Содержание к диссертации
Книга 1
Основные условные обозначения и термины 5
Введение 7
ГЛАВА I СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ФОРМОВОЧНОЙ 15 СПОСОБНОСТИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВЛИЯЮЩИХ НА ФОРМУ ОДЕЖДЫ
Теоретический анализ взаимосвязи формы одежды со свойствами текстильных материалов
Экспериментальное исследование структуры, строения и комплекса свойств натуральных и синтетических текстильных материалов влияющих на формовочную способность швейных изделий
Влияние строения тканей на формовочные свойства материалов 28
Технологические методы повышения формовочной способности однослойных и двухслойных материалов для одежды
Методы оценки формовочной способности текстильных материалов и пакетов одежды
Традиционные методы модификации натуральных и синтетических волокнообразующих полимеров для повышения формовочной способности текстильных полотен
Состояние и перспективы использования электрофизических методов модификации поверхности натуральных и синтетических волокон и нитей для регулирования комплекса свойств текстильных материалов
Электрофизические методы модификации текстильных материалов, влияющие на механические и физические свойства тканей 53
Электрофизические методы модификации, влияющие на формовочную способность текстильных материалов
Плазменная обработка на стадии заключительной отделки текстильных материалов
1.5 Задачи диссертации 67
ГЛАВА II ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКИ ДЛЯ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ
ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН, НИТЕЙ И ТКАНЕЙ
Выбор объектов исследования 72
Описание плазменной установки, методик проведения экспериментов и аппаратуры для исследования параметров ВЧЕ разряда пониженного go давления при обработке текстильных материалов
Методики исследования механических и физических свойств нитей 85
Методики определения механических свойств модифицированных тканей
Методики оценки физических, потребительских и технологических свойств модифицированных текстильных материалов
Методики оценки способности модифицированных однослойных и двухслойных материалов к формованию и формозакреплению
Методики оценки устойчивости свойств текстильных материалов после воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления
Методики исследования структурных изменений текстильных материалов
2.9 Оценка параметров плазменной установки ВЧЕ разряда пониженного давления для модификации текстильных материалов
Выводы по главе
ГЛАВА III ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОТОКА ПЛАЗМЫ ВЧЕ - РАЗРЯДА ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ НА СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ И ТКАНЕЙ
Исследование механических и физических свойств нитей обработанных потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления
Исследование механических и физических свойств текстильных материалов, влияющих на формовочную способность тканей после воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления
3.2.1 Влияние потока плазмы высокочастотного разряда на изменение механических свойств текстильных материалов
3.2.2 Деформационные свойства текстильных материалов, влияющие на способность тканей к формообразованию после воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления
3.2.3 Влияние плазменного потока на физические свойства текстильных материалов
Исследование устойчивости эффекта плазменной модификации текстильных материалов
Экспериментальное исследование структуры модифицированных текстильных материалов под воздействием потока плазмы высокочастотного емкостного разряда пониженного давления
Физическая модель комплексного изменения свойств текстильных материалов, влияющих на формообразование тканей, при воздействии потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления Выводы по главе
ГЛАВА IV ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМОВОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ПЛАЗМЫ ВЧЕ РАЗРЯДА ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФОРМЫ ОДЕЖДЫ
4.1 Технологические свойства текстильных материалов плазменной модификации, влияющих на форму проектируемого изделия
Исследование процесса формообразования текстильных материалов модифицированных плазмой
Исследование процесса формозакрепления текстильных материалов модифицированных плазмой
4.2 Исследование влияния технологических воздействий на формозакрепление пакетов для одежды модифицированных плазмой
Исследование пакетов материалов для одежды модифицированных плазмой под влиянием технологических воздействий
Управление параметрами формозакрепления текстильных материалов модифицированных плазмой для пакета одежды
Влияние технологических воздействий на изменение линейных размеров текстильных материалов и пакетов для одежды модифицированных плазмой за счет выбора рационального направления раскроя
4.3 Исследование и прогнозирование анизотропии упругости модифицированных пакетов материалов для одежды, модифицированных плазмой
Выводы по главе 229
ГЛАВА V МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ 231 ПЛАЗМОЙ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ
Математическая модель деформирования тканей и оценка параметров характеризующих формоустойчивость
Определение механических характеристик текстильных материалов 239
Разработка математической модели деформирования и методы расчета тканей из термоклеевого прокладочного материала 248
Разработка методов определения приведенных механических характеристик для двухслойного материала
Результаты обработки экспериментов на растяжение образцов из текстильных материалов
Результаты математического моделирования процесса деформирования текстильных материалов
Выводы по главе 273
ГЛАВА VI РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЧЕ 274 ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКИ
Разработка рекомендаций к технологической операции формообразования текстильных материалов модифицированных плазмой при проектировании одежды
Разработка рекомендаций к технологической операции формозакрепления текстильных материалов модифицированных плазмой для создания пакета одежды
Высокочастотная плазменная обработка в технологических процессах получения нитей модифицированных плазмой
Разработка технологических процессов получения текстильных материалов с заранее заданными свойствами
Выводы по главе 297
Общие выводы 298
Список литературы 301
Книга 2 Приложения к диссертации
Приложение А 3
Приложение Б 16
Приложение В 48
Приложение Г 86
ПриложениеД 114
Приложение Е 120
Приложение Ж (акты) 124
Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях развития российского рынка все большее значение придается повышению качества выпускаемых текстильных изделий, так как они играют доминирующую роль в формировании внешнего вида одежды. Потребительская ценность и надежность одежды, ее внешняя привлекательность неразрывно связаны с понятием формовочная способность.
Современные способы формообразования и формозакрепления материалов предполагают использование методов целенаправленного воздействия за счет изменения свойств как нитей, так и тканей; закрепления деформаций с помощью термоклеевого прокладочного материала, а также дополнительной обработки -направленной модификации систем материалов. В последнее время в связи с ограниченными возможностями модификации текстильных материалов традиционными способами (механическим, термическим, химическим, электрохимическим) не менее эффективным способом модификации натуральных и синтетических материалов является использование плазменных технологий потоком плазмы высокочастотного емкостного (ВЧЕ) разряда пониженного давления.
С помощью плазменных технологий возможно получение требуемых технологических, эксплуатационных и гигиенических свойств текстильных материалов, а также целенаправленное улучшение механических, физических и физико-химических свойств нитей и тканей, что представляет научный интерес и имеет большое практическое значение, поскольку применение современной технологии позволит создать уникальные интерактивные материалы с заранее заданными свойствами, активно «откликающиеся» на изменение внешних условий (тепло, механическое воздействие); экологически чистые материалы, сочетающие достоинства натуральных и синтетических волокон, что определяет конечную потребительскую ценность изделий легкой промышленности.
Таким образом, производство высококачественных материалов обеспечивает широкое поле деятельности для специалистов в области индустрии моды, а производство конкурентоспособных материалов позволит создать одежду с совершенно новыми характеристиками, удовлетворяющие требованиям потребителей.
Широкому внедрению ВЧЕ плазменных методов обработки текстильных материалов препятствует отсутствие систематических исследований, дающих полное представление о закономерностях изменения свойств материалов капиллярно-пористой структуры в зависимости от режима воздействия плазменного потока, а также математической модели, описывающей методы расчета их деформирования под воздействием различных нагрузок на модифицированные текстильные материалы, и оценку их формоустойчивости после плазменного воздействия. Использование расчетов по этой модели позволяет обеспечить в процессе модификации тканей и нитей из натуральных и синтетических волокон научно-обоснованное управление параметрами потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления для повышения их формовочной способности.
Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы разработки и получения модифицированных текстильных материалов с заранее заданными свойствами при помощи потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления, позволяющих реализовать важнейшие прикладные задачи текстильной и швейной промышленности, направленные на повышение эксплуатационных, технологических и защитных свойств тканей и пакетов одежды для производства формоустойчивых швейных изделий.
В диссертации изложены работы автора в 1995-2006 г.г. по исследованию, разработке и внедрению процессов и оборудования, позволяющих создавать новые текстильные материалы с заранее заданными свойствами из природных и синтетических волокон.
Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете. Фрагменты работы выполнялись в соответствии с научно-технической программой ГКНТ «Перспективные материалы и изделия легкой промышленности», в рамках Российской научной программы ЛЕНТЕК-34; целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 1996 - 2001гг.», а также программы Министерства образования РФ №417 «Взаимодействие атомных частиц с поверхностями новые методы и технологии 1995-2000г.г.», проведены научно-технические разработки по созданию технологий производства текстильных материалов от сырья до готовых тканей, подготовлена техническая документация по ассортиментам моделей массового производства.
В первой главе приведен теоретический анализ взаимосвязи формы одежды со свойствами текстильных материалов. Проведен анализ структуры, строения и комплекса свойств натуральных и синтетических текстильных материалов влияющих на формовочную способность тканей и пакетов для одежды, а также и на технологические процессы текстильного производства.
Анализ свойств материалов, используемых для производства формоустойчивых швейных изделий, показывает, что у них ограниченные возможности срока службы и надежности за счет низких показателей механических и физических свойств, влияющих на формовочную способность. Одним из эффективных путей повышения качества и формовочной способности текстильных материалов является регулирование их комплекса свойств за счет объемной обработки волокнообразующих полимеров внутри капилляров и пор с использованием плазменных технологий, что позволит разрабатывать новые ткани и проектировать пакеты материалов для одежды с заданными формовочными свойствами.
Во второй главе обоснован выбор методик исследований, приборов, объектов исследований нитей и тканей из натуральных волокон растительного и животного происхождения, а также из синтетических волокон и их смесей; пленки из полиэтилена и поливинилхлорида. Приведено описание ВЧЕ плазменной установки и диагностической аппаратуры для исследования параметров потока ВЧЕ плазмы пониженного давления.
С целью обоснования возможности применения ВЧЕ плазменной обработки для модификации текстильных материалов проводилась оценка технологических параметров плазменной установки, влияющих на характеристики разряда.
Для выявления статистической значимости воздействия плазменного потока на свойства текстильных материалов выполнено планирование эксперимента, составлен четырехфакторный план проведения эксперимента с целью сокращения количества влияющих критериев. Результаты исследований и измерении обрабатывались с применением методов математической статистики в программе «Statistic 5.5 А», что позволило определить базовые режимы плазменной обработки, влияющие на эффективность модификации свойств исследуемых материалов.
В третьей главе содержится описание экспериментов по изучению механических и физических свойств текстильных материалов, влияющих на их формовочную способность за счет воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления.
Приводятся результаты взаимодействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления с капиллярно-пористыми материалами как в процессе их переработки, так и в готовом виде (суровые, после пропитки). Установлены параметры плазменной установки, обеспечивающие регулирование комплекса свойств и структуры исследуемых материалов.
Плазменная обработка позволяет достичь наибольших изменений по нескольким характеристикам свойств материалов варьированием входных характеристик плазмотрона. Установлено, что наибольший эффект воздействия на механические свойства текстильных материалов достигается плазменной обработкой нитей, а не тканей. На этапе подготовки нитей к ткачеству данный вид разряда позволяет упрочнять, одновременно повышать разрывное удлинение в нитях из натуральных и синтетических волокон.
В результате экспериментальных исследований рассмотрены закономерности изменений механических, физических и эксплуатационных свойств текстильных материалов.
Для изучения свойств модифицируемых образцов применены микроскопические исследования поверхности, физико-химический анализ с использованием методов ЭПР, ИК-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, гравиметрии и комплекс стандартных методик оценки показателей текстильных материалов.
На основе исследования обобщенных параметров плазмы энергии ионов и плотности ионного тока разработана физическая модель объемной обработки наружной и внутренней поверхности текстильных материалов капиллярно-пористой структуры за счет воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления.
В четвертой главе изложены результаты исследований формовочной способности тканей из натуральных волокон растительного и животного происхождения, синтетических волокон и термоклеевых прокладочных материалов составляющих пакет одежды. Проведены исследования кинетики изменения показателей формуемости однослойных тканей и пакета для одежды в результате воздействия ряда эксплуатационных факторов. Для оценки формообразования текстильных материалов производилась деформация структуры образцов по изменению угла между нитями основы и утка от 0° до 90°. Установлено, что наряду с изменением угла перекоса между нитями основы и утка, основными видами деформации при получении пространственной формы деталей одежды являются деформации растяжения одновременно в нескольких направлениях и сжатия текстильных материалов. Приведены результаты экспериментальных исследований изменения показателей формуемости текстильных материалов от параметров воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления.
Рассмотрено несколько вариантов закрепления деформируемой структуры материала за счет наложения внешних связей, то есть соединения сформированного материала с термоклеевыми прокладочными материалами для повышения упругости пакетов для одежды и снижения деформационной способности материалов.
Приведены результаты экспериментального исследования формоустой-чивости пакетов для одежды по релаксации угла перекоса после прессования и отдыха с использованием датчика линейных перемещений.
На основе исследований формовочных свойств текстильных материалов из натуральных и синтетических волокон установлено, что общепринятые методы оценки являются трудоемкими, но позволяют объективно оценить влияние потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления, волокнистого состава и структуры тканей на способность к формообразованию и формозакреплению однослойных и двухслойных тканей, составляющих пакет одежды.
В пятой главе представлен материал комплексного исследования вопросов формообразования и формозакрепления текстильных материалов, начиная от вопросов определения их механических свойств, влияния на них обработки потоком плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления и заканчивая анализом напряженного деформированного состояния.
Приводятся математическая модель и методика расчета деформирования текстильных материалов под воздействием различных нагрузок и перемещений, для создания которой использовались современные достижения механики сплошной среды - соотношения теории упругости и метод конечных элементов (МКЭ).
Для проведения расчетов разработан пакет компьютерных программ, основанный на использовании МКЭ и алгоритмического языка Fortran Power Station. С целью проверки правильности полученных расчетов решался ряд тестовых задач, опробованы различные способы разбиения области решения. Отличие полученных данных при решении тестовых задач составляло от известных менее 2%.
Приводятся результаты численного исследования процесса формообразования текстильных материалов с использованием полученных жесткостных характеристик контрольных образцов тканей и образцов, обработанных потоком ВЧЕ плазмы пониженного давления. По результатам обработки экспериментов и расчетов проведен анализ, сделаны выводы о повышении способности текстильных материалов из натуральных и синтетических волокон к формообразованию.
В шестой главе содержится описание новых экологически щадящих технологических процессов модификации поверхности текстильных тканей и нитей с целью повышения формовочной способности, упрочнения, повышения гидрофильности, огнестойкости, бактерицидности и прокрашиваемости.
На основании проведенных исследований экспериментально определены оптимальные режимы плазменной обработки. Разработаны специализированное оборудование, технологические процессы и рекомендации, позволяющие интенсифицировать отдельные стадии производств текстильных и швейных изделий: подготовки пряжи из натуральных волокон к ткачеству; подготовки тканей к огнезащитной отделке; плазменной модификации синтетических нитей; снизить трудоемкость технологических операций формообразования и формозакрепления деталей одежды, сокращая время воздействия пресса в 3 раза и повышая качество клеевого соединения.
Приведены основные технико-экономические показатели внедрения плазменной обработки на отдельных технологических стадиях текстильных и швейных производств для производства формоустойчивых изделий.
Приложение содержит справки об использовании и внедрении результатов диссертационной работы и акт опытно-промышленных испытаний на ОАО «Казанский лен», ОАО «Адонис», ОАО «Швейник», ЗАО «Эбиволь», ЗАО «Башлык», ОАО «Ильдан», ООО «Арт - дизайн».
Таким образом, диссертационная работа представляет собой научно-обоснованные технологические разработки, обеспечивающие решение ряда важнейших задач разработки и получения модифицированных текстильных материалов с заранее заданными свойствами при помощи потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления, которые позволили реализовать важнейшие прикладные задачи текстильной и швейной промышленности, направленные на повышение эксплуатационных, технологических и защитных свойств тканей и пакетов одежды для производства формоустойчивых швейных изделий.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Результаты экспериментальных исследований комплекса свойств модифицированных текстильных материалов, влияющих на их формообразование, показавшие, что после воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления для изменения угла между нитями основы и утка требуется меньше усилий вследствие свободного перемещения волокон, повышения деформации растяжения по основе до 25%, по утку до 30% и сжатия тканей в различных направлениях, что свидетельствует о повышенной способности текстильных материалов из натуральных и синтетических волокон к формообразованию.
2.Полученные закономерности повышения механических характеристик в зависимости от режимов потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления наблюдаются в среде плазмообразующего газа аргон, а физические свойства улучшаются в среде плазмообразующего газа - воздух при G=0,04r/c; Рр=1,7 кВт; т=120-180с;Р=ЗЗПа.
3.Математическая модель и методика расчета деформирования текстильных материалов, позволяющие прогнозировать формуемость и формозакрепление тканей и пакетов для одежды.
4. Физическая модель объемной обработки текстильных материалов капиллярно-пористой структуры с использованием потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления.
5. Выявлены закономерности изменения анизотропии формуемости текстильных материалов под углами от 0 до 90° к нити основы в результате воздействия потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления, заключающиеся в том, что характер анизотропии формуемости в различных координатных четвертях различен и зависит от вида переплетения.
6. Результаты экспериментальных исследований влияния потока плазмы ВЧЕ разряда пониженного давления на формоустойчивость пакета материалов для одежды, устанавливающие, что в режимах плазменной обработки плазмообразующим газом - воздух G=0 г/с; Рр=1,7 кВт; Р=33 Па; т=60с - прочность клеевого соединения увеличивается в 1,5-2 раза.
7. Новые экономичные способы интенсификации технологических процессов шлихтования суровых нитей в 1,5-2,0 раза, создания новых модифицированных материалов с заранее заданными свойствами, придающие им повышенную стерильность и огнезащищенность до 100%.
По теме диссертации опубликованы 66 работ, в том числе 13 статей в ведущих рецензируемых журналах, одна монография, получено четыре патента.
