плотность ткани по основе,(нитей/1 Осм) -коэффициент отношения плотностей, к=Ро/Ру;

- коэффициент^ зависящий от вида переплетения и порядка фазы строения,

со = г0гут( 1 - с) + (г0 + щу\гут + г]0)(рс

где Ъ0 и Ъу- коэффициент расплющивания нитей основы и утка в ткани ; Ъ0 = а0/(10; 2у=ау/с1у;

а0, ау .большой размер поперечного сечения нитей основы и утка,

с!0,ау . расчетный диаметр нитей основы и утка. ц0уГ\у- коэффициенты сплющивания нитей основы и утка.

т - коэффициент соотношения диаметров до ткачества. (р - коэффициент зависящий от порядка фазы строения:

С- коэффициент уплотненности, формула для определения которого выводится на основании классификации полей каждого элемента ткани, предложенной Г. И. Селивановым.

П.Т. Букаев[10] предлагает применять вместо коэффициент напряженности, коэффициент изогнутости (О) нитей в ткани, зависящий от вида переплетения.

(3- характеризуется средним углом изгиба нитей одной системы относительно противоположной.

Для раппорта ткани:

где п0> Иу „число перекрытий основы и утка ; ппер _ число разных перекрытий в раппорте. Чем длиннее перекрытия в раппорте, тем меньше знач