автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий

МАНУКЯН ЭДГАР АЛЕКСАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ШНУРОПЛЕТЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.19.02. - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 АПР 2072

005019243

МАНУКЯН ЭДГАР АЛЕКСАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛАСТИЧНЫХ ШНУРОПЛЕТЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.19.02. - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Родионов Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты: Заваруев Владимир Андреевич

доктор технических наук, профессор федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина» профессор кафедры технологии трикотажного производства

Никоноров Павел Васильевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, руководитель опытного производства открытого акционерного общества «Центральный научно-исследовательский текстильный институт», ОАО"ЦНИТИ"

Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Центральный

научно-исследовательский институт технологической оснастки текстильного оборудования», ОАО "ЦНИИМашдеталь"

Защита диссертации состоится « ¿¿¿¿¿А 2012 г. в /¿?часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н. Косыгина по адресу: 119071 г. Москва, ул. Малая Калужская, д.1.

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

3

Автореферат разослан « » А/?/■е^М 2012_г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

Шустов Ю.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется текстильным изделиям бытового и технического назначения, таким, как шнуро-плетеные изделия, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, и в частности в текстильной и легкой промышленности. Шнуроплетеные изделия используются в спортивной и комфортной одежде при занятии активным отдыхом и туризмом, в рыболовстве, в технике, в обувной промышленности, в быту и т.д. Сегодняшние требования потребителя к шнуро-плетеным изделиям, обеспечивающим безопасность, практичность, комфортность, увеличение срока эксплуатации и улучшение качества, создают предпосылки для производства новых видов изделий.

В комфортной одежде для спорта, отдыха и туризма основным назначением шнуроплетеных изделий является обеспечение безопасных и комфортных условий, сохранение нормального функционального состояния, работоспособности и свободы движения человека. В настоящее время полые (без наполнителя) шнуроплетеные изделия, наработанные из полиамидных (ПА) нитей, не отвечают требованиям комфортной одежды: они быстро развязываются в узле бантика шнура. Это объясняется тем, что поверхность этих изделий - гладкая, скользкая, с низким коэффициентом трения и низкой растяжимостью, что не способствует удержанию узла бантика шнура, этот недостаток уменьшает сферу применения шнуроплетеных изделий, наработанных из ПА нитей без сердечника или наполнителя.

Таким образом, разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий нового поколения, обладающих упругой растяжимостью, является в настоящее время актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий без наполнителя для комфортной одежды, спорта, отдыха и туризма.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

- выбраны текстурированные высокорастяжимые нити, комплексные и эла-стомерные нити для шнуроплетеных изделий, используемых при изготовлении комфортной одежды для занятий спортом и активным отдыхом;

- разработана рациональная структура и технология получения эластичных шнуроплетеных изделий различных линейных плотностей;

- проведены исследования физико-механических и специфических свойств шнуроплетеных изделий;

- разработана рациональная структура шнуроплетеных изделий из гладких ПА нитей и с эластомерным компонентом;

-разработана методика определения усилия завязывания и развязывай* узла бантика шнуроплетеных изделий;

- определены основные технологические параметры, влияющие на свойсп эластичных шнуров;

- проведен анализ целесообразности использования гладких комплекснь ПА и эластомерных нитей для эластичных шнуров;

-проведено планирование эксперимента в целях получения оптимальнь технологических параметров процесса выработки готовых растяжимых шнур( плетеных изделий с использованием пакета программ ЕхсеИ и МаАСАЕ);

- оптимизирован процесс изготовления шнуроплетеных изделий из высок« растяжимых нитей по методу подобия.

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическ1 ми и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по н; работке шнуроплетеных изделий проводились в лаборатории кафедры прядет ФГБОУ ВПО МГТУ им. А.Н. Косыгина на шнуроплетельной машине 1ПП-24-: 1, а для определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве - на разрьг ной машине "Гпзйчт 4411" в лаборатории кафедры текстильного материалов! дения. В работе использовались методы математического планирования эксп римента. При исследовании свойств шнуроплетеных изделий из ПА нитей и-пользовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и те( ретических исследований обработаны методами математической статистики использованием ЭВМ и пакета программ МаЛСа<±

Научная новизна:

- доказана целесообразность использования текстурированных высокора тяжимых нитей для производства шнуроплетеных изделий;

- доказана целесообразность использования лайкры в качестве эластоме] ного компонента для производства шнуроплетеных изделий в сочетании с го лиамидными гладкими и текстурированными комплексными нитями;

- разработана технология выработки эластичных шнуроплетеных изделий;

- предложена схема заправки с использованием эластомерных нитей лайк{ на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1;

- представлена методика определения завязывания и развязывания уз! бантика шнура;

- разработаны расчетные формулы для определения разрывной нагрузи шнуроплетеных изделий различных линейных плотностей на основе теорг размерности и подобия.

Практическая ценность. Основными результатами являются:

- разработка структуры и технологии производства эластичных шнуропл теных изделий из текстурированных высокорастяжимых комплексных нитей;

- разработка структуры и технологии производства эластичных шнуропле-теных изделий с использованием в оплетке эластомерных нитей лайкра;

- применение приспособлений к разрывной машине РМ-3-1 для определения усилия завязывания и развязывания узла бантика шнура;

- получение уравнений для расчета разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий;

- теоретические и экспериментальные исследования, положенные в основу данной работы, дают возможность вырабатывать растяжимые шнуроплетеные изделия для комфортной одежды из текстурированных высокорастяжимых нитей и с использованием эластомерного компонента.

Реализация результатов работы. Разработанные структура и технология позволяют получить на шнуроплетельных машинах отечественного и зарубежного производства эластичные шнуроплетеные изделия, используемые для активного отдыха и туризма, а также в комфортной одежде, в обувной промышленности и в быту.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

- межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008)», ИГТА, Иваново, 2008;

- межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РЗИТЛП, Москва, 2008;

- восьмой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2008;

- девятой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2009;

- всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2009)», МГТУ имени. А.Н. Косыгина, Москва 2009;

- заседании кафедры прядения «МГТУ им. А.Н.Косыгина», Москва, май 2011.

По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей и 7 тезисов докладов на различных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, имеет 79 рисунков (в том числе 1 рисунок представлен в приложении), 14 таблиц, библиографический список использованных литературных источников включает 72 наименования. Приложения представлены на 10 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы сформулированы цели и задачи исследований, отмечены научная новизна I практическая ценность результатов работы.

В первой главе проведен анализ и современное состояние развития шну роплетеных изделий, а также рассмотрены тенденции их совершенствовани: как у нас в стране, так и за рубежом.

В последнее время все больше возрастает спрос на шнуроплетеные изде лия, именно бытового назначения из полиамидных нитей. Их преимущество п< сравнению со шнурами из натуральных волокон состоит в том, что плетены! полиамидный шнур имеет более высокую прочность, эластичность и стоек к ис тиранию.

Шнуры из полиамидных нитей обладают такими характеристиками, ка] повышенная прочность, низкая истираемость, повышенная гибкость и удлиняе мость, они значительно выгоднее изделий из натуральных волокон (прочие! троса из кокосовых фибр в 10 раз, веревки из манильского волокна - в 3 раза] При всем этом полиамидный шнур обладает значительно меньшим весом.

Шнуры используются в производстве верхней, молодежной, детской спортивной одежды (всевозможные шнуровки, затяжка в капюшон, в кулиску ] по низу изделия). Шнуры этой группы бывают жесткие (относительное удлине ние до 10%), мягкие (относительное удлинение от 10% до 40 %), эластичные ( наполнителем из латекса).

Приведена классификация шнуроплетёных изделий (рис. 1). Пунктирот показаны новые эластичные шнуры, полученные из текстурированных ните; эластик и гладких комплексных нитей с эластомерным компонентом.

¡ШНУРОПЛЕТЕНЫЕ ИЗДЕЛИЯ!

БЫТОВЫЕ

^ТЕХНИЧЕСКИЕ» [СПЕЦИАЛЬНЫЕ!!

ПОЛЫЕ

с основой;] 1снапопнителем[

ПРОСТЫЕ:

РАСТЯЖИМЫЕ; ЭПАСТИЧНЫЕ;!|ПРОСТЫЕ!|

-( ПОЛЫЕ (

-ОБУВНЫЕ;:

ШЛЯПНЫЕ;

-¡шляпный]

¡-ОДЕЖНЫЕ-

I'..............

-СПОРТИВНЫЕ

¡ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ

¡сквозного;

;плетения;

'с НАПОЛНИТЕЛЕМ

с основой И НАПОЛНИТЕЛЕМ,

сквозного

плетения

ПОЛЫЕ

НсосновойД

г СПОРТИВНЫЕ

^-¡Ьтделочные|

-¡ПЛЕТЕЛЬНЫЕ;]

"-ОДЕЖНЫЕ!

КОРСЕТНЫЕ!

Рис. 1 Классификация шнуроплетеных изделий.

Современные шнуроплетельные машины обладают большой производительностью, они позволяют нарабатывать шнуры непосредственно в бухты, исключая последующее перематывание.

В связи с повышением объема производства текстурированных и эласто-мерных нитей лайкра стало возможным расширить ассортимент шнуров для текстильных изделий повышенной комфортности для спорта, отдыха и туризма.

Анализ литературных и патентных источников показал, что практически отсутствуют растяжимые шнуроплетеные изделия, и поэтому разработка нового ассортимента шнуров с использованием текстурированных высокорастяжимых нитей и эластомерных нитей лайкра является актуальной в настоящее время.

Вторая глава посвящена выбору сырья и обоснованию использования оборудования для разработки структуры и технологии получения шнуроплете-ных изделий из полиамидных текстурированных высокорастяжимых нитей.

Анализ существующего оборудования у нас в стране и за рубежом показывает, что одним из основных направлений является увеличение входных паковок, увеличение скоростных параметров плетения, наматывание готового шнура на товарные паковки и электронный контроль над технологическим процессом.

Для проведения исследования была выбрана отечественная шнуропле-тельная машина ШП-24-3-1, которая позволяет использовать небольшую массу нити на крутильных паковках, что очень удобно для проведения эксперимента, т.к. позволяет сократить расход сырья и, кроме того, обеспечивает простую установку скоростных режимов. На ней нарабатывались шнуры из высокорастяжимых нитей, перемотанных на катушки на машине СПН-2-1 с числом сложения от 1 до 5 при следующих скоростных режимах: 0,275 м/мин; 0,496 м/мин; 0,717 м/мин; 0,938 м/мин; 1,159 м/мин, полученных в результате расчета зубьев сменных шестерен.

Во второй главе подробно описывается очередность наработки шнуров, даны результаты исследований их физико-механических показателей. Полученные данные приведены в табл. 1, где выделены наиболее подходящие шнуры для комфортных изделий, исходя из физико-механических показателей и орга-нолептической оценки.

Шнуроплетеные изделия из полиамидных гладких нитей, которые используются в обувной, текстильно-галантерейной промышленности, для производства товаров широкого потребления, имеют один существенный недостаток -это низкое значение усилия по развязыванию узла бантика шнура, что приводит к дискомфорту при занятии спортом, отдыхом и туризмом.

Спроектировано и изготовлено приспособление с динамометром, обеспечивающее постоянное усилие при завязывании узла бантика шнура.

Разработана методика заправки шнура на разрывной машине РМ-3-1 для определения усилия развязывания узла бантика шнура.

Таблица 1. Физико-механические показатели шнуров из ПА высокорастяжимых текстурированных нитей

Линейная плотность Наименование показателя Скорость выпуска V, м/мин

0,275 0,496 0,717 0,938 1,155

20,8 текс х 1 Разрывная нагрузка Р, кгс 15,60 12,40 10,10 10,20 12,1(

Удлинение Е, % 59,90 35,90 30,60 32,00 39,11

Линейная плотность Т, текс 730 820 870 970 900

Диаметр шнура О, мм 1,94 2,27 3,09 3,24 3,40

Плотность плетения П, пл/см 26 18 15 12 11

Растяжимость, 11% 24,20 46,40 55,60 65,80 53,61

20,8 текс х 2 Разрывная нагрузка Р, кгс 34,26 32,80 30,00 26,40 28,1!

Удлинение Е, % 93,40 59,20 45,60 37,80 40,81

Линейная плотность Т, текс 1530 1530 1570 1630 163(

Диаметр шнура Б, мм 2,29 2,75 3,12 3,40 3,80

Плотность плетения П, пл/см 22 15 12 11 10

Растяжимость, 18,0 36,8 67,6 73,4 62,0

20,8 текс х 3 Разрывная нагрузка Р, кгс 48,50 50,50 49,10 46,12 42,41

Удлинение Е, % 109,00 69,30 57,80 50,60 41,81

Линейная плотность Т, текс 2420 2280 2300 2475 248(

Диаметр шнура Б, мм 2,88 3,13 3,76 4,31 4,67

Плотность плетения П, пл/см 20 14 11 9 8

Растяжимость, % 14,40 19,00 41,60 51,20 54,81

20,8 текс х 4 Разрывная нагрузка Р, кгс 65,60 65,20 65,96 54,20 58,61

Удлинение Е, % 101,50 75,30 63,50 40,20 46,31

Линейная плотность Т, текс 3200 3180 2975 3130 322(

Диаметр шнура О, мм 3,16 3,41 3,76 4,54 5,14

Плотность плетения П, пл/см 16 13 10 8 7

Растяжимость, % 14,60 24,60 38,60 49,40 48,61

20,8 текс х 5 Разрывная нагрузка Р, кгс 77,96 81,00 82,60 82,60 80,И

Удлинение Е, % 97,90 87,20 71,10 64,00 57,51

Линейная плотность Т, текс 3950 3870 3950 3870 3890

Диаметр шнура О, мм 3,77 3,83 4,18 4,76 5,37

Плотность плетения П, пл/см 14 13 10 8 7

Растяжимость, % 18,80 23,80 36,40 43.80 49,61

Результаты эксперимента были обработаны с использованием компьютерной программы Excel и MathCAD, что подтвердило значимость коэффициентов в уравнениях регрессии воспроизводимости и достоверности эксперимента.

Для определения оптимальной скорости выработки был проведен анализ влияния скоростных параметров машины на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий с помощью математических методов планирования эксперимента. С этой целью были предложены линейная и параболическая регрессионные однофакторные математические модели при традиционном планировании активного эксперимента.

Важнейшими показателями шнуроплетеных изделий для комфортной одежды являются растяжимость и усилие развязывания узла бантика, для чего была разработана методика определения усилия завязывания и развязывания узла бантика шнура.

Сравнительные усилия развязывания узла бантика для шнуров из гладких ПА и текстурированных нитей приведены в табл. 2.

Таблица 2. Усилия развязывания узла бантика для шнуров из гладких и _текстурированных нитей._

Параметры и вид шнуроплетеного изделия Усилие развязывания узла бантика шнура Р, сН

Скорость выработки, м/мин 0,275 0,496 0,717 0,938 1,159

Число сложений нитей 1 2 3 4 5

из полиамидных текстурированных нитей линейной плотности 20,8 текс 94,0 148,6 207,0 278,0 374,0

из полиамидных гладких нитей линейной плотности 20 текс 78,8 52,8 48,6 43,6 34,4

Анализ по физико-механическим показателям с учетом органолептической оценки и растяжимости показал, что для комфортной одежды подходят шнуры, выработанные из текстурированных нитей, которые обладают бо'льшим усилием при развязывании узла бантика шнура (от 94 до 374 сН), чем шнуры из гладких ПА нитей (от 34,4 до 78,8 сН), при разных скоростях выработки.

Глава 3 посвящена разработке структуры шнуроплетеных изделий из гладких полиамидных (ПА) нитей с эластомерным компонентом.

Шнуры, наработанные из ПА текстурированных нитей эластик, по сравнению со шнурами с использованием гладких ПА нитей имеют ряд преимуществ, таких как растяжимость, мягкость, сравнительно большое усилие развязывания бантика шнура.

Эластановые нити в основном используются в качестве наполнителя в шнуроплетеных изделиях, которые применяются для закрепления различных грузов, изделий, в спортивных тренажерах и т.д.

Использование эластановых нитей лайкра позволило значительно ул шить эластические свойства текстильных изделий как бытового, так и техни ского назначения и в частности шнуроплетеных изделий.

В настоящее время эластановые нити применяются для улучшения пот бительских свойств, комфортности и внешнего вида практически всех ви, одежды и аксессуаров к ним.

Использование эластомерных нитей при наработке шнуроплетеных из лий позволит значительно расширить их ассортимент, улучшить качеств; комфортность.

На основании предварительного эксперимента при производстве шну плетеных изделий из гладких ПА нитей от 23,3 текс х 3 до 23,3 текс х 7 целе образно использовать эластомерные нити линейной плотности 940 дтекс.

Разработанная схема заправки веретен на шнуроплетельной машине II 24-3-1 (рис. 2) обеспечивает выработку шнуров равновесной структуры. Рас-ложение катушек с лайкрой отмечены черным цветом. Для того чтобы шнур скручивался вокруг своей оси, надо установить две катушки на веретена, д гающиеся по одному направлению (например, по часовой стрелке), а другие - на веретена, движущиеся в другом направлении (против часо! стрелки) через определенное количество веретен.

Рис. 2. Схема заправки веретен на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1.

Анализ структуры шнуров с эластомерным компонентом показывает, ■. лайкра располагается ближе к оси шнура и не подвергается внешним механи ским воздействиям, что позволяет сохранить его потребительские свойства.

11

Использование эластановых нитей в сочетании с гладкими ПА нитями при получении шнуров позволяет получить более рельефную, шероховатую поверхность, по виду «апельсиновой корки», что увеличивает коэффициент трения поверхности шнура.

При увеличении линейной плотности исходных ПА нитей от 23,3 текс х 3 до 23,3 текс х 7, с использованием эластомерного компонента 940 дтекс, с возрастанием скорости выработки 0,275 - 1,159м/мин происходит выравнивание поверхности шнура, который имеет микровыступы.

На рис.3 и 4. приведены принципиальные схемы определения усилий завязывания и развязывания узла бантика шнура.

Рис. 3. Схема определения усилия Рис. 4. Схема определения усилия

завязывания узла бантика шнура развязывания узла бантика шнура

При использовании шнура из гладких ПА нитей с эластомерным компонентом при завязывании узла бантика шнура под действием растягивающего усилия происходит уменьшение диаметра шнура, а после снятия нагрузки соседние участки шнура бантика под действием лайкры усаживаются, диаметр их увеличивается, и усилие развязывания возрастает.

1. Сила растягивания

2. Левый бант узла шнура

3. Полый картонный цилиндр

4. Правый бант узла шнура

5. Динамометр

6. Кольцо

7. Стрелка

8. Крючок

9. Концы шнура

10. Шнур

1. Шкала нагрузок

2. Груз

3. Рычаг-силоизмеритель

4. Маятник

5. Гибкая связь

6.Шкала удлинения

7. Стрелка

8. Верхний зажим

9. Картонный цилиндр

10. Шнур

11. Нижний зажим

12. Привод

Использование лайкры 940 дтекс в оплетке приводит к увеличению } лия развязывании узла бантика для шнура из текстурированных ПА нитей нейной плотности 20,8 текс х 3 при скорости выработки 0,496 м/мин (приме 3,1 раза), т.к. увеличивается растяжимость. В шнурах из гладких ПА нитей ^ текс с эластомерньм компонентом с увеличением числа сложений от 3 до 7 значительно уменьшается, т.к. уменьшается растяжимость из-за переуплота ности (табл. 3).

Таблица 3.Усилие развязывания узла бантика шнура Р, сН

Шнуры Из текстурированных ПА нитей 20,8 текс х 3 Из гладких ПА нитей 23,3 те! число сложений:

Состав хЗ х 4 х 5 х 6 X

Без лайкры 166 80 105 145 167 2

С лайкрой 515 420 405 397 402 3

Увеличение, раз = 3,1 ~ 5,2 ~ 3,9 ~ 2,7 ~ 2,4 =

В результате по физико-механическим показателям и органолептичес оценке, был выбран шнур из гладких ПА нитей 23,3 текс х 5 с использован! эластомерного компонента — лайкры линейной плотности 940 дтекс.

Глава 4 посвящена проектированию разрывной нагрузки шнуроплетё! изделий по методу подобия.

На основании исследования были выбраны значимые параметры, ока ваемые наибольшее влияние на разрывные характеристики шнуроплетеных делий.

На основе теории подобия были получены функциональные зависимо и на их базе — уравнения, позволяющие прогнозировать разрывные характе стики шнуроплетеных изделий из текстурированных нитей.

Путём алгебраического преобразования были выведены окончателы формулы для расчёта разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий из тексту рованных нитей при различных скоростях выработки, приведенные ниже:

- для скорости выработки 0,275 м/мин

Р -Т

Р __исх.н. шнур_

шнур 7 ; I о 9245^1

исх.н. ^ П-(1 )

- для скорости выработки 0,496 м/мин

Р Т

Р _ исх.н. шнур

шнур , ~ o/toqN

Т • — 97,555-П2 -d2 + 139,13-n-d-57,625 + - ' 1

Т1Л»V TI Г ' ' '

исх.н. I П-d J

- для скорости выработки 0,717 м/мин

Р Т

р _ исх.н. шнур

"шнур 7 , Я006Л

Т • -49,903-П2 • d2 + 82,735 П-d - 29,248+ '

исх.н. ^ n.d )

- для скорости выработки 0,938 м/мин

Р -Т

р _ исх.н. шнур

* ninvn ~

шнур ( , 11 12АЛ

Т • 1462,7-П2 -d2 — 887,59-n-d + 179,44——i— исх.н. [ ' n.d

- для скорости выработки 1,159 м/мин

Р -Т

р __исх.н. шнур_

ур ( 9 , 4 148

Т • 691,63-П -d2 — 381,26-П-d+ 71,134 —

исх.н. I n.d

где: Т - линейная плотность исходной комплексной нити, текс;

ИСХ.Н.

Т - линейная плотность готового шнура, текс;

шнур

d -диаметр исходной комплексной нити, мм;

П - плотность плетения шнура, пл/мм;

Рисх - абсолютная разрывная нагрузка исходной комплексной нити, сН;

Ршнур — абсолютная разрывная нагрузка шнуроплетёного изделия, сН.

В табл. 4. приведены средние значения экспериментальных и расчетных разрывных нагрузок для шнуров из высокорастяжимых текстурированных нитей линейной плотности 20,8 текс от 1 до 5 сложений при различных скоростных режимах от — 0,275 до 1,159 м/мин.

Таблица 4. Средние экспериментальные и расчетные значения разрывных

нагрузок, сН

V, м/мин 0,275 0,496 0,717 0,938 1,159

Число сложений Рф. PP. Рф. PP. Рф. PP. Рф. Pp. РФ. PP.

1 15288 15363 12152 12147 9898 9898.5 9996 9992 11917 11968

2 33575 32166 32144 32130 29400 29402.6 25872 25774 27558 27121

3 47530 50450 49490 49470 48118 48122.8 45198 45456 41552 43236

4 64288 61572 63896 64533 64641 62756.7 53116 52670 57428 54794

5 67581 68827 79380 78535 80948 83324.0 80948 81079 78498 79977

Отклонение фактической нагрузки от расчетной разрывной шнурошк ных изделий не превышает 6 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны и обоснованы структура и технология получения шнурог тёных изделий без наполнителя круглой формы, обладающих высок! эксплуатационными свойствами.

2. На основе разработанной технологии на шнуроплетельной машине II 24-3-1 получен шнур из текстурированных нитей с линейной плотносп 20,8 текс х 3 х 24 при скорости выработки 0,496 м/мин, обладающий тимальными параметрами по растяжимости - 19% и усилию развязыва узла бантика - 166 сН с учетом органолептической оценки.

3. Разработаны приспособления к разрывной машине и методика, поз ляющие определять усилие при завязывании и развязывании узла бак ка шнура.

4. Шнуры, выработанные из текстурированных нитей, обладают больц усилием при развязывании (от 94 до 374 сН), чем шнуры из гладких нитей (от 34,4 до 78,8 сН), полученные при разных скоростях выработ!

5. Разработана структура шнуроплетеных изделий из гладких ПА нитей текс х 3 до 23 текс х 7 с эластомерным компонентом линейной плотно 940 дтекс.

6. Разработана схема заправки веретен на шнуроплетельной машине ТТТП-3-1, которая обеспечивает выработку шнуров с эластомерным компон том равновесной структуры. Для того чтобы шнур не скручивался вок своей оси, надо установить две катушки на веретена, двигающиеся по ному направлению (например, по часовой стрелке), а две другие - на ретена, движущиеся в другом направлении (против часовой стрелки), рез определенное количество веретен.

7. Проведённый анализ структуры шнуров с эластомерным компонен-показал, что лайкра располагается ближе к оси шнура и не подвергае внешним механическим воздействиям, что позволяет сохранить его требительские свойства.

8. Использование эластановых нитей в шнуроплетеных изделиях позвол придать им круглую форму без наполнителей. Использование эластом ных нитей в сочетании с гладкими ПА нитями при получении шнуров зволяет получить более рельефную, шероховатую поверхность, по в] «апельсиновой корки», что увеличивает коэффициент трения поверхно шнура.

9. При увеличении линейной плотности исходных гладких ПА нитей от 2 текс х 3 до 23,3 текс х 7 с использованием эластомерного компонента !

дтекс при скорости выработки 0,496 м/мии происходит выравнивание поверхности шнура, которая имеет микровыступы.

10.Шнур из гладких ПА нитей линейной плотности 23,3 текс х 5 с использованием эластомерного компонента линейной плотности 940 дтекс, выработанный при скорости выпуска 0,496 м/мин, обладает оптимальными параметрами по растяжимости - 60%, усилию развязывания узла бантика шнура - 397 сН с учетом органолептической оценки.

11. На основе теории подобия были получены функциональные зависимости и на их базе — уравнения, позволяющие прогнозировать разрывные характеристики шнуроплетеных изделий из текстурированных нитей.

12.Путём алгебраического преобразования были выведены окончательные формулы для расчёта разрывной нагрузки шнуров из текстурированных нитей при различных скоростях выработки.

13.Теоретические и экспериментальные исследования, положенные в основу данной работы, дают возможность выработать шнуроплетеные изделия из текстурированных высокорастяжимых комплексных нитей и ПА гладких комплексных нитей с использованием эластомерного компонента при производстве комфортной одежды для занятий спортом, туризмом и активным отдыхом.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Манукян Э. А., Фролов А. В. Шнуроплетеные изделия для комфортной одежды // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. —№2с, 2009 г, стр. 82-84.

2. Родионов В.А., Манукян Э.А. Влияние эластомерного компонента на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий. / Химические волокна, 2011 г., №5, стр. 30-32.

3. Родионов В.А., Манукян Э.А. Проектирование разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий по методу подобия. / Дизайн и технологии, 2011 г., №25 стр. 91-97.

4. Манукян Э. А., Родионов В. А. Разработка структуры эластичных шнуроплетеных изделий. // Сборник научных трудов аспирантов, выпуск 14, Москва, МГТУ им.А.Н. Косыгина, 2008 г., стр. 10-14.

5. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Методика по определению усилия развязывания бантика шнуроплетеного изделия». Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности. Материалы международной научной конференции, Витебск, 2009 г., стр. 76-79.

6. Манукян Э. А., Родионов В. А. Разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий. Тезисы докладов. Межвузовская научно-техническая конференция «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности, (Поиск-2008)». Сборник материалов научно-

технической конференции аспирантов и студентов. Часть 1. — Иван< ИГТА, 2008 г., стр. 14.

7. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Влияние технологических параметров свойства шнуроплетеных изделий». Тезисы докладов. Межвузовская нау* техническая конференция «Современные проблемы текстильной и лег промышленности», Москва, РЗИТЛП, 2008 г., стр. 27.

8. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Эластичные шнуроплетеные издел] сборник научных докладов научно-практической конференции «Hay1: техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на зне ях», Москва, ВВЦ, НТТМ-2008 г., стр. 305-307.

9. Манукян Э. А., Родионов В. А. Шнуроплетеные изделия для комфорт одежды. Сборник докладов научно-практической конференции «Науч техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знг ях», Москва, ВВЦ, НТТМ-2009 г., стр. 196.

10. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Оптимизация физико-механических своР шнуроплетеных изделий для комфортной одежды». Тезисы докладов. М дународная научно-техническая конференция «Современные технологи оборудование текстильной промышленности, (Текстиль-2009)», Moci МГТУ имени. А.Н. Косыгина, 2009 г., стр. 19.

11. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Моделирование определения усилия развязывании узла бантика». Тезисы докладов. 60-я юбилейная межвузовс научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Студент молодые ученые КГТУ - производству», Кострома, КГТУ, 2009 г., стр. 64.

12. Манукян Э. А., Казанцева JI.B., Родионов В. А. «Исследование свойств : стачных шнуроплетеных изделий». Всероссийская научно-техническая в ференция молодых ученых и аспирантов «Дни науки 2009». - Caí Петербург: ПГУТД, 2009 г., стр. 166-167.

Подписано в печать 02.04.12 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,00 Заказ 113 Тираж 80 ФГБОУ ВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

61 12-5/2479

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

На правах рукописи

Манукян Эдгар Алексанович

Разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий

Специальность 05.19.02 - «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -[идат технических наук доцент В. А. Родионов

I ¿у-/¿¿¿-¿-^ кандидат технических наук

Москва-2012

Введение

Оглавление

4

Глава 1. Производство шнуроплетеных изделий и перспективы его

развития................................................................................................................................................................10

1.1 История производства шнуроплетеных изделий и их классификация 10

1.2 Анализ состояния техники и технологии производства шнуроплетеных изделий..........................................................................................................................17

1.3 Перспективы развития производства шнуроплетеных изделий..................28

Выводы по главе 1......................................................................................................................................35

Глава 2. Разработка структуры и технологии получения

шнуроплетеных изделий из ПА текстурированных нитей....................................36

2.1 Обоснование проведения исследований........................................................................36

2.2 Выбор исходного сырья и оборудования......................................................................37

2.3 Проведение эксперимента по наработке опытных образцов из текстурированных нитей........................................................................................................................52

2.4 Разработка методики определения усилия при завязывании и развязывания узла бантика шнура и соответствующего устройства............68

2.5 Обработка результатов эксперимента с использованием программ

EXCEL и MathCAD...................................................................................................72

Выводы по главе 2......................................................................................................................................84

Глава 3. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий

с эластомерным компонентом........................................................................................................86

3.1 Выбор исходного сырья................................................................................................................86

3.2 Проведение эксперимента и наработка образцов....................................................92

3.3 Обработка результатов испытаний и выбор оптимальных

технологических параметров............................................................................................................99

Выводы по главе 3......................................................................................................................................106

Глава 4. Проектирование разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий

по методу подобия......................................................................................................................................108

4.1 Сущность метода подобия..........................................................................................................108

4.2 Использования теории подобия для прогнозирования абсолютной

разрывной нагрузки шнуроплетёных изделий..................................................................110

Выводы по главе 4......................................................................................................................................122

Заключение........................................................................................................................................................123

Список литературы....................................................................................................................................126

Приложение......................................................................................................................................................131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется текстильным изделиям бытового и технического назначения, таким, как шнуроплетеные изделия, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, и в частности в текстильной и легкой промышленности. Шнуроплетеные изделия используются в спортивной и комфортной одежде при занятии активным отдыхом и туризмом, в рыболовстве, в технике, в обувной промышленности, в быту и т.д. Сегодняшние требования потребителя к шнуроплетеным изделиям, обеспечивающим безопасность, практичность, комфортность, увеличение срока эксплуатации и улучшение качества, создают предпосылки для производства новых видов изделий.

В комфортной одежде для спорта, отдыха и туризма основным назначением шнуроплетеных изделий является обеспечение безопасных и комфортных условий, сохранение нормального функционального состояния, работоспособности и свободы движения человека. В настоящее время полые (без наполнителя) шнуроплетеные изделия, наработанные из полиамидных (ПА) нитей, не отвечают требованиям комфортной одежды: они быстро развязываются в узле бантика шнура. Это объясняется тем, что поверхность этих изделий - гладкая, скользкая, с низким коэффициентом трения и низкой растяжимостью, что не способствует удержанию узла бантика шнура, этот недостаток уменьшает сферу применения шнуроплетеных изделий, наработанных из ПА нитей без сердечника или наполнителя.

Таким образом, разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий нового поколения, обладающих упругой растяжимостью, является в настоящее время актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий без наполнителя для комфортной одежды, спорта, отдыха и туризма.

4

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

-выбраны текстурированные высокорастяжимые нити, комплексные и эластомерные нити для шнуроплетеных изделий, используемых при изготовлении комфортной одежды для занятий спортом и активным отдыхом;

- разработана рациональная структура и технология получения эластичных шнуроплетеных изделий различных линейных плотностей;

- проведены исследования физико-механических и специфических свойств шнуроплетеных изделий;

- разработана рациональная структура шнуроплетеных изделий из гладких ПА нитей и с эластомерным компонентом;

- разработана методика определения усилия завязывания и развязывания узла бантика шнуроплетеных изделий;

- определены основные технологические параметры, влияющие на свойства эластичных шнуров;

- проведен анализ целесообразности использования гладких комплексных ПА и эластомерных нитей для эластичных шнуров;

- проведено планирование эксперимента в целях получения оптимальных технологических параметров процесса выработки готовых растяжимых шнуроплетеных изделий с использованием пакета программ Ехсе'П и Ма&САО;

- оптимизирован процесс изготовления шнуроплетеных изделий из высокорастяжимых нитей по методу подобия.

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке шнуроплетеных изделий проводились в лаборатории кафедры прядения МГТУ имени. А.Н. Косыгина на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1, а для определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве - на разрывной машине "Гпб^оп 4411" в

5

лаборатории кафедры текстильного материаловедения. В работе использовались методы математического планирования эксперимента. При исследовании свойств шнуроплетеных изделий из ПА нитей использовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ МаЛСаё.

Научная новизна:

- доказана целесообразность использования текстурированных высокорастяжимых нитей для производства шнуроплетеных изделий;

- доказана целесообразность использования лайкры в качестве эластомерного компонента для производства шнуроплетеных изделий в сочетании с полиамидными гладкими и текстурированными комплексными нитями;

- разработана технология выработки эластичных шнуроплетеных изделий;

- предложена схема заправки с использованием эластомерных нитей лайкра на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1;

- представлена методика определения завязывания и развязывания узла бантика шнура;

- разработаны расчетные формулы для определения разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий различных линейных плотностей на основе теории размерности и подобия.

Практическая ценность. Основными результатами являются:

- разработка структуры и технологии производства эластичных шнуроплетеных изделий из текстурированных высокорастяжимых комплексных нитей;

- разработка структуры и технологии производства эластичных шнуроплетеных изделий с использованием в оплетке эластомерных нитей лайкра;

- применение приспособлений к разрывной машине РМ-3-1 для определения усилия завязывания и развязывания узла бантика шнура;

- получение уравнений для расчета разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий;

- теоретические и экспериментальные исследования, положенные в основу данной работы, дают возможность вырабатывать растяжимые шнуроплетеные изделия для комфортной одежды из текстурированных высокорастяжимых нитей и с использованием эластомерного компонента.

Реализация результатов работы. Разработанные структура и технология позволяют получить на шнуроплетельных машинах отечественного и зарубежного производства эластичные шнуроплетеные изделия, используемые для активного отдыха и туризма, а также в комфортной одежде, в обувной промышленности и в быту.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

- межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008)», ИГТА, Иваново, 2008;

- межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РЗИТЛП, Москва, 2008;

- восьмой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2008;

- девятой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2009;

- всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2009)», МГТУ имени. А.Н. Косыгина, Москва 2009;

заседании кафедры прядения «МГТУ им. А.Н.Косыгина», Москва, май

2011.

Публикации.

Тезисы докладов:

1. Манукян Э. А., Родионов В. А. Разработка структуры и технологии получения эластичных шнуроплетеных изделий. Тезисы докладов. Межвузовская научно-техническая конференция «Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности, (Поиск-2008)». Сборник материалов научно-технической конференции аспирантов и студентов. Часть 1. - Иваново; ИГТА, 2008 г., стр. 14.

2. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Влияние технологических параметров на свойства шнуроплетеных изделий». Тезисы докладов. Межвузовская научно-техническая Конференция «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, РЗИТЛП, 2008 г., стр. 27.

3. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Эластичные шнуроплетеные изделия», сборник научных докладов научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, ВВЦ, НТТМ-2008 г., стр. 305-307.

4. Манукян Э. А., Родионов В. А. Шнуроплетеные изделия для комфортной одежды. Сборник докладов научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, ВВЦ, НТТМ-2009 г., стр. 196.

5. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Оптимизация физико-механических свойств шнуроплетеных изделий для комфортной одежды». Тезисы докладов. Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности, (Текстиль-2009)», Москва, МГТУ имени. А.Н. Косыгина, 2009 г., стр. 19.

6. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Моделирование определения усилия при развязывании узла бантика». Тезисы докладов. 60-я юбилейная межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и

студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству», Кострома, КГТУ, 2009 г., стр. 64.

7. Манукян Э. А., Казанцева Л.В., Родионов В. А. «Исследование свойств эластичных шнуроплетеных изделий». Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых и аспирантов «Дни науки 2009». - Санкт-Петербург: ПГУТД, 2009 г., стр. 166-167.

Статьи:

1. Манукян Э. А., Фролов А. В. Шнуроплетеные изделия для комфортной одежды // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -№2с, 2009 г, стр. 82-84.

2. Родионов В.А., Манукян Э.А. Влияние эластомерного компонента на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий. / Химические волокна, 2011 г., №5, стр. 30-32.

3. Родионов В.А., Манукян Э.А. Проектирование разрывной нагрузки шнуроплетеных изделий по методу подобия. / Дизайн и технологии, 2011 г., №25 стр. 91-97.

4. Манукян Э. А., Родионов В. А. Разработка структуры эластичных шнуроплетеных изделий. // Сборник научных трудов аспирантов, выпуск 14, Москва, МГТУ им.А.Н. Косыгина, 2008 г., стр. 10-14.

5. Манукян Э. А., Родионов В. А. «Методика по определению усилия развязывания бантика шнуроплетеного изделия». Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности. Материалы международной научной конференции, Витебск, 2009 г., стр. 76-79.

Глава 1 Производство шнуроплетеных изделий и перспективы его развития 1.1. История производства шнуроплетеных изделий и их классификация

Плетение - один из древнейших способов получения изделий, при котором несколько нитей (не менее трех) под натяжением подаются в общую рабочую зону с одновременным перемещением в пространстве паковок. Нити, переплетаясь друг с другом, образуют компактную структуру, и их положение в изделии стабилизируется. Готовое изделие постоянно отводится из рабочей зоны.

Заплетание косы - наиболее известный способ осуществления процесса плетения.

Плетеное изделие характеризуется тем, что каждая из образующих его нитей оплетки располагается наклонно к оси изделия и переплетена с остальными нитями. Наклонное положение нити обусловлено сообщаемыми ей перемещениями при формировании изделия. Одно перемещение связано с отводом готового изделия из зоны формирования, другое - с взаимными перемещениями нитей оплетки, обеспечивающими их переплетение. Соотношение этих перемещений и определяет угол наклона нитей оплетки к оси изделия.

Кроме нитей оплетки, плетеные изделия могут включать еще нити основы и наполнителя.

Нити основы располагаются вдоль оси изделия при выработке тесьмы. В процессе формирования тесьмы происходит оплетение каждой нити основы нитями оплетки.

Нити наполнителя помещают во внутреннюю полость шнуров. Нити основы и наполнителя обусловливают высокие декоративные и эксплуатационные свойства готовых плетеных изделий: например, используя в качестве нитей основы или наполнителя эластомерные нити, можно получить эластичные тесьмы и шнуры. Нити наполнителя придают шнурам упругую цилиндрическую форму.

На дошедших до нас образцах средневековой одежды можно увидеть украшения из плетеных шнуров и тесьмы. В те времена ручное плетение уже было довольно развито. Особой известностью пользовалась продукция парижских мастеров.

Первые цехи плетельщиков появились в Европе в XI11 в. Для изготовления плетельных изделий использовали специальные катушки -коклюшки, которые получили свое название от характерных звуков,

Рис. 1. Коклюшки: с ручкой (а) и с крышкой (б) для ручного плетения

Коклюшки и в настоящее время используются в ручном плетении и представляют собой специальные деревянные катушки с ручкой (рис. 1 .а) или катушки, закрытые трубчатой крышкой (рис. 1.6).

Изобретателем первой плетельной машины является английский торговец Томас Вэлфорд. Его машина состояла из нескольких смежных дисков, вращающихся в противоположных направлениях и при этом перемещающих катушки с нитями. Привод был ручным, а отвод готового шнура осуществлялся с помощью подвешенного к его концу груза.[1]

В настоящее время плетеные изделия получают машинным способом на оборудовании двух типов: машинах с крылаточно-шестеренчатым приводом (рис. 2) и машинах карусельного типа. Применение машин с крылаточно-шестереночным приводом позволяет выпускать изделия более разнообразного ассортимента при тех же основных экономических затратах, что и при использовании машин карусельного типа.

Рис. 2. Схема плетения на машине с крылаточно-шестеренчатым приводом

Плетение осуществляется на машине путем механического перемещения в плоскости по волнистой траектории паковок с нитями оплетки, при одновременном отводе готового шнура из рабочей зоны плетельной машины со скоростью V. Нити оплетки подаются с некоторым натяжением Р. в зону формирования шнура. Каждая нить оплетки описывает сложную пространственную кривую - спираль, располагающуюся на поверхности воображаемого конусообразного тела, которое имеет в основании плоскость, ограниченную замкнутой волнистой кривой. Пространство, близкое к вершине 1 спирали, называют зоной формирования плетеного изделия. Оно ограничено с одной стороны плетеным изделием,

положение