ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СТРОЕНИЯ ТКАНИ

АННОТАЦИЯ

На основе теории фазового строения ткани в зависимости от высоты волны изгиба основы и утка рассмотрены девять фаз строения ткани. При условии: ткань полотняного переплетения; нити основы и утка цилиндрической формы; единицей измерения принят радиус нити (r). Разработана модель фазового строения ткани. Геометрически определены параметры ткани в каждой её фазе силы трения между нитями, такие как высота волны утка, угол трения между нитями, высотой волны утка и высотой волны основы.

ABSTRACT

Based on the theory of the phase structure of fabric, depending on the height of the bending wave of the warp and weft, nine phases of the fabric structure are considered. Provided: plain weave fabric; cylindrical warp and weft threads; The unit of measurement is the radius of the thread (r). A model of the phase structure of tissue has been developed. The parameters of the fabric in each phase of the friction force between the threads are geometrically determined, such as the height of the weft wave, the angle of friction between the threads, the height of the weft wave and the height of the warp wave.

Ключевые слова: ткань, основа, уток, фаза, строение, модель, хлопок, модал, лавсан, нить, геометрия, угол, трение, коэффициент, сила. параметры, волна.

Keywords: fabric, warp, weft, phase, structure, model, cotton, modal, lavsan, thread, geometry, angle, friction, coefficient, force. parameters, wave.

Введение

Сорочечные ткани составляют существенную часть ассортимента текстильных полотен. Эксплуатация одежды из этих тканей должна сопровождаться чувством комфорта, который определяет работоспособность и здоровье человека [1-2]. Эксплуатационная долговечность сорочечных тканей выражается в относительно непродолжительном сроке носки изделий, который зависит от изменения их внешнего вида и потребительских свойств под влиянием многократных воздействий окружающей среды. В работах [3-4] отмечено ткань для одежды должна обладать удобным прилеганием к телу в устойчивом состоянии и эластичностью при движениях тела. Эти характеристики могут быть эффективно достигнуты с помощью ткани, которая обладает двумя механическими свойствами. Во-первых, свойства растяжения, чтобы справиться с формуемостью и подгонкой к телу, и, во-вторых, свойства восстановления, которые связаны с восстановлением формы тела тканью после растяжения.

В зависимости от своего назначения ткани должны иметь соответствующие потребительские, физико-механические и гигиенические свойства, определяемые видом волокнистого материала, из которого выработана ткань, её строением. Под строением ткани понимают взаимное расположение нитей основы и утка и их взаимосвязи [5-6].

На строение тканей влияют следующие параметры: сырьевой состав, выбираемый с учетом назначения ткани и требований, которые к ним предъявляются; диаметры нитей основы и утка и их соотношения, в которых увеличение диаметра нитей одной системы повышает разрывную нагрузку и удлинение ткани этой системы и уработку нитей другой системы; плотность ткани по основе и утку, и их соотношения, в которых изменение плотности ткани одной системы нитей вызывает изменение технологических параметров выработки строения и свойств ткани; оценка напряженности выработки ткани на ткацком станке, которая характеризуется наполнением ткани волокнистым материалом, т.е. отношением фактической плотности к максимальной плотности ткани; вид переплетения нитей ткани, которая характеризуется числом перекрытий одной системы другой системы в пределах раппорта ткани. Переплетения, имеющие наименьшее число перекрытий имеют большую разрывную нагрузку и уработку нитей в ткани, и выработка тканей сопровождается на станке большей напряженностью; технологические параметры, к котором следует отнести натяжение нитей основы и утка и их соотношения, величина заступа, размеры и расположение зева [7-8].

Эти параметры изменяют расположение нитей в ткани, следовательно определяет строение ткани (толщина, пористость, заполнение и наполнение ткани и др.). Влияние каждого из этих факторов на реальную структуру ткани пока недостаточно изучено, поэтому при теоретическом анализе приходится исходить из условной геометрической схемы строения ткани [9-10]. При этом допускается, что после снятия ткани со станка происходит релаксация и взаимное уравновешивание напряжений в нитях разных систем. Это приводит к некоторой перестройке структуры ткани, однако не устраняет полностью влияние условий ее формирования. Анализом такой структуры ткани занимались многие исследователи, допуская, что нити основы и утка являются абсолютно гибкими, имеют строго цилиндрическую форму и не подвержены деформациям растяжения и смятия [11]. Согласно данным работы [12], с изменением фазы строения ткани изменяются и ее механические свойства. С увеличением фазы строения ткани разрывное усилие и разрывное удлинение становятся больше: тем самым изменяются работа разрыва и другие характеристики. В работах [13] рассматривают строение тканей полотняного переплетения в зависимости от натяжения нитей основы. Он указывает, что изгиб утка в ткани осуществляется в момент прибоя уточины под действием зубьев берда и давления нитей основы. В работах [14] доказано, что для математического описания напряженно-деформированного состояния нитей при формировании ткани кроме упругой природы текстильных нитей необходимо использовать наследственную теорию вязко-упругости, разработанную Л. Больцманом и В. Вольтером. Авторы утверждают, что за время одного оборота главного вала станка в расчетах натяжения и деформации нитей основы имеются большие расхождения. В других работах [15] представлены научные исследования по формированию комбинированных тканей с продольными полосами. Доказано, что на строение ткани влияют такие основные технологические параметры, как величина заступа, заправочное натяжение и положение скало по вертикали относительно опушки ткани. К параметрам строения ткани авторы относят уработку основных и уточных нитей, фазу строения полученной ткани и размеры поперечных сечений нитей. При выработке комбинированных тканей с небольшой плотностью по утку наблюдаются ложные остановы ткацкого станка из-за провисания нитей основы. Авторы доказывает, что с уменьшением плотности ткани по утку порядок фазы строения в полосах ткани изменяется. Также выполнены работы по прогнозированию изготовления тканей разных переплетений заданного строения [16]. В этих работах приводятся формулы для определения высот волн изгиба нитей основы и утка в ткани различных переплетений. Согласно предложенной геометрической модели строения ткани полотняного переплетения ткани, в которой основные и уточные нити имеют круглое поперечное сечение, в работах [17] были получены формулы для определения основных параметров строения ткани, то можно вычислить главные параметры строения ткани при любых углах изгиба нитей основы и утка. Авторы предлагают с учетом деформации рассматривать эллиптическую форму поперечного сечения при сохранении той же удельной плотности нитей. Отмечено если принять форму поперечного сечения нити эллиптической, как наиболее близкую к реальной, то формулы для вычисления параметров строения тканей будут громоздкими. Для облегчения вычисления параметров строения ткани предложено рассматривать форму сечения нити в виде «стадиона» и скорректировать, в связи с этим, формулы для определения геометрической плотности.

 2. Теоретическая часть

Главным вопросом аналитических исследований структуры ткани является опреде- ление высот волн основных и уточных нитей [18]. На основе теории фазового строения ткани в зависимости от высоты волны изгиба основы и утка различают девять фаз строения ткани. При этом задаются определенными условиями:

• ткань полотняного переплетения;
• нити основы и утка цилиндрической формы;
• единицей измерения принят радиус нити (r);

При одинаковых диаметрах основы и утка (d_o=d_y) в первой фазе строения, основа в ткани прямая (высота изгибов волн равно нулю, т.е. h_o = 0), а в утке имеет максимальные изгибы (высота волны уточины равно четырем её радиусов, то есть h_y = 4r).

В тканях девятой фазы строения, наоборот прямыми являются уточные нити (h_y = 0), а основные нити имеют максимальные прогибы (h_o = 4r);

При последовательном переходе от одной к последующей фазе, высота волны нитей одной системы уменьшается настолько, насколько увеличивается высота волны нитей противоположенной системы. Так при II порядке фазы строения высота волны основы

h_o = 0,5r, а высота волны утка на основании формулы (1)

h_y = 4r – 0,5r = 3,5 r                                                          (1)

Порядок фазы строения ткани определяется отношением высоты волн основы и утка h_o/h_y (таблица (1).

Таблица 1.

Порядок фазы строения ткани

3. Экспериментальная часть

На рис.1-9 представлены модели девяти фаз строения ткани. Где на рис.1а-9а показано расположение утка с высотой волны h_у и основы Н_о (h_о) на сетчатой бумаге с квадратиками равной половина радиуса нити (¹/₂r) по вертикали и по горизонтали.

а                                           б

Рисунок 1. Модель первой фазы строения ткани

а                                           б

Рисунок 2. Модель второй фазы строения ткани

а                                           б

Рисунок 3. Модель третьей фазы строения ткани

а                                           б

Рисунок 4. Модель четвертой фазы строения ткани

а                                           б

Рисунок 5. Модель пятой фазы строения ткани

                             а                                           б

Рисунок 6. Модель шестой фазы строения ткани

а                                             б

Рисунок 7. Модель седьмой фазы строения ткани

а                                                  б

Рисунок 8. Модель восьмой  фазы строения ткани

а                                                                 б

Рисунок 9. Модель девятой фазы строения ткани

А на рис.1б-9б показано геометрическая модель расположения волн изгиба нитей в треугольнике, где, катет а равен высоте волн изгиба h_у волн уточной нити, угол трения А между нитями основы и утка определяется из геометрической модели расположения волн изгиба нитей в треугольнике, то есть угол образованной между сторонами а и с.

Таблица 3.

Расчет параметров модельного фазового строения ткани

В таблицы 3 приведены на базе экспериментальных исследований параметров нитей результаты расчета коэффициента трения в зависимости от вида трущихся поверхностей состава и линейной плотности нити.

 Таблица 3.

Результаты расчета коэффициента трения в зависимости от вида трущихся поверхностей состава и линейной плотности нити

В таблице 4 представлен расчет силы трения между нитями модал в утке с нитью модал в основе.

Таблица 4.

Расчет силы трения между нитями модал в утке с нитью модал в основе.

В таблице 5 представлен расчет силы трения между нитями модал в утке с нитью х/б в основе.

Таблица 5.

Расчет силы трения между нитями модал в утке с нитью х/б в основе

В таблице 6 представлен расчет силы трения между нитями х/б в утке с нитью х/б в основе.

Таблица 6.

Расчет силы трения между нитями х/б в утке с нитью х/б в основе

4. Обсуждения

Из рис.1- 9. следует, что угол трения А можно определить при помощи тригонометрической функции из треугольников рис. 3.1б -3.9б, когда известны размеры стороны а и сторона с. Тангенс угла А определяют как соотношение стороны а к стороне в, то есть tg А= а/в. В таблице 3 приведены порядок фазы строения ткани в зависимости от параметров строения ткани.

При I порядке фазы строения ткани основные нити в ткани не огибают уточных нитей и остаются прямыми; высота Н_о (h_o) изгибов (волн) основы равна нулю, а высота h_у волн уточной нити имеет максимальное значение - 4r (при условии, что диаметры основной и уточной нитей одинаковы).

При II порядке фазы строения ткани и в каждом последующем порядке фазы до IX включительно высота волны основной нити будет увеличиваться на ¹/₂r, а высота волны уточной нити будет уменьшаться на ту же величину (¹/₂r). Таким образом, при V порядке фазы строения ткани, высоты волн основы h_o (на рис. 1 Н_о) и утка h_у, будут равны (рис. 1, V порядок фазы) и каждая из них равна 2r.

Начиная с VI порядка фазы строения ткани, высота волны основной нити будет больше высоты волны уточной нити на ¹/₂r и составит 2¹/₂r, а в IX порядке фазы высота волны основной нити Н_о (h_o) достигнет максимума - 4r, а высота волны уточной нити h придет к нулевому положению, т. е. уток выпрямится. I и IX порядки фаз строения ткани по высоте волн взаимно противоположны. Для получения тканей IV, III, II и I порядков фаз строения необходимо постепенно увеличивать плотность по утку и разуплотнять основу, так как иначе выработать ткань I порядка фазы строения невозможно вследствие чрезмерно высокого процента наполнения и большой усадки ткани по ширине.  Для получения тканей VI, VII, VIII и IX порядков фаз строения следует уплотнять основу и уменьшать плотность по утку.

Геометрически определены параметры ткани в каждой её фазе силы трения между нитями, такие как высота волны утка h_y, угол А трения между высотой волны утка h_y и высотой волны основы h_o. Из таблицы 3 следует с увеличением фазового строения ткани высота волны утка h_y   уменьшается, а угол А трения в градусах и радианах между высотой волны увеличивается на 68%.

Анализ таблиц 4-6 показывает при изменении фаз строении ткани, при одинаковых значениях угла А трения между высотой волны утка h_y и высотой волны основы h_o и постоянных значениях заправочного натяжения нити утка, силы трения между нитями сила трения между нитями во всех вариантах увеличивается. Повышение коэффициента трения увеличивает абсолютные значения силы трения. Влияние коэффициента трения на параметры формирования ткани на основе расчетных данных при различных значениях этого коэффициента, в результате чего определено, что при изменении коэффициента трения в заданном интервале параметры формирования ткани изменяются несущественно, что подтверждают таблицы 4-6. Влияние коэффициента трения на параметры формирования ткани на основе расчетных данных при различных значениях этого коэффициента, в результате чего определено, что при изменении коэффициента трения в заданном интервале параметры формирования ткани изменяются несущественно.

5. Выводы

1.Разработана модель фазового строения ткани. Геометрически определены параметры ткани в каждой её фазе силы трения между нитями, такие как высота волны утка, угол трения между нитями, высотой волны утка и высотой волны основы. С увеличением фазового строения ткани высота волны утка уменьшается, а угол трения в градусах и радианах между высотой волны увеличивается на 68%.

2.Изменение фаз строении ткани, при одинаковых значениях угла трения между высотой волны утка и высотой волны основы и постоянных значениях заправочного натяжения нити утка, сила трения между нитями во всех вариантах увеличивается. Повышение коэффициента трения увеличивает абсолютные значения силы трения. Влияние коэффициента трения на параметры формирования ткани на основе расчетных данных при различных значениях этого коэффициента, в результате чего определено, что при изменении коэффициента трения в заданном интервале параметры формирования ткани изменяются несущественно.

Список литературы:

1. Raximxodjaev S.S , D.N.Qodirova To’qima loyialashning zamonaviy usullari. Darslik.-T.: Adabiyot uchqunlari. 2018-144b.
2. Ислам С., Парвин Ф., Урми З., Ахмед С., Ислам С. Исследование решений проблем загрязнения окружающей среды и проблем со здоровьем рабочих, вызванных операциями по производству текстиля. Международный журнал текстильных исследований. 2020; 2: 1-21.
3. Эльмогахзи, Ю.Э. (2020) Эксплуатационные характеристики традиционного текстиля: изделия из джинсовой ткани и спортивной одежды. В: Elmogahzy, YE, Ed., Engineering Textiles, Elsevier, Amsterdam, 319-346.
4. Ислам С., Парвин Ф., Урми З., Ахмед С., Арифуззаман М., Ясмин Дж. и др. Исследование пользы для здоровья человека, комфортных свойств человека и экологического воздействия натуральных устойчивых текстильных волокон. Европейский журнал физиотерапевтических и реабилитационных исследований. 2020; 1: 1-24.
5. Патра, А.К. и Паттанаяк, А.К. (2015) Новые разновидности джинсовых тканей. Woodhead Publishing Limited, Кембридж, 483-506.
6. Kadirova D.N., Daminov A.D.,Rahimhodjaev S.S., Technology of production of technical belts and the study of their properties. Scoups,2019/  549-552.
7. Мартынова А.А., Власова Н.А., Слостина Г.Л. Учебник для студентов ВУЗов. М., Изд. МГТУ,1999.,343стр.
8. Степанов, Г.В. Теория строения ткани. Иваново: ИГТА, 2004.– 492 с.
9. Ямщиков C.B., Плаксин Е.Б. Анализ релаксационных процессов упругой системы заправки ткацкого станка. //Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. -1992, №2.-с.48-50.
10. Ямщиков C.B., Плаксин Е.Б. Анализ релаксационных процессов упругой системы заправки ткацкого станка. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности.-1992,№2.-с.48-50.
11. Юдкевич Ю.Д. Основы оптимизации технологических процессов и исследований.-Л.: 1989.231.
12. Степанов, С.Г. Равновесие нити в ткани. Изв. вузов. Технология текст. пром-сти. – 2000. № 4. С. 52 – 56.
13. Кубайтис З.И. Разработка методов управления технологическим процессом и качеством ткани на сопловых ткацких станках: Диссертация докт. техн. наук. -Каунас, 1990.
14. Чистова, И.Н. Взаимодействие нитей в элементе ткани. Теория и практика разработки оптимальных технологических процессов в текстильном производстве: сборник материалов междунар. науч.-техн. конф. ИГТА. Иваново, 1996. С. 122–123.
15. Рахимходжаев С.С., Кадырова  Д.Н. Теоретические основы процесса образования ткани. Учебник. Ташкент. ТИТЛП. 2018.
16. HANDBOOK OF WEAVING Edited by S Adanur, Department of Textile Engineering, Auburn University, USA  440 pages 543 figures 68 tables 254 x 176mm hardback 2000
17. Islam and Bandara. Cloth Fell Control to Prevent Start-up Marks in Weaving. J.Text.Inst., 1999, 90 Parti, №3,-c.336-345. Ислам и Бандара. Контроль за падением ткани для предотвращения появления следов при ткачестве. J.Text.Inst., 1999, 90 частей, №3, -c.336-345
18. Vancheluwe L. and Kiekens P. Modeling Mechanical Behavior of Fabric and Warp Yarn During Loom Stops. Textile Res. J. 66(10), 722-726 (1996). Ванчелуве Л. и Кикенс П. Моделирование механического поведения ткани и нити основы во время остановок ткацкого станка. Текстильная промышленность Дж. 66(10), 722-726 (1996).
19. Кадирова Д.Н.,Даминов А.Д., Рахимходжаев С.С.Технология, проектирование и параметры технических тканей. Монография, 2020. LAPLAMBERT ACADEMIC