Современные подходы к проектированию эксплуатационных характеристик трикотажа

Инженерное проектирование любой конструкции (текстильный материал -это конструкция из волокон, соединенных силами трения) предполагает наличие метода расчета ее эксплуатационных характеристик. Следует признать, что современная наука о текстильных материалах располагает таким расчетным аппаратом для определения свойств объекта до его изготовления лишь в отдельных областях.

В основном, это методы расчета прочности и подобных механических свойств комплексных синтетических нитей и тканей технического назначения. Примером такого подхода могут служить работы [18-28].

Применительно к трикотажу как системе более сложной, чем ткань, применение методов теории упругости и вязкоупругости оказывается весьма трудной задачей. И, тем не менее, имеются весьма успешные попытки ее решения [29-35], в том числе для полотен из высокорастяжимых нитей [36, 37].

Что же касается методов определения таких свойств, как пиллингуемость или устойчивость к истиранию, то обычно производится опытная оценка уже выработанного образца [38, 39, 40], в лучшем случае создается однофакторное регрессионное уравнение для проектирования какой- либо эксплуатационной характеристики для полотна конкретного переплетения в определенных практических целях. Иллюстрацией такого подхода может служить работа [41] и полученные в ней зависимости вида

у-а+Ьх,

где у - устойчивость трикотажа к истиранию;

х - поверхностная плотность трикотажа;

а и b - коэффициенты регрессии, значения которых варьируются в зависимости от переплетения (в рассматриваемом случае - кулирной глади, ластика и полуфанга [41]).

То, насколько этот подход типичен для современной технологии трикотажа, показывает статья [42], где аналогичные зависимости получены для хлопчатобумажных полотен переплетений кулирная гладь и пике различных раппортов. Отличие от [41] состоит в том, что в качестве аргумента «х» выступает длина нити в петле, а выходным параметром является устойчивость к истиранию и воздухопроницаемость трикотажа.

Ограниченность такого подхода обусловлена тем, что любое свойство трикотажа (как и всякого текстильного материала) зависит не от одного, а от множества факторов. Понятно, что при проектировании полотна все факторы учесть невозможно. Более того, включение слишком большого числа аргументов в модель лишь снижает математическую устойчивость решения задачи [23], поскольку возрастает вероятность взаимного влияния условно независимых факторов. Поэтому вопрос поиска важнейших факторов, влияющих на конкретную эксплуатационную характеристику трикотажа, представляется решающим.

В качестве положительного опыта решения задачи о проектировании эксплуатационной характеристики трикотажа можно считать расчет растяжимости трикотажа при помощи комплексного критерия, включающего некоторые параметры нити и полотна, оказывающие существенное влияние на процесс его растяжения [43]. В основу данного метода были положены следующие соображения. Во-первых, как показали А. И. Кобляков [44], И. И. Шалов и В. Е. Карпов [45, 46], основным путем деформирования трикотажа при растяжении является смещение точек контакта между нитями. Следовательно, при расчете растяжимости трикотажа нужно знать фрикционные свойства нити. Во-вторых, по мнению С. Кавабаты [47], в практических целях далеко не всегда нужно иметь полное описание механических свойств материала. В каждой конкретной технологической ситуации инженеру нужны один - два параметра для наладки оборудования, раскроя полотна или пошива изделия.

В рамках этой концепции интересен подход П. Гросберга [20], полагавшего, что каждая механическая характеристика полотна может быть связана эмпирическим (регрессионным) уравнением с каким - либо комплексным критерием, включающим параметры структуры трикотажа и свойства нити. В

Н,, _тт мНмм¹ качестве такого критерия он выдвинул отношение —где Н_о, ------ -

I текс

удельная жесткость нити при изгибе; I, мм _ длина нити в петле. Идея Гросберга была развита в работе С. Угболу [48], но сам критерий не изменился.

Дальнейшее исследование в этом направлении выполнялись на кафедре трикотажного производства СПГУТД. В ряде статей [49, 50, 51, 52] поэтапно был выполнен выбор наиболее удачного комплексного критерия, названного «лабильность трикотажа». Он включал коэффициент трения нити о нить, жесткость нити при изгибе, модуль петли и валентность петли.

Валентность петли трикотажа - количественная характеристика вида переплетения, способная отразить сопротивляемость полотна растяжению. Например, петля в трикотаже переплетения кулирная гладь структурно соединена с четырьмя соседними петлями: верхней, нижней, левой и правой. Таким образом, валентность кулирной глади равна 4, в то время как у ластика 1 + 1 валентность равна 2. Ластичная петля лишена нормальных связей с соседними петлями по петельному ряду. Горизонтальные связи ластика пассивные, они обеспечивают существование переплетения, но не могут препятствовать растяжению ластика по ширине.

На растяжимость влияют параметры структуры трикотажа (модуль петли, валентность) и свойства самой нити (изгибная жесткость, коэффициент трения нити о нить). Комплексный критерий - «лабильность трикотажа» - отражал подвижность петельной структуры при действии внешней нагрузки.

где Л - лабильность трикотажа, сН'мм'², ст-модуль петли, Я-суммарная жесткость нити при изгибе, //- коэффициент трения нити о нить, У_ш - валентность.

В качестве выходного параметра будущей модели была выбрана приведенная растяжимость трикотажа, позволившая применить методику для проектирования полотен с машин различных классов из пряжи разной линейной плотности.

где Z - приведенная растяжимость, дм/текс; s - растяжимость трикотажа, %; П_в - плотность по вертикали дм¹; Т - суммарная линейная плотность, текс.

В итоге была получена эмпирическая зависимость растяжимости от лабильности:

Z =(37 + 4У7)10^-4, (1.4)

Используя эту формулу, практикующий технолог еще на стадии проектирования полотна может оценить ожидаемую растяжимость и внести коррективы в технологические параметры будущего трикотажа или подобрать более подходящую пряжу. Такой оценочный расчет не только экономит время, позволяя заранее определить растяжимость, но и помогает начинающему технологу, не имеющему большого практического опыта.

В настоящей работе будет предпринята попытка оценить влияние различных факторов на пиллингуемость трикотажа и смоделировать зависимость пил-лингуемости от комплексного критерия, включающего наиболее весомые факторы. В комплексный критерий, по аналогии с растяжимостью, будут включены факторы, влияющие на процесс образования пиллинга трикотажных полотен.

Истирание трикотажных полотен - несколько более изученный процесс, но технологу, не имеющему большого практического опыта, сложно предсказать износ конкретного полотна во время эксплуатации, даже если он знает, как влияют различные показатели полотна и пряжи на износостойкость. Поэтому для проектирования трикотажа с известной износостойкостью также попробуем разработать соответствующий комплексный критерий и на его основе методику расчета износостойкости кулирного трикотажа.

Выводы по 1 главе

• 1. Номенклатура показателей качества трикотажных изделий включает значительное число эксплуатационных характеристик, но большинство из них до сих пор не могут быть рассчитаны на этапе проектирования полотен.
• 2. Анализ существующих методик проектирования свойств текстильных материалов показал, что для расчета величин пиллингуемости и устойчивости к истиранию трикотажа целесообразно провести поиск эмпирических зависимостей искомой характеристики от комплексного критерия, включающего параметры нитей и петельной структуры полотна.