Теоретико-технологическая разработка процессов герметизации швейных изделий для повышения водозащитных свойств

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Теоретико-технологическая разработка процессов герметизации швейных изделий для повышения водозащитных свойств

Специальность 05.19.04 - Технология швейных изделий

На правах рукописи

Метелёва Ольга Викторовна

Иваново 2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академии» (ИГТА).

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Веселов Валерий Викторович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Романов Виктор Егорович;

доктор технических наук, профессор Изгородин Анатолий Кузьмич;

доктор технических наук, профессор Койтова Жанна Юрьевна

Ведущая организация - Московский государственный университет дизайна и технологии.

Защита состоится 11 октября в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153013, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан «____» ________________2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Кулида Н. А.

Общая характеристика работы

водозащитный швейный одежда технологический

Актуальность проблемы. В комплексе научных и прикладных исследований, направленных на решение проблем улучшения промышленно-потребительских свойств швейных изделий, большое значение при проектировании и изготовлении продукции имеют работы по созданию, обоснованию и сохранению ее функционального соответствия условиям эксплуатации.

Активное развитие ассортимента материалов для швейных изделий и повышение их качественных показателей должны быть учтены при разработке современных технологий производства одежды. В практике изготовления водозащитных швейных изделий известно, что использование ниточного способа соединения деталей и узлов приводит к существенному нарушению исходного уровня водозащитных свойств материала. Выбор материалов с определенным качеством водоотталкивающей отделки для изготовления одежды не гарантирует такое же качество ее производства без использования специальных технологий герметизации швов.

Значимость исследований и разработок в области улучшения водозащитной функции швейных изделий обусловлена сложностью и необходимостью учета при проектировании и пошиве таких изделий большого комплекса производственных и эксплуатационных факторов, влияющих на достижение конечного результата.

Основным негативным последствием отсутствия научного обоснования и практических рекомендаций по обеспечению требуемого уровня водозащитных свойств является массовое производство швейных изделий с функцией защиты от воды неизвестного уровня качества. Для незначительной доли герметизированных швейных изделий характерны высокая материалоемкость, трудоемкость, зависимость от зарубежных поставок герметизирующих материалов и оборудования, а следовательно, высокая стоимость изделий и часто нарушение экологии производства.

Основной задачей в данном контексте решения проблемы является разработка новых технологий герметизации водозащитных швейных изделий, которые гармонично интегрируются в процессы швейного производства.

Работа выполнена в рамках общероссийской межвузовской научно-технической программы «Научные исследования высшей школы в области новых материалов» по теме «Проектирование изделий специального назначения с заданными свойствами» в соответствии с тематическими планами исследований ИГТА и на конкурсной основе получала гранты для проведения фундаментальных исследований в области проблем легкой промышленности Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию: 1994-1996 гг. «Разработка технологии и оборудования по гидрофобизации мест ниточных соединений деталей водозащитной одежды», 1999-2000 гг. «Разработка теоретических основ и обоснование создания высокоэффективной технологии изготовления водозащитной одежды», 2003-2004 гг. «Разработка технологии, вспомогательных материалов и оборудования для герметизации водонепроницаемых швейных изделий».

Цель работы состояла в повышении водозащитной способности швейных изделий путем разработки комбинированных технологий герметизации на основе использования современных гидрофобизаторов и герметизирующих материалов.

Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:

- исследовано влияние различных факторов (материала, конструкции узлов и ниточных соединений, технологий изготовления и условий эксплуатации) на водозащитную функцию швейных изделий;

- разработаны требования и правила гармонизации процессов физико-химической герметизации и швейных технологий с созданием комбинированных технологий производства водозащитных изделий;

- исследована эффективность применения различных гидрофобизирующих композиций и герметизирующих материалов для обработки узлов и ниточных соединений швейных изделий из всех видов материалов с водозащитными свойствами;

- разработаны технические устройства и технологии герметизации швейных изделий из водозащитных материалов разного назначения, адаптированные к условиям традиционных швейных процессов;

- спроектированы и исследованы технологические процессы, позволяющие реализовать герметизирующую обработку швейных изделий в рамках концентрированных швейных операций;

- разработаны методы и технические устройства для определения характеристик водозащитных свойств узлов и соединений водозащитных швейных изделий;

- систематизированы элементы информационной системы, позволяющей управлять процессом формирования водозащитной способности швейного изделия соответствующего уровня;

- разработан алгоритм проектирования изделий из водозащитных материалов и оптимизации выбора методов обеспечения необходимой герметичности в рамках традиционных технологических подходов и с использованием современных гидрофобизаторов и герметизирующих материалов;

- внедрены основные результаты исследований для получения водозащитных изделий в производственных условиях.

Общая характеристика объектов и методов исследования. Объектами исследований являлись: детали и узлы существующего ассортимента швейных изделий и образцы водозащитной спецодежды разного назначения; процессы проектирования и изготовления водозащитной спецодежды, формирования и оценки уровня качества водозащитной функции швейных изделий; серийно выпускаемые ткани с водоотталкивающей отделкой, а также материалы с пленочным покрытием отечественного производства и импортируемые из-за рубежа.

При решении поставленных задач применены теоретические и экспериментальные методы. В теоретических исследованиях использованы общая методология системного подхода к проектированию спецодежды, теории склеивания материалов, гидродинамики вязких жидкостей, теплотехнических процессов, методы решения уравнений математической физики. В экспериментальных исследованиях применены физико-технические и физико-химические методы; стандартные и оригинальные методы и средства исследования свойств материалов и швейных изделий. Обработка результатов осуществлена на ПЭВМ с использованием методов математической статистики, корреляционного и регрессионного анализа.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на результатах натурного эксперимента, подтверждена методами математического анализа, методами идентификации моделей, а также полученными актами производственной апробации результатов работы.

Значимость для теории. Установлены: закономерности намокания деталей одежды, определяющие размеры накладных защитных деталей; явление физико-химического взаимодействия на молекулярном уровне акрилатных полимерных пленочных герметиков с синтетическими материалами, используемыми в производстве водозащитных швейных изделий; закономерности гидродинамики заполнения герметиком отверстий прокола ниточной строчки, позволяющие обосновать рациональные параметры герметизирующей обработки (вязкости герметизирующей жидкости и давления ее подачи).

Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснованы способы регулируемого повышения водозащитной способности швейных изделий из материалов с водоотталкивающей отделкой или полимерным покрытием посредством герметизации ниточных соединений и узлов соответственно водорастворимыми гидрофобизирующими препаратами или клеевыми пленками из акрилатных латексов. На основании предложенных способов и выявленных закономерностей разработаны комбинированные технологии в виде концентрированных операций («стачивание + облитерация», «ВТО + гидрофобизация», «стачивание + клеевое дублирование»), улучшающие качество водозащитных швейных изделий. При этом получены следующие результаты:

· определена степень влияния ниточного способа соединения деталей и узлов на снижение водозащитных свойств швейного изделия (в 1,5-4,0 раза), изготавливаемого по традиционной технологии;

· экспериментально и аналитически доказано, что проектирование концентрированных операций сопряжено с необходимостью установления механизмов физического воздействия и физико-химического взаимодействия герметизирующих средств с материалами швейных изделий и обоснования их технологической и экономической эффективности;

· выполнена оценка влияния совокупности режимов физического воздействия «вязкость-давление» и конструктивных параметров узла «подача-отсос» устройства к швейной машине на обеспечение заданного уровня водозащитных свойств ниточного соединения в последовательно-одновременном процессе стачивания и герметизирующей обработки строчки гидрофобизатором плювион ПЕГ;

· установлено соответствие между прогнозируемой степенью блокирования пор отверстий ниточной строчки, соединяющей пакеты разной толщины из различных материалов, и экспериментальными результатами исследования водозащитных свойств швов и узлов при выборе рациональных сочетаний параметров стачивания и герметизирующего воздействия;

· получены физические модели и их математическое описание по управлению процессом формирования водозащитных свойств в ходе локальной герметизирующей влажно-теплогидрофобизирующей обработки (ВТГО) швейных изделий;

· установлена согласованность результатов определения продолжительности стадии контактной сушки в ходе проведения операции ВТГО методами экспериментально-расчетным и расчетным на основе решения основного уравнения теплопроводности для однородного стержня конечной длины, боковая поверхность и один конец которого теплоизолированы, а другой конец контактирует с нагретой поверхностью;

· показано, что при клеевой дублирующей герметизации швов изделий из материалов с полимерным покрытием пленками на основе акрилатных латексов при кратковременном действии внешнего давления и в результате проявления реологических свойств клеевого слоя пленки на границе раздела фаз полимерных материалов осуществляется межфазный контакт на уровне межмолекулярного взаимодействия с участием различных функциональных групп.

Техническая новизна разработанных в ходе выполнения работы технологий герметизации водозащитных швейных изделий и устройств для их реализации и оценки качества, а также художественно-технических решений специальной одежды для различных условий труда подтверждается получением авторского свидетельства, 5 патентов на изобретения, 2 патентов на промышленные образцы, 6 свидетельств и патентов на полезные модели.

Практическая значимость работы. Разработаны принципиально новые комбинированные технологии для локальной герметизации швейных изделий из материалов с различным уровнем водозащитного эффекта, получены клеевые вспомогательные материалы на основе водных дисперсий акриловых полимеров для дублирования ниточных соединений, разработаны приборы для измерения водоупорности и смачивания материалов.

Для реализации в производственных условиях новой технологии дублирования швов осуществлена работа по опытно-промышленному производству клеевого пленочного материала, созданного совместно с ФГУП «ИвНИИПИК». В результате выпуска опытно-промышленных партий отработаны рецептурно-технологические параметры и схема получения клеевого пленочного материала применительно к наносно-переносному агрегату «Спунер» (Япония).

В результате внедрения новых технологий в ГУП учреждении ОК-3/7 ГУИН Минюста России по УИН Ивановской области и в Ивановском филиале ФГУ НИИИиПТ ФСИН России экономический эффект составляет:

- от внедрения новой технологии влажно-теплохимической локальной обработки швейных изделий за счет повышения потребительского качества и снижения материалоемкости 43037,5 руб. на 5000 изделий;

- от внедрения разработанной технологии герметизации проколов строчки гидрофобизирующими композициями за счет улучшения потребительских свойств 56325 руб. на 5000 изделий;

- от внедрения комбинированной технологии дублирования швов изделий из материалов с полимерным покрытием клеевой пленкой за счет улучшения потребительских свойств 96100 руб. на 5000 изделий.

Разработанные технологии приняты к внедрению на предприятиях УФСИН России по Чувашской Республике-Чувашии. Экономический эффект составляет:

- от внедрения новой технологии локальной влажно-теплогидрофобной обработки швейных изделий раствором гидрофобизатора персистоль Е 51607,5 руб. на 4000 изделий за счет повышения потребительского качества и снижения материалоемкости;

- от внедрения созданной технологии герметизации проколов строчки плювионом ПЕГ 67513 руб. на 5000 изделий за счет улучшения потребительских свойств продукции;

- от внедрения комбинированной технологии клеевой герметизации водозащитных изделий с использованием специально созданного материала за счет улучшения потребительских свойств 121317 руб. на 5000 изделий.

Разработан ряд оригинальных устройств, способствующих решению задач оценки уровня качества и повышения эффективности принципиально новых технологий герметизации ниточных соединений и узлов швейных изделий.

Результаты исследований вошли в книгу Веселова В. В., Колотиловой Г. В. «Химизация технологических процессов швейного производства» (М: Легпромбытиздат, 1985. - 128 с.) и раздел «Герметизация швов водозащитных изделий» учебника Веселова В. В., Колотиловой Г. В. «Химизация технологических процессов швейных предприятий» (Иваново: ИГТА, 1999. - 24 с.), рекомендованного Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации для подготовки инженерных кадров. Результаты работы внедрены в учебный процесс ИГТА при изучении дисциплин «Химизация технологических процессов швейных предприятий», «Технология швейных изделий», «Методы и средства исследований».

Автор защищает:

· алгоритм проектирования концентрированных операций, включающих традиционные швейные операции, физико-химическое воздействие или локальное пленочное дублирование для обеспечения заданной водонепроницаемости ниточного соединения;

· теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение нового совмещенного способа герметизации ниточных строчек в изделиях из различных водозащитных материалов, заключающегося в регулируемой облитерации пор отверстий от прокола иглой гидрофобизатором плювион ПЕГ;

· аналитическое обоснование и экспериментальное подтверждение нового способа повышения водозащитной способности швейных изделий из материалов с водоотталкивающей отделкой путем локальной влажно-теплохимической обработки ниточных соединений, узлов и деталей, включающей пропаривание и одновременное внесение в пакет материалов гидрофобизатора, сушку (и термообработку для термофиксируемых препаратов) в процессе ВТО;

· экспериментальное обоснование способа герметизации швейных изделий из материалов с полимерным покрытием, осуществляемого посредством поверхностного дублирования образуемых соединений клеевой многослойной пленкой из акрилатных латексов и приводящего к взаимодействию на макромолекулярном уровне между клеевым слоем пленки и полимерным покрытием материала.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на следующих конференциях: международных научно-технических конференциях: по использованию современных наукоемких технологий и перспективных материалов в текстильной и легкой промышленности (ИГТА, 1994, 1995, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004, 2005, 2006); по актуальным проблемам науки, техники и экономики легкой промышленности (МГУДТ, 2000); по актуальным проблемам химии и химической технологии (ИГХТУ,1999); по актуальным проблемам переработки льна в современных условиях (КГТУ, 2002); о роли предметов личного потребления в формировании среды жизнедеятельности человека (МГУДТ, 2002); о новом в технике и технологии текстильной и легкой промышленности (ВГТУ, 2005); международной научно-практической конференции по актуальным проблемам создания и использования новых материалов и оценки их качества (МГУ сервиса, 1999); II международной научно-технической конференции «Достижения текстильной химии в производство» (ИХР РАН, 2004); II Конгрессе химиков-текстильщиков и колористов (РСТК, 1996); Всесоюзной научно-технической конференции по развитию ассортимента изделий легкой промышленности (ИВТИ, 1987); I и II международных научно-технических конференциях по актуальным проблемам химии, химической технологии (ИГХТА, 1997, 1999); всероссийских научно-технических конференциях по современным технологиям и оборудованию текстильной промышленности (МГТА им. А. Н. Косыгина, 1998, МГУДТ, 1999); по актуальным проблемам проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения (ДИТУД УГТУ, 2005); I региональной межвузовской конференции по актуальным проблемам химии, химической технологии и химического оборудования (ИГХТУ, 1996); межвузовских научно-технических конференциях по современным проблемам текстильной и легкой промышленности (РОСЗИТЛП, 1998, 2000, 2001, 2006); юбилейной межвузовской научно-технической конференции и научно-методических семинарах СПбГУТД (2000); областных научно-технических конференциях по новым техническим и технологическим разработкам и их внедрению в текстильной и легкой промышленности (ИВТИ, 1983, 1986, 1989). Содержание представленных докладов отражено в тезисах перечисленных выше конференций.

Результаты разработки технологий и оборудования для герметизации швейных изделий экспонировались на выставках: ВДНХ СССР (1987) (бронзовая медаль); научно-технической конференции-выставке СПбГУТД (2001); выставке научных достижений Ивановской области «Инновации - 004», презентации проектов «Новые технологии для текстильных и швейных предприятий» в рамках ХIII российского конкурса «Текстильный салон - 2005» (диплом участника); презентации проектов «Новые технологии для текстильных и швейных предприятий» в рамках ХIV российского конкурса «Текстильный салон - 2006» (диплом участника) и выставке научных достижений Ивановской области «Инновации - 2006» (диплом).

Публикации. Всего по материалам диссертации опубликовано 85 работ. Основные результаты выполненных исследований отражены в 15 статьях в журналах «Изв. вузов. Технология легкой промышленности» и «Изв. вузов. Технология текстильной промышленности», представлены 1 авторским свидетельством и 13 патентами на изобретения, промышленные образцы и полезные модели. Кроме того, по результатам исследований опубликованы 3 статьи в журнале «Текстильная химия», 1 статья в журнале «Современные проблемы текстильной химии/ Российский химический журнал (журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева)», 1 статья в журнале «Fibres $ Textiles in Eastern Europe», 1 статья в периодическом издании «Швейная промышленность: отечественный производственный опыт. Экспресс-информация», 4 статьи в сборниках научных трудов и Вестнике ИГТА, 45 тезисов докладов международных и всероссийских конференций, 1 статья депонирована.

Личное участие автора в получении изложенных в диссертации результатов. Постановка задач, выбор методов и направлений исследований, анализ и обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору.

Ряд положений теоретического и экспериментального обоснования эффективности технологий герметизации водозащитных швейных изделий использован при выполнении диссертационных работ на соискание ученой степени кандидата технических наук аспирантами под руководством автора.

Структура и объем работы. Работа, изложенная на 352 страницах и включающая 144 рисунка и 31таблицу, содержит введение, 6 глав, общие выводы и рекомендации, библиографический список из 342 наименований и 23 приложения.

Содержание работы

Введение и общая характеристика работы посвящены обоснованию актуальности решаемой проблемы, постановке цели и определению комплекса задач, изложению основных результатов диссертации, их научной и практической значимости, представлению основных положений, выносимых на защиту.

В первой главе определены задачи обеспечения и исследования качества водозащитных швейных изделий. Проанализирован современный ассортимент водозащитных швейных изделий. Систематизированы способы придания водозащитных свойств тканям, описаны широкие возможности формирования водозащитного уровня одежды за счет правильного выбора и использования материала и показано, что ориентиром в определении функционального назначения швейного изделия должен служить комплекс защитных свойств материала.

Выполнен анализ возможностей обеспечения защитных свойств одежды: обобщены известные причины повреждения материалов иглой, рекомендации к проектированию защитных изделий, технические и технологические решения для обеспечения герметичности ниточных соединений. Анализ 76 моделей специальной одежды по НД и 759 моделей по коллекциям различных фирм показал, что защитная функция одежды не обеспечивается в полной мере. Существующее разнообразие технологических подходов к обеспечению герметичности швов швейных изделий не ориентировано на различие водозащитных и структурных характеристик материалов, области их использования.

Классифицированы существующие методы оценки водозащитных свойств материалов и изделий из них. Несмотря на их многообразие, потребитель не имеет сведений о надежности швейного изделия, изготовленного с применением той или иной технологии придания герметичности швам.

Определены основные направления исследований и механизмы решения проблемы улучшения водозащитного эффекта швейных изделий.

Во второй главе исследованы традиционные конструктивные и технологические возможности обеспечения водозащитных свойств одежды. Для этого получены характеристики процесса промокания швейного изделия при воздействии атмосферных осадков.

При проектировании водозащитных изделий для работающих, профессиональная деятельность которых осуществляется вне помещений, должны быть учтены вероятные погодные условия. Зону намокания поверхности деталей плечевой одежды - куртки мужской рабочей 176-100-88 из хлопчатобумажной ткани арт. 856 без водоотталкивающей отделки - при действии дождя с имитацией различных погодных условий определяли с помощью специально смонтированной для исследований дождевальной установки. В результате проведенных исследований установлены границы поэтапного намокания полочек и спинки при различных углах падения дождевых струй постоянной интенсивности. Определены средние линии границ намокания деталей и получены уравнения аппроксимации результирующих кривых параллельно методами Гаусса и Зейделя:

для полочки (1)

для спинки (2)

Площадь зон намокания рассчитана с помощью пакета программ «Раскрой-16» рационального раскроя листовых материалов на ПЭВМ. Анализ показал, что при увеличении времени воздействия воды площадь намокания деталей увеличивается нелинейно и на полочках и спинке процесс происходит по-разному. С увеличением угла падения воды площадь намокания уменьшается. Анализ скорости изменения площади намокания (рис. 1) свидетельствует о том, что динамика процесса намокания определяется в значительной степени изменением угла наклона поверхности одежды.

Рис. 1. Изменение средней скорости намокания спинки и полочек при изменении угла дождевания

Экспериментально с помощью специально созданной и запатентованной установки исследовано влияние изменения угла наклона поверхности одежды на продолжительность времени промокания. На тех участках швейного изделия, где воздействие воды происходит под углами 60-90? к поверхности, продолжительность времени промокания швов минимальна. На этих участках не должно быть соединительных швов. Независимо от толщины и конструкции с учетом погрешности измерений горизонтальные швы промокают в 3-26 раз быстрее, чем ткань.

С учетом максимального угла падения воды на наклонную поверхность одежды дополнительно защищаемая зона должна быть увеличена: на спинке должна включать участок от плечевого шва до уровня 25? к вертикали; на полочках - всю верхнюю поверхность груди до уровня, где наклон поверхности полочек составляет 8? к вертикали.

Таким образом, при проектировании размеров накладных защитных деталей для полочек и спинки должны учитываться угол воздействия осадков и расположение поверхности изделия в пространстве.

Водозащитные свойства швейных изделий из тканей с водоотталкивающей отделкой или пленочным покрытием в равной степени зависят от качества обработки в сфере текстильно-отделочного производства и качества изготовления одежды на швейных предприятиях. Выполнен анализ ниточного способа соединения как комплекса факторов, определяющих уровень водонепроницаемости швейного изделия

Эксперименты показали, что благодаря водоотталкивающей отделке персистолом Е прорубаемость текстильных материалов уменьшилась в 1,4-3,5 раза в зависимости от вида переплетения. Но чем больше водоупорность ткани, тем ниже водоупорность швов.

На основе всесторонних экспериментальных исследований ниточных соединений установлено, что:

- обеспечиваемый материалом уровень водозащитных свойств не является характеристикой для швейного изделия, т. е. швы, а не текстильный материал определяют водозащитные свойства швейного изделия, при этом степень снижения водоупорности швов достигает 50 % в зависимости от толщины пакета узла;

- для ткани полотняного переплетения с увеличением наклона срезов к нити основы до 45 % водоупорность швов уменьшается почти в два раза, для ткани саржевого переплетения - на 25 % при любом отклонении срезов от нити основы. Поскольку большинство срезов деталей изделия имеют отклонение от нити основы, этот фактор целесообразно учитывать в совокупности с конструкцией соединения, а для неосновных членений рекомендуется не использовать наклонные к нити основы срезы;

- необходимо применять рациональные параметры образования ниточных соединений для минимального снижения уровня водозащитных свойств в изделии;

- включение дополнительных защитных деталей в швы нецелесообразно, т. к. при этом ниточные соединения остаются открытыми воздействию воды. В швах максимально возможный защитный эффект может быть достигнут при увеличении толщины пакета и ее распределении с учетом вида деформации при эксплуатации.

Полученные практические результаты для целей принятия аргументированных решений в процессе конструктивно-технологического проектирования модели изделия в работе представлены в систематизированном виде.

Исследовано качество защиты от воды швейного изделия при воздействии комплекса эксплуатационных факторов.

Проникновение влаги внутрь одежды уменьшается в результате использования в наружном слое пакета гидрофобных материалов с водоотталкивающими свойствами. Значит, одним из критериев водозащитной способности одежды должна быть степень ее намокания, приводящая к нарушению одной из основных функций производственной одежды - сохранение здоровья человека.

Определено влияние объема и степени увлажнения пакета швейного изделия на продолжительность его намокания. Оценка производилась по изменению поверхностного электрического сопротивления (ПЭС) изнаночной стороны пакета изделия. Установлено, что ткань с водоотталкивающей отделкой способна сопротивляться длительное время осадкам в виде моросящего дождя и даже незначительного ливня. При влагосодержании 130 % ткань верха сохраняет в полной мере защитный эффект, ее ПЭС находится в пределах 108 Ом, при этом увеличения влагосодержания утеплителя и подкладки не наблюдается.

Помимо интенсивности и давления воды на водозащитные свойства пакета одежды оказывают влияние перепады температуры, которые испытывает швейное изделие постоянно в условиях сезонных изменений погоды. Увеличение разности температур между внутренней и внешней поверхностями одежды приводит к значительному изменению продолжительности ее намокания при одинаковой интенсивности увлажнения, в свою очередь увлажнение пакета материала приводит к изменению температуры в пододежном пространстве изделия (рис. 2).

Рис. 2. Влияние увлажнения пакета на изменение ПЭС и температуры на внутренней его поверхности

Эти исследования согласуются с исследованиями влияния водопроницаемости швов на теплозащитные свойства пакета одежды. При воздействии дождя в течение 120 мин на пакет утепленного изделия, шов которого не герметизирован, его масса увеличивается за счет поглощения влаги на 19,70 % и теплозащитные свойства снижаются на 18,60 %, в то время как теплозащитные свойства пакета с герметизированным швом снижаются в меньшей степени - на 5,20 % при одновременном увеличении массы на 4,65 %. Таким образом, при использовании в одежде ткани верха с пленочным покрытием или с водоотталкивающей отделкой герметизация ниточных соединений необходима для сохранения не только водозащитных свойств, но и теплозащитных.

Утолщенные и уплотненные соединения имеют более высокую водоупорность, в том числе если шов на деталях располагается под углом к нити основы. Но это преимущество теряется при воздействии на швы растягивающих, изгибающих и истирающих деформаций. В деформируемом состоянии швы имеют способность сопротивляться проникновению воды, до 20 раз меньшую в зависимости от характера, направления, величины деформации и конструкции шва. В наибольшей степени снижает герметичность ниточных соединений деформация растяжения, перпендикулярная шву, в наименьшей - деформация изгиба вдоль шва.

При действии поперечного трения швы промокают в течение нескольких секунд независимо от конструкции и толщины. Продолжительность промокания при воздействии деформации продольного трения зависит от толщины пакета, от количества строчек, образующих шов, от расположения деталей в шве. Для ткани увеличение количества слоев однозначно приводит к увеличению продолжительности промокания. Для швов - вывод не столь однозначен. Менее проницаемы для воды швы, которые соединяют более двух слоев с направлением припусков в сторону более толстого пакета и с выполнением более двух строчек - редкий конструктивный вариант при изготовлении швейных изделий.

Таким образом, обеспечение соответствия показателей качества водозащитной способности швейных изделий и материалов является сложной задачей. Альтернативой значительным усилиям по выбору рациональных конструктивно-технологических решений с учетом всех уже известных и установленных в результате исследований факторов может быть только дополнительная герметизирующая обработка ниточных соединений, а также участков изделий, подверженных максимальному воздействию воды.

В третьей главе выполнена разработка метода проектирования комбинированных технологий швейного производства.

Поиск решения проблемы осуществлен в области разработки новых технологий швейного производства, базирующихся на использовании достижений в придании водонепроницаемости текстильным материалам и адаптации их к особенностям процессов швейного производства.

Химизация технологических процессов швейного производства является закономерным продолжением развития его сырьевой базы. Элементы химических технологий давно используются при изготовлении швейных изделий.

Получение экономических и технологических эффектов при использовании химических технологий основано на рациональном применении химических веществ и материалов и физических воздействий. Но они должны при этом отвечать ряду сформулированных в работе общих требований.

Одним из путей эффективного применения химических веществ и материалов является проектирование концентрированных операций, являющихся основой для создания новых видов специального оборудования и приводящих к разработке новых комбинированных технологий. В работе определены условия интенсификации швейных процессов при использовании концентрированной операции.

Последовательность действий при проектировании новой концентрированной операции для швейного производства, в т. ч. при создании комбинированных технологий, представлена на рис. 3.

В результате разработки концентрированных операций обеспечивается решение следующих актуальных задач развития технологии швейных изделий:

1) уменьшение трудоемкости обработки и повышение уровня механизации путем оптимизации структуры неделимых операций, последовательности изготовления, процесса производства в целом за счет исключения ряда вспомогательных, особенно ручных, приемов и операций;

2) создание новых эффективных комбинированных технологий, образуемых путем включения в основные швейные операции дополнительных воздействий.

На основе анализа сложившегося опыта проектирования концентрированных операций обобщены правила их комбинирования в виде логических ограничений и допусков. Анализ возможности концентрации разнородных операций и достижения условий эффективной организации концентрированной операции предполагает, прежде всего, проверку соответствия общим и дополнительным требованиям.

Используются следующие методы концентрации:

- обоснованное соединение двух или более следующих в последовательности друг за другом однородных или разнородных неделимых швейных операций в одну неделимую за счет проектирования нового многоинструментального оборудования с сохранением всех основных приемов операций. Чем больше степень концентрации операции, тем сложнее оборудование;

- исключение из технологической последовательности ряда основных следующих друг за другом подготовительных операций или изменение набора трудовых приемов при выполнении основных операций за счет использования специального оборудования или средств оргтехоснастки. Таким образом, в концентрированную операцию включаются не все полные операции по последовательности, а только отдельные их приемы.

Проанализированы основные представители концентрированных швейных операций. Установлено, что наиболее широко в промышленности используется концентрация с объединением однородных по воздействию операций. Максимальный уровень степени концентрации воздействий характерен для операций влажно-тепловой обработки (ВТО) и склеивания. Наличие заметных различий в уровне механизации, в воздействующих факторах, в продолжительности исходных операций приводит к необходимости применения менее эффективного способа объединения - последовательного.

Анализ показал, что проектирование концентрированной операции даже при максимальном сохранении универсальности действия всегда связано с появлением ряда ограничений в ее использовании.

Проектирование концентрированных операций, приводящее к созданию комбинированных технологий, основано на применении первого метода концентрации и выполняется интегрированием в основную швейную операцию дополнительного вида воздействия, позволяющего получить соответственно дополнительно новый технологический или декоративный эффект.



Рис. 3. Последовательность действий при проектировании концентрированной операции

Известные технологии герметизации основаны на использовании концентрированных операций, объединяющих стачивание и фиксацию герметика на поверхности или внутри шва. Но для получения герметичного шва всегда должна быть выполнена еще одна дополнительная операция по активации функции герметизации расплавлением, растворением или сушкой герметика. Обработке подвергают только места ниточных соединений. При этом стачивающие операции приобретают целый ряд ограничений, имеют исключительно специальное назначение, сопровождаются целым рядом осложнений.

Логично для локальной герметизации швейных изделий использование веществ, механизм воздействия которых имеет ту же природу, что и водозащитная обработка текстильных материалов: для водоотталкивающих материалов - гидрофобизаторов, для водонепроницаемых - полимерных пленок и покрытий.

Для проектирования новых комбинированных технологий с применением химических веществ путем создания концентрированных операций выполнен анализ особенностей осуществления основных швейных операций при изготовлении водозащитных изделий. Показано, что стачивание может и должно быть основой для разработки концентрированных операций, но при этом зона воздействия ограничена только областью шва или строчки. ВТО свойственна наибольшая маневренность в изменении зоны обработки за счет выбора не только оборудования, но и инструментов. Комплекс механических и физических факторов, действующих при ВТО, создает условия для интенсификации процесса получения дополнительных эффектов с помощью химических веществ и материалов.

В поиске соответствий технологий придания водозащитных свойств материалам и швейного производства предполагалось выполнение их сравнительного анализа. Установлено, что производственные циклы процессов водозащитной обработки так же как и швейные операции, неразрывны, многостадийны и осуществляются непрерывно. Наиболее близка по содержанию и интенсивности воздействий к способам придания водозащитных свойств материалам швейная операция ВТО. Оба процесса содержат ряд одинаковых воздействий - увлажнение, механическое деформирование, сушку; для увлажнения и сушки используются одни и те же агенты; параметры и способы сушки совпадают; диапазон температурного воздействия одинаков, но при производстве материалов оно более длительное.

Операция стачивания наиболее отличается от рассматриваемых процессов водозащитной обработки материалов. Применение для водоотталкивающей отделки материалов химических веществ, не требующих термического фиксирования, не исключает возможность использования этой швейной операции в качестве основы концентрированной операции герметизации. Наличие различий между анализируемыми процессами требует предварительных исследований для принятия решения о возможности проектирования концентрированных операций.

Разработаны варианты схем организации концентрированных операций с учетом возможности нивелирования отличий при условии достижения необходимого эффекта герметизации. Предложено осуществлять выбор технологии герметичной обработки швейных изделий в зависимости от вида используемого для изготовления швейного изделия материала, качества его водоотталкивающей обработки и требуемого уровня водозащитного эффекта изделия в целом и на различных его участках.

В четвертой главе осуществлено проектирование комбинированной технологии герметизации проколов ниточных соединений.

В изделиях из водозащитных материалов наиболее уязвимыми при воздействии воды являются швы, а точнее, отверстия от прокола иглой. Суть разработанной технологии герметизации ниточных строчек, совмещенной последовательно-одновременно со стачиванием, заключается в доставке снизу под давлением на строчку в каждое последующее за образуемым отверстие прокола такого количества герметизирующего раствора, которого достаточно для его заполнения с целью обеспечения водонепроницаемости.

Технология реализована в концентрированной комплексной операции, включающей стачивание деталей 2-ниточной челночной однолинейной строчкой и одновременно ее герметизацию на всем протяжении. Осуществление такой операции возможно только при использовании дополнительного устройства, установленного на универсальной швейной машине, работающего синхронно с ней и предполагающего в случае необходимости его отключение при полном сохранении всех технологических возможностей машины.

Установлено, что в рамках рекомендуемых режимов стачивания всегда достигаются необходимые по качеству технологические эффекты стачивания и герметизации. Совмещение в одной концентрированной операции стачивания и герметизации не влечет за собой необходимости внесения изменений в программу осуществления соединения деталей. Поле исследований технических и технологических параметров герметизирующей обработки ограничивалось возможностью достижения максимального блокирующего эффекта без осложнения процесса стачивания.

По отношению к подающему соплу отверстие прокола иглой, заполненное переплетением швейных ниток стежка ниточной строчки, представляет собой подобие участка трубы с местным сопротивлением - задвижкой. Для случая отверстия прокола коэффициент потери напора струи жидкости составляет 88-99, т.к. f/d ? 7/8 при максимальном заполнении нитками отверстия прокола. Использование в устройстве верхнего отсоса позволяет обеспечить более глубокое проникновение герметика в отверстие прокола.

Выполнены гидродинамические расчеты узла «подача-отсос» устройства и определены рациональные его конструктивные параметры: диаметр подающего сопла - 0,05 см, диаметр отсасывающего сопла - 0,1 см, расстояние между соплами в рабочей части цикла обработки - толщина соединяемого пакета материалов. На основе результатов исследований изменений угла смещения стачиваемых срезов относительно линии перемещения материалов принято решение о размещении узла по линии стачивания на расстоянии одной длины стежка.

Экспериментально установлены рациональные сочетания двух основных входных параметров процесса нанесения герметика - давления подачи и вязкости герметизирующей жидкости. Для достижения необходимого эффекта с увеличением вязкости герметика требуется повысить давление подачи: при вязкости герметизирующей жидкости в пределах 13…28 сСт давление подачи должно быть в интервале 1,9…3,9 кПа; при вязкости 35,6… 45,18 сСт - соответственно 3,6…4,9 кПа. Целенаправленная подача герметика в каждый прокол, образованный иглой, при условии оптимизации параметров обработки обеспечивает минимальный расход химического вещества, соизмеримый с расходом швейных ниток на ниточную строчку, что приводит к экономичности воздействия.

Работа гидродинамической системы подачи герметизирующего раствора на ниточную строчку, соединяющую пакет материала, плотно сжатый в плоскости воздействия герметика механизмом продвижения, рассмотрена как аналог распределительного устройства, предназначенного для управления потоком вещества между проколом и участком пакета по длине стежка.

Швейные нитки не заполняют отверстие от прокола иглой полностью. Между боковыми его поверхностями и переплетением швейных ниток (рис. 4) образуются зазоры (поры, не являющиеся капиллярными, т. к. их минимальный размер больше 10-5 м) площадью S каждый. Герметик должен блокировать поры отверстия прокола по глубине L (зависит от толщины пакета Т и толщины швейных ниток rн).



Рис. 4. Расположение пор в отверстии прокола ниточной строчки

Определение условий гидродинамической обработки, обеспечивающей максимальный блокирующий эффект, являлось целью теоретического расчета.

Исследуемое физико-химическое явление блокирования пор, называемое облитерацией, интенсифицируется отложением на их поверхностях компонентов протекающей жидкости. Таким образом, к стенке поры примыкает заторможенный ею тонкий слой жидкости, называемый пристеночным слоем. Его образование связано со свойством жидкости прилипать к стенкам. Толщина пристеночного слоя ? зависит от вязкости жидкости ? и от скорости V: ? ? 300 ?/V.

Анализ соотношений размеров пор в объеме отверстия прокола и толщины образующегося пристеночного слоя герметика с учетом параметров гидродинамического потока герметизирующей жидкости показал, что они одного порядка. Это позволило сделать вывод о возможности процесса облитерации. Кроме того, для развитого рельефа поверхности отверстия прокола большое значение имеет механическая адгезия, способствующая проникновению герметика в структуру ткани и швейных ниток и удерживанию в ней благодаря механическому заклиниванию.

На изнаночную сторону пакета материалов в процессе стачивания под давлением из сопла подачи поступает герметизирующая жидкость.

До момента времени, когда отверстие прокола располагается между соплами подачи и отсоса, на ткань по линии соединения воздействует струя герметизирующей жидкости под давлением ро = рп. В отверстие прокола жидкость поступает под давлением ро, складывающимся из давления подачи рп и давления отсоса ротс. Конечную точку проникновения раствора в отверстие канала обозначим хGt+1, а промежуточное положение - хit. Примем рк = 0, поскольку жидкость не должна появиться на выходе из канала на лицевой поверхности строчки.

Процесс проникновения жидкого герметика в отверстие прокола за время dt может быть описан уравнением изменения количества движения для выделенного объема жидкости:

(3)

где ?t - время, с; x - координата перемещения жидкости по оси 0Х, м;

l - перемещение жидкости, м;

Q - объем жидкости, проходящий в единицу времени через живое сечение, м?/с

V - скорость потока жидкости, м/с; ? - площадь живого сечения потока, м?;

S - площадь сечения пор в отверстии прокола, м?;

? - плотность жидкости, кг/м?;

p - давление жидкости, кПа;

? - кинематическая вязкость жидкости, сСт;

R = S/? - гидравлический радиус, м;

? - смоченный периметр, м;

? - объемный вес, кг/м?.

Для случаев холостого и рабочего хода цикла герметизирующей обработки строчки давление струи жидкости на ткань соответственно:

(4)

и скорость струи жидкости, выходящей из сопла подачи:

(5)

Граничное положение герметика по длине отверстия прокола

(6)

где Е - начальный модуль относительной жесткости ткани, Па; S0 - площадь поры в начальный момент времени, м?; Sik - площадь поперечного сечения пор отверстия прокола в i-м узле в k-й момент времени.

Давление жидкости в порах отверстия прокола в i-й точке в k-й момент времени с учетом того, что процесс носит затухающий во времени характер

при 0? xi ? xGk, pik = 0 при xik > xGk. (7)

Для решения поставленной задачи применена специальная программа для ПЭВМ, позволяющая моделировать процесс заполнения отверстия прокола ниточной строчки жидкостью. Проведена экспериментальная проверка наличия взаимосвязи между расчетным значением степени заполнения отверстия прокола и фактическими значениями водоупорности и времени промокания шва для пакетов материалов разной толщины при разных параметрах образования строчки. Зависимость между расчетными и экспериментальными данными оценивали по коэффициенту корреляции и коэффициенту корреляции Пирсона. Сделан вывод о возможности использования расчетного метода для практических целей выбора рациональных параметров герметизирующей обработки (вязкости герметизирующей жидкости и давления ее подачи).

Для изделий из материалов с водоотталкивающей отделкой блокирующая обработка ниточных строчек позволяет обеспечить уровень водозащитной способности, заданный качеством ткани. Для изделий из тканей с пленочным покрытием, предназначенных для неэкстремальных условий эксплуатации, водопроницаемость ниточных соединений снижается в 1,5-2 раза, увеличивая надежность водозащитного эффекта. Исследование физико-механических показателей герметизированных швов позволило установить, что наличие обработки не снижает стойкости их к истиранию, не приводит к повышению жесткости, полученный герметизирующий эффект устойчив к химчистке, к стиркам, к фотоокислительной деструкции.

В пятой главе разработана технология локальной влажно-теплогидрофо-бизирующей обработки (ВТГО) швейного изделия.

Гидрофобизирующая обработка в процессе ВТО швейного изделия на выбранных участках (узлов, деталей и швов) предназначена взамен использования дополнительных слоев материала для дифференцированного повышения водозащитных свойств в тех местах, которые либо испытывают максимальное воздействие воды, либо имеют низкую сопротивляемость ее проникновению. В обрабатываемый пакет узла изделия при ВТО необходимо внести строго дозированное количество гидрофобизирующего раствора и одновременно нагреть его по всему объему до определенной температуры, деформировать на заданную величину, высушить, подвергнуть термообработке для фиксации гидрофобизатора в структуре пакета швейного изделия и охладить, и все это следует осуществить при минимальных затратах энергии и времени.

Выполнен анализ условий концентрации процессов ВТО и гидрофобизации швейных изделий. В работе экспериментально исследованы двенадцать вариантов схемы организации концентрированной операции ВТГО, включающие различные количества стадий операции и способы доставки растворов в обрабатываемый пакет швейного изделия, оценку возможности и эффективности контактного воздействия, изменение продолжительности термовоздействия в зависимости от применяемых гидрофобизирующих растворов и особенностей рекомендуемых режимов их использования. Применены гидрофобизирующие растворы на основе аламина С, плювиона ПЕГ, персистоля Е, препарата ГКЖ-94.

ВТГО швейного изделия обеспечивает локальную комбинированную герметизацию за счет объемной гидрофобизации участка поверхности изделия, в т. ч. соединенного строчкой пакета ткани. При сохранении количества стадий ВТО эффективны паровой или прессовой способы осуществления операции. Герметизация швов при контактном подводе тепла при более высокой температуре возможна при сохранении высокого качества обработки и одновременном сокращении продолжительности теплового воздействия.

Применение паровой рабочей среды в качестве теплоносителя и пластификатора, а кроме того, интенсификатора абсорбции водного раствора гидрофобизатора материалом создает условия при ВТО для необходимого распределения вещества в пакете.

При локальной обработке участков деталей швейного изделия распределительные отверстия должны располагаться равномерно в греющей поверхности оборудования. При герметизации швов максимальное количество вещества должно быть нанесено по линии разрушения материала иглой. Эксперименты показали, что сосредоточение основной массы потока гидрофобизирующего раствора непосредственно на линии шва (F(10, 9) = 3,04; F = 2,97) гарантирует доставку химического вещества ко всем элементам структуры ниточного соединения. Ширина зоны герметизации зависит от расхода гидрофобизирующего раствора и в исследованиях при W = 0,025·10?? м?/м была равна 4-5 см.

...