1. Назначение и функциональность первичной структуры тканей

Потребителями тканых полотен является человек (класс бытовых тканей, «ткань для человека») и техника (класс технических тканей, «ткань для техники»). Поэтому новая структура ткани должна создаваться в максимальном соответствии с назначением и функциями использования.

Класс бытовых тканей ориентируется в первую очередь на её эстетические качества. Функциональные свойства тканей нередко находятся в подчиненном, как бы второстепенном, положении. Класс технических тканей предназначен в обязательном порядке для выполнения конкретных технических задач, содержащих конкретные параметры работы рабочих органов машины при выполнении данной технологии продукта. Поэтому эстетические качества тканых изделий технического назначения отступают на второй план.

Разработчик новой ткани для быта человека попадает каждый раз в сложную ситуацию, требующую решения задачи по обеспечению различных, нередко трудно совместимых, качественных характеристик эстетики и функциональности. В связи с этим обстоятельством актуальной становится необходимость интегрирования знаний по основам дизайна текстиля и технологии изделия в лице дизайнера-технолога. Современная подготовка дизайнера во всем мире имеет существенный недостаток: недостаточно глубокое изучение, вернее освоение, тонкостей технологии ткани. В качестве иллюстрации рассмотрим ряд примеров. Ткань для жаркого времени года, например, брюк, должна иметь хорошую воздухопроницаемость. Для этого нужно изготавливать ткань малой плотности из тонких нитей. Однако, такие брюки будут обладать малой стойкостью к смятию и износостойкости. С целью повышения уровня этих качеств на практике подобную ткань подвергают обработке химическими веществами, что не всегда полезно для человека. Есть другой путь повышения стойкости к смятию: создать рациональную структуру ткани из нитей различной толщины, в которой переплетение и расположение нитей обеспечивают сочетание нужной жесткости к изгибу и достаточную воздухопроницаемость (особенно из натуральной пряжи). Наоборот, брюки для зимнего времени года необходимо шить из ткани с малой воздухопроницаемостью, что достаточно просто достигается увеличением толщины нитей и повышением плотности ткани. Следует отметить, что стойкость ткани к смятию можно обеспечить и соответствующими параметрами её структуры. Для создания таких тканей одних знаний художника недостаточно, здесь требуются знание законов возможных вариантов взаимозависимого расположения нитей в структуре ткани. Но и этого недостаточно. На практике «чистые» технологи нередко встречаются с тупиковой ситуацией, когда спроектированное дизайнером переплетение невозможно выработать на ткацком станке. Поэтому разработчик новой ткани должен быть вооружен (обладать) комплексом знаний в трех областях: методах проектирования структур ткани и тонкостях её технологии в соответствии с основами создания дизайнерского образа, направленного на обеспечение условий гарантированной продажи изделия.

С появлением компьютеров ускоренными темпами стало создаваться их программное обеспечение, позволяющее просматривать на мониторе многие варианты переплетений на первой стадии проектирования до наработки образцов новой ткани. В связи с этим резко возросло значение разработки способов проектирования новых структур ткани, существенно повышающих информативность и связь исходных и конечных параметров структуры ткани в соответствии с её назначением.

Разработкой методов проектирования новых структур тканей и исследованием условий их выработки занималась большая группа ученых. Чтобы отдать (проявить) должное уважение научно-практическим трудам исследователей различных стран мира считаем целесообразным указать большинство их фамилий : Voucanson (1745), Cartwright (1784), D.Merphy (1827), B.Bona (1878), T.R.Ashenhurst (1892), W.H.Greenwood, W.E.Ayrton, M.E.Perry, A.G.Payne, D.H.Parry, F.Barret, T.G.Bonney, Bitner, L.Low, N.Reiser (1900), J.Reintgen, Ermietedg, А.Г.Лаписов (1903), A.F.Barker, E.Midgley (1914), R.Beaumont (1916), Н.П.Ланговой (1925), С.А.Ганешин, H.Repenning (1926), F.Stein (1927), Клейн К.Д., Н.Г.Новиков, A.Hamman (1929), Л.Г.Лейтес (1930), A.Kemp (1931), А.А.Синицын (1932), R.Hunlich (1934), Н.К.Бакун, F.T.Peirse (1937), Posselt, W.Watson, S.Brayerley, A.Jauman (1938), С.О.Доброгурский, Е.К.Зворыкина (1940), Н.А.Архангельский, A.B.D.Cassie (1944), S.Bazter, Ф.Ф.Васильев (1946), Н.С.Федоров, А.М.Кузнецов, Н.С.Храмова (1947), О.С.Кутепов, П.А.Колесников (1948), Н.Ф.Бафструк (1951), В.Ф.Белов, В.А.Воробьев, Д.Л.Парфенов, E.Painter (1952), И.Г.Чарухин, Н.С.Еремина, Kaswell (1953), В.А.Гордеев, С.А.Дынник, Г.И.Медведева, М.Бородовский (1954), А.К.Клейн, Г.И.Селиванов, П.К.Лебедев (1955), K.Greenwood (1956), W.T.Cowhing, G.N.Vaughan, К.Г.Алексеев (1957), Г.Б.Дамянов, В.Н.Васильченко (1959) и после 1960: И.В.Ильин, Ц.З.Бачев, M.A.Hann, X.Lin, G.M.Thomson, S.C.Harlock, Z.Liu, M.P.Bandara, B.Hepworth, K.Blackburn, Testore, Н.Г.Стрясков, В.И.Смирнов, В.П.Склянников, W.F.Kilby, M.Allford, D.Hamilton, Э.А.Оников, А.И.Скорикова, Н.Ф.Сурнина, Г.В.Юденич, W.F.Polfus, F.Koler, Р.З.Бурнашев, В.Б.Корсакова, А.К.Киселев, S.Kawabata, M.Niwa, H.Kawai, Н.В.Васильчикова, С.Г.Керимов, Л.А.Черникина, А.А.Мартынова, П.Т.Букаев, В.В.Чугин, B.Lund-Iversen, Г.В.Степанов, С.Д.Николаев, R.D.Reuman, С.В.Ломов, Б.М.Примаченко, Н.Н.Труевцев, В.Ю.Щербань, J.E.Ruckman, А.Г.Разуваев, П.Ф.Ерченко, С.А.Федоров, Ф.Ф.Бобров, Е.В.Чепелюк, Н.С.Храмова и др.

Подробный анализ работ вышеперечисленных авторов приведен во многих современных публикациях, поэтому ограничимся лишь одним примером высокого уровня исследований структуры ткани.

Ещё в 1914 году A.F.Barker и E.Midgley в классической работе “Analysis of Woven fabric” [1] привели схемы двух крайних альтернативных вариантов продольной формы нитей основы и утка в структуре ткани полотняного переплетения нормальной (средней) плотности (Фиг.1,(а),(b)). Контрастность продольной формы нитей предложено достигнуть за счет использования волокон хлопка и шерсти. На схеме (а) уточины имеют прямолинейную форму, а нити основы значительно изогнуты. На схеме (b) изображена альтернатива: нити основы имеют прямолинейную форму, а нити утка существенно изогнуты. Интересно отметить, что прямолинейность нитей утка (а) создается значительно более высоким уровнем жесткости к изгибу нитей из хлопка по сравнению с малой жесткостью к изгибу нитей основы из шерсти. Прямолинейная форма нитей основы и существенно изогнутая форма уточин (b) могут быть достигнуты за счет более высокой жесткости к изгибу основных нитей из хлопка по сравнению с уточными нитями из шерсти даже при относительно большей толщине утка. Здесь проявилось влияние еще одного фактора: нити основы в большинстве структуры тканей имеют более высокий уровень крутки волокон.

Такая трактовка возможности существенного приближения к реальности двух крайних вариантов взаимного расположения нитей основы и утка в ткани свидетельствует о глубоком анализе авторами условий реализации предельно возможных вариантов продольной формы нитей основы и утка в структуре ткани полотняного переплетения.

ФИГ.1

В совокупности работы различных авторов в период 1745 -1929 годы заложили фундамент для дальнейшего интенсивного развития теорий строения ткани.

Следует отметить, что большинство авторов посвятили свои работы формированию структуры ткани в условиях внешних воздействий на нити рабочими органами ткацкого станка.

Как правило, все авторы методов проектирования структур ткани в первую очередь в обязательном порядке рассматривали различную степень связности нитей в полотняном переплетении ткани.

Наша работа на данном этапе также посвящена исследованию наиболее трудноформируемой структуры однослойных тканей 2D полотняного переплетения с нормальной (средней), предельной и сверхпредельной плотностью расположения нитей в ткани в естественном состоянии без внешней нагрузки.

Наиболее фундаментальной и значимой теорией является геометрический метод проектирования и анализа структуры ткани проф. Н.Г.Новикова, опубликованной в 1946 году [2,3,4]. Этот труд по праву считается классическим. Рассмотрим основные положения этой теории в качестве исходной позиции для наших исследований.