Проектирование параметров петельной структуры кулирного одинарного трикотажа с эластомерными нитями

Одну из областей применения трикотажа с эластомерными нитями представляют компрессионные трикотажные изделия медицинского назначения. Объектом исследования в данной работе является трикотаж для компрессионного медицинского рукава, предназначенного для послеоперационной реабилитации больных раком молочной железы. Проектирование параметров петельной структуры необходимо для получения трикотажного полотна, обладающего заданными свойствами, при рациональном использовании сырья и устойчивой работе вязального оборудования [1]. Анализ работ [2 – 4], посвященных проектированию параметров петельной структуры высокоэластичных трикотажных полотен, позволяет отметить, что введение в структуру трикотажа эластомерных нитей приводит к изменению формы и взаимного расположения элементов петли по сравнению с трикотажем, выработанным из малорастяжимых нитей. В связи с этим известные зависимости, применяемые для проектирования параметров трикотажа, вырабатываемого из малорастяжимых нитей, неприменимы для трикотажа с эластомерными нитями в структуре. Следовательно, актуальной задачей является разработка зависимостей для проектирования трикотажных полотен с эластомерными нитями с учетом заданных свойств.

На предыдущих этапах работы [5] проведен анализ структур трикотажа c эластомерными нитями с точки зрения их применимости для изготовления трикотажного полотна для медицинского компрессионного рукава. В качестве одного из вариантов выбрана структура одинарного трикотажа на базе переплетения кулирная гладь, в котором по типу платированной петли совместно провязываются грунтовая хлопчатобумажная пряжа и эластомерная полиуретановая нить.

Целью настоящей работы является разработка зависимостей для расчета параметров петельной структуры кулирного одинарного трикотажа с эластомерными нитями с использованием метода геометрических моделей.

На рисунке 1 представлена структура исследуемого кулирного одинарного трикотажа в условно равновесном состоянии, в котором по типу платированной петли совместно провязаны грунтовая хлопчатобумажная пряжа и эластомерная полиуретановая нить. Особенность данной структуры в том, что эластомерная нить находится во внутреннем слое трикотажа и не участвует в образовании опорных поверхностей полотна: опорная поверхность изнаночной стороны трикотажа образована игольными 1 и платинными дугами 2 нити грунта, опорная поверхность лицевой стороны формируется петельными палочками 3, 4 той же нити. Благодаря такому расположению эластомерной нити исключается ее контакт с кожей человека при ношении трикотажных изделий. Исследуемый одинарный трикотаж в каждой петле содержит нити, обладающие различными физико-механическими свойствами, причем в случае условно равновесного состояния трикотажа грунтовая нить находится в свободном состоянии, а эластомерная – в растянутом, а толщина эластомерной нити меньше толщины грунтовой нити. Кроме того, в условно равновесном состоянии трикотаж имеет максимально плотную структуру: когда игольные и платинные дуги, а также петельные палочки смыкаются, а в процессе эксплуатации находится преимущественно в состоянии растяжения в ширину (вдоль петельных рядов).

- границы грунтовой нити;

а б

- границы эластомерной нити

Рисунок 1 - Структура одинарного платированного трикотажа на базе кулирной глади при расположении эластомерной нити во внутреннем слое (а - изнаночная сторона, б - лицевая сторона)

При анализе структуры и разработке модели были приняты следующие допущения:

- растяжимостью в длину нити грунта можно пренебречь ввиду ее малости по сравнению с растяжимостью в длину эластомерной нити;

- в расчетных формулах поперечные размеры грунтовой и эластомерной нити характеризуются расчетным диаметром, одинаковым на всех участках петли;

- в зоне взаимодействия грунтовой и эластомерной нити (у оснований петельных дуг и палочек) имеет место плотная упаковка структуры: эластомерная нить располагается между волокнами нити грунта;

- конфигурация и размеры игольной и платинной дуг петли идентичны;

- расчеты длины нитей в петлях выполняются по средним линиям нитей.

Определим из рисунка 1 петельный шаг A , мм и высоту петельного ряда B , мм проектируемого трикотажа в условно равновесном состоянии:

A = 4d г ,                                        (1)

B = 2d г ,                                        (2)

где d - расчетный диаметр грунтовой нити, мм.

Расчетный диаметр нити d , мм можно определить по формуле [6]

dp = 0,0357^T3 -1, где T - линейная плотность нити, текс;

3 - объемная масса нити, г/см³.

Анализ зависимостей (1) и (2) показывает, что, в отличие от трикотажа, выработанного из малорастяжимых нитей, для исследуемого трикотажа в условно равновесном состоянии петельный шаг и высота петельного ряда не зависят от длины нити в петле, а определяются только диаметром грунтовой нити. Отсюда следует важный технологический вывод: такие параметры, как число петельных рядов и число петельных столбиков на 10 см (плотности по вертикали и горизонтали соответственно), традиционно контролируемые в процессе вязания трикотажных полотен, не дают достаточного представления о строении петельной структуры трикотажа с эластомерными нитями. Следовательно, в качестве основных характеристик структуры данного вида трикотажа выступают длина нити в петле грунта и длина эластомерной нити в петле, которые также необходимо контролировать в процессе вязания.

Учитывая, что эластомерная нить в рассматриваемой структуре находится в растянутом состоянии, ее длину в петле 1_ЭТ , мм можно определить по формуле длины нити в петле для двухосного растяжения трикотажа [6]:

1Эт = A + 2B + nd3 т.

где d_3T - диаметр эластомерной нити в структуре трикотажа, мм.

Допустим, что в процессе растяжения эластомерной нити ее объем остается постоянным, тогда:

dЭТ

dЭ0

где d₃₀ - расчетный диаметр эластомерной нити в свободном состоянии;

Л_эг - кратность удлинения эластомерной нити в структуре трикотажа при его условно равновесном состоянии.

Тогда длина эластомерной нити в петле, находящейся в свободном состоянии l₃₀ , мм, определяется соотношением:

¹ Э0

^l ЭТ

Л эт

A + 2B --+ п

Х эт

^d Э0 1 3/2 . ^Л эт

С учетом выражений (1) и (2)

¹ Э0

8d

+ п

d Э0

1 3/2 . ^Л эт

Длина нити в петле грунта будет равна сумме длин петельных дуг вг и дб' и петельных палочек бв и гд (рисунок 1). Чем больше изогнуты будут данные элементы, тем больше будет длина нити в петле грунта. Известно, что при растяжении трикотажа происходит изменение конфигурации петли, смещение точек контакта между нитями, растяжение или сжатие отдельных участков нити. Рассмотрим процесс растяжения исследуемого трикотажа в ширину. Если эластомерная нить при условно равновесном состоянии трикотажа находится в его структуре в растянутом состоянии, то ее элементы в петле распрямлены и при действии растягивающей нагрузки будет происходить процесс растяжения эластомерной нити в длину и ее перетяжка из одних элементов в другие. При растяжении трикотажа в ширину в петле из грунтовой нити будет наблюдаться распрямление петельных дуг 1 и 2 , раздвигание петельных палочек 3 и 4 , перетяжка нити из петельных палочек 3 и 4 в петельные дуги 1 и 2 . Чем больше будет длина нити в петле грунта, тем больше будет максимальная растяжимость трикотажа. Однако увеличение длины нити в петле грунта приведет к увеличению толщины и материалоемкости трикотажа.

На рисунке 2 показана упрощенная математическая модель проектируемого трикотажа в состоянии максимального растяжения в ширину, под которым будем понимать такое состояние, при котором участки нити в петле вг, дб, бв и гд максимально ориентированы в направлении петельных рядов. Тогда структура трикотажа в растянутом состоянии характеризуется величинами петельного шага Ар и высоты петельного ряда Бр. Сумма длин участков вж и иг игольной дуги, а также соответствующих участков платинной дуги представляет собой длину окружности диаметром d . Сумма длин участка жи игольной дуги и аналогичного участка платинной дуги равна Ар — 2dr. Длину петельной палочки можно приближенно принять за длину отрезка бв, равную (ВВР + dr)2 + d2 . Тогда длина нити в петле грунта:

l_r = n d, + А_Р - 2d_r + 2^(B_P + d ) + d² 2 .                     (8)

Определим параметры A и B . Поскольку в условно равновесном состоянии проектируемый трикотаж по вертикали имеет максимальную плотность, то, если не учитывать сжатие грунтовой нити, можно приближенно принять B_p * B . Для определения петельного шага трикотажа в растянутом состоянии A введем параметр Л_Ттах , характеризующий максимальную кратность удлинения проектируемого трикотажа в ширину:

^А Р = ^ Tmax ^A '                                         ⁽⁹⁾

Тогда:

l_r = n d, + ^_m-A - 2d_r + 2^(B + d_r)² + dr .                   (10)

С учетом соотношений (1), (2) выражение (10) примет вид:

l r = ( П + 4 Х ттах - 2 + 2410 )d Г .                           (11)

Рисунок 2 – Упрощенная геометрическая модель петли одинарного платированного трикотажа на базе кулирной глади при расположении эластомерной нити во внутреннем слое в состоянии максимального растяжения в ширину

Кроме длин нитей в петле для характеристики структуры высокоэластичных трикотажных полотен используется показатель отношения длины нити в петле грунта l к длине нити в петле эластомерного компонента l . Поскольку в процессе петлеобразования обе нити кулируются на одинаковую глубину кулирования, данное отношение показывает кратность удлинения эластомерной нити в процессе вязания Л_эв :

^в

ЭВ

¹ Г / ¹ Э0 .

Поверхностную плотность трикотажа р,   г/м2,   характеризующую его материалоемкость, можно определить по следующей формуле:

¹Г^ТГ ^{+ 1}Э0^ТЭ

р     AB ’ где T , T – линейная плотность грунтовой и эластомерной нити соответственно, текс.

Анализируя соотношения (7) и (11), можно сделать вывод, что длины грунтовой и эластомерной нити в петле зависят как от диаметров нитей d и d , так и от кратностей удлинения ^т и ZTmax. Таким образом, исходными данными для проектирования параметров петельной структуры исследуемого трикотажа с использованием разработанных зависимостей являются вид и линейная плотность сырья, которые определяют диаметры нитей dr и d3в, а также кратность удлинения Лтю, определяемая по требованиям к максимальной растяжимости трикотажа в ширину, и кратность удлинения ЛТ, характеризующая степень растяжения эластомерной нити в структуре трикотажа при его условно равновесном состоянии.

Определим значение Л та» по требованиям к растяжимости компрессионных трикотажных изделий. Согласно стандарту RAL-GZ 387/2 «Medical Compression Armsleeves. Quality Assurance» [7], растяжимость в ширину трикотажных компрессионных рукавов должна быть не менее 120 %, что соответствует кратности удлинения Л = 2,2 . Согласно ГОСТ P 51219 – 98 «Изделия медицинские эластичные фиксирующие и компрессионные. Общие технические требования и методы испытаний», для компрессионной одежды растяжимость должна быть не менее 200 % (кратность удлинения Л = 3 ). Учитывая данные требования, в проектируемом трикотаже примем

3 <  ^ Tmax

< 3,5 .

Для обеспечения структуры трикотажа, представленной на рисунке 1, необходимо, чтобы Лт > 1. Увеличение кратности удлинения эластомерной нити в структуре трикотажа Лп приводит к уменьшению длины эластомерной нити в петле в свободном состоянии l и при постоянной длине нити в петле грунта – увеличению кратности удлинения, которая обеспечивается эластомерной нити при вязании Лэв. В процессе вязания эластомерных нитей рекомендуется, чтобы кратность их удлинения находилась в пределах от 1,1 до 4,5. При проектировании трикотажа примем 1,2 < Лт < 1,8.

На основе разработанных зависимостей определялись расчетные значения заправочных параметров петельной структуры кулирного одинарного трикотажа для компрессионного медицинского рукава, в котором в качестве нити грунта выбрана хлопчатобумажная пряжа, а в качестве эластомерного компонента – полиуретановая нить спандекс. Для расположения эластомерной нити во внутреннем слое трикотажа необходимо, чтобы d_r >  d₃₀ . Тогда с учетом формулы (3) и объемных масс выбранных нитей 8_Г = 0,8 г/см³, 8_Э = 0,75 г/см³ [6] для соотношения линейных плотностей нитей должно выполняться