Конструктивно-технологические припуски с учетом изменений в процессе эксплуатации размерных параметров одежды

Анализ структуры материалов после эксплуатационных воздействий позволяет сделать вывод, что изменение свойств материалов при эксплуатации носит временный характер, так как внешние усилия чередуются с разгрузкой и отдыхом материала. Циклический характер воздействия внешних факторов постепенно приводит к изменению структуры и свойств материалов и изделий. При небольших циклических усилиях для разрушения целостности материалов вследствие процессов термофлук-тации, усталости и накоплений необратимых изменений в полимерном веществе материала требуется длительный период времени [1].

Также нужно учитывать, что прочность ниточных соединений зависит от длительности эксплуатации швейного изделия, условий эксплуатации, характера действия нагрузок. В процессе эксплуатации швы, как элемент одежды, подвергаются различного рода механическим воздействиям: сжатию, растяжению, кручению, изгибу и т.д. Поэтому уже в процессе проектирования модели необходимо выбрать такой вид соединения деталей одежды, который обеспечивал бы прочность, надежность, долговечность швов и красивый внешний вид изделия [2].

Вероятность преждевременного изменения свойств материала при эксплуатации изделия связано с воздействием нагрузок, появление которых носит случайный характер и зависит от культуры, условий эксплуатации. Более вероятный характер изменения свойств материалов при эксплуатации одежды связан с многократным воздействием небольших по величине внешних усилий, обуславливающих возникновение в материалах обратимых и необратимых деформаций. Изменение соотношения обратимой и необратимой деформации приводит к изменению деформационных, геометрических и физических показателей материала. При этом чем больше доля обратимой деформации материала, тем лучше сохраняются форма и размеры, внешний вид одежды и увеличивается срок ее эксплуатации.

Доля необратимой деформации наоборот приводит к изменению формы, внешнего вида одежды [3].

Для учета деформационных изменений в размерном признаке одежды вследствие эксплуатации необходимо исследовать поведение пакетов материалов одежды при многократном воздействии нагрузок. Изученение остаточной деформации материалов пакетов одежды под действием циклически изменяющих нагрузок поможет позволить внести изменения на величины конструктивных припусков еще на стадии проектирования одежды [4].

Припуски являются одним из параметров, определяющих качество изделий, поэтому анализ и исследование факторов, изменяющих величину припусков, является актуальной задачей.

Целью работы является определение относительной величины остаточных деформаций различных материалов с учетом эксплуатационных факторов и определение необходимых величин припусков на стадии проектирования и изготовления одежды.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

– разработать и изготовить устройство, позволяющее замерять величину остаточной деформации пакетов материалов;

– определить величину припусков материалов пакета изделия с учётом относительных деформаций.

Материалы и методы исследований

Отсутствие эффективных методов и средств определения припусков, необходимых при проектировании и изготовлении одежды, с учетом эксплуатационных факторов, требует исследования деформации и других характеристик материалов и пакетов одежды [5]. Основное внимание при этом необходимо обращать на исследование недостаточно изученных остаточных деформаций, от которых в первую очередь непосредственно зависит значение припусков, необходимых при конструировании, изготовлении и носке одежды [6].

В процессе эксплуатации материалы, из которых изготовлена одежда, чаще всего испытывают пространственную деформацию. Такое деформирование материала возникает под действием нагрузки, прилагаемой перпендикулярно плоскости материала. Вместе с этим, при эксплуатации одежды, материалы, из которых она изготовлена, в редких случаях подвергаются однократному воздействию непрерывно возрастающей и доходящей до разрушающей нагрузки. Обычно при эксплуатации на материалы и швейные изделия действуют небольшие по величине нагрузки, которые, чередуясь с разгрузкой и отдыхом, расшатывают структуру материала, приводя ее к ослаблению; происходящие при этом изменения в размерах и форме материала на отдельных участках одежды значительно ухудшают ее внешний вид [7].

Отсутствие достаточно полных исследований, связанных с поведением деталей швейных изделий в процессе эксплуатации в различных условиях, не позволяют установить рациональные значения припусков, обеспечивающих комфортность изделия в течение нормативного срока носки, а также прогнозировать возможные сроки эксплуатации одежды.

Экспериментальные исследования деформаций тканей необходимо проводить в условиях, имитирующих реальные условия эксплуатации одежды, т.е. при воздействии на нее утомляющей, циклической нагрузки при двухостной деформации образца материала.

Иммитация действия нагрузок и определение степени остаточной деформации материала при эксплуатации одежды производились на установке (рис. 1). Установка позволяет циклически нагружать и производить двухостное деформирование и замерять величину остаточной деформации [8].

Рисунок 1 – Установка для циклического деформирования пакета со швом (а - схема установки, б - фотография установки) [материал авторов]

Устройство представляет собой пульсатор (вибратор), состоящий из кривошипа 1, закрепленного на валу электродвигателя (на схеме не показан) (рис, 1 а ). На конце кривошипа 1 установочным винтом 2 закреплен эксцентричный палец 3 . Ось пальца 3 шарнирно соединена с головкой шатуна 4 . Вторая головка шатуна шарнирно соединена с ползуном 5 , на который с помощью винта закреплен пуансон 6. При вращении вала электродвигателя постоянного тока пуансон 6, через кривошипношатунный механизм, совершает возвратнопоступательные движения по вертикали, деформируя на заданную величину пакет материалов 7 со швом в середине, натянутого на кассету 9 . Частота колебаний пуансона 6 регулируется изменением частоты вращения главного вала электродвигателя, за счет изменения напряжения тока питания. Материал (проба) 7 закреплен кольцом 13 при помощи винтов 12 . При закреплении пробы в кассете создается одинаковое распределяющее усилие в двух взаимно перпендикулярных направлениях на специальном приспособлении.

Для создания усилий взаимодействия пуансона с пробой в установке предусмотрено устройство, позволяющее регулировать начальное усилие контакта пробы с пуансоном. Для этого под кассетой 9 с пробой 7 установлены пружины 10. Усилие сжатия пружин 10 регулируется маховиком 18. При вращении маховика 18 против часовой стрелки, винт 16 опускается вниз и передает сжимающие усилия пружинам 10 через динамометр 19 и трос 15. Под действием натяжения троса 15 кассета 9 смещается вниз, сжимая пружины 10. Суммарное усилие сжатия пружин устанавливается по показанию динамометра 19. После установки необходимого усилия кассета 9 фиксируется сверху винтами и гайками 8. Положение электродвигателя с устройством вибрации пуансона также может, при необходимости, регулироваться по высоте расположения.

После циклической обработки в заданном режиме пульсирующая головка отводится от кассеты с пробой. Для выполнения этой операции пульсатор соединен с корпусом установки на шарнирных опорах. В рабочем состоянии пульсатор фиксируется с двух сторон стопорными болтами. После циклической обработки стопорные болты освобождаются и пульсатору отводится вверхнее, нерабочее положение (рис. 2), с целью освобожнения пространства, для измерения величины деформации материала при помощи микрометра часового типа.

а              б

Рисунок 2 – Рабочие позиции пульсатора установки ( а- пульсатор циклически взаимодействует с пробой на кассете, б – пульсатор отведен в верхнее положение для проведения измерения величины прогиба от деформации пробы)

Измерение величины прогиба от деформации пробы после циклической обработки в заданном режиме, при фиксированном времени обратотки производится при помощи микрометра - индикатор часового типа ИЧ 0-10 [9].

Для удобства фиксации показаний измерения микрометр установлен на «Г» образной стойке. Расположение как по вертикали, так и по горизонтали регулируется. Установка вертикальности оси микромерта производится при помощи уровномера. Стойка крепления микрометра установлена на платформе установки на двух упорных шарикоподшипниках. Такая конструкция позволяет подводить микрометр в рабочую позицию измерения и отводить из нее при работе пульсатора, не нарушая точности позиционирования. Величина прогиба пробы, натянутой в кассету, замеряется до обработки и после циклического деформирования в заданном промежутке времени.

Для обеспечения постоянства давления стержня микрометра на пробу, во время измерения, к нижнему концу стержня прикреплен пятачок, а на верхней стороне тарелки уста-навливаеться гиря, весом 100 г (рис. 3).

Для обеспечения постоянства усилий пуансона на пробу, кассета установлена на подпружиненой платформе. Причем предварительное усилие сжатия пружин устанавливается динамометром, соединенным с платформой кассеты тросом. Положение платформы устанавливается предварительным натяжением троса, фиксируя показание динамометра, а затем гайками-барашками закрепляют ее положение.

а

б

Рисунок 3 – Схема измерения прогиба деформации пробы до циклической обработки (начало испытаний) и после обработки ( а – начальная установка микрометра под нагрузкой прижатия гирей, б – измерение величины деформации пробы после циклического двухостного растяжения в течении времени обратотки t мин, в тех же настройках)

Рисунок 4 – Вид соединения динамометра

Результаты и их обсуждение

На данной экспериментальной установке выполнены исследования по определению относительной величины остаточных деформаций различных материалов. Для этой цели были выбраны образцы текстильного материала в соответствии с требованиями ГОСТ ISO 37592013 «Материалы текстильные. Подготовка, нанесение меток и измерение проб текстильных материалов и одежды» (табл. 1).

Образцы для испытаний выбирались размером 15х15 см. Измерения проводились при постоянной частоте вибрации пульсатора (150 колебаний в минуту). Измерения относительной величины деформации проводили до и после обработки проб. Измерения проводились по истечении 20, 40, 60, 80, 100 мин времени проведения обработки [10].

Таблица 1 - Результатыь измерения величины остаточной деформации (для некоторых тканей из выбранных)

Обозначение и характеристика ткани			Относительная величина остаточной деформации £ (%) в зависимости от времени обработки t (мин)
Условные обозн.	Цвет	Состав	t —20	t —40	t —60	t —80	t —100
А1	тёмнокоричневый	100 % хлопок	2,5	3,4	4,6	5,1	5,6
А2	тёмносиний	65 % хлопок, 35% полиэфирсульфон	2,7	4,2	5,6	7,8	8,2
А3	тёмносиний	100 % хлопок	3	4,5	5,7	6,7	7,8
А4	Серый	98 % хлопок, 2 % эластан (в утке)	1,2	1,5	1,8	1,7	1,8
А5	Верблюжий	43 % хлопок, 57 % лён	1,5	1,5	1,6	1,7	1,8

При проектировании швейных изделий из таких материалов при назначении припусков необходимо учитывать величину остаточной деформации. Эти припуски должны обеспечивать свободу движений человека, создавать воздушную прослойку, регулирующую необходимый теплообмен, отвечать декоративно-конструктивным требованиям в соответствии с эскизом модели [11].

Для многослойного пакета одежды, где:

£ _п -относительная величина деформации подкладки,%; £ _пр -относительная величина деформации прокладки, %; £ Улр - относительная величина деформации утепляющей прокладки, %;

£ _О . _т - относительная величина деформации основной ткани (верха), %.

для расчета припуска П п с учетом толщины подкладки и прокладки (внутренних слоев) и основной ткани (наружного слоя) может быть записана следующим образом:

П п - а(3 п + З пр + З у.пр )+ 0,5а3 о.т — а(3 п + З пр +0,5 3 о.т )+ а З у.пр ,

где:

3 _п — толщина подкладки, см;

3 _пр — толщина бортовой прокладки, см;

при расчете припуска на толщину матер иалов пакета к ширине изделия при построении

3 _У . _пр— толщина утепляющей прокладки, см;

3 О _т — толщина основной ткани (верха), см [12].

чертежей деталей одежды угол α равен π, тогда формулу (1) можно переписать так где п - 3,14

п п — п (3 п + З пр +0,5 З о.т ) + п З у.пр ,

Величина остаточной деформации, накопленная в процессе эксплуатации, приводит к изменению размеров изделия [11]. такие изменения необходимо учитывать при расчете припусков материалов пакета изделий, преобразовав формулы (1) и (2) с учетом соответствующих относительных деформаций:

П п — ^ор^З п СЮО — ^£п) + З пр ⁽100 — Е пр ) + 0,5(100 — Е от ) + (100 — Е от ) + З уп (100 — Е уп^)] , ^ПП = — [З п ⁽ 100 — Е п ) + З пр ⁽ 100 — Е пр ) + 0,5 ⁽ 100 — Е от ) + ⁽ 100 — Е от ) + +3 уп ⁽ 100 — Е уп ^)] ,    ⁽³⁾

С учетом средних значений толщины пакета материалов по поверхности модели выполняется расчет прибавок по линии груди для стандартных методик конструирования одежды. прибавка по линии груди п гр определяет ширину базисной сетки чертежа, а, следовательно, и ширину готового изделия

[13] , поэтому в данной работе приводится расчет общей прибавки по линии груди и ее распределение по основным участкам конструкции: прибавка к ширине спины п сп прибавка к ширине проймы п пр прибавка к ширине переда п шир. пер . полученные расчетные значения прибавок представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Расчетные значения прибавок по линии груди с учетом остаточных деформации при циклическом нагружении

Времия циклическоно нагружения t, мин	Толщина после циклических деформирований δ, м	Значения прибавок с учетом остаточной деформации
		П спине	П проймы	П переда	П груди
20	0,048	0,059	0,096	0,06	0,215
40	0,036	0,045	0,073	0,047	0,165
60	0,028	0,036	0,058	0,041	0,131
80	0,023	0,03	0,049	0,033	0,119
100	0,021	0,026	0,042	0,029	0,102

С учетом выше приведенных значений, была разработана эргономичная одежда для спортсменов экстремального горного туризма, которая получила положительные отзывы потребителей.

Заключение, выводы

Для исследования изменения свойств материалов при эксплуатации одежды, которое связано с многократным воздействием небольших по величине внешних усилий, обуславливающих возникновение в материалах обратимых и необратимых деформаций, была использована разработаная авторами экспериментальная установка, позволяющая циклически нагружать и производить двухостное деформирование, и после испытаний замерять величину остаточной деформации.

Были проведены испытание двухостным деформированием проб из различных материалов. Как показали результаты испытаний, изменения величины остаточной деформации для различных тканей различны и в основном зависят от волокнистого состава (табл.1). Так, для синтетических тканей остаточная деформация за время циклической обработки очень мала, и в основном составляют упругие деформации, которые возвращаются в исходное состояние. Для тканей с природным волоконным составом величина остаточных деформаций накапливается и в зависимости от времени воздействия увеличиваеся.

Для учета относительных величин остаточных деформаций предложены формулы расчета припусков материалов изделий с учетом относительных деформаций. С учетом средних значений толщины пакета материалов по поверхности модели выполняется расчет прибавок по линии груди модели.

Результаты исследований были использованы при разработке эргономичной одежды для спортсменов экстремального горного туризма, которые получили положительные отзывы потребителей [14, 15].