Исследование одноцикловых неразрывных характеристик комбинированной высокоусадочной нити

Витебский государственный технологический университет

Высокие требования, предъявляемые к потребительским свойствам и качеству современных изделий текстильной и легкой промышленности, определяют ее конкурентоспособность на рынке Республики Беларусь. От качества и свойств исходных материалов, применяемых для изготовления тканых или трикотажных полотен, зависит качество готовых изделий. Управление качеством продукции требует знаний свойств, умения правильно измерять и объективно оценивать важнейшие показатели качества [1].

Для оценки качества текстильного материала определяют комплекс свойств, установленных стандартами и характеризующих механические свойства материала в условиях эксперимента. Однако в некоторых случаях требуется определить показатели качества, характеризующие поведение материала при его эксплуатации [2]. Например, полуцикловые разрывные характеристики (разрывная нагрузка, разрывное удлинение и др.) не раскрывают всех особенностей механических свойств текстильных материалов, так как при эксплуатации готовых изделий они в редких случаях подвергаются однократному разрушающему воздействию. Обычно при носке одежды материал испытывает разные по характеру деформации: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, величина которых значительно меньше разрывной. Небольшие по величине эти нагрузки, чередуясь с разгрузкой и отдыхом, ослабляют структуру материала [3]. Особенно это проявляется в структуре комбинированных нитей, сочетающих в себе разные по свойствам компоненты [4]. Таким образом, представляет большой практический интерес изучение характеристик механических свойств текстильных материалов, получаемых при испытаниях по циклу: нагрузка–разгрузка–отдых.

Цель работы – определить рациональные параметры получения термообработанной комбинированной высокоусадочной нити, при которых достигается оптимальное соотношение обратимой и необратимой частей деформации нити при испытаниях по циклу: нагрузка–разгрузка– отдых.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

На кафедре «Технология текстильных материалов» разработана технология получения комбинированных высокоусадочных нитей на кольцевой прядильной машине. В качестве исходного сырья использованы хлопковая ровница линейной плотности 680 текс и высокоусадочная полиэфирная нить линейной плотности 16,8 текс (производства ОАО «Светлогорск-Химволокно). Вырабатывали комбинированную высокоусадочную нить (КВУН) линейной плотности 50 текс . Отличительной особенностью данного ассортимента от других комбинированных нитей является повышенная объемность после тепловой обработки за счет усадки высокоусадочного компонента [5, 6].

В ходе предварительных исследований свойств термообработанной КВУН установлено, что при приложении небольших растягивающих нагрузок наблюдался эффект «текучести», полученная объемная структура исчезала. Причина данного явления обусловлена особенностями формования высокоусадочного волокна (физическая или химическая модификация), при тепловом воздействии происходит усадка, молекулы в структуре волокна располагаются хаотично и находятся в изогнутом состоянии. При приложении к нити постоянной нагрузки происходит ориентация молекул вдоль оси продукта и достигнутый эффект объемности исчезает.

При анализе технологии получения комбинированной нити и ее последующей термообработки были выбраны факторы, влияющие на изменение деформационных характеристик нити под воздействием тепла: натяжение полиэфирной высокоусадочной нити при ее формировании на кольцевой прядильной машине и температура термообработки КВУН.

Проведен двухфакторный эксперимент по D-оптимальной матрице 32 с двумя повторностями, целью которого являлся выбор оптимальных режимов получения термообработанной КВУН, при которых достигается минимальное значение необратимой части деформации комбинированной нити при приложении к ней постоянной нагрузки в цикле нагрузка–разгрузка–отдых [3, 4].

Уровни варьирования входных факторов представлены в таблице 1. Выходными параметрами выбраны одноцикловые неразрывные характеристики нити – составные части деформации (относительные упругая, эластическая и пластическая), определяемые по ГОСТ 28890-90 «Нити текстильные. Методы определения компонентов полного удлинения при растяжении нитей нагрузкой, меньше разрывной» и усадка КВУН – по ГОСТ 28401-2001 «Нити текстильные. Метод определения линейной усадки».

Полученные данные эксперимента обраба-

Таблица 1 – Интервалы варьирования факторов Параметры Уровни варьирования +1 0 -1 Натяжение комплексной нити, мН (Х1) 100 60 20 Температура обработки, оС (Х2) 100 70 50 тывались с помощью прикладной программы Statistica for Windows. Зависимости выходных параметров от входных факторов описывались неполным полиномом третьего порядка. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Получены регрессионные модели зависимости выходных параметров от варьируемых факторов:

– регрессионная модель зависимости относительной упругой деформации от натяжения высокоусадочной полиэфирной нити и температуры термообработки КВУН:

; (1)

– регрессионная модель зависимости относительной эластической деформации от натяжения высокоусадочной полиэфирной нити и температуры термообработки КВУН:

¥2 = 1,17 + 0, 6 * Х2 + 0,33 * Х^ —

;

– регрессионная модель зависимости относительной пластической деформации от натяжения высокоусадочной полиэфирной нити и температуры термообработки КВУН:

;         (3)

– регрессионная модель зависимости усадки КВУН от натяжения высокоусадочной полиэфирной нити и температуры термообработки КВУН:

¥д = 13,42 + 8, 75 * Х2 + 3,13 * Х^ +

.         (4)

Для оценки статистической значимости разработанных моделей проведен дисперсионный анализ. В таблице 2 для каждого уравнения показана сумма квадратов отклонений регрессии, критерий Фишера (F-value), значение которого для всех рассмотренных моделей значительно больше табличного при уровне значимости р < 0.05, что указывает на достоверность разработанных моделей.

Анализ полученных моделей показывает, что наиболее влияющим фактором на составные части деформации и усадки КВУН является температура обработки нити.

По полученным регрессионным моделям построены графические зависимости выбранных выходных параметров от варьируемых входных факторов. При выборе ограничений на выходные параметры установлено, что нормативной базы на деформационные характеристики нити нет, поэтому дополнительно был проведен однофакторный эксперимент по определению влияния температуры обработки КВУН на составные части деформации, при фиксированном значении фактора Х 1 - натяжения высокоусадочной нити (рисунок 1). На гистограмме представлены результаты измерений обратимой и необратимой частей деформации нитей, включая анализ суровой КВУН (до термообработки).

У суровой нити отсутствует необратимая часть деформации. При термообработке при 50 о С отмечается наименьший процент обратимой и необратимой частей деформации, однако при этой температуре нить практически не дает усадки (2–3 %). При увеличении температуры обработки КВУН возрастает необратимая часть деформации: чем больше температура, тем выше пластическая деформация. Это еще раз подтверждает ранее сделанный вывод по экспериментальным моделям о доминирующем влиянии температуры термообработки на составные части деформации нити. Наиболее приемлемым вариантом термообработки, при котором достигается минимальное значение необратимой части деформации и допустимый уровень усадки 14 %, является температура 70 о С . В этом случае соотношение обратимой и необратимой частей деформации составляет 50/50, независимо от натяжения подаваемой ВУ нити. Установив, таким образом, ограничения на выходные параметры, выявлена область компромиссных решений с наиболее предпочтительными значениями составных частей деформации и усадки комбинированной нити (рисунок 2), полученная путем совмещения графиков линий равного уровня, построенных по разработанным регрессионным моделям.

Таблица 2 – Оценка значимости разработанных моделей
Эффект (Effect)	Сумма квадратов отклонений регрессий (Sum of Squares)	Критерий Фишера (F-value)	Уровень значимости (p-value)
Регрессия для модели (1)	91,57	1112,16	0,000000
Регрессия для модели (2)	15,08	124,34	0,000178
Регрессия для модели (3)	377,03	173,35	0,000003
Регрессия для модели (4)	147,67	644,99	0,000094     J

Рисунок 1 – Сравнительный анализ соотношения обратимой и необратимой частей деформации при фиксированном значении натяжения ВУ нити

Рисунок 2 – Совмещенный график линий равного уровня для принятых показателей качества комбинированной высокоусадочной нити

Отмечается локализация области рациональных значений выходных факторов в зоне, близкой к максимальному значению натяжения ВУ полиэфирной нити (80-100 мН ) и среднего значения температуры обработки 70-75 ° C .

Для подтверждения правильности выбора значений входных факторов наработана комбинированная высокоусадочная нить по параметрам из середины области рациональных решений - натяжение комплексной нити 80 мН и температура термообработки 70-72 ° C . Анализ одноцикловых характеристик и усадки нити показал: обратимая часть деформации – 3,875 %, необратимая – 4,03 %, усадка составила 15,8 %.

ВЫВОДЫ

Экспериментально получены регрессионные модели взаимосвязи натяжения высокоусадочной полиэфирной нити при ее формировании на кольцевой прядильной машине и температуры обработки с одноцикловыми характеристиками комбинированной нити и усадкой.

В результате проведенных исследований установлены рациональные параметры получения комбинированной высокоусадочной нити, позволяющие достичь минимально возможного значения необратимой части деформации при допустимом уровне усадки: натяжения нити при формировании 80-100 мН , температура обработки 70-75 ° C .