ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РАЗРЫВНОЙ НАГРУЗКИ МАТЕРИАЛА ОТ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИИ И ШВЕЙНЫХ НИТОК В СИСТЕМЕ «ТКАНЬ+ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ+ШВЕЙНЫЕ НИТКИ»

АННОТАЦИЯ

Целью исследования является разработка способа обеспечения прочности, предусматривающей закрепление ниточных швов швейных изделий из тканей разреженных структур полимерной композицией. В статье рассмотрена зависимость разрывной нагрузки материала от характеристик полимерной композиции и швейных ниток с использованием полного факторного эксперимента, реализуемого с помощью матрицы планирования с кодированными значениями факторов. Рассмотрено получение регрессионного уравнения для определения расчета разрывной нагрузки системы «ткань + полимерная композиция + ниточное соединение.

ABSTRACT

The aim of the study is to develop a method for ensuring strength, which involves fixing the thread seams of garments from fabrics of sparse structures with a polymer composition. The article considers the dependence of the breaking load of the material on the characteristics of the polymer composition and sewing threads using a full factorial experiment implemented using a planning matrix with coded factor values. Obtaining a regression equation for determining the calculation of the breaking load of the system "fabric + polymer composition + thread connection" is considered.

Ключевые слова: полимерная композиция, раздвигаемость нитей в швах, разрывная нагрузка, смещение нитей, тангенциальное сопротивление нитей, полимер, уток, основа, переплетение, плотность полимера, текстильный материал, структура ткани, линейная плотность, адрас, полный факторный эксперимент, матрица планирования, уравнение регрессии, доверительный интервал.

Keywords: polymer composition, thread expansion in seams, breaking load, thread displacement, thread tangential resistance, polymer, weft, warp, weave, polymer density, textile material, fabric structure, linear density, adras, full factorial experiment, planning matrix, regression equation, confidence interval.

Швейным изделиям, в зависимости от назначения и с учетом условий эксплуатации, предъявляются повышенные требования [1-5]. Одним из специфических требований является прочность соединительных швов, зависящих от раздвигаемости нитей ткани. Раздвигаемость нитей в швах – смещение под действием внешних сил нитей одной системы ткани вдоль нитей другой системы. Раздвигаемость может проявляться в процессе носки на отдельных участках одежды (в области локтя, колена и т.п.). Часто раздвигаемость наблюдается вблизи швов, где она является результатом воздействия на нити ткани стежков строчки при растяжении деталей. Раздвигаемость, является следствием малого тангенциального сопротивления нитей в ткани [6].

Сила, препятствующая относительному перемещению двух соприкасающихся тел, называется силой тангенциального сопротивления. Сила тангенциального сопротивления удерживает волокна в пряже, нити в тканях в том положении, которое они приняли в процессе прядения и ткачества. Если сила тангенциального сопротивления недостаточна и не может противостоять механическим усилиям, которые ткань испытывает в процессе производства или эксплуатации, происходит раздвижка нитей и осыпание срезов в результате скольжения нитей одной системы, например основы, по нитям другой [7].

Характеристикой устойчивости ткани к раздвигаемости нитей в шве принято усилие, вызывающее сдвиг нитей в шве на 4 мм. (по 2 мм. с двух сторон шва). Ориентировочно по значению усилия раздвигаемости нитей в шве ткани подразделяются на легко раздвигающиеся и средне раздвигающиеся [8].

Одной из методик определения раздвигаемости нитей в швах является методика определения на разрывной машине (ГОСТ 28073-89). Она основана на воздействии растягивающей нагрузки на образец ткани со швом (нагрузка прикладывается в направлении перпендикулярном шву) [9].  

Для исследования и оценки эксплуатационных свойств системы «ткань + полимерная композиция + ниточное соединение» были проведены эксперименты по изучению влияния способов закрепления структуры ткани вдоль швов на раздвигаемость.

Были заготовлены контрольные образцы из абровой ткани адрас. Образцы, выкроенные по утку размером 50х300 мм. были стачаны на универсальной машине швом шириной 10 мм. Шов стачивания разутюжен.

Вторая группа образцов соединялась вдоль припуска шва с полоской клеевой прокладочной ткани шириной 15 мм. Образцы стачивались швом шириной 10 мм. и разутюживался.

Третья группа образцов стачивалась швом 10 мм. По линии шва наносилась полимерная композиция с помощью кисточки соответствующей ширины (15 мм). После высыхания полимерной композиции выполняли влажно-тепловую обработку образцов с соединительными швами, закрепленных полимерной композицией на утюжильном оборудовании при температуре 120-130⁰ С [10]. Влажно-тепловая обработка закрепляла структуру разреженных материалов с нанесенной композицией.

Образцы швов с различными способами закрепления структуры ткани сравнивались с контрольным образцом, без закрепления на стойкость к раздвигаемости в швах. Исследование проводилось на разрывной машине.

Для исследования процесса раздвигаемости нитей ткани в швах, был использован соединительный шов – стачной в разутюжку, который имеет наибольшее распространение при изготовлении изделий верхнего ассортимента. Кроме того, как показали исследования по влиянию конструкции швов на раздвигаемость, именно в стачном шве в разутюжку для всех исследуемых материалов, наблюдалась наибольшая величина раздвижки [11]. Следовательно, целесообразность закрепления структуры ткани для предотвращения раздвигаемости нитей ткани в швах целесообразна. Исследование и оценка эксплуатационных свойств системы «абровая ткань + полимерная композиция + ниточное соединение» провели для изучения разрывной нагрузки и раздвигаемости нитей в шве.

Так как, целью работы является уменьшение раздвигаемости в ниточных швах, было исследовано влияние способов закрепления структуры ткани на разрывную нагрузку образцов тканей с ниточными швами. Определение разрывной нагрузки образцов со швами при различном способе закрепления структуры ткани производились на раз­рывной машине AUTOGRAPH [12].

Рисунок 1. Влияние способа закрепления на разрывную нагрузку (Рр)

Как показывает исследование (рис.1), закрепление структуры ткани полимерной композицией увеличивает разрывную нагрузку образца на 38% по сравнению с контрольным образцом без закрепления структуры, в то время как при закреплении клеевыми прокладочными тканями она увеличивается на 17%.

Для установления зависимости разрывной нагрузки материала (ткань адрас) от характеристик полимерной композиции и швейных ниток был применен полный факторный эксперимент, реализуемый с помощью матрицы планирования с кодированными значениями факторов. Если число уровней каждого фактора m, а число факторов k, то число N всех сочетаний уровней факторов, а следовательно, и число опытов в полном факторном эксперименте, определяется выражением

 ,                                                                      (1)

Наиболее простой математической моделью, определяемой функцией отклика ), является полином. Полином линеен относительно неизвестных коэффициентов, что значительно упрощает обработку экспериментальных данных. Полином первой степени для трех факторов представляется уравнением вида

   (2)

где,  _– факторы (входные параметры);

- коэффициенты полинома, вычисленные по результатам опытов.

В настоящем исследовании на основе априорной информации были выбраны следующие факторы:

1) ширина полимерной композиции, см (Х₁);

2) расход полимерной композиции, мг/см² (Х₂);

3) линейная плотность швейных ниток, текс (Х3).

Таблица 1.

Уровни и интервалы варьирования факторов

Уровни и интервалы варьирования факторов (табл. 1) определяют область эксперимента, в которой основной (нулевой) уровень фактора выбирают таким образом, чтобы их сочетание соответствовало значению параметра оптимизации наиболее близкому к оптимальному.

Матрица планирования и результаты опытов приведена в табл. 2, где параметр оптимизации - разрывная нагрузка () определена как среднее значение при равномерном (трехкратном) дублировании опытов. По результатам эксперимента вычисляем коэффициенты модели:

1) свободный член  определяют по формуле

                                                                      (3)

2) коэффициенты регрессии, характеризующие линейные эффекты взаимодействия, определяют по формуле

                                                                 (4)

3) коэффициенты регрессии, характеризующие эффекты взаимодействия, определяют по формуле

                                                          (5)  

где -номера факторов; , - кодированные значения факторов  и  в -ом опыте.

Таблица 2.

Матрица планирования и результаты опытов

В результате обработки экспериментальных данных по формулам (3), (4) и (5) найдены коэффициенты уравнения регрессии (2):

С учетом полученных значений этих коэффициентов уравнение регрессии с кодированными переменными имеет вид

                                                    (6)

Для проверки статистической значимости коэффициентов уравнения регрессии (6) необходимо определить доверительный интервал коэффициентов:

 ,                                                             (7)

где:  -дисперсия коэффициентов регрессии, рассчитываемая по формуле:

 ,                                                                (8)

где, - табличное значение критерия Стьюдента при принятом уровне значимости и числе степеней свободы f, с которым определялась дисперсия ; при равномерном дублировании опытов число степеней свободы находится по выражению , где N – число опытов в матрице планирования, а   – число параллельных ( опытов;  – ошибка в определении -го коэффициента регрессии, вычисляется по формуле

 .

 Дисперсию  параметра оптимизации вычислили по результатам четырех опытов в центре плана, т.е. при . Расчет дисперсии приведен в табл. 3.

Таблица 3.

Вспомогательная таблица для расчета

Примечание.  -число опытов в центре плана; - значение параметра оптимизации в u -м опыте в центре плана.

Дисперсии коэффициентов регрессии:

Доверительный интервал коэффициентов равен:

 ,

где, =2,12 при 5%-ном уровне значимости и числе степеней  свободы 8=16

Сравнив абсолютные значения коэффициентов регрессии с доверительным интервалом , преобразуем уравнение (6) к виду:

     (9)

Для проверки гипотезы адекватности модели, представленной уравнением (9), находим дисперсию адекватности

 ,                                                         (10)

где,  - экспериментальное значение параметра оптимизации в j -ом опыте;  - значение параметра оптимизации в j -ом опыте, вычисленное по уравнению (9);

f-число степеней свободы, ;

k – число факторов равное 3.

Для выявления суммы, входящей в выражение (10), составляем вспомогательную таблицу (табл. 4). При вычислении значений  выражение (9) необходимо подставлять кодированные значения факторов.

Таблица 4.

Вспомогательная таблица для расчета

 = ==0,0241

Проверку гипотезы адекватности модели производим по критерию Фишера. Для этого находим расчетное значение критерия  и сравниваем с табличным значением :

,

где =

При 5%-ном уровне значимости и числах степеней свободы для числителя табличное значение критерия  . Так как  , то модель,  представленная уравнением (9), адекватна.

Выполним переход от кодированных  значений факторов к натуральным B, Q и Т, используя соотношения.

; ; ,

где, - основные уровни факторов в натуральных выражениях;

- интервалы варьирования факторов.

     (11)

Уравнение (11) адекватно, поэтому его можно использовать как интерполяционную формулу для вычисления разрывной нагрузки Р.

Для установления зависимости разрывной нагрузки материала (ткань адрас) от характеристик полимерной композиции и швейных ниток был применен полный факторный эксперимент, реализуемый с помощью матрицы планирования с кодированными значениями факторов. Полученное регрессионное уравнение можно использовать для определения расчета разрывной нагрузки системы «ткань + полимерная композиция + ниточное соединение [13-15].

Список литературы:

1. М.К.Расулова, С.Ш.Ташпулатов, И.В.Черунова. Разработка технологии изготовления спецодежды с улучшенными эксплуатационными свойствами // Монография, 2020, ИСОиП (филиал) ДГТУ, изд-во ЗАО “Университетская книга”, Курск, 2020, 191 с.
2. Е.В.Лунина, С.Ш.Ташпулатов, И.В.Черунова, И.Г.Шин и др. Актуальные направления и инновационные подходы проектирования швейных изделий как оболочек сложной пространственной формы // Монография / под общ. ред. доц. Е.В. Луниной. – М.: Издательская группа «ТРИУМ», 2021.–106 с.
3. У.Т.Муминова, С.Ш.Ташпулатов, И.В.Черунова, С.И.Шарипова. Разработка методологии комплексного проектирования детской одежды // Монография, 2020, ИСОиП (филиал) ДГТУ, изд-во “Лик”, Новочеркасск, 2020, 173 с.
4. Е.Б.Лукьянова, И.В.Черунова, С.Ш.Ташпулатов. Особенности проектирования женской теплозащитной одежды для условий криосферы // Монография, ИСОиП (филиал) ДГТУ, изд-во ЗАО “Университетская книга”, Курск, 2022, 62 с.
5. С.У.Пулатова, Н.Г.Закиряева, С.Ш.Ташпулатов, И.В.Черунова, Б.Г.Алимухамедова. Разработка методологии проектирования одежды специального назначения // Монография / Под ред. докт. техн. наук, проф. С.Ш.Ташпулатова. – Курск: изд-во ЗАО «Университетская книга», 2022, - 116 с.
6. Кокеткин П.П. Одежда: технология-техника, процессы-качество: Справочник / Кокеткин П.П. - М.: МГУДТ, 2001. - 560 с.
7. Бузов Б.А., Алыменкова Н.Д. Материаловедение в производстве изделий легкой промышленности (швейное производство): учебник. – М.: «Академия», 2010 г. – 448 с.
8. С.Ш.Ташпулатов, Е.Г.Андреева. Теоретические основы технологии изготовления швейных изделий // Изд-во «Наука и технология», учебное пособие, Ташкент, 2017, 215 с.
9. Туханова В.Ю., Тихонова Т. П., Федотова И. В. Методы оценок потребительских свойств материалов и конструкций узлов швейных изделий при инженерном конфекционировании. Учебное пособие. Издательство «Академия Естествознания» МГУТУ 2017 г.- 144 с.
10. Е.Х. Меликов. С.Ш.Ташпулатов, А.П.Черепенько. Определение режимов формообразования и влажно-тепловой обработки деталей одежды Журнал «Швейная промышленность», 1989, №1
11. Алимухамедова Б.Г., Ташпулатов С.Ш., Черунова И.В., Кадиров Т.Ж. Обеспечение прочностных свойств ниточных соединений в швейных изделиях: монография/ - Курск: изд-во ЗАО “Университетская книга”- 2020, - 96 с.
12. ГОСТ 28073-89. Изделия швейные. Методы определения разрывной нагрузки, удлинения ниточных швов, раздвигаемости нитей ткани в швах. 29.03.89 г. -10 с.
13. Ташпулатов С.Ш., Черунова И.В., Андреева Е.Г., Алимухамедова Б.Г., Ганиева Г.А. Исследование и комплексная оценка эксплуатационных свойств ниточных соединений в системе "адрас + полимерный композит" // Журнал «Известия Вузов. Технология текстильной промышленности», Иваново, РФ, №6 (378), 2018.- C.150-153.
14. Alimukhamedova B.G., Tashpulatov S.Sh., Kadirov T.D. Development technology of manufacturing clothes from fabrics with rarefied structures // International Journal of European science review, ISSN 2310-5577, Vienna, Austria, Number 1-2 (2017), January-February, p.p.182-183. (05.00.00; №3).
15. Алимухамедова Б.Г. Разработка способов обеспечения прочностных свойств ниточных соединений швейных изделий. Автореферат дисс. доктора философии (PhD) по техническим наукам, 05.06.04.- Ташкент. - 2021, 46 с.