CC BY
38
УДК 687.174; 687.03; 67.017
Е. Н. Сирота, И. В. Черунова, Н. В. Тихонова ИССЛЕДОВАНИЕ И УЧЕТ СВОЙСТВ ВСПЕНЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ ОДЕЖДЫ ДЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГО РАСТЯЖЕНИЯ
Ключевые слова: одежда, вспененные материалы, деформация, прочность.
Особенности строения и свойств современных вспененных материалов, с одной стороны, обеспечивают высокий уровень тепловой защиты человека в одежде под водой, а с другой стороны, высокие растягивающие воздействия на такую одежду приводят зачастую к предельным разрывным нагрузкам на пористые материалы, прочность и деформационные характеристики которых требуют учета на этапе проектирования деталей конструкции. В статье представлены результаты исследования особенностей строения и свойств современных типов вспененных материалов для одежды, предложен концептуальный подход к решению задачи алгоритмизации процесса проектирования с учетом исследованных свойств материалов. Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в Донском государственном техническом университете в рамках Государственного задания по проекту .№2838.
Keywords: apparel, foam materials, deformation, strength.
Features of structure and properties of advanced foamed materials ensures a high level of thermal protection of man under water in clothes. High tensile impact on clothes leads often to limit bursting loads on porous materials. At the design stage, construction details of clothes requires consideration of their strength and deformation characteristics. This article presents the results of a study of the structure and properties of modern types offoam materials for clothing, proposed a conceptual approach to solving problems of algorithmization of the design process, taking into account the properties of the materials studied. The results of researches which this paper has presented are got with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Project .№2838). Researches were conducted in Don state technical university.
Проектирование одежды из вспененных материалов характеризуется рядом особенностей, среди которых одно из первых мест занимает учет их деформационных свойств в аспекте высоких растягивающих нагрузок. Растягивающие нагрузки в многоосной системе приводят к изменениям нескольких параметров материалов одновременно: линейные размеры участков деталей конструкции, толщина, плотность, теплопроводность. При этом существует две категории растягивающей нагрузки на одежду: активная (достигающая предельных состояний в моменты одевания и снятия предметов одежды) и пассивная (возникающая в процессе динамических движений человека во время эксплуатации плотно-облегающих изделий) [1,2]. Активная нагрузка определяет требования к порогу максимального растяжения материалов, применяемых при изготовлении одежды. Особое значение это имеет для одежды из эластичных вспененных материалов. Для выявления наиболее эффективных образцов современных материалов группы «неопрен» для проектирования гидрокостюмов «мокрого» типа были проведены аналитические и экспериментальные исследования.
Одним из важных показателей, влияющих на прочностные свойства материала, является устойчивость к растяжению на разрыв. Растяжение материала происходит на разных этапах: в процессе одевания, когда костюм одет на фигуру и материал растянут по причине плотного облегания, в момент динамических движений, связанных с особенностями эксплуатации гидрокостюма. При растяжении материал, из которого изготовлен такой костюм, должен выдержать прилагаемую нагрузку, в тоже время не создавать излишнего объема в местах сгибов и на наиболее узких участках, не сковывать движения в момент динамических нагрузок.
Материал, из которого изготавливают данный вид одежды, представляет собой единую резиновую пористую структуру.
Вопросы определения характеристик прочности при растяжении рассмотрены в ряде современных исследований.
Деформационные свойства рассматриваемых пористых материалов приобретают отличия в системе «сендвич-конструкций» с покрытиями из тканей. Распространенным покрытием является нейлон.
В экспериментальных исследованиях [3] механическое поведение неопрена с покрытием из нейлоновой ткани было оценено, используя двухосное на-гружение на основе гидравлического метода испытаний и способа одноосного растяжения при различных условиях окружающей среды при испытаниях.
Исследования показывают, что жесткость при растяжении материалов, соединенных с тканями, обладает высокими свойствами анизотропии, во многом благодаря неотъемлемым свойствам нитей и их ориентации в направлениях основы и утка, а также коэффициенту обжима [3].
Испытания на одноосное растяжение материала неопрен, связанного с нейлоном, осуществляются в соответствии с BS ЕН ИСО 1421 [4], используя универсальную испытательную установку [3] (рис.1).
Каждый образец композиционного материала на основе неопрена и нейлона подвергался растяжению с коэффициентом расширения 100 мм/мин до разрушения материала. Количество тестовых образцов - 4. Нагрузки и данные удлинения были зафиксированы при частоте 10 данных в секунду, из которых. Испытания образцов на одноосное растяжение для -4°С проводились с образцами, выдержанными в морозильной камере в течение 48 ч. [3].
явилось расслаивание с последующим разрывом вспененного резинового материала.
Рис. 1 - Общий вид процесса исследований прочности вспененных материалов с нейлоновым покрытием при предельном нагружении [3]
1,2,3,4 - Образцы материалов
Рис. 2 - Зависимость предельной растягивающей нагрузки от растяжения вспененных материалов в направлении утка в условиях испытаний - 4°С [3]
Исследования проведены с учетом воздействия температуры окружающей среды (-4°С) (рис.2,3), при комнатной температуре (+20°С) и при повышенных температурах до +55°С
Анализ представленных данных позволил выявить при отрицательных температурах влияние направления волокон текстильной основы из нейлона, связанной с неопреном, на величину растяжения, которая в направлении основы почти в 2 раза выше относительно утка.
Одноосные испытания образцов при +20°С. показали при нагружении параллельно направлению волокон утка вторичное сужение композиционного материала в зоне закрепления образцов, но при этом видимых трещин в неопрене не наблюдалось. Для образцов, нагруженных параллельно направлению волокон основы у композиционного материала про-
0.2 0.3
Растяжение, ни 1,2,3,4 - Образцы материалов
Рис. 3 - Зависимость предельной растягивающей нагрузки от растяжения вспененных материалов в направлении нитей основы в условиях испытаний - 4°С [3]
Одноосное растяжение образцов композиционного материала при температуре окружающей среды 35 ° С и 55°С показало характер деформаций, аналогичный описанным выше. Выявлено, что средний предел прочности при растяжении параллельно направлению волокон утка при температуре -4^ и +20C довольно схожи (60 МПа и 62 МПа соответственно) [3]. При этом у образца, подверженного нагрузке параллельно волокна основы, предел прочности холодных образцов выше.
С целью повышения качества расчетов в процессе проектирования одежды [5] из современных видов неопрена был проведен анализ их ассортимента. Современный ассортимент пенистых материалов типа «неопрен» представлен рядом образцов, которые требуют определения их фактических характеристик при активном растяжения на основе единой методики исследования. В связи с этим был проведен ряд испытаний для решения задачи определения прочностных свойств современных неопренов.
Для определения методики исследования были рассмотрены различные методы:
1) ГОСТ 270-75 Резина. Метод определения уп-ругопрочностных свойств при растяжении.
2) ГОСТ 3813-72 Материалы текстильные. Ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении.
3) ГОСТ 8847-85 Полотна трикотажные. Методы определения разрывных характеристик и растяжимости при нагрузках, меньше разрывных.
4) ГОСТ 25015-81 Пластмассы ячеистые и пенорезины. Метод измерения линейных размеров.
5) ГОСТ 29088-91 Материалы полимерные ячеистые эластичные. Определение условий прочности и относительного удлинения при разрыве [6].
Рассмотрев нормативные документы, регламентирующие методики определения показателей прочности материалов при растяжении, максимальное соответствие свойств пористого материала типа
«неопрен» в качестве образца для исследования было установлено для методики (5) [6].
С целью определения предпочтительной марки неопрена, обладающей устойчивостью к разрыву при активных растяжениях, были отобраны наиболее востребованные образцы вспененных материалов одинаковой толщины различных производителей:
1- NAM LIONG;
2- YAMAMOTO#38;
3- YAMAMOTO#39;
4- YAMAMOTO#45;
5- HEIWA;
6- NATIONAL;
7- DAIWABO;
8- SHEICO.
Представленные образцы материалов были отобраны по типу однослойного неопрена толщиной, рекомендуемой для погружений в воду с температурой от 10°С и ниже. Размер образцов 50*200мм.
Цель испытаний: определить разрывную нагрузку и относительное удлинение пористого вспененного материала для оценки прочности при растяжении с нагрузками меньше разрывных.
Методика проведения испытаний соответствовала [6].
Испытательное оборудование:
1. Климатическая камера КТК-800, №432;
2. Измерительный прибор (линейка);
3. Разрывная машина ИР 5074-3, №2 (скорость перемещения зажимов 500 мм/мин).
Климатические условия: температура окружающей среды 23°С, относительной влажность 65 %.
Результаты экспериментальных исследований представлены на рис.4.
250
Сравнительный анализ установленных величин, характеризующих устойчивость вспененных материалов к активным растягивающим нагрузкам, позволил установить группу материалов типа « неопрен» из пяти видов (№№4-8), которые имеют одинаковый предел прочности при разрыве (200 Н) и, соответственно, одинаково высокую величину относительного удлинения (98%) и могут быть рекомендованы для использования при изготовлении деталей конструкции с максимальными нагрузками активного растяжения.
Литература
1. Сирота Е.Н., Черунова И.В., Стенькина М.П. Исследование свойств деформационных материалов для гидрокостюмов / Е.Н.Сирота, И.В.Черунова, М.П.Стенькина // Современные наукоемкие технологии.
- 2014. - № 5-2. - С. 26-28.
2. Евсеева Н. В., Гаврилова О. Е., Халитова Н. А. Применение неопрена в производстве изделий легкой промышленности / Н. В.Евсеева, О.Е.Гаврилова, Н.А. Халитова // Вестник технологического университета. -2016. - Т.19. - №8. - С.78-80
3. Aboshio A., Green S., Ye J. Experimental investigation of the mechanical properties of neoprene coated nylon woven reinforced composites / A.Aboshio, S.Green, J.Ye // Composite Structures. - 2015. -№120. - Р. 386-393.
4. BS-EN-ISO-1421 -Standard. Rubber-or plastics-coated fabrics. Determination of tensile strength and elongation at break. - 1998.
5. Конопальцева Н. М., Рогов П. И., Крюкова Н. А. Конструирование и технология изготовления одежды из различных материалов: учеб. пособие для вузов в 2 ч. Ч. 1. Конструирование одежды/ Н. М. Конопальцева, П. И. Рогов, Н. А. Крюкова // - М.: Высшее образование, 2007
- 256с.
6. ГОСТ 29088-91 Материалы полимерные ячеистые эластичные. Определение условной прочности и относительного удлинения при разрыве / Дата введения 01.01.1993. - М.: ИПК Издательство стандартов. - 2004.
- 4с.
Рис. 4 - Разрывные и деформационные характеристики современных марок неопрена
© Е. Н.Сирота - асп. каф «Конструирование, технологии и дизайн» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ДГТУ в г.Шахты, [email protected], И. В. Черунова - док.техн.наук, профессор той же кафедры, [email protected]. Н. В. Тихонова - док.техн.наук, проф. каф. «Конструирование одежды и обуви» КНИТУ, [email protected].
© E. N. Sirota - postgraduate student of the Department «Design, technology, and design» of Institute of service sector and entrepre-neurship (branch) of DSTU in Shakhty, [email protected] 1 V. Cherunova - Doc.tech.Sciences, Professor of the chair «Design, technology, and design» of Institute of service sector and entrepreneurship (branch) of DSTU in Shakhty, [email protected]; N. V. Tik-honova - Doc .tech. Sciences, Professor of the chair «Designing clothes and shoes» KNRTU, [email protected].
