1.1.5. Анализ работ, посвященных исследованию свойств и строения тканей

Под строением ткани следует понимать взаимное расположение нитей основы и утка и связь их между собой. Для создания требуемого строения ткани, обладающей заданными свойствами, необходимо между нитями ткани создавать силы взаимодавления. Эти силы создаются в процессе формирования ткани на ткацком станке и определяют взаимное расположение ее нитей.

Строение ткани зависит от многих факторов, основными из которых являются следующие: вид использованного сырья; диаметры основных и уточных нитей и их соотношение; плотности ткани по основе и по утку и их соотношение; вид переплетения нитей в ткани; натяжение основных и уточных нитей и соотношение натяжений; технологические параметры заправки и выработки ткани, влияющие на натяжение основных и уточных нитей.

Вид сырья для проектируемой ткани выбирается с учетом назначения ткани и требований, которые к ней предъявляются. Свойствами использованных в основе и утке нитей во многом определяются свойства выработанной из них ткани. Изменение строения ткани можно характеризовать уработкой основных и уточных нитей и плотностью ткани по основе и утку.

Вопросам строения и проектирования тканей в нашей стране уделялось и уделяется большое внимание.

Еще в первой половине XIX века Иван Герасимов, автор первой русской книги по ткачеству, интересовался вопросами переплетения нитей основы и утка в ткани.

Позднее ряд русских ученых, в том числе профессор Н.П. Ланговой, профессор С.А. Ганешин, инженер А.Г. Разуваев, профессор П.Ф. Ерченко, профессор С.А. Федоров, инженер Ф.Ф. Бобров, занимались изучением вопросов строения ткани и свойств волокнистых материалов.

Работа Л.Ф. Старостиной [3.1] посвящена исследованию физико-механических свойств тканей с одной системой основных и несколькими системами уточных нитей. В работе на основании исследования геометрического строения данных тканей получены формулы для определения толщины данных тканей:

;

;

,

где d_о,d_у – диаметры нитей основы и утка, мм; η – коэффициент смятия нити; τ – коэффициент, учитывающий изменения площади поперечного сечения нити; ΔТ_у – величина выступления уточных нитей на поверхности ткани; Р_гу. – геометрическая плотность по утку в одном слое, мм; n – количество систем утка.

В работе установлена математическая зависимость максимальной плотности по утку от количества систем утка (n) и линейной плотности утка (Т_у):

.

В данной работе изучены зависимости влияния числа систем уточных нитей, их линейной плотности и плотности ткани по утку на воздухопроницаемость, толщину тканей, поверхностную плотность, разрывную нагрузку образцов ткани и стойкость их к истиранию.

В результате проведенных исследований автором установлено, что:

• толщина, воздухопроницаемость и прочность ткани на раздирание увеличиваются

при увеличении количества систем уточных нитей;

• наибольшее влияние на стойкость ткани к истиранию оказывает плотность ткани по утку, увеличение плотности ткани по утку и линейной плотности нитей утка приводит к увеличению стойкости ткани к истиранию;

• с увеличением количества систем уточных нитей разрывные характеристики ткани и устойчивость к истиранию уменьшаются при неизменной плотности ткани по утку.

В работах Р.Т. Прокоповой [2.1, 4.1] разработана двухполотенная ткань с упругим промежуточным слоем. Эту ткань можно использовать в тех случаях, когда необходимы материалы, сочетающие в себе теплозащитные, звукоизолирующие, вибропрочностные и упругие свойства, а также когда предъявляются повышенные требования к акустическому комфорту и так далее. Данная двухполотенная ткань обладает рядом специфических свойств: малой массой, высокой объемностью и упругостью, хорошим звукопоглощением, малой теплопроводностью, повышенной каркасностью и другое. В результате проведенных исследований определены физико-механические свойства двухполотенной ткани и выведены зависимости воздухопроницаемости, теплозащитных свойств, поверхностной плотности ткани от ее толщины.

Автором разработана методика определения деформации двухполотенной ткани при сжатии.

Сидорова Э.Е. в работе [2.2] провела комплексную оценку прочностных показателей неразрезной двухполотной основоворсовой ткани, в результате которой установила, что работа разрыва ткани в значительной мере зависит от вида и свойств уточных нитей, наиболее рационально при выработке технических тканей, предназначенных для обивки салонов летательных аппаратов в утке использовать полиэфирные нити.

В.А. Марков в работе [3.2] предлагает метод расчета заправочных параметров многослойной ленты для получения амортизатора с заданным итогом допустимой нагрузки и с заданной энергоемкостью. В работе выведены экспериментальные исследования влияния технологических параметров изготовления многослойных лент на их строение и свойства.

В работе [2.3] Давыдова И.С. предложила двухосновную ткань для конвейерных лент.

Для изготовления двухосновных тканей требуется две системы нитей основы и одна система нитей утка. Из двух основ одна – главная или коренная, расположена в ткани прямолинейно, практически не имеет уработки и принимает на себя всю нагрузку, приходящуюся на ткань, а вторая – перевивочная служит для связи нитей главной основы и утка и имеет большую уработку.

Автор провела исследования комплексного влияния параметров строения ткани: линейной плотности, крутки основных нитей и плотности ткани по основе на разрывную нагрузку ткани. Анализ полученной математической модели показал, что наибольшее влияние на разрывную нагрузку ткани оказывают линейная плотность нитей основы и плотность ткани по основе, а также их взаимодействие.

В работе [2.4] Жураевым А.Т. было разработано 18 вариантов структуры опытных многослойных тканей, соответствующих основным требованиям к материалам для верха обуви и спецодежды. Автором установлено, что для замены дублированных тканей целесообразно использовать двухлицевые, двусторонние многослойные структуры на базе полотняного, саржевого и сатинового переплетений.

В ходе исследований были получены регрессионные модели, описывающие зависимость прочностных характеристик, параметров строения и гигиенических свойств многослойных тканей одежно-обувного назначения от факторов – плотности ткани по утку и вида переплетения. Анализ данных позволил установить, что:

• наибольшую разрывную нагрузку обеспечивает структура, вырабо­танная на базе саржи 1/3;

• на воздухопроницаемость и толщину ткани наибольшее влияние ока­зывает вид переплетения; ткань, выработанная на базе четырехниточного сатина, имеет наибольшую воздухопроницаемость;

• лучшими показателями стойкости ткани к истиранию обладают ткани, выработанные на основе саржи 1/3 и саржи 2/2, так как данные виды переплетения обеспечивают лучшую структуру ткани и большую опорную поверхность;

• взаимодействие исследуемых факторов оказывает значимое влияние на жесткость ткани по основе.

В работе [3.3] Юрочкина В.В. провела исследования обувных тканей из полушерстяной основной и уточной пряжи линейной плотности, соответственно, 250 текс и 280 текс.

Автор исследовал влияние вида переплетения и плотности ткани по утку на показатели физико-механических и гигиенических свойств тканей.

Дисперсионный анализ данных показал, что:

• вид переплетения оказывает влияние в большей степени на разрыв­ное удлинение полосок ткани по основе и утку, жесткость ткани по основе, стойкость к истиранию, воздухопроницаемость, гигроскопичность и толщину тканей;

• на прочность ткани по основе и утку, а так же на жесткость ткани по утку наибольшее влияние оказывает плотность ткани по утку;

• на тепловое сопротивление в одинаковой степени влияют оба исследуемых фактора.

На основании проведенных исследований Юрочкиной В.В. была предложена рациональная структура полушерстяной ткани для подкладки в резиновую обувь:

• переплетение – двухслойная ткань на базе саржи 2/2 с прижимным утком или трехслойная ткань полотняного переплетения;

• плотность ткани по утку 0,65-0,75 от максимально возможной при саржевом переплетении и данной линейной плотности уточных нитей.

В работе [2.5] Кононова С.В. исследовала строение шерстяных одеял. Автором установлена возможность выработки одеяльных тканей с геометрическом рисунком на станке СТБ-2-216 с использованием эксцентрикового зевообразовательного механизма.

В работе с помощью дисперсионного анализа экспериментальных данных была установлена степень влияния вида переплетения (полутораслойные ткани на базе 4-х ремизного сатина, саржи 1/3 и саржи 1/2), линейной плотности уточной пряжи (250, 200, 143 текс) и плотности по утку на воздухопроницаемость, паропроницаемость, устойчивость ворса к истиранию, тепловое сопротивление, толщину ткани и на напряженность заправки ткацкого станка.

С помощью множественного рангового критерия Дункана установлено:

• при замене четырехремизного сатина на саржу 1/3 воздухопроницаемость и тепловое сопротивление одеяльных тканей не изменяются, паропроницаемость и устойчивость ворса к истиранию возрастают, а толщина ткани незначительно уменьшается;

• уменьшение плотности ткани по утку с 0,6 Р_mах до 0,55 Р_mах не изменяет гигиенических и теплозащитных показателей качества одеяльных тканей, но незначительно уменьшает толщину ткани;

• уменьшение линейной плотности утка с Т_у = 250 текс до Т_у = 200 текс не изменяет тепловое сопротивление, устойчивость ворса к истиранию и толщину одеял, но увеличивает их воздухопроницаемость и паропроницаемость.

Дальнейшее снижение линейной плотности уточных нитей ведет к ухудшению эксплуатационных свойств ткани.

В большей степени, чем другие факторы, на напряженность заправки ткацкого станка оказывает влияние вид переплетения ткани. Установлено, что использование в качестве базового переплетения саржи 1/3 увеличивает напряженность изготовления ткани на станке, по сравнению с базовым

сатином (R= 4).

Зотова Н.К. в работе [2.6] определила влияние плотности ткани по утку, линейной плотности уточных нитей и вида переплетения в слоях ткани на физико-механические свойства и строение хлопчатобумажных полутораслойных тканей. В результате проведенных исследований автором было установлено, что:

• наилучшими разрывными характеристиками, наименьшей воздухопроницаемостью и наибольшей устойчивостью к истиранию обладает полутораслойная ткань с дополнительным утком, в верхнем слое которой используется полотняное переплетение, а в нижнем – переплетение саржа 1/5, соотношение между утками 1/1;

• полутораслойная ткань с дополнительным утком, в верхнем и нижнем слоях которой используется переплетение саржа 1/5, имеет наибольшую прочность на раздирание по утку и наименьшую поверхностную плотность;

• максимальной прочностью на раздирание по основе и наименьшей поверхностной плотностью обладает полутораслойная ткань с дополнительной основой, в верхнем и нижнем слоях которой используется переплетение саржа 5/1.

Акимов Г.И. в работе [2.7] проанализировал влияние способов соединения слоев и числа соединений на свойства двухслойных шерстяных тканей. Проведенные исследования показали, что с увеличением числа соединений в раппорте переплетения происходят следующие изменения:

• коэффициенты наполнения двухслойных тканей увеличиваются;

• усадка ткани в процессе отделки и толщина ткани уменьшаются;

• разрывная нагрузка полосок ткани в обоих направлениях увеличивается, а разрывное удлинение уменьшается.

В работе также установлена взаимосвязь между натяжением и обрывностью лицевых и подкладочных основных нитей в зависимости от способов соединения слоев и количества соединений слоев.

Берус Г.И. в работе [2.8] предлагает методы расчета основных параметров строения тканей драповой группы, которые позволяют вырабатывать ткани с заданными свойствами.

При определении коэффициента наполнения по основе полутораслойной ткани с дополнительным утком автор учитывает пересечения уточных нитей обоих полуслоев с нитями основы:

,

где Н_о – коэффициент наполнения ткани по основе; Р_о – плотность ткани по основе; R_о – число нитей основы в раппорте переплетения по основе; t_ул, t_yп – число пересечений уточных нитей лицевого и подкладочного полуслоев с нитями основы; d_ул, d_уп – диаметры нитей лицевого и подкладочного полуслоев; η_улв, η_упв– коэффициенты смятия нитей утка лицевого и подкладочного слоев по вертикали; η_ог – коэффициент смятия нитей основы по горизонтали.

Каждый полуслой полуторослойной ткани по своему строению ничем не отличается от однослойной ткани и поэтому:

;

,

где Н_ул, Н_уп – коэффициенты наполнения по утку лицевого и подкладочного полуслоев; Р_ул, Р_уп – плотность по утку лицевого и подкладочного полуслоев; η_улг, η_упг – коэффициенты смятия нитей утка лицевого и подкладочного слоев по горизонтали; R_yл, R_уп – число нитей утка в раппорте по утку лицевого и подкладочного полуслоев; d_yл, d_yп– диаметры нитей утка лицевого и подкладочного полуслоев; t_о – число пересечений основных нитей с нитями утка подкладочного и лицевого полуслоев; d_о – диаметр нитей основы; η_ов – коэффициент смятия нитей основы по вертикали.

Коэффициенты наполнения полутораслойной ткани с дополнительной основой определяются по следующим формулам:

;

;

.

Для определения геометрической и максимально возможной плотности тканей драповой группы автором были разработаны формулы с учетом порядка фазы строения ткани:

,

где K_dy – расстояние между касательными диаметров нитей утка в местах пересечений их нитями основы, т.е. часть геометрической плотности ткани по утку (l_у); h_о, h_y – высота волны изгиба нитей основы и утка.

,

где Р_ул, Р_уд – плотность ткани по лицевому и дополнительному утку; R_oл – раппорт переплетения по лицевой основе; d_yл, d_уд – диаметры нитей лицевого и дополнительного утка; t_yл t_уд – число пересечений нитей лицевого и дополнительного утка с нитями основы; d_ол – диаметр нитей лицевой основы.

Берус Г.И. исследовал влияние способа соединения слоев драпа флоконнэ на натяжение и обрывность нитей основы. Автор приходит к выводу, что условия формирования и свойства драпов флоконнэ зависят от количества соединения слоев дополнительным утком. С увеличением количества соединений слоев в раппорте переплетения с 4 до 8 увеличивается среднее натяжение нитей основы в момент прибоя на 37 %, обрывность основы – на 15 %, разрывная нагрузка по основе – на 34%, а по утку – на 35 %. Увеличение числа соединений слоев вызывает уменьшение: толщины ткани – на 16 %, удлинения по основе – на 1,4 % и по утку – на 8 %, воздухопроницаемости – на 5 %. Установлено, что соединение слоев драпа флоконнэ дополнительным утком переплетением саржа 1/3 позволяет получить лучшие физико-механические свойства и условия формирования данных тканей.

В работе разработаны рациональные параметры строения закладных кромок драпов флоконнэ: плотность кромочных нитей на 25% меньше плотности ткани по основе; число основных нитей в кромке, перекрываемых утком, на 1 меньше по сравнению с фоном.

Л.А. Черникина [2.9] характеризует строение шерстяных тканей относительным коэффициентом наполнения и порядком ее фазы строения с учетом основных физико-механических свойств ткани. В работе выведены формулы для определения высот волн изгиба нитей основы и утка, максимальных плотностей, уработки нитей основы и утка:

• высоты волн изгиба нитей основы и утка:

;

,

где k_ho, k_hy – коэффициенты, учитывающие степень изгиба основных и уточных нитей в зависимости от ПФС; d_p – расчетный диаметр нитей, который для тканей полотняного переплетения равен:

;

• максимальная технологическая плотность ткани по основе и утку:

;

,

где С_тк – коэффициент, учитывающий вид сырья; k_d – коэффициент соотношения диаметров нитей основы и утка.

• уработка нитей основы и утка для тканей полотняного переплетения:

;

.

Данные формулы могут быть использованы только для расчета шерстяных тканей полотняного и саржевого переплетения.

И.В. Ильин [4.2] при изучении строения льняной ткани отмечает, что основным показателем строения ткани является коэффициент наполнения, то есть отношение фактической плотности к максимально возможной:

.

И.В. Ильин определил высоты волн изгиба нитей в зависимости от толщины, уработки, смятия, числа пересечений нитей и плотности ткани. Однако в работе не указывается метод расчета уработки нитей, поэтому данный метод можно использовать только для анализа готовых тканей.

На основе исследований строения тканей В.И. Смирнов [1.1, 4.3] установил зависимость для определения высот волн изгиба нитей ткани полотняного переплетения, исходя из частного случая, когда расстояние между нитями утка или основы в местах пересечения с противоположной системой равно сумме диаметров (d_о+d_у). С помощью так называемого структурного круга ткани им выведены формулы для общего случая:

;

,

где f_o, f_y – расстояние между нитями основы и утка, мм.

;

,

где Р_о,Р_у – плотность ткани по основе и по утку, нит/10см.

Это позволило автору определить максимальную плотность ткани, уработку нитей, толщину и отношение плотностей, которые характеризуют трудоемкость выработки ткани на станке. На основе экспериментальных исследований, В.И Смирновым, был установлен критерий рациональности:

,

где Т_о – толщина ткани для случая, когда высота волны основы превышает высоту волны утка.

Недостатком теории В.И.Смирнова является недостаточное обоснование выбора линейной плотности пряжи, использование в формулах только нити круглого сечения и без учета изменения ее формы и размеров в ткани по сравнению с нитью до ткачества, ограниченность применения формул (только для полотняного переплетения).