CC BY
17
УДК 687.02 (07)
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НИТИ ИЗ НАТУРАЛЬНОЙ КОЖИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТРИКОТАЖНЫХ ПОЛОТЕН
© 2011 г. О.Н. Лылова
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса, г. Шахты
South-Russian State University of the Economy and Service, Shahty
Рассматриваются вопросы оптимизации технологических процессов склеивания нарезанных из межлекальных выпадов натуральной кожи отрезков определенной ширины, сформированных в нить, для беспрепятственного прохождения через механизмы вязального оборудования и изготовления трикотажных полотен и готовых верхних трикотажных изделий. Для этого использованы современные математико-статистические методы планирования эксперимента, которые позволили выявить факторы и их уровни варьирования для оптимизации технологического процесса.
Ключевые слова: адгезив; кожаная нить; прочность; клеевое соединение; трикотажное полотно; критерий оптимизации; планирование эксперимента.
The paper deals with the problem of optimization of the technological processes of glueing together strips of the definite width which are cut out of the natural leather waste made between patterns. The strips are used for forming a thread that can easily pass through the mechanisins of knitting machinery for manufacture of knitted cloth and machine-made knitted garments for outerwear. The researchers used up-to-date mathematical and statistical methods of planning the experiment which helped to find out the factors and their levels of variation for the optimization of the technological process.
Keywords: adhesive; leather thread; strength; solutioning; knitted cloth; the criteria of optimization; planning the experiment.
Перед предприятиями, выпускающими одежду из натуральной кожи, остро стоит проблема переработки отходов этого дорогостоящего сырья. Если переработка отходов кожевенной стружки и других видов отходов, образующихся при подготовке сырья к дублению, не вызывает трудностей (изготовление удобрений, кормов, клеев, строительных материалов), то использование отходов, образуемых при употреблении готовых кож, ограничено: применение для лоскутного шитья, плетения или продажи по низким ценам для населения для этих же целей.
Нетрадиционный способ переработки таких отходов - изготовление верхних трикотажных изделий из нитей, полученных из межлекальных выпадов натуральной кожи, нарезанных на отрезки определенной ширины и скрепленные между собой адгезивом, именуемые в дальнейшем - «кожаная нить».
Разработан и запатентован новый способ получения трикотажного полотна из кожаной нити, образованный на базе главных кулирных переплетений класса рисунчатых неполным переплетением путем выключения игл из работы 1х1. Выключение игл обеспечивает осуществление механического процесса вязания на плосковязальной машине «Brother КН-840» [1].
Для беспрепятственного прохождения склеенных участков (минимальная площадь склеивания) кожаной
нити через механизмы вязального оборудования и изготовления трикотажного полотна без дефектов необходимо опытным путем уточнить оптимальное соотношение технологических факторов, влияющих на процесс получения надежного клеевого соединения отрезков из кожи в нить.
В эксперименте использовались межлекальные выпады, полученные из раскладок разной формы, размеров и месторасположения, раскроенные на отрезки определенной ширины в различных направлениях на коже КРС с лицевой поверхностью хромового метода дубления.
Для снятия напряженного состояния раскроенных отрезков кожи и для придания стабильности исследуемым свойствам будущей нити фрагменты подвергали постоянным нагрузкам (10 - 15 % от разрывной нагрузки нити - 50 сН) со временем действия 60 мин и отдыха - 24 часа.
Физико-механические характеристики отрезков кожи определялись в соответствии с рекомендациями ГОСТ 6611.1-73 и ГОСТ 6611.2-73. Результаты статистической обработки выборки малого объема экспериментов позволили получить ошибку не более ± 5 % (табл. 1).
Предварительные исследования выявили рациональную конструкцию клеевого соединения отрезков натуральной кожи. Клеевое соединение выполнялось
швом внахлест со спусканием одного бахтармяного края детали и лицевого слоя другой детали с применением клея-раствора на основе полихлоропренового каучука типа «Наирит-НТ», как наиболее полно соответствующего требованиям, предъявляемым к изделиям из кожаной нити [2].
Таблица 1
Параметры и механические свойства отрезков кожаной нити
Параметр Свойства
Толщина нити, мм 1,1-1,4
Ширина нити, мм 1,0-1,2
Линейная плотность Т, текс 1024
Разрывная нагрузка Рн, Н 5,98
Относительная разрывная нагрузка Ро, сН/ текс 0,58
Разрывное напряжение стр, сН/мм2 498,3
Абсолютное разрывное удлинение /р, мм 143,8
Относительное разрывное удлинение ер, % 28,76
Так как вырабатываемое трикотажное полотно предназначено для изготовления верхнего трикотажа, то изделия непосредственно не будут контактировать с телом человека и оказывать негативное влияние на здоровье.
Для изучения технологического процесса склеивания фрагментов кожаной нити предложен следующий список факторов, имеющих определенное влияние на прочность соединения: Х1 - давление прессования при склеивании, МПа; Х2 - длительность прессования при склеивании, с; Х3 - площадь склеиваемого участка, мм2; Х4 - модуль упругости кожи, МПа; Х5 - высота неровностей поверхности кожи после обработки, мкм; Х6 - вязкость клея, спз; Х7 - количество клея, г/см2; Х8 - время выдержки после нанесения клеевой пленки, с; Х9 - температура активации клея, °С. Априорное ранжирование факторов согласно экспертной оценке (в данном случае мнения 20 специалистов и ученых, работающих в швейной и обувной промышленности, литературные сведения, результаты разведывательного эксперимента) выявило существенное влияние факторов в порядке вносимого ими вклада. В результате опроса при изучении технологического процесса склеивания фрагментов натуральной кожи установлено, что коэффициент конкордации равен W = 0,801, следовательно, можно считать, что мнения специалистов согласуются между собой. При этом выделены следующие факторы, влияющие на процесс склеивания в нить (по степени значимости влияния на критерий оптимизации): давление прессования (Х^-0, МПа, при склеивании, определяющее усилие межмолекулярного взаимодействия; длительность прессования (Х2)-Т, с, при склеивании, обеспечи-
вающее межмолекулярное взаимодеиствие на границе адгезив - субстрат и площадь склеиваемого участка (X3)-S, мм2, ограничивающая межмолекулярное взаимодействие на этом участке.
Склеивание отрезков из натуральной кожи осуществлялось на прессе с электрическим приводом при однократном нанесении на склеиваемые поверхности шприцем дозируемого количества клея-раствора. Для определения необходимого количества адгезива использовали так называемый «весовой метод», толщина клеевых пленок находится в пределах 0,2 - 0,3 мм (или сухого клеевого вещества 0,03-0,035 г/см2) [2]. Прочность на сдвиг клеевого соединения (критерий оптимизации) определялся согласно ГОСТ 25717-83.
Для оптимизации технологического процесса склеивания отрезков из кожи в нить использовались современные математико-статистические методы планирования эксперимента - центральное композиционное рототабельное планирование второго порядка (ЦКРП II-порядка) [3].
Значение критерия оптимизации (прочность на сдвиг Рс, Н) определялось для соответствующих сочетаний уровней выбранных факторов с постановкой не менее 10 - 15 параллельных опытов (обусловлено разбросом показателей и необходимостью обеспечения ошибки не более ± 5 %). Матрица для выполнения основного эксперимента с использованием ЦКРП II-порядка и полученные результаты по влиянию технологических факторов на прочность склеивания на сдвиг отрезков кожи приведены в табл. 2.
Оценка геометрического построения поверхности для значимых факторов осуществлена с применением процедуры программного пакета Maple 9.5 - fit [least-square [x1, x2, x3, yu]].
У = 5,738 + 0,748xj + 0,258x2 +1,034x3 - 0,297xf --0,031x2 - 0,262x3 - 0,056x1 x2 + 0,194x1 x3 + 0,119x2x3.
Порядок величин и знаки коэффициентов уравнения регрессии позволяют сделать вывод, что для достижения оптимальных эксплуатационных свойств изделий из кожаной нити необходимо учитывать влияние следующих факторов (это подтверждается оценкой готового изделия): Х1 - давление прессования, МПа, и Х3 - площадь склеиваемого участка, мм2. Следует отметить, что влияние фактора Х2 - продолжительность прессования, с, имеет также положительное значение коэффициента и указывает на прямую взаимосвязь с фактором Х1 - давление прессования.
Полученное уравнение было преобразовано в уравнение с именованными величинами
Р = -0,4719 + 3.91160 + 0,0066Т + 0,85915' + +1,857502 - 0,00003Т 2 - 0,065452 - 0,00470Т + +0,242205 + 0,0019^.
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента ЦКРП II порядка
№ опыта Давление прессования, Q , МПа Продолжительность прессования, T, с Площадь склеиваемого участка, S, мм2 Критерий оптимизации -прочность на сдвиг Рс, Н
Х1 Х2 Хз
Уровни варьирования -1,682 0,13 9,54 1,63
-1 0,4 30 3
0 0,8 60 5
1 1,2 90 7
+1,682 1,47 110,46 8,36
Интервал варьирования, s 0,4 30 2
Опыты:1 + + + 7,25
2 - + + 5,65
3 + - + 6,8
4 - - + 4,75
5 + + - 4,7
6 - + - 3,65
7 + - - 4,5
8 - - - 3,45
9 1,682 0 0 6,3
10 -1,682 0 0 3,65
11 0 1,682 0 6,25
12 0 -1,682 0 5,2
13 0 0 1,682 6,85
14 0 0 -1,682 3,3
15 0 0 0 5,5
16 0 0 0 5,8
17 0 0 0 5,55
18 0 0 0 6,0
19 0 0 0 5,55
20 0 0 0 6,0
Для наглядного представления о влиянии технологических факторов на прочность склеивания отрезков из кожи в нить необходимо полученные уравнения регрессии преобразовать в каноническую форму и построить геометрические образы с использованием программы Maple 9.5.
Влияние двух факторов на прочность склеивания отражают графики зависимостей, определяемые соотношением f=fxi, xj) (рис. 1).
Поверхности второго порядка, задаваемые функцией f = f(xi xj) для исследуемых факторов, представлен на рис. 2.
Согласно полученным зависимостям, прочность склеивания отрезков из межлекальных выпадов натуральной кожи существенно зависит от соблюдения выбранных технологических режимов. Наличие ярко выраженного оптимума для факторов: давление прессования Q, МПа и площадь склеиваемого участка S, мм2, подтверждает их значительное влияние на прочность склеивания. Продолжительность прессования
Т, с, оказывает не столь значительное воздействие на процесс склеивания в связи с правильно подобранным адгезивом.
Рис. 1. Зависимость прочности склеивания от площади S, мм2 и давления прессования Q, МПа: 1 - Q1 = 5,0 Н; 2 - Q2 = 5,5 Н; 3 - Q3 = 6,0 Н; 4 - Q4 = 6,5 Н
Pc, Н
Pel P
D
Q, МПа
В
S, мм2
S, мм'
Pe4
у
Pe
Рис. 2. Зависимость прочности склеивания от давления и площади склеивания при Т1 = 30 с, Т2 = 60 с, Т3 = 90 с: 1 - б = 1,2 МПа; 5 = 7 мм2; 2 - Q = 0,8 МПа; 5 = 5 мм2; 3 - б = 0,4 МПа; 5 = 3 мм2
00 0.6 4
б, МПа
Рис. 3. Зависимость прочности клеевого соединения от давления прессования (х) - б, МПа; от площади склеиваемых участков (хт) - 5, мм2 и длительности прессования (х,) - Т, с (Рс1 =7,4 Н; Рс2=7,0 Н; Рс3 =6,0 Н; Рс4=5,0 Н; Рс5=4,0 Н)
Анализ поверхностей, отображающих зависимость от трех факторов / = ^Хг х, хт), позволяет принять решение о выборе оптимального значения технологического процесса (рис. 3).
С учетом выявленных оптимальных соотношений технологических факторов, влияющих на процесс получения надежного клеевого соединения, выбранные параметры - площадь склеиваемых участков, равная 1,0 - 1,5 мм2, давление прессования может находиться в пределах 1,0 - 1,4 МПа, и длительность прессования 85 - 100 с, - формируют эксплуатационные свойства, которые подтверждены оценкой готового изделия.
Литература
1. Пат. RU 2395634 СЮ04В 1/14, Рос. Федерация. №2009108801/12; Способ получения трикотажного полотна. Заявл. 10.03.2009; опубл. 27.07.2010, Бюл. № 21
2. Прохоров В.Т., Мальцев И.М., Коваленко Е.И. Совершенствование технологии склеивания изделий из кожи : монография. Шахты. 2004. 372 с.
3. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., 1976. 279 с.
Поступила в редакцию 10 октября 2011 г.
Лылова Ольга Николаевна - аспирант, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. 8-908-507-73-52. E-mail: [email protected]
Lylova Olga Nikolaevna - post-graduate student, South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. 908-507-73-52. E-mail: [email protected]._
