Введение ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы

Введение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
При проектировании и изготовлении одежды весенне-осеннего и зимнего периодов особое
внимание уделяется обеспечению эстетического уровня изделий и их защитных функций
от воздействия атмосферных осадков.
Указанными свойствами обладает одежда, изготовленная из натуральной кожи и
композиционных материалов. Производство одежды из этих материалов является одним
из важных направлений в народном хозяйстве России. Однако, не секрет, что зачастую
потребители предпочитают отечественным изделиям импортные. В этих условиях перед
отечественными предприятиями ставится важнейшая задача — занять лидирующее
положение на потребительском рынке.
Решение этой задачи предполагает разработку основных направлений по
совершенствованию технологии изготовления изделий из натуральной кожи и
композиционных материалов, направленных на повышение уровня качества одежды.
Вопросам исследований различных способов соединения деталей одежды посвящены
работы зарубежных и отечественных ученых: Кокеткина П. П., Назаровой А. И.,
Шаньгиной В. Ф., Романова В. Е., Соколовой А. П., Сахаровой В. И., Степановой С. И.,
Цветкова В. Н., немецких, чешских и других исследователей. Однако, обзор литературных
источников, посвященных этим исследованиям, позволил выявить, что все рассмотренные
работы направлены на исследование соединений деталей одежды из текстильных
материалов, деталей обуви или кожгалантерейных изделий. Вопросы об исследованиях
ниточных соединений, обеспечивающих высокие влагозащитные и прочностные свойства
в одежде из натуральной кожи и композиционных материалов, не изучались раньше. В
связи с этим, данные исследования весьма актуальны, что и предопределило выбор темы
диссертационной работы, ее цели и задачи.
Цель работы
Основной целью работы является совершенствование способов соединения деталей
одежды из кожевенных материалов, позволяющих снизить влагопроницаемость швов
соединения при повышении их прочности.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
— анализ существующих способов соединения деталей одежды из натуральной кожи и
композиционных материалов;
— систематизация технологических параметров ниточных соединений в изделиях из
натуральной кожи и композиционных материалов;
— исследование видов и форм связи влаги с натуральной кожей и композиционными
материалами;
— разработка механизма переноса влаги на внутреннюю сторону одежды;
— расчет параметров образования ниточных соединений, обеспечивающих высокие
прочностные и влагозащитные функции;
— разработка методики определения максимальных приведенных радиусов пор и
капилляров в структуре ниточных швов;
— исследование влияния различных параметров стежкообразования на
водопроницаемость ниточных соединений в процессе эксплуатации;
— исследование деформации кожи нитками стежков;
— исследование и разработка способов образования комбинированных соединений в
изделиях из натуральной кожи.
Методологической и теоретической основой исследования послужили труды российских
и зарубежных ученых, публикации в периодической печати, инструкционные материалы и
нормативно-техническая литература. В процессе работы над диссертацией были
использованы результаты, полученные автором в ходе настоящего исследования.
Методы исследования
Исследования проведены на натуральных и искусственных кожах для изготовления
одежды. В диссертационной работе обработка экспериментальных данных проводилась с
использованием математической теории планирования эксперимента. Кроме того, в
работе использовались программные продукты операционной системы Windows 98:
Microsoft Word 2000, Microsoft Excel 97, графический редактор Microsoft Grapp, Corel
Draw 7.0, пакет прикладных математических программ Maple 7.0.
Научная новизна работы состоит в следующем:
- разработан механизм переноса влаги на внутреннюю сторону швейного изделия;
— установлены пути проникновения влаги в ниточных соединениях в изделиях из
натуральной кожи и композиционных материалов;
- теоретически обоснованы и установлены взаимосвязи между размерами радиусов пор и
капилляров и технологическими параметрами стежкообразования;
. - разработан новый способ снижения влагопроницаемости швов при воздействии
ультразвуковых колебаний, научная новизна разработанного способа защищена авторским
свидетельством на изобретение;
— предложены направления устранения проникновения влаги в ниточных швах с
применением термопластичных клеев.
Теоретические положения диссертационного исследования могут быть применены при
дальнейших научных исследованиях ниточных швов различных конструкций в изделиях
из натуральной кожи и композиционных материалов.
Практическая значимость работы
— разработана оригинальная методика экспериментального определения размеров
приведенных радиусов пор и капилляров;
- экспериментально установлены изменения размеров радиусов пор и
капилляров в условиях имитирующих эксплуатацию изделия;
- разработаны оптимальные технологические параметры выполнения ниточных и
комбинированных соединений деталей изделий из натуральной кожи и композиционных
материалов;
- разработаны оптимальные технологические параметры выполнения клеесварных
соединений деталей изделий из натуральной кожи с применением ультразвуковых
колебаний;
Научно-практические рекомендации диссертационного исследования могут быть
использованы на этапе проектирования изделий из натуральной кожи и композиционных
материалов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и получили
положительную оценку на
- научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГАСБУ г. Москва в
1986-1990г.г.;
- научно-технических конференциях ЮРГУЭС г. Шахты в 1992-2004г.г.;
- научных семинарах в МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского;
- международных научно-практических и технических конференциях ЮРГТУ г.
Новочеркасск и МГУДТ г. Москва;
- результаты работы внедрены в учебный процесс ЮРГУЭС и ГАСБУ.
Публикации
По результатам работы опубликовано одиннадцать научных работ, в том числе получено
одно авт. свидетельство на способ ультразвуковой сварки.
Структура и объем диссертации
Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, в том числе содержит 35
рисунков, 18 таблиц, состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического
списка из 108 наименований и приложения на 17 страницах.
8 1 АНАЛИЗ СПОСОБОВ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ОДЕЖДЫ,
ИЗГОТАВЛИВАЕМОЙ ИЗ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ И КОМПОЗИЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
1.1 Функции и свойства соединений в одежде из натуральной кожи и композиционных
материалов
Как известно, основная функция одежды - защитная. В готовом изделии она
обеспечивается защитными свойствами материалов и соединений.
Натуральная кожа вследствие специфики ее структуры обладает идеальными
влагозащитными свойствами: конусообразные микрокапилляры, располагающиеся по
нормали к поверхности кожи (суженой частью наружу), способствуют удалению влаги из
пододежного пространства, препятствуя ее проникновению внутрь (рисунок 1.1) / 2 /.
Рисунок 1.1- Гистологическая структура натуральной кожи
Высокие влагозащитные свойства некоторых композиционных материалов (искусственная
кожа на текстильной или трикотажной основе, например) обусловлены наличием на
лицевой стороне материала водонепроницаемого полимерного покрытия (рисунок 1.2) / 3
/.
Однако, одежда, изготовленная из натуральной кожи и композиционных материалов при
помощи традиционного ниточного крепления, теряет защитные свойства из-за
водопроницаемости соединений, расположенных на опорной поверхности.
Следовательно, необходимо устранить способность одежды такого вида пропускать влагу
через соединительные швы.
L
Рисунок 1.2- Структура искусственных кож с пористым покрытием
(1 - лицевое покрытие, 2 - вспененный полимер из латекса,
3 - трикотажное полотно)
На защитные свойства швов в большей степени влияют такие технологические параметры
стежкообразования, как: форма заточки острия иглы, ее диаметр, положение иглы
относительно материала в момент прокола (с лицевой или изнаночной стороны), частота
строчки и другие. Очевидно, что для уменьшения отверстий проколов, через которые
проходит влага, нужно применять иглу с малым диаметром, а это, в свою очередь, требует
использования ниток малой линейной плотности. Такие нитки имеют небольшую
разрывную нагрузку, что влияет на прочность швов в одежде, так как, известно, что
прочность соединений зависит от прочности самого материала и от прочности его
скрепляющих элементов / 4 /.
Таким образом, изучение структуры соединительных швов для одежды из натуральной
кожи и композиционных материалов с хорошими прочностными и влагозащитными
свойствами с целью установления оптимальных технологических параметров является
актуальной задачей.
1.2 Характеристика способов соединения деталей
Для изготовления одежды применяют различные способы
соединений /5/: ниточный, клеевой, сварной и комбинированный. Помимо этих
разрабатываются новые способы, создаются модификации известных. Применение
различных способов соединений объясняется, во-первых, различными требованиями,
предъявляемыми к сборочным операциям (прочность, износостойкость, герметичность,
стойкость скрепляющих элементов к атмосферным и агрессивным воздействиям среды и
т. п.) и, во10 вторых, свойствами применяемых для изготовления одежды материалов.
Различные структурные особенности материалов для одежды определяют различное
поведение их в процессе изготовления.
По сравнению с текстильными материалами натуральная кожа и композиционные
материалы получают наибольшее ослабление в процессе прокола иглой вследствие их
большей плотности и компактности структуры. Степень ослабления различных видов кож
различна и зависит от профиля острия иглы, частоты строчки, диаметра иглы и достигает
иногда 50 %.
Рассмотрим краткую характеристику различных способов выполнения соединительных
швов одежды из натуральной кожи и композиционных материалов.
В России и за рубежом много работ, объектами исследования которых являлись
соединительные швы влагозащитной одежды. Из них следует выделить работы А. И.
Назаровой / 6 /, А. П. Соколова / 7 /, В. Е. Романова / 8 /, С. И. Степановой / 9 / и других
авторов, показавших целесообразность соединения деталей влагозащитной одежды
различными способами сваривания, а также серию работ, выполненных в ЦНИИШПе и
ГАСБУ /10/, по совершенствованию методов герметизации ниточных швов.
Однако следует отметить, что вопросы изготовления одежды различными способами
сваривания решены применительно к термопластичным материалам с покрытиями и
пленочным материалам и неприемлемы для соединения деталей одежды из натуральной
кожи. Натуральная кожа может подвергаться сварке при помощи термопластичного
посредника, что вызывает большие трудности в виду отсутствия на предприятиях
необходимого оборудования.
Ниточное крепление является наиболее распространенным при изготовлении одежды из
натуральной кожи и композиционных материалов, что подтверждается ОСТ 17-835-80
/11/.
Широкое применение ниточного соединения объясняется возможностью использования
швейных машин - сравнительно недорогого оборудования,
11
универсального в применении к различным материалам. Ниточные крепления Также
обладают достаточно высокой прочностью и хорошим внешним видом.
Основные показатели качества ниточных соединений, к которым относятся прочность
(разрывная нагрузка) и износостойкость, зависят от свойств исходных материалов (ниток,
тканей, кожи) и условий носки, от параметров образования строчки, режимов работы
исполнительных инструментов швейных машин, а также их скорости /12 /.
На качество ниточных соединений изделий, изготавливаемых из натуральной кожи и
композиционных материалов, оказывает влияние термостойкость и толщина покрытия.
В общем объеме выпуска натуральной кожи для одежды наибольший удельный вес
приходится на кожи с покрывным крашением. Лицевое покрытие представляет собой
многослойную композицию, состоящую из пропитывающего и пигментного грунтов,
среднего слоя покрытия и верхнего закрепляющего слоя. Общая толщина пленки на коже
зависит от группы покрытия (полимеризационные, нитроцеллюлозные, полиуретановые,
белковые), состояния поверхности кожи (лицевая или облагороженная) и топографии
кожи (огузок, пола, вороток). Она колеблется от 35 до 202,2 мк I 13/.
Термостойкость грунта находится в пределах 76,6 - 154,0 °С, а готовой кожи -90,0- 160,0
°С114 /.
В результате трения иглы о материал образуется большое количество тепла, оказывающее
влияние на иглу и кожу. В основном тепло аккумулируется иглой. Нагрев иглы при шитье
достигает 400 — 500 °С. Под действием высоких температур натуральные волокна теряют
прочность, а затем разлагаются, что приводит к их размягчению и налипанию на лезвие
иглы с заполнением желобков и ушка /15 /. Для искусственных кож также характерно это
явление -полимерная пленка расплавляется и блокирует ушко иглы. По мере заполнения
ушка иглы расплавленной пленкой прохождение нити через игольное отверстие
12
затрудняется. В конечном результате это ведет к обрыву нити и непригодности
иглы к дальнейшему использованию. Одновременно это приводит к снижению прочности
шва и ухудшению внешнего вида изделия.
Следовательно, в этом направлении нужно проводить исследования по подбору таких
параметров стежкообразования, которые бы снизили силы трения иглы, проходящей через
кожу (форма заточки острия, соответствие номера ниток номеру иглы, волокнистый
состав ниток) /16/.
В научно-технической и патентной литературе отсутствуют сведения о влиянии на
эксплуатационные свойства ниточных соединений в изделиях из натуральной кожи и
композиционных материалов технологических параметров образования стежка, от
которых зависит прорубаемость, капиллярная проницаемость соединений, влияющая на
защитные функции изделия и т. д.
В малочисленных литературных источниках / 16 - 22 / авторами даются лишь
рекомендации по устранению некоторых технологических затруднений, вызванных
особыми пошивочными свойствами натуральной и искусственной кожи для изготовления
обуви и кожгалантереи: с целью устранения стянутости шва места прокладывания строчек
смазывают машинным маслом или мыльной эмульсией, уменьшают степень давления
лапки на кожу, смазывают нить маслом, ослабляют натяжение ниток, уменьшают число
оборотов главного вала, применяют специальную тефлоновую лапку, или роль-пресс и т.
д. Более полных исследований, связанных с изучением влияния технологических
параметров образования ниточных швов в изделиях из натуральной кожи и искусственной
в совокупности (номер и тип иглы, количество строчек и стежков в строчке, конструкция
соединения, состав ниток и т. д.) на их прочностные свойства, в настоящее время не
имеется.
В работах / 22 - 24 / показано, что прочность ниточных швов заготовок верха обуви из
искусственных кож зависит от физико-механических показателей материала и ниток,
конструкции шва, технологии скрепления, ослабления ниток и материала при скреплении
и других факторов. Взаимосвязь
13 между этими факторами достаточно сложна, однако выявлено, что основное
влияние на прочность шва оказывают: прочность материала и нитки, частота строчки,
количество строчек в шве.
Известно / 23 /, что прочность ниточного шва определяется сопротивлением разрушению
ниточных звеньев и межзвеньевых участков материала. В зависимости от частоты строчки
предел прочности ниточного шва определяется или первым компонентом шва сопротивлением разрушению ниточных звеньев, или вторым его компонентом —
сопротивлением разрушению межзвеньевых участков, или прочностью обоих
компонентов шва. В последнем случае достигается наибольшая прочность ниточного
крепления при равнопрочности этих компонентов. Однако сведений о влиянии различных
типов иглы и номера ниток на прочность ниточного крепления эта работа не содержит.
Авторами I 25 I рассматривается влияние некоторых эксплуатационных факторов (влаги,
тепла, циклов "увлажнение - сушка") на прочность ниточных швов. Из результатов
эксперимента следует, что изучаемые факторы вызывают наибольшее ослабление
ниточных швов для искусственных кож и незначительное - для натуральной кожи.
Указанные эксперименты проводились только для обувных кож (юфть обувная яловочная,
кирза СК, винилискожи). А для кож, предназначенных для изготовления одежды, такие
данные отсутствуют.
Автором работ /26 — 35 /с глубоким научным подходом исследованы прочностные
характеристики ниточного крепления деталей из обувных кож (хромового выростка и
опойка, шеврета, шевро, свиных кож) при разной частоте строчки / 26 — 30 /. Так, частая
строчка в шве, рассчитанном на длительную эксплуатацию и учитывающем относительно
большую разрушаемость ниточных стежков во времени по сравнению с разрушаемостью
межзвеньевых участков простроченной кожи, при нарушении технологии сборки или
применении ниток плохого качества, плохо отполированной иглы и
14
плохой наладке швейной машины, вызывает большее число разрушений строчкой кожи и
более частую обрываемость ниток, чем редкая строчка. Все испытания, связанные с
частотой строчки, проводились по методике, разработанной для испытания заготовочных
швов, что позволило выявить основной критерий совершенствования конструктивного
решения и техники выполнения ниточного шва - коэффициент прочности шва, который
характеризует отношение прочности ниточного шва к пределу прочности скрепляемого
материала в зависимости от частоты строчки. Однако в этих работах при выполнении
эксперимента применялись только хлопчатобумажные нитки Л^ 40, 30 и иглы № 85 с
клиновидным острием. Конструкции шва исследовались только для скрепления верха
обуви.
Несомненный интерес представляет работа / 36 /, в которой приведены результаты
детального анализа влияния на прочность ниточных соединений основных
технологических факторов (номер и тип иглы, частота строчки, физико - механические
свойства ниток). Но данные исследования проводились применительно только к
кожгалантерее (перчатки и рукавицы). Проанализировав все параметры, авторы
подтвердили показатели, отраженные в ОСТах и типовой технологии изготовления
перчаточно-рукавичных изделий, пришли к выводу, что изменений в них не требуется.
Ценные рекомендации разработаны Всесоюзным научно-исследовательским институтом
кожгалантерейной промышленности (ВНИИКГП) по определению прочности ниточного
соединения / 37 /. Определены значения каждого фактора, влияющего на прочность
ниточных соединений, и их взаимное влияние, выведены расчетные формулы,
позволяющие математическим методом определить необходимые параметры. К
сожалению, в работе нет подробных рекомендаций по подбору номера и типа иглы для
ниточных соединений из искусственных и натуральных кож.
В инструкциях, разработанных ЦНИИТЭИлегпромом / 37 /, представлены конкретные
предложения по подбору ниток, игл, количеству стежков в 1 см
15 строчки. Но эти параметры не совпадают с теми показателями, которые
предложены в ОСТ 17- 835-80 /11/.
Одним из важнейших факторов, определяющих прочность ниточных соединений в
изделиях из натуральной и искусственной кож, являются физико-механические свойства
швейных ниток. Ассортимент ниток, применяемых в настоящее время в швейном
производстве у нас и за рубежом, значительно расширился. Он пополнился нитками из
химических волокон. Объем применения ниток из химических волокон растет из года в
год / 38 /. В немалой степени тому содействует поступление в швейную промышленность
во все большем количестве материалов с вложением синтетических волокон (до 67 %), а
также швейных ниток с различными видами пропиток - малоусадочных,
водоотталкивающих, малосминаемых, противозагрязняемых. Соединение деталей одежды
из этих материалов должно выполняться нитками, имеющими свойства, близкие к
свойствам обрабатываемых материалов. При изготовлении специальной одежды для
рабочих разных специальностей в ряде случаев наряду с требованиями повышенной
прочности швов возникает необходимость использования ниток, имеющих устойчивость к
кислотам, щелочам, воздействию высоких температур и т. д. Таким требованиям отвечают
нитки из химических волокон, причем они в 1,9 — 2,35 раза прочнее хлопчатобумажных
ниток 151.
В / 39 / даны рекомендации, направленные на повышение прочности хлопчатобумажных
ниток, - предварительное смачивание их керосином, маслом и др. способы. Однако, как
показали исследования, приведенные рекомендации не устраняли основной причины их
плохого качества. Было также установлено, что на потерю прочности ниток в шве влияет
направление крутки ниток (левая или правая). Результаты эксперимента указали на явное
преимущество ниток правой крутки / 40 /.
Эти рекомендации необходимо учитывать и при выборе ниток, применяемых для
скрепления деталей из натуральной и искусственной кож.
16
Замена недолговечных в процессе эксплуатации хлопчатобумажных ниток
высокопрочными нитками из химических волокон является актуальным вопросом
швейного, обувного, кожгалантерейного производства.
Применение синтетических ниток позволяет придать шву стойкость на истирание и изгиб.
Кроме того, они дешевле хлопчатобумажных ниток. Но применение этих ниток
ограничивает скорость стачивания из-за их низкой термостойкости, которая
обуславливает повышение обрывности ниток при соприкосновении с нагретой иглой.
Авторы ряда работ / 15, 41 — 45 / исследуют нагрев иглы в процессе шитья и предлагают
приспособления и устройства для охлаждения, которые позволяют снизить ее
температуру. Если охлаждение не применяется, стачивание необходимо выполнять при
скоростях, обеспечивающих нагрев иглы ниже критических температур / 17 /. Что
касается теплостойкости синтетических ниток, установлено, что наиболее существенно
теплостойкость зависит от вида используемого для ниток волокна. Примерно одинаковые
по прочности нитки имеют различную термомеханическую стойкость / 46 /.
У комплексных синтетических ниток малая термостойкость по сравнению с нитками из
натуральных волокон , так как температура плавления у них в 2 -3 раза ниже температуры,
до которой нагревается острие иглы при сшивании тканей на больших скоростях.
Предохранить нить от тепловых воздействий, возникающих при работе на швейной
машине, можно путем использования для обработки поверхности ниток специальных
препаратов, которые образуют на ее поверхности термостойкую пленку,
предохраняющую нить от размягчения и тепловых повреждений при кратковременном
контактировании с иглой в процессе пошива. Наиболее эффективными препаратами для
отделки швейных ниток являются кремнийорганические эмульсии ("Сополимер — 5",
"Сополимер - 3", СКТНВ). Текстурирование, т. е. увеличение извитости элементарных
волокон в процессе производства синтетических ниток, повышает устойчивость швейных
ниток к тепловым воздействиям / 47, 48 /.
17 Виды одежды и операции, на которых целесообразно использовать нитки
из синтетических волокон, указаны в ГОСТ 12807-82 "Изделия швейные. Классификация
стежков, строчек и швов" / 49 /.
В статье / 50 / описаны исследования капроновых ниток № 64/3 (взамен
хлопчатобумажных № 40) в обувном производстве. Удлинение этих ниток в 3 — 4 раза
больше, чем хлопчатобумажных, поэтому, приближаясь по удлинению к удлинению кожи,
капроновые нитки способствуют сохранению монолитности системы, улучшая условия
эксплуатации швов. Проведенные исследования показали, что предел прочности шва из
капроновых ниток на 70 % больше, а коэффициент прочности - на 24 %, чем у шва из
хлопчатобумажных ниток.
В работе / 24 / комплексно оценивалась прочность ниточных швов, выполненных
капроновыми нитками с разными номерами игл. При переходе с иглы меньшего номера на
больший коэффициент прочности шва снижается на 6 - 8 %, а коэффициент прочности
ниток - соответственно на 20 — 30 %. При изменении частоты строчки с четырех до семи
стежков на 1 см шва коэффициент прочности швов снижается до 50 %. В комплексе
использование капроновых ниток № 64/3 повышает коэффициент прочности ниточного
шва на 24 % по сравнению со швом, выполненным хлопчатобумажными нитками. Для
опытов был использован хромовый выросток средней толщины. К сожалению, авторами
работы не проводились подобные исследования для других видов натуральных и
искусственных кож.
Работа с капроновыми нитками предъявляет повышенные требования к маркам, и к
чистоте обработки рабочих поверхностей швейных игл и деталей машин (износ деталей,
соприкасающихся с капроновой ниткой, повысился). А малейшие шероховатости
разрушают нитку, что ведет к её обрыву. Основными недостатками применения
капроновых ниток является также малая утяжка ниточного стежка и низкая
термостойкость шва. В дальнейшей своей работе / 51 / автор находит пути устранения
этих недостатков путем охлаждения иглы.
Список литературы