Розробка основов’язаних полотен з використанням змішаної лляної пряжі та низькоплавких термопластичних поліетиленових ниток

основов'язане полотно переплетення уток-уток-сукно із поліетиленових ниток, змішаної лляної пряжі та віскозних ниток.

Методи дослідження. В роботі використано методи системного підходу, математичного моделювання, математичного планування та аналізу експериментів, стандартні методи проведення експериментів і математичної статистики:

при розробці структур трикотажу - метод геометричних моделей;

при вивченні структури та фізико-механічних властивостей трикотажу - стандартні методи досліджень;

для теоретичного аналізу одержаних результатів - стандартні програми ПЕОМ по обробці результатів досліджень.

Використання сучасних методів та засобів дослідження з оцінкою точності й достовірності вимірювань, узгодженість аналітичних розрахунків з експериментальними даними забезпечують достовірність отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що автором:

розроблена структура основов'язаного трикотажу з використанням змішаної лляної пряжі (по 50 % лляних та бавовняних волокон);

розроблена структура основов'язаного трикотажу високої формостійкості з використанням низькоплавкої термопластичної (поліетиленової) нитки, яка захищена патентом України №31005 (заявка №98063406 від 31.06.98. Опубл.15.12.2000. Бюл.№7-II);

науково обґрунтовано результати досліджень параметрів структури та властивостей трикотажу розроблених структур;

на основі геометричної моделі трикотажу виведена формула для визначення співвідношення довжин ниток утоку та петлі сукно, яке забезпечує виготовлення трикотажу заданої структури;

отримано емпіричні формули для визначення показників формостійкості трикотажу розроблених структур (усадки, жорсткості на згин, незминання, показників деформаційних властивостей).

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

теоретично визначене та експериментально підтверджене співвідношення довжин ниток утоку та петлі сукно, яке дорівнює 0,63-0,67, забезпечує виготовлення високоякісних полотен з дрібнорапортним візерунчатим ефектом;

основов'язані полотна розроблених структур за основними показниками формостійкості забезпечуть виготовлення виробів високої якості;

запропонована технологія одержання безпрокладкового трикотажу з використанням низькоплавкої термопластичної нитки дозволяє одержати довгостроковий ефект закріплення форми деталей виробів без використання традиційних клейових прокладкових матеріалів.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні головних теоретичних та експериментальних задач. Безпосередньо автором розроблена структура полотна, напрацьовані експериментальні зразки та досліджені головні властивості полотен. Здобувачу належать також головні ідеї, узагальнення і висновки за результатами досліджень.

Апробація результатів дисертації.

Головні теоретичні та експериментальні положення дисертації доповідались на наукових конференціях молодих вчених та студентів КДУТД в 1998 та 2000 роках, а також на міжнародній науково-технічній конференції “Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (ПРОГРЕСС-98)”, яка проходила в м. Іваново 2-5 червня 1998 р.

В повному обсязі дисертаційна робота доповідалася і схвалена на міжкафедральному науковому семінарі КДУТД (м. Київ, 2001 р.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 9 наукових робіт, 5 з яких - в фахових виданнях, зареєстрованих в ВАК України, і отримано патент України на винахід. Окремі результати проведених досліджень використано здобувачем при підготовці звіту по НДР по темі “Розробка теоретичних та практичних основ для створення ефективних технологій виробництва матеріалів та виробів на основі використання лляної, вовняної та змішаної пряжі” рег. номер 0197U007228.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел, який містить 102 найменування, та додатків. Зміст дисертації викладено на 140 сторінках машинописного тексту, 37 рисунках, які займають 26 сторінок, та в 26 таблицях. Загальний обсяг дисертації складає 228 сторінок.

2. Основний зміст роботи

У вступі подано стислий аналіз стану проблеми, обґрунтована актуальність теми дослідження, вказані мета та завдання роботи, показано наукову новизну і практичну значимість отриманих результатів та висновків.

У першому розділі проведено аналіз наукової та технічної літератури з питань переробки льону та використання його в трикотажній галузі текстильної промисловості.

Встановлено, що останніми роками в Україні, як і в усьому світі, відновлюється використання лляного волокна як екологічно чистого натурального волокнистого матеріалу, який вирощується на території поліських та західних регіонів країни.

Відомо, що головна частка льону (до 80 %) належить до категорії коротковолокнистого, який перероблявся в пряжу для виробів технічного призначення. Технологія котонізації - розволокнення технічних волокон льону до параметрів бавовняного волокна - знайшла використання на бавовнопереробних підприємствах. Відмічено розвиток технології котонізації льону. Так, зусиллями вчених КДУТД і працівниками підприємств одержано котонін, який за своєю якістю не поступається котоніну зарубіжних виробників.

Відомо, що головними вимогами до пряжі, яка забезпечить нормальне протікання процесу петлетворення на в'язальному обладнанні, є рівномірність за лінійною щільністю, гладкість поверхні та м'якість. Лляне волокно, на відміну від бавовняного, має високу жорсткість та малу еластичність. Використання модифікованого (котонізованого) короткого лляного волокна в суміші з бавовняним та/або віскозним волокном дозволяє одержати пряжу, яка за своїми властивостями придатна для переробки на трикотажному обладнанні. Значна увага приділена аналізу якості модифікованого лляного волокна, отриманого за різними технологіями котонізації.

Аналіз якості змішаної лляної пряжі, виготовленої за різними технологіями і в різному співвідношенні складових частин, показав, що найбільш якісною є двохкомпонентна (льон-бавовна, льон-віскоза) пряжа пневмомеханічного способу прядіння.

Опрацьовані літературні джерела показали тенденцію використання лляної пряжі в трикотажному виробництві: на плоскофангових та круглов'язальних машинах низьких класів в полотна кулірних переплетень. Це ставить задачу вивчення можливостей використання змішаної лляної пряжі, виробленої на основі котонізованого лляного волокна, і в основов'язальному виробництві.

На підставі вищевказаного сформульована мета роботи, обґрунтовано необхідність проведення комплексу теоретичних та експериментальних досліджень.

В другому розділі проведено теоретичний аналіз можливості переробки змішаної (50 % лляного та 50 % бавовняного волокна) лляної пряжі великої лінійної щільності на основов'язальних машинах типу “вертілка” існуючих класів. Обґрунтовано доцільність переробки змішаної лляної пряжі лінійної щільності 25 х 2 текс в якості утокової нитки без пров'язування її в петлі. Для запобігання одержання потовщень в місцях обвивки утоковою ниткою протяжок петель ґрунту рекомендовано використовувати змішану лляну пряжу як поперечний уток, вв'язуючи її між остовами та протяжками петель ґрунту при протилежному зсуві за спинками голок вушкових гребінок з утоковими та ґрунтовими нитками.

Детальний аналіз існуючих одногребінчатих переплетень дозволив зробити висновок про те, що в якості ґрунту утокового переплетення найдоцільніше використовувати переплетення сукно з закритими петлями для запобігання розпускання трикотажу. При цьому як ґрунтові використано віскозні нитки, які мають високу гігроскопічність та стійкість до підвищених температур.

Для забезпечення стабільності роботи в'язального обладнання та процесу в'язання рекомендовано проводити часткове (через вушковину) набирання утокової гребінки змішаною лляною пряжею лінійної щільності 25 х 2 текс при повному набиранні ґрунтової гребінки віскозними нитками лінійної щільності 13,3 текс.

На підставі детального аналізу переплетення обрано оптимальний зсув вушкової гребінки, яка набрана утоковими нитками, - три голкових кроки. Зменшення зсуву цієї гребінки призводить до утворення вертикальних потовщених смуг з одного або двох петельних стовпчиків та тонких смуг з протяжок петель ґрунту між ними. Зсув на чотири та більше голкових кроки призводить до утворення значних потовщень в місцях контакту двох утокових ниток.

У розвиток наукових праць проф. Мойсеєнко Ф.А., яким закладено теоретичні та практичні основи залежності розмірів і форми одинарних петель основов'язаних переплетень від виду петлі, взаємного розташування остову і протяжок петлі та довжини протяжок, проведено детальний аналіз взаємодії закритої петлі з одностороннім розташуванням протяжок та утокової нитки з протилежним розташуванням її витків.

Подальші дослідження переплетення показали, що співвідношення довжин ниток утоку та петлі ґрунту є найважливішим фактором, який впливає на структуру, зовнішній вигляд та фізико-механічні властивості трикотажу.

На підставі геометричних моделей трикотажу проведено теоретичні дослідження залежності структури трикотажу переплетення триголковий уток-сукно від головних параметрів структури: довжини ниток утоку і петлі сукно, а також їх співвідношення.

Структура досліджуваного трикотажу, в якому остови петель, протяжки яких обвиті утоком, вирівнюються і займають вертикальне положення, а остови петель, протяжки яких не обвиті утоковою ниткою, нахилені, характеризується таким співвідношенням довжин ниток утоку та петлі сукно:

, (1)

де ly - довжина нитки утоку;

lc - довжина нитки в петлі сукно;

dy - діаметер утокової нитки;

dгр - діаметер грунтової нитки;

Amin - мінімально можливий петельний крок.

Цей трикотаж має рівномірну дрібночарункову петельну структуру, яка представлена на рис. 1.

Для трикотажу, який виготовлено з льонобавовняної пряжі лінійною щільністю 25 х 2 текс як утокових та віскозних ниток лінійною щільністю 13,3 текс як грунтових така структура буде одержана при співвідношенні ly/lc=0,65.

При значному збільшенні довжини утоку, тобто при великому співвідношенні ly/lc всі петлі ґрунту поводяться в переплетенні однаково - так, як петлі одногребінчатого переплетення сукно: остови петель нахиляються в сторону, протилежну розташуванню їх протяжок, а утокова нитка розташовується вільно (без натягу) між протяжками та остовами петель сукно, обхоплюючи їх протяжки через одну петлю. Для рекомендованої заправки така структура трикотажу досягається при ly/lc?0,78.

Зменшення довжини нитки утоку, а відповідно й співвідношення довжин ниток, призводить до того, що остови петель, протяжки яких обвиті утоковою ниткою, нахиляються в сторону, протилежну нахилу остовів петель, протяжки яких не обвиті утоком. Для рекомендованої заправки така структура трикотажу досягається при співвідношенні ly/lc?0,62. Трикотаж, в якому довжина нитки утоку мінімальна, а довжина нитки в петлі сукно максимальна, тобто при мінімальному співвідношенні довжин ниток, має яскраво виражену чарункову структуру.

Рис. 1. Схема структури трикотажу переплетення уток-сукно

У третьому розділі проведено дослідження структури та механічних властивостей трикотажу переплетення уток-сукно, виготовленого з використанням змішаної лляної пряжі 25х2 текс як утокової та віскозних ниток 13,3 текс як ґрунтових.

Проведено планування експерименту в рамках реалізації матриці за планом Бокса (В2). Як керовані незалежні фактори прийняті: ly - довжина нитки утоку (фактор х1) та lc - довжина нитки в петлі сукно (фактор х2). Рівні варіювання факторів встановлені з урахуванням технологічних можливостей основов'язальної машини і становлять 2,86-3,15-3,44 мм для довжини утоку і 4,55-5,05-5,55 мм для довжини нитки в петлі сукно.

Обробка результатів експерименту проводилася на ПЕОМ, в результаті чого одержані адекватні з імовірністю 0,95 рівняння другого порядку, за якими побудовано графіки залежності параметрів структури та механічних властивостей трикотажу від довжин ниток та їх співвідношення.

Результати дослідження параметрів структури трикотажу переплетення уток-сукно наведено в таблиці 1.

Таблиця 1. Параметри структури трикотажу переплетення уток-сукно

Експериментальне дослідження петельної структури трикотажу підтвердило правильність теоретичних висновків про залежність структури трикотажу від співвідношення довжин ниток утоку та петлі сукно. При цьому, кут нахилу остовів ґрунтових петель, протяжки яких не обвиті утоковою ниткою, до лінії петельних стовпчиків зі зміною співвідношення ly/lc змінюється незначно і знаходиться в межах 25-33ъ. В той же час кут нахилу остовів петель, прятяжки яких обвиті утоковою ниткою, значно залежить від цього показника: при збільшенні співвідношення довжин ниток ly/lc від 0,52 до 0,76 кут нахилу остовів лежить в межах від -18ъ (нахил в бік розташування протяжок) до 17ъ (нахил в бік, протилежний розташуванню протяжок). Проведений аналіз петельної структури трикотажу переплетення уток-сукно підтвердив висновок про те, що при співвідношеннях довжин ниток утоку та петлі сукно близьких до 0,65 (0,63ч0.67) отримуємо трикотаж, в якому через один чергуються рівні петельні стовпчики та петельні стовпчики, які складаються з нахилених по черзі в різні боки остовів петель.

Головними факторами, що визначають формостійкість трикотажу, як і інших текстильних матеріалів, є жорсткість, пружність (незминання), стійкість до розтягнення та замочування.

Одним з головних показників, що характеризуть якість трикотажу, є зміна його лінійних розмірів після вологих обробок. Проведеними експериментальними дослідженнями було встановлено, що головна усадка полотна переплетення уток-сукно досліджуваної заправки відбувається вже після першого прання і пов'язана, перш за все, з високим показником усадки змішаної лляної пряжі (7-8 %), що вказує на необхідність пильного підбору режимів оздоблення полотна.

Усадка вздовж петельних рядків зростає зі збільшенням співвідношення ly/lc незалежно від того, чим воно викликане: збільшенням довжини утоку чи зменьшенням довжини нитки в петлі сукно. Таким чином, зменьшення співвідношення довжин ниток утоку та петлі сукно призводить до значного зниження усадки вздовж петельних рядків полотна.

Одержані графічні залежності жорсткості на згин полотен розробленої структури показують, що жорсткість трикотажу на згин вздовж петельних стовпчиків при зміні довжин ниток в петлях змінюється незначно в межах 1300ч1800 сН·см2. Проте показник жорсткості на згин вздовж петельних рядків коливається від 4000 до 10000 сН·см2 і має наступну залежність від обраних факторів:

Y {EI} = 5940 + 1529 x1 - 1894 x2 + 1695 x12 + 2003 x1 x2. (2)

Таким чином, змінюючи лише довжини ниток утоку та петель сукно можна одержати ряд основов'язаних полотен з різними значеннями показника жорсткості на згин поперек полотна при незначній різниці показника вздовж полотна.

При вивченні незминання трикотажних полотен було встановлено факт залежності показника від способу проведення дослідів - способу складання полосок трикотажу: лицьовим чи зворотнім боком зовні. Залежності показника незминання основов'язаних полотен переплетення уток-сукно досліджуємої заправки мають вигляд:

незминання уздовж петельних стовпчиків лицьовим боком зовні:

Y Сди = 61,85 + 4,24 x2 + 3,5 x12 + 1,04 x22 + 1,86 x1 x2, (3)

незминання уздовж петельних стовпчиків виворотним боком зовні:

Y Сдл= 35,62 +2,03 x12 - 0,38 x22, (4)

незминання уздовж петельних рядків лицьовим боком зовні:

Y Сши = 58,11 - 3,63 x1 + 1,62 x12 - 4,21 x22, (5)

незминання уздовж петельних рядків виворотним боком зовні:

Y Сшл = 67,38 - 0,35 x12 - 4,75 x22 + 2,05 x1 x2. (6)

Результати досліджень показали, що найбільші показники незминаня має трикотаж з мінімальним співвідношенням довжин ниток утоку та петлі сукно.

Для характеристики механічних властивостей трикотажу важливе значення має співвідношення складових частин повної деформації. В результаті проведеного експерименту підтвердилась достовірність теоретичних висновків. Так, при розтягненні вздовж петельних стовпчиків довжина утоку не впливає на частки складових частин деформації тому, що головні навантаження сприймають остови петель сукно. Зі збільшенням довжини нитки в петлі сукно відбувається значне зниження часток швидкозворотньої (з 0,38 до 0,26) та повільнозворотньої (з 0,25 до 0,17) деформацій і збільшення частки незворотньої деформації (з 0,38 до 0,60). Таким чином, трикотаж з найбільшою довжиною нитки в петлі сукно має найнижчу формостійкість при розтягненні уздовж петельних стовпчиків.

При розтягненні уздовж петельних рядків частка незворотньої деформації складає приблизно 50 %, при чому ні зміни довжин ниток в петлях, ні їх співвідношення не впливають на цей показник. Це пов'язано, перш за все, з тим, що при розтягненні поперек полотна головне навантаження сприймають утокові нитки, в результаті чого зростає частка зворотніх деформацій та підвищується формостійкість полотен в напрямку прокладання утоку.

У четвертому розділі проведено аналіз існуючих способів формоутворення та забезпечення формостійкості деталей виробів. Було відмічено, що трикотаж сам по собі є гарним матеріалом для формоутворення, але він не забезпечує довгострокове закріплення отриманої форми.

Найрозповсюдженішим способом підвищення формостійкості деталей одягу є фронтальне дублювання - формування гарячим пресуванням з одночасним дублюванням.

Аналіз клейового з'єднання між трикотажем та прокладкою показав, що під час плавлення клейової нитки утворюються з'єднання не лише між двома матеріалами, але й між елементами структури трикотажу. Цей факт покладено в основу створення безпрокладкового формостійкого матеріалу, який може використовуватися як прикладний матеріал для деталей одягу (манжети, підкомірці, планки).

Так, введення в структуру основов'язаного трикотажу низькоплавкої термопластичної нитки з розташуванням її у вигляді утоку між остовами та протяжками петель ґрунту при наступній термообробці під час формування приводить до того, що низькоплавка термопластична нитка, пом'якшуючись, створює в точках стикання з нитками ґрунту контактні з'єднання, які забезпечують закріплення форми. Це забезпечує здатність полотна до формозакріплення при стійкому збереженні форми, що підвищує якість формування, а виконання основов'язаного трикотажу трьох або чотиригребінчатим переплетенням виключає проникнення термопластичних ниток на зовнішню поверхню трикотажу.

Як вихідне використано основов'язане полотно переплетення, структура та властивості якого розглянуті в розділах 2 та 3, зі співвідношенням довжин ниток утоку та петлі сукно 0,65. Термопластична нитка, в якості якої використана поліетиленова нитка лінійною щільністю 18 текс, заправлялася в першу гребінку та прокладалася у вигляді утоку при мінімальному натягу, що сприяє вільному розташуванню нитки в трикотажі і не викликає змін конфігурації петель.

Вміст термопластичної компоненти регулювався двома факторами: зміною повноти набирання вушкової гребінки поліетиленовими нитками (через одну або через дві вушковини) та зміною рапорту зсуву (на три або чотири голкових кроки) гребінки за спинками голок (паралельно чи протилежно гребінці зі змішаною лляною пряжею).

В таблиці 2 наведена характеристика експериментальних зразків полотна. Оцінка формостійкості розроблених полотен виконувалася двома методами: оцінкою саме форостійкості та оцінкою фізико-механічних властивостей трикотажу.

Дослідження формостійкості трикотажу методом віброформування показало, що головний вплив на коефіцієнт формостійкості має температура в зоні обробки матеріалу. При температурі, нижчій за 140?С, формоутворення відбувається лише за рахунок рухомості петельної структури трикотажу та пластичності змішаної лляної пряжі. При цьому не забезпечується жорстке фіксування форми, на що вказує зниження коефіцієнту формування через 24 години після формування. При температурі в зоні обробки, яка перевищує 140?С, відбувається розплавлення термопластичної нитки і створення в зонах контакту з грунтовими нитками адгезійних з'єднань, які забезпечують довгострокове фіксування одержаної форми та добру якість формування. Необхідно відзначити, що навіть при самих несприятливих варіантах рівнів вхідних параметрів значення коефіцієнту формовання не знижується нижче 0,75.

Стабільність форми одягу залежить від різних факторів, визначальними з яких є здатність полотна опиратися деформації згину (жорсткість) та зміна його лінійних розмірів після волого-теплових обробок (усадка). Дослідження цих властивостей проводилося в два етапи: на першому вимірювалися показники полотен до термообробки; на другому етапі проводилася термообробка зразків протягом 20 сек. при температурі 140?С, а потім вдруге визначались властивості полотен. Результати досліджень наведені на рис.2 та 3.

Таблиця 2. Характеристика полотен, які містять термопластичну поліетиленову нитку

Рис. 2. Залежність жорсткості полотен від вмісту поліетиленової нитки

Проведені дослідження повітрепроникнення полотен показали, що введення в структуру трикотажу термопластичної поліетиленової нитки суттєво не впливає на цей показник: збільшення вмісту поліетиленової нитки до 20 % зменьшує повітрепроникненість трикотажу на 8 % і пов'язане, перш за все, з підвищенням об'ємного заповнення трикотажу. Повітрепроникнення полотен, які пройшли термообробку, на 10-25 % вище повітрепроникнення пакету матеріалів “вихідний матеріал плюс клейовий прокладковий матеріал”.

У п'ятому розділі проведено оцінку конкурентоздатності основов'язаних полотен, виготовлених з використанням змішаної лляної пряжі та полотен, які містять низькоплавку поліетиленову нитку.

На підставі експертної оцінки показників якості трикотажних полотен проведено їх ранжування, що дозволило визначити п'ять головних:

- для полотен, які використовуються в вироби сорочкового асортименту:

зміна лінійних розмірів після вологих обробок,

незминання,

повітрепроникнення,

жорсткість на згин,

гігроскопичність;

для полотен, які використовуються як безпрокладковий матеріал для формостійких деталей виробів:

зміна лінійних розмірів після вологих обробок,

жорсткість на згин,

повітрепроникнення,

поверхнева щільність полотна,

стійкість до стирання.

Рівень конкурентоздатності qi оцінювався диференціальним методом за формулами:

для позитивних показників

(7)

для негативних показників

(8)

де Pi - значення i-го показника якості виробу, яке оцінюється,

Piд - значення i-го показника якості аналога.

Комплексна оцінка рівня якості основов'язаного полотна, яке містить змішану лляну пряжу та використовується в вироби сорочкового асортименту, показала, що за головними показниками якості ці матеріали відповідають, а за деякіми перевищують, нормативним потребам вітчизняних та зарубіжних аналогів. Це відкриває нові можливості в розширенні асортименту виробів.

Оцінка рівня якості основов'язаного полотна, яке містить низькоплавку термопластичну нитку, показала, що за показниками якості ці матеріали перевищують показники аналога - пакету “трикотажний матеріал плюс клейовий прокладковий матеріал”, що відкриває нові можливості в розвитку технологічного процесу виготовлення виробів.

Показники конкурентоздатності розроблених основов'язаних полотен вище вітчизняних та зарубіжних аналогів.

Висновки