CC BY
113
УДК 675.055.18
Особенности оборудования влажно-тепловой обработки трикотажных изделий
Лилия Анатольевна Лукина, преподаватель, e-mail: [email protected]
ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Рассмотрен метод повышения качества влажно-тепловой обработки трикотажных изделий, основанный на выборе соответствующего набора конструкций гладильных подушек в зависимости от свойств амортизирующего слоя; предложен системный подход к разработке покрытия гладильных подушек прессов влажно-тепловой обработки с учетом параметров амортизирующего слоя, а также технологических и эксплуатационных характеристик материалов обрабатываемых трикотажных изделий.
The author examines a method to improve the quality of damp-thermal treatment of knitwear based on the selection of the appropriate design of ironing pads, depending on the properties of the cushioning layer. The systematic approach designs the coating of the ironing pads for the presses of wet-heat treatment, considering the parameters of cushioning layer as well as technical and operational characteristics of knitwear materials.
Ключевые слова: качественный анализ, влажно-тепловая обработка, параметры амортизирующего покрытия, давление прессования, трикотажное швейное изделие, целевая функция.
Keywords: qualitative analysis, wet-heat treatment, shock absorbing coating, compaction pressure, knitted garments, objective function.
Цель работы: показать особенности работы прессов влажно-тепловой обработки (ВТО) с трикотажными швейными изделиями и определить возникающие в процессе обработки и эксплуатации условия деформирования различных трикотажных полотен, которые имеют разные переплетения.
Эффективность производства и обработки швейных изделий на предприятиях бытового обслуживания в значительной мере зависит от применяемых технологий и технического уровня оборудования. При изготовлении одежды трудоемкость ВТО составляет более 30% технологического цикла. Так, посредством внутрипроцессной ВТО производят формование объемных участков, разутюживание и заутюживание швов, загибку и прессование края, склеивание деталей, выдавливание, однопроцессное виброформование и дублирование, формообразование криволинейных плоских участков. При совершенствовании оборудования ВТО актуальным является разработка теории эксплуатации важного элемента его рабочих органов - амортизирующего покрытия. Назначение последнего - выравнивание давления прессования по поверхности обрабатываемого узла или изделия в целом [1]. Качество и производительность ВТО зависят от способа увлажнения и нагрева, равномерности распределения рабочих сред, неравномерности механического давления на участки полуфабриката различной толщины, температурного поля и градиента, способа сушки и стабилизации, а также от их предельных значений.
Время увлажнения, прессования, сушки и стабилизации определяется, соответственно, продолжительностью введения в зону обработки увлажняющей среды и механического давления рабочих органов, а также их теплового воздействия на полуфабрикат и транспортировки через него охлаждающей среды. Предельные количественные значения технологических параметров определяются в зависимости от назначения операции ВТО, вида ткани и ее массы.
Разнотолщинность обрабатываемых участков одежды (а на предприятиях бытового обслуживания также и значительная вариабельность их толщины и деформационных свойств) предъявляет повышенные требования к податливости амортизирующего покрытия, соблюдению условий соответствия геометрических параметров рабочих органов гладильного оборудования техническим нормативам [2, 3]. Сказанное актуализирует разработки, направленные на научное обоснование методов расчета и оптимизации геометрических и силовых параметров гладильного оборудования. С учетом свойств материалов процесс ВТО на предприятиях бытового обслуживания подразделяется на три этапа.
На первом этапе происходит подготовка полуфабриката к деформации, т.е. перевод волокон тканей в высокоэластическое состояние технологическим паром.
На втором этапе определяется суммарная деформация нитей и ткани, волокон и молекул, воз-
никающая вследствие механического воздействия на них нагретых рабочих поверхностей. При этом величина и устойчивость деформации зависят от распределения давления на полуфабрикат, пористости тканей и ряда других факторов.
На третьем этапе осуществляется сушка и стабилизация полуфабриката, т.е. перевод волокон тканей в застеклованное состояние.
Высокоэластичные трикотажные полотна отличаются друг от друга видом и процентным содержанием применяемых полиуретановых волокон, структурой эластомерных нитей, способами производства полотна, его переплетением и другими структурными параметрами [4]. Очевидно, что особенности свойств полиуретановых волокон и структуры высокоэластичных трикотажных полотен с их вложением существенным образом влияют на свойства эластомерных материалов в изделии. При этом меняются не только свойства, которые проявляются во время технологического процесса (т.е. технологические свойства), но и эксплуатационные, проявляющиеся при носке, стирке и химчистке одежды.
С целью выявления технологических функций покрытий и обоснования разработки их конструкций для той или иной операции ВТО на предприятиях бытового обслуживания применим системный подход, в соответствии с которым вначале проводится качественный анализ покрытия как функциональной системы. Основной задачей такого анализа является выявление подсистем и их элементов, а также установление целевых функций, т. е. определение структуры покрытия.
По результатам качественного анализа установлено пять характерных подсистем покрытия с соответствующими целевыми функциями:
1) парораспределительная - рассеивать равномерным облаком струи пара, проходящие сквозь покрытие, по формуемой поверхности полуфабриката;
2) теплоизоляционная - защищать элементы покрытия от воздействия высоких температур со стороны рабочей поверхности гладильной подушки;
3) амортизирующая - обеспечивать заданные равномерность и распределение давления прессования по формуемой поверхности полуфабриката;
4) выравнивающая - окончательно формировать сплошное облако пара у поверхности полуфабриката и защищать полуфабрикат от пропеча-тывания фактуры элементовр покрытия на его поверхности;
5) обтягивающая - крепить элементы покрытия к подушке и защищать их от загрязнения тек-
стильной пылью, сохраняя при этом аэродинамические характеристики покрытия в целом.
Аналитический обзор существующих конструкций показывает, что могут быть такие покрытия, в которых каждой вышеперечисленной системе соответствует отдельный элемент или в одном элементе могут быть выделены несколько подсистем. К такому элементу можно отнести амортизирующий слой, который может выполнять целевые функции парораспределительной и амортизирующей подсистем и нести основную функциональную нагрузку покрытия. Использование теплостойкого материала для такого элемента позволит исключить из состава покрытия теплоизоляционный элемент. Таким образом, структура системы может быть существенно упрощена и формально включать в себя три элемента: амортизирующий, выравнивающий и обтяжку.
Анализ работы гладильного оборудования на предприятиях бытового обслуживания (химчистки и швейного производства) позволил провести систематизацию и классификацию основных факторов, влияющих на качество выполнения данных технологических операций. В результате параметрического анализа объекта «покрытие нижней гладильной подушки» формулировку целевого назначения можно представить в следующем виде: равномерно распределить пар по поверхности обрабатываемого изделия и обеспечить подачу требуемого его количества за заданное время; обеспечить заданное распределение давления по участкам полуфабриката; равномерно распределить воздушный поток при вакуумоотсосе и обеспечить эффективное охлаждение полуфабриката за заданное время. Система параметров отдельных элементов покрытия, приведенная ниже в таблице, определена из условия выполнения технических требований к покрытиям и с учетом целевых задач технологических операций. Представленная в таблице совокупность параметров включает в себя все числовые характеристики, определяющие целевые признаки покрытия, а также назначение их элементов.
Кроме того, необходимо выделить еще один параметр - теплостойкость всех элементов покрытия, определяемый условиями работы и требованием экономической эффективности. Высокая температура обработки швейных изделий, сопровождаемая воздействием пара, а в условиях химчистки усиленное влиянием химикатов, существенно влияет на изменение механических свойств многих материалов.
Результаты параметрического анализа покрытия
Наименование подсистемы Целевое назначение Параметры покрытия
Амортизирующая Равномерное распределение пара и равномерный вакуум по поверхности изделия Форма отверстий, шаг отверстий, форма выступов
Фильтрация требуемого количества пара и воздуха за заданное время Паропроницаемость, воздухопроницаемость
Заданное распределение давления по участкам полуфабриката Жесткость, толщина
Выравнивающая Равномерная передача требуемого количества пара и воздуха за заданное время Паропроницаемость, воздухопроницаемость
Устранение пропечатывания фактуры или конструктивных элементов амортизатора на изделие Толщина, релаксационные свойства
Обтягивающая Сохранение аэродинамики пара и воздушного потока Паропроницаемость, воздухопроницаемость
Защита слоев покрытия от загрязнения Антиадгезионные свойства
Фиксация пакета слоев на нижней подушке Механическая прочность
Анализ полученных при эксперименте данных показал, что в напряженно-деформированном состоянии, характерном для операций ВТО, происходит заметное изменение структуры высокоэластичного полотна. Высота петельного ряда уменьшается, причем величина изменения колеблется в значительных пределах - от 1,6 до 44,5 %. Петельный шаг, наоборот, увеличивается в интервале от 45,8 до 118 %. Все это требует углубленного изучения геометрических и физико-механических свойств высокоэластичных трикотажных полотен.
Необходим анализ возможностей применения используемых принципов и методов конструирования изделий из трикотажа при создании спортивной одежды из высокоэластичных материалов, а главное, нужно разработать систему управления процессом проектирования технологических параметров ВТО. Такой подход может быть использован на всех этапах жизненного цикла изделия: от маркетинговых исследований до эксплуатации одежды, с учетом ее промежуточной стирки, химчистки и соответствующей ВТО.
Разнообразие аппаратуры и методик измерений упругих свойств покрытий и их элементов в первую очередь вызвано «историей происхождения» материала, составляющего их основу. При этом не всегда учитываются реальные условия эксплуатации амортизирующих покрытий, что может приводить к значительным систематическим ошибкам измерений. Можно выделить следующие основные источники возникновения систематических ошибок:
• слишком малые размеры образцов, несопоставимые с размерами эксплуатируемых покрытий;
• отличие температурных и влажностных режимов измерений от реальных условий эксплуатации;
• отличие динамических режимов измерений от реальных временных характеристик этапа прессования обрабатываемого изделия в процессе выполнения конкретной операции ВТО. Наибольшие ошибки появляются при измерении образцов малых размеров. Так, измерения деформации амортизатора из силиконовой губчатой резины конструкции НИИЛегмаш, как правило, проводились по методике определения деформируемости при сжатии губчатых резин, принятой в резиновой отрасли. Исследуемые образцы при этом имели крайне малые размеры - диаметр от 20 до 35 мм, что при наличии в конструкции амортизатора выступов с шагом 15 мм не позволяет оценить роль последних в процессе деформирования. Кроме того, образцы малого размера в процессе сжатия при условии их свободного деформирования имеют возможность увеличиваться в поперечных размерах, что вносит существенную систематическую ошибку в получаемые результаты, особенно на начальном участке деформации.
Следует, однако, заметить, что систематические ошибки этого вида могут быть устранены путем пересчета данных измерений образцов малого размера посредством так называемого формфактора, учитывающего влияние размера образца на показатели деформационных характеристик.
Второй источник систематических ошибок -отличие температурных и влажностных режимов измерений от реальных условий эксплуатации -менее значим, особенно для амортизаторов из теплостойких губчатых резин. Согласно специально выполненным исследованиям, как амортизатор, так и покрытие на его основе в целом при нагревании становятся «мягче», однако различия в диапазоне температур от 20 до 140оС не велики и не превышают величины 0,005 МПа при сжатии на заданную величину.
Третий источник систематических ошибок -отличие динамических режимов измерений от реальных временных характеристик этапа прессования обрабатываемого изделия в процессе выполнения конкретной операции ВТО - еще менее значим, однако его следует обязательно учитывать в случаях динамического воздействия на обрабатываемое изделие (например, при вибропрессовании на высоких - до 100 Гц - частотах).
Исходя из приведенного анализа методик измерений, можно сделать следующие выводы. Наиболее достоверны результаты измерений упругих свойств материалов покрытий и обрабатываемых изделий, выполненных на специализированных установках, которые имитируют условия прессования в операциях ВТО на предприятиях бытового обслуживания. Как правило, при этом используются образцы достаточно больших размеров (порядка 50x100 мм), скорость деформирования соответствует реальному динамическому режиму цикла ВТО. Менее надежны измерения образцов средних размеров на стандартных измерительных машинах (типа динамической испытательной сис-
темы 810-13М, машины 1ш1гоп-1115), и следует очень осторожно использовать данные измерений образцов малых размеров на простейших приборах, подобных используемым в резиновой отрасли приборов ВН-5404.
Анализ результатов имеющихся исследований [3,4], а также дополнительно проведенные лабораторные испытания по изменению линейных размеров высокоэластичных трикотажных полотен при ВТО позволил установить их зависимость от некоторых отдельных факторов: волокнистого состава, способа производства, переплетения, поверхностной плотности. Известно, что одним из важных требований к ВТО является формоустой-чивость, т.е. сохранение приобретенной формы в течение последующей эксплуатации одежды.
Анализ публикаций по этой тематике показал, что на практике не существует методики проведения испытаний по определению величины изменения линейных размеров высокоэластичных трикотажных полотен при ВТО. В эксперименте обработка элементарной пробы осуществлялась путем наложения утюга без перемещения относи-
Уровень деформаций высокоэластичных трикотажных полотен
тельно испытуемого образца (чтобы не вызывать дополнительной деформации). Изменение линейных размеров по длине (Ьд) и ширине (Ьш), %, для каждой испытываемой элементарной пробы вычислялось по формуле
Ь - Ь
Ьд(ш) - ■
Ьп
-100,
где Ь0 - среднее арифметическое трех измерений между контрольными метками элементарных проб до ВТО, мм; Ь - среднее арифметическое трех измерений между контрольными метками элементарных проб после ВТО, мм.
На основании проведенного анализа и с учетом результатов работы [4] построена схема, систематизирующая результаты этих исследований и отражающая процесс ВТО, которая представлена выше на рисунке.
Результаты проведенных исследований показали, что полотна, даже близкие по строению и таким структурным показателям, как способ вязания, переплетение, сырьевой состав, поверхностная плотность, показали различные значения изменения линейных размеров при ВТО. Это приводит к непредсказуемости поведения таких материалов, что значительно осложняет процессы проектирования и изготовления изделий из них. Например, высокоэластичные материалы аналогичных структур дают совершенно разный процент изменения линейных размеров при глажении, что усложняет выбор режимов ВТО и приводит к искажению формы и размеров деталей готового изделия и, как следствие, к образованию дефектов, часто неустранимых.
В ранее опубликованных работах [1, 2] по данной тематике показаны возможности обоснованного выбора конфигурации гладильных подушек в соответствии с формой изделия и материала
амортизирующего слоя. Вместе с тем в данных работах не затрагивались реологические аспекты свойств самих материалов, а рассматривались только их механические характеристики. Отдельной задачей является разработка конструкции покрытия и тесно связанная с ней разработка конструкции амортизирующего элемента.
Таким образом, предложен метод, в котором, учитывая результаты исследований кинетики изменения деформационных свойств основного элемента покрытия (мата) в процессе эксплуатации [4, 5], можно рассчитать параметры амортизирующего элемента (толщину, жесткость). Это поможет оптимизировать условия выполнения операций ВТО на предприятиях бытового обслуживания, особенно связанных с химчистками и прачечными, когда изделие было подвергнуто активному внешнему воздействию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лукина Л. А., Шагунов Д. В., Афанасьев В. В. Расчет давления прессования на обрабатываемое изделие при влажно-тепловой обработке // Межвуз. сб. науч. трудов. Наука и образование. 2006. Вып. 4. С. 19 - 23. М.: МГУДТ.
2. Сумзина Л. В., Шагунов Д. В., Лукина Л. А. Определение параметров гладильных подушек прессов влажнотепловой обработки спортивной одежды // Мат. 1-го Ме-ждунар. конгресса «Менеджмент индустрии здоровья и красоты» (MedBeautyManagement). М. 2007.
3. Сумзина Л. В., Лукина Л. А., Шагунов Д. В. Определение параметров рабочих органов прессов при обработке изделий сложной формы // Швейная промышленность. 2008. № 3. С. 24 - 25.
4. Старкова Г. П., Иванов В. А., Завязкина Л. С. Анализ деформаций и технологической усадки высокоэластичных материалов // Наука и образование. Новые технологии. 2000. № 3. С. 150 - 157. М.: МГУДТ.
5. Шуметов В. Г., Калмыков Г. В. Расчет и оптимизация параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной влажно-тепловой обработки // Изв. вузов. Сер. Технология легкой промышленности. 1987. № 3.
Поступила 05.03.2010г.
