Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Шеромова И.А. 1 Старкова Г.П. 1 Камышная О.Ю. 1
1 Владивостокский государственный университет экономики и сервиса
Рассматриваются вопросы, связанные с разработкой новой методологии и методов и устройств для исследования деформационных свойств текстильных материалов, используемых для изготовления изделий легкой промышленности. Цель исследований состоит в анализе современных подходов к исследованию деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов и разработке патентоспособных технологических и технических решений для их изучения. Объектом исследований являются деформационные свойства легкодеформируемых текстильных полотен, предметом исследований – методы и технические средства для оценки некоторых деформационных характеристик волокнистых материалов. Показана ведущая роль процесса исследования деформационных свойств материалов в обеспечении качества и конкурентоспособности готовой продукции и необходимость разработки новой методологии исследования и совершенствования методического и технического обеспечения данного процесса. Дана характеристика нового научного направления, суть которого составляет системный подход к исследованию свойств легкодеформируемых текстильных материалов, позволивший разработать методологические основы их оценки в системе материал ‒ изделие, а также предложить целый комплекс патентоспособных методов и технических средств их реализации. Представлены новые методы оценки деформационных свойств одежных материалов, новизна которых подтверждена патентами Российской Федерации.
легкодеформируемые текстильные материалы
деформационные свойства
методология исследования
системный подход
система «материал ‒ изделие»
методы и устройства для исследования деформационных свойств
1. Железняков А.С. Экспериментальные исследования и компьютерное моделирование деформационных параметров волокнистых систем / А.С. Железняков, И.А. Шеромова, Г.П. Старкова, О.А. Дремлюга // Швейная промышленность. – 2012. – № 4. – С. 22–24, 30–31.
2. Патент РФ № 2266540, 20.12.2005.
3. Патент РФ № 2302613, 10.07.07.
4. Патент РФ № 2306561, 20.09.2007.
5. Патент РФ № 2321848, 10.04.2008.
6. Патент РФ № 2399913, 20.09.2010.
7. Патент РФ № 2413223, 27.02.2011.
8. Патент РФ № 2429448, 20.09. 2011.
9. Патент РФ № 2507479, 20.02.2014.
10. Шеромова И.А. Исследование деформационных характеристик высокоэластичных материалов посредством цифровых технологий / И.А. Шеромова, А.С. Железняков, А.В. Новикова // Швейная промышленность. – 2008. – № 2. – С. 45–46.

Из-за сырьевого состава, в том числе вложения эластомерных нитей, особенностей строения, обусловленных способом производства, разреженности структуры многие современные текстильные материалы имеют повышенную способность к деформации, прежде всего растяжению. Это позволяет классифицировать их как текстильные материалы легкодеформируемой структуры, или, иначе, легкодеформируемые текстильные материалы (ЛДТМ). Особую группу среди таких материалов составляют текстильные полотна с вложением полиуретановых нитей типа эластана или лайкры, получившие название высокоэластичных материалов (ВЭМ) благодаря значительной (более 95 %) доле быстро обратимой деформации при высокой степени растяжимости. Одежда из названных материалов пользуется широкой популярностью, что обусловлено специфическими свойствами полотен, обеспечивающими создание изделий различной формы, назначения и ассортимента, в том числе изделий с высокой степенью прилегания к телу носчика, сохраняющих при этом требуемый уровень эргономических показателей.

Проектирование и производство такой одежды сопряжено с серьезными проблемами, чаще всего связанными с недостаточным информационным обеспечением подготовительных и производственных процессов в части исследования и учета физико-механических, в том числе деформационных, свойств ЛДТМ. Во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса совместно с кафедрой «Технологические машины и мехатронные системы» Новосибирского технологического института МГУДТ за последнее десятилетие разработан целый комплекс патентоспособных методов, а также технических устройств, предназначенных для оценки характеристик деформационных свойств волокнистых материалов. Разработанные методы и технические средства позволяют достаточно быстро получать точные и достоверные данные о материалах, необходимые для качественного выполнения проектных работ и протекания производственных процессов.

Цель исследований состоит в анализе современных подходов к исследованию деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов и разработке патентоспособных технологических и технических решений для их изучения, которые позволяют упростить и ускорить процесс получения исходной информации для проектирования и производства продукции и повысить ее точность и достоверность.

Материал и методы исследований

Объектом исследований являются деформационные свойства легкодеформируемых текстильных полотен, предметом исследований – методы и технические средства для оценки некоторых деформационных характеристик волокнистых материалов.

Основой для разработки послужили результаты системного анализа влияния деформационных свойств текстильных материалов на процессы проектирования и производства изделий легкой промышленности, а также существующих аналогов технологических и технических средств. При разработке методов и устройств использовались общеинженерные подходы к созданию технических устройств, при их апробации – как стандартные, так и оригинальные методики проведения испытаний волокнистых материалов, применяемых при изготовлении изделий легкой промышленности.

Результаты исследования и их обсуждение

Исходная информация о свойствах материалов, необходимая для принятия научно обоснованных проектных решений при проектировании и производстве изделий легкой промышленности, зачастую носит разрозненный, неконкретный и малодостоверный характер или отсутствует как таковая.

Можно выделить две основные причины, обуславливающие сложившуюся ситуацию. Во-первых, недостаточно разработаны методологические основы исследования наиболее значимых с точки зрения влияния на процессы проектирования и производства одежды свойств ЛДТМ. Во-вторых, отсутствуют простые с технической точки зрения, но при этом объективные и точные методы исследований свойств легкодеформируемых текстильных, в том числе высокоэластичных, материалов и технические средства для их реализации.

Данный факт обуславливает особую актуальность проведения научного поиска в области методологии и методики исследований свойств ЛДВМ, в том числе деформационных.

Исследования, проводимые в течение ряда лет на кафедре сервисных технологий Владивостокского государственного университета экономики и сервиса (ВГУЭС) совместно с Новосибирским технологическим институтом МГУДТ, позволили сформировать и развить новое научное направление. Суть данного направления составляет системный подход к исследованию свойств ЛДТМ, позволивший разработать методологические основы их оценки в системе «материал ‒ изделие», а также предложить целый комплекс патентоспособных методов и технических средств их реализации.

В рамках названного научного направления, с использованием принципиально нового подхода, учитывающего основополагающие принципы так называемых ИПИ-технологий (от «Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий»), был проведен системный анализ влияния свойств ЛДВМ на протекание процессов ЖЦ одежды. Результатом анализа явилась структурная модель движения информации о свойствах материалов в процессах их жизненного цикла (ЖЦ), рассматриваемого как система «материал ‒ изделие». При этом выявлены конкретные характеристики свойств легкодеформируемых текстильных материалов, прежде всего деформационных, величина которых в значительной степени влияет на выбор проектных решений при определении конструктивных параметров изделия и режимов технологической обработки на различных этапах производства одежды. Характер влияния деформационных характеристик ЛДТМ на процессы ЖЦ одежды отражен на рис. 1.

Как видно из схемы, к наиболее значимым для проектирования и производства швейных изделий характеристикам относятся: растяжимость при средней эксплуатационной нагрузке, деформационно-релаксационные характеристики при фиксированной деформации, характеристики напряженно-деформированного состояния (НДС) движущихся материалов, характеристики поперечного сокращения при одноосном растяжении и др. При этом, несмотря на очевидную важность всего комплекса деформационных характеристик ЛДТМ применительно к жизненному циклу одежды, для отдельно взятых этапов ЖЦ изделий значимыми являются не все, а лишь определенные показатели деформационных свойств материалов. Это свидетельствует о необходимости применения на практике в каждом конкретном случае разных методов экспериментальной оценки деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов.

pic_44.wmf

Рис. 1. Структурная схема влияния характеристик деформационных свойств ЛДТМ на процессы жизненного цикла одежды

Проведенный анализ показал, что на настоящий момент методическая и техническая база для исследования деформационных свойств текстильных материалов имеет целый ряд существенных недостатков, к каковым прежде всего относятся: недостаточная точность и достоверность получаемой информации; техническая сложность практической реализации; отсутствие методов, позволяющих определять некоторые характеристики деформационных свойств; низкий уровень автоматизации процесса измерения, регистрации и обработки данных. Таким образом, была обоснована приоритетность задач по совершенствованию методического и технического обеспечения для исследования деформационных свойств материалов.

В рамках комплексной программы исследований, направленных на совершенствование методического и технического обеспечения для изучения различных характеристик деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов, был разработан целый ряд методов и технических средств, предназначенных для решения поставленных задач [2–8]. Научная и техническая новизна данных методов подтверждена патентами РФ.

При реализации программы исследований особое внимание было уделено разработке экспресс-методов для исследования деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов.

pic_45.tif

Рис. 2. 1–6 – оптически активные метки; 7 – столешница; 8 – монтажный столик; 9, 10 – зажимы; 11–14 – элементы нагружения; 15,16 – направляющие; 17 – опоры; 18 – микрометрические винты положения оптически активной пластины; 19, 20 – штанга установки web-камеры; 21, 22 – персональный компьютер; 23 – образец

В работах [9, 10] приведены результаты апробации технических и технологических решений, полученных в рамках научного поиска и создания экспресс-метода исследования таких деформационных характеристик волокнистых систем, как продольная и поперечная деформация, их соотношение, коэффициент поперечного сокращения и коэффициент Пуассона. Предлагаемые технические решения позволяют определять деформационные характеристики и технологические свойства волокнистых систем на принципиально новом исследовательском и практическом уровнях.

Однако формирование электронной базы данных о деформационных свойствах материалов определяет необходимость предварительной постановки значительного объёма физических экспериментов при различных условиях нагружения образца. Кроме того, при проведении измерений возникает дополнительная погрешность, связанная с необходимостью соблюдения различных требований при делении образца на две его условно равные части. При этом последовательное выполнение этапов эксперимента при несовпадении их во времени не способствует повышению точности измерения.

В развитие существующих методик предложено оптоэлектронное устройство, позволяющее моделировать деформационные соотношения материалов. Разработанная система обеспечивает условия полного одномоментного считывания деформации по длине и ширине образца, что позволяет в автоматическом режиме характеризовать их соотношение и абсолютные значения. В предлагаемом техническом устройстве созданы возможности закрепления элементарной пробы материала таким образом, что ее состояние фиксируется в горизонтальной плоскости. При этом обеспечивается возможность регулирования положения и фиксации деформационного поля поверхности пробы на микрометрическом уровне до тыльной поверхности фиксируемой пластины, не превышающем толщину материала.

Благодаря такому техническому решению обеспечивается стабильность и независимость положения поверхности деформационного поля относительно горизонтальной плоскости и исключается краевой эффект при продольной деформации пробы, связанный с образованием кольцеобразной кромки у боковых срезов. Это обстоятельство особенно важно при исследовании одинарных трикотажных полотен, которые характеризуются высокой степенью закручиваемости по краям.

На рис. 2 отображена структурно-кинематическая схема измерительного стенда, а на рис. 3 представлена модель объекта и панель интерфейса постановки экспериментальных исследований в интерактивном режиме. Подробно разработанное оптоэлетронное устройство и методика проведения экспериментальных исследований описаны в работах [1, 9].

pic_46.tif

Рис. 3. Интерфейс программы «Определение деформационных параметров» волокнистых систем

Заключение

Таким образом, предложенные в работе новые методологические подходы к исследованию деформационных свойств легкодеформируемых текстильных материалов, основанные на использовании системного подхода и принципов ИПИ-технологий, позволили разработать целый комплекс методов и технических устройств для их оценки. Как показали результаты апробации предложенных технических и технологических решений, разработанные методы и устройства для их реализации позволяют в значительной степени упростить и ускорить процедуру исследований деформационных свойств материалов, используемых в производстве изделий лёгкой промышленности. Кроме того, их применение обеспечивает возможность в целом повысить точность и достоверность получаемой исходной информации, необходимой для качественного протекания процессов проектирования и производства готовых изделий.

Рецензенты:

Бойцова Т.М., д.т.н., профессор, директор института сервиса, технологий и дизайна, заведующая лабораторией мониторинга и экспертизы, Владивостокский государственный университет экономики и сервиса, г. Владивосток;

Мансуров Ю.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой материаловедения и технологии материалов инженерной школы, Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 28.12.2014.


Библиографическая ссылка

Шеромова И.А., Старкова Г.П., Камышная О.Ю. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ И НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ЛЕГКОДЕФОРМИРУЕМЫХ ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 12-9. – С. 1903-1908;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36459 (дата обращения: 20.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252