Исследование износостойкости ниточных соединений мембранных материалов на трикотажной основе

Витебский государственный технологический университет

вестник витебского государственного технологического университета, 2021, № 2 (41)

Стачивание трехслойных мембранных материалов на трикотажной основе, которые относятся к I группе растяжимости и имеют поверхностную плотность от 240 до 330 г/м² , следует проводить иглой № 70 с заточкой острия KN; используя швейные нитки № 120 с частотой 22 стежка в 5 см строчки, поскольку такие режимы обеспечивают получение износостойкого ниточного соединения, что способствует сохранению целостности и товарного вида изделия при эксплуатации.

Область применения результатов – швейная промышленность.

Износостойкость соединения деталей одежды – один из факторов, определяющих качество готового изделия. Износостойкость ниточных соединений (швов) оценивают по соответствию принятых технологических решений (вида стежка, конструкции шва, параметров строчки, вида и параметров швейных ниток и игл) условиям эксплуатации, в том числе и возникающим в одежде деформациям. Такое соответствие может быть установлено путем моделирования эксплуатации и последующей оценки возникающих в соединении деталей изменений. Если свойства соединения мало изменились в результате моделирования эксплуатации, можно считать выбранное технологическое решение приемлемым. Критерием оценки износостойкости ниточных швов является уменьшение их прочности после эксплуатационных воздействий [1, 2]. Испытания должны учитывать вектор приложения нагрузки к узлу изделия при исследовании износостойкости швов [3].

Соединения, выполняемые челночным стежком на универсальных швейных машинах, наиболее часто применяются швейной промышленностью Республики Беларусь для выполнения соединительных швов. Исследования, проведенные авторами статьи ранее для одного образца мембранного материала на трикотажной основе, показали, что наименьшую прорубку материалов иглой обеспечивает форма заточки острия типа KN, а наибольшую прочность и износостойкость при растяжении на 10 % от первоначальной длины соединение подобных материалов приобретает при следующих параметрах стачивания: номер иглы – 70 с заточкой острия KN; номер ниток - 120; частота - 22 стежка в 5 см строчки [4].

Статья посвящена оценке износостойкости ниточных соединений эластичных мембранных материалов различной поверхностной плотности в широком диапазоне растягивающих усилий для обоснования режимов стачивания.

Мембранные материалы на трикотажной основе по своей структуре являются композиционными текстильными материалами и обладают уникальными свойствами: водонепроницаемостью, паропроницаемостью, ветрозащитой, растяжимостью и применяются для изготовления одежды для спорта и активного отдыха. В Республике Беларусь массово не изготавливают одежду из мембранных материалов на трикотажной основе, в том числе и потому, что они сложны в пошиве. Нет четких рекомендаций по выбору параметров ниточных соединений, отсутствуют нормативные документы, регламентирующие методы и средства оценки качества ниточных соединений таких специфических материалов, не накоплен опыт их промышленной переработки.

Выполнение ниточных соединений композиционных материалов происходит в условиях повышенного сопротивления проколу иглой и интенсивного трения иглы и швейной нитки о слои материала в процессе образования стежка. Игла швейной машины нагревается, происходит оплавление волокон текстильных слоев и повре- ждение мембраны в месте прокола. При последующей эксплуатации швов, вследствие перетирания ниток шва кромкой полимерной пленки и связующего, а также усугубления повреждений мембраны по линии строчки из-за механического воздействия перемещающихся под действием деформирующих сил ниток, возможно значительное снижение прочности ниточного соединения.

Для реализации цели работы предложено исследовать износостойкость ниточных соединений мембранных материалов на трикотажной основе в условиях многоциклового нагружения изгибом и растяжением. По данным Н. В. Дро-ботун, В. П. Румянцева, А. И. Коблякова, К. Э. Ра-зумеева и Л. А. Карцева деформация трикотажного полотна I группы растяжимости в изделиях при эксплуатации одежды составляет от 8 % до 25 % [5–8]. Обоснование режимов стачивания, описанное в источнике [4], выполняли по результатам оценки прочности соединения после многократного изгиба и растяжения на 10 % от первоначальной длины пробы, поэтому в данном исследовании предложено моделирование эксплуатации проводить в рекомендуемом литературными источниками диапазоне – от 10 % до 25 %.

В качестве объектов исследования выбраны ниточные соединения материалов, из которых изготовлена и проходит опытную носку спортивная ветро-водозащитная экипировка. Для трех образцов материалов выполнено исследование их структуры в отраженном свете с помощью электронного стереоскопического микроскопа МС-1 (увеличение до 100 крат).

Выявлено, что по структуре все рассматриваемые образцы представляют собой трехслойные материалы, содержащие трикотажные полотна различных переплетений с лицевой и изнаночной стороны и полимерную мембрану между ними.

На рисунке 1 представлено изображение лицевой, изнаночной стороны и поперечного среза образца № 2, иллюстрирующее особенно-

в

Рисунок 1 – Изображение структуры мембранного материала на трикотажной основе: а) лицевая

сторона; б) изнаночная сторона; в) поперечный срез

X_____________________________

сти структуры мембранных материалов на трикотажной основе.

Характеристика структуры образцов материалов представлена ниже.

Образец № 1. Лицевая сторона материала – трикотажное полотно одинарного поперечносоединенного переплетения, изнаночная – трикотажное полотно двуластичного переплетения. Между полотнами тонкая листовая микропористая мембрана. Соединение полотен с мембраной точечное, по опорным поверхностям петель.

Образец № 2. Лицевая сторона материала – трикотажное полотно переплетения кулирная гладь, изнаночная – трикотажное полотно комбинированного переплетения. Между полотнами тонкая листовая микропористая мембрана. Соединение полотен с мембраной точечное, по опорным поверхностям петель.

Образец № 3. Лицевая сторона материала – трикотажное полотно переплетения кулирная гладь, изнаночная – трикотажное полотно одинарного комбинированного переплетения, полученного сочетанием поперечносоединенного и плюшевого переплетений. Между полотнами тонкая листовая микропористая мембрана. Соединение полотен с мембраной точечное, по опорным поверхностям петель.

Показатели физико-механических свойств исследуемых материалов отражены в таблице 1.

Характеристика ниток, применяемых при выполнении соединений, представлена в таблице 2.

Для исследования износостойкости ниточных швов использовали установку, разработанную

Таблица 1 – Характеристика свойств объектов исследования
Наименование показателя, единицы измерения		Значение для образцов
		№ 1	№ 2	№ 3
Состав текстильных слоев, %		ПЭ 100	ПЭ 100	ПЭ 92, ПУ 8
Число петельных рядов в 100 мм :	лицевой слой	290	200	180
	изнаночный слой	210	100	140
Число петельных столбиков в 100 мм :	лицевой слой	200	200	180
	изнаночный слой	180	160	164
Полимер мембранного слоя		ПУ	ПУ	ПУ
Поверхностная плотность, г/м2		305	240	328
Паропроницаемость, г/м2/24 ч		2726	1467	2344
Водонепроницаемость, кПа		168	153	175
Растяжимость при нагрузке 6 Н , % (группа растяжимости)	вдоль	6	5	6
	поперек	9 (I группа растяжимости)	8 (I группа растяжимости)	10 (I группа растяжимости)
Разрывная нагрузка вдоль, Н		770	870	856
Разрывная нагрузка поперек, Н		530	632	742
Удлинение при разрыве вдоль, %		97	107	102
Удлинение при разрыве поперек, %		130	127	146

Таблица 2 – Характеристика швейных ниток, предлагаемых для соединения деталей Торговый номер Состав, артикул Линейная плотность, текс Разрывная нагрузка, Н Удлинение при разрыве, % 120 ПЭ 100 %, Saba 27,5 12,4 11,8 на кафедре «Техническое регулирование и товароведение» УО «ВГТУ». Установка позволяет многократно с определенной частотой подвергать образцы материалов циклическому изгибу и растяжению при различных заданных значениях деформации растяжения.

Элементарные пробы для испытаний выкраивали прямоугольной формы так, чтобы шов совпадал с направлением петельного ряда лицевого трикотажного полотна, а размер пробы со швом составлял 200 мм х 50 мм. Для варьирования направления приложения усилия подготавливали пробы двух видов – для исследования прочности и износостойкости шва при растяжении вдоль и поперек шва. Таким образом, получали модели основных швов в гипотетическом изделии, испытывающих деформацию растяжения и изгиба: плечевых швов, швов соединения кокеток, шва втачивания воротника в горловину. Стачивание выполняли на промышленной машине челночного стежка JK-F4 фирмы Jack (Китай), оснащенной дифференциальным двигателем ткани и тефлоновой лапкой, без закре- пок, располагая элементарные пробы цепочкой, при скорости вращения главного вала около 2000 мин1.

При моделировании эксплуатации задавали величину растяжения пробы в процентах от первоначальной длины пробы: 10 %, 15 %, 20 % и 25 %. Для каждого сочетания параметров опыта (значение процента растяжения и направление приложения усилия) заготавливали по 3 элементарных пробы со швами.

После моделирования эксплуатационного износа в течение 136 минут (15 000 циклов растяжения и изгиба) при заданных сочетаниях параметров, образцы испытывали на разрывной машине РТ-250 по стандартной методике для определения разрывной нагрузки шва и абсолютного удлинения шва по ГОСТ 28073-89 «Изделия швейные. Метод определения разрывной нагрузки, удлинения ниточных швов, раздвигае-мости нитей ткани в швах». Результаты испытания представлены в виде гистограмм на рисунках 2 и 3.

Образец№ 3

■ Образец № 2

I Образец № 1

Рисунок 2 – Изменение показателей прочности ниточного соединения после многоциклового изгиба и растяжения вдоль шва

Рисунок 3 – Изменение показателей прочности ниточного соединения после многоциклового изгиба и растяжения поперек шва

Анализ результатов показывает, что разрывная нагрузка всех исследуемых образцов ниточных соединений практически не изменяется при росте растяжения в диапазоне от 0 до 25 %, как вдоль, так и поперек шва. Абсолютное удлинение у всех образцов снижается с увеличением процента растяжения образцов при моделировании эксплуатационных нагрузок, причем наиболее заметное снижение происходит поперек шва, но не является критическим.

Оценку износостойкости ниточных соединений мембранных материалов на трикотажной основе при моделировании эксплуатации проводили по критерию снижения прочности P , % , после циклического изгиба и растяжения на 25 % по формуле (1), предложенной К. Г. Гущиной [1].

где P0 – начальная прочность соединения, характеризуемая разрывной нагрузкой, Í; Pexp – прочность соединения после моделирования эксплуатации (растяжение – 25 %, длительность испытания – 15 000 циклов), характеризуемая разрывной нагрузкой, Í.

Результат оценки представлен в таблице 3.

Анализ показателя износостойкости ниточных соединений позволяет сделать вывод о том, что при моделировании эксплуатации в течение 15 000 циклов нагружения прочность ниточных соединений мембранных материалов на трикотажной основе, выполненных с применением научно обоснованных параметров стачивания, незначительно снизилась у образца № 1, а у образцов № 2 и № 3 повысилась. Значение снижения прочности в пределах ±5 % следует интерпретировать как укладывающееся в диапазон ошибки опыта, поэтому в целом экспериментально установлено, что прочность исследуемых соединений стабильна, а износостойкость достаточна.

Стачивание трехслойных мембранных материалов на трикотажной основе, которые относятся к I группе растяжимости и имеют поверхностную плотность от 240 до 330 г(м² , следует

Таблица 3 – Оценка износостойкости ниточных соединений Номер образца Снижение прочности, %, при моделировании эксплуатации вдоль шва поперек шва 1 3,5 1,0 2 -1,6 -1,4 3 -0,8 -4,3 проводить иглой № 70 с заточкой острия KN; используя швейные нитки № 120 с частотой 22 стежка в 5 см строчки, поскольку такие режимы обеспечивают получение износостойкого ниточного соединения, что способствует сохранению целостности и товарного вида изделия при эксплуатации.