В условиях жесткой конкуренции современного рынка производителю высококачественных текстильных изделий требуется концепция разработки инновационных материалов с учетом их свойств, реализация которой, позволит прогнозировать и управлять качеством продукции, а также обеспечит эффективное функционирования технологических процессов и позволит выпускать высококачественную продукцию.
Немаловажное значение при производстве текстильных изделий имеет задача снижения себестоимости тканей. Основную долю себестоимости ткани составляет стоимость сырья. Поэтому задача снижения материалоемкости ткани при обязательном условии высокого качества и сохранении потребительских свойств является актуальной.
Поверхностная плотность ткани является одним из важнейших параметров строения тканого конструкционного материала, так как характеризует его материалоемкость, то есть определяет расход основной и уточной пряжи, затрачиваемой на выработку тканого изделия, а также его структуру и назначение.
В настоящее время широкое применение в промышленности нашли тканые материалы с пространственным расположением слоев (арматуры), используемые для изготовления композитов. Введение пространственного каркаса позволяет значительно улучшить характеристики слоистых и волокнистых композитов. За счет пространственного каркаса удается увеличить сопротивление композитов сдвигу и поперечному отрыву, повысить долговечность материала. Использование текстильной технологии изготовления композитов с пространственным армирующим каркасом позволяет устранить крайне опасный для конструкции вид разрушения – расслоение композитов, вызванное межслойными напряжениями, что расширяет область применения пространственных композитов.
В данной работе в качестве тканого конструкционного материала предлагается использовать неразрезную двухполотенную основоворсовую ткань с использованием хлопчатобумажной нити в утке (Т = 15,4×2 текс) – в дальнейшем именуемой I – вариант, с капроновой нитью в утке (Т = 15,6 текс) – II – вариант [1].
Предлагаемая в качестве тканого материала основоворсовая ткань, представляет собой конструкционную систему, состоящую условно из двух слоев, соединенных поперечными нитями или стойками.
Образцы двухполотенной основоворсовой неразрезной ткани вырабатывались двухзевным способом на ткацком станке ТВ-160-ШЛ, переплетение грунта ткани, то есть переплетение коренной основы (Т = 15,4×2 текс) с утком репс основный 2/2, соотношение между коренной основой верхнего полотна, коренной основой нижнего полотна, ворсовой основой (Т = 15,4×2 текс) равно 1:1:1. Ворсовая основа закрепляется в ткани одной уточной нитью. Раппорт переплетения ткани по основе Ro = 6 и по утку Rу = 8 [2, 3].
Руководствуясь данными условиями и в результате проведения предварительного эксперимента, были выбраны факторы, оказывающие существенное влияние на процесс формирования исследуемой ткани и ее физико-механические свойства, а в частности, на поверхностную плотность ткани. Это такие параметры, как – Х1 – плотность ткани по утку, н/дм, – Х2 – величина подачи ворсовой основы, мм [4, 7].
Для проведения исследований по установлению взаимосвязи между заправочными параметрами ткацкого станка ТВ-160-ШЛ и поверхностной плотностью основоворсовой ткани выбран метод исследования КОНО-2.
Кодированные и натуральные значения факторов, интервалы их варьирования при проведении двухфакторного эксперимента по плану Коно-2 представлены в табл. 1.
В качестве выходного параметра эксперимента, характеризующим материалоемкость конструкционного материала, принята:Y1 – поверхностная плотность ткани, г/м2.
Матрица планирования при проведении двухфакторного эксперимента Коно – 2 с кодированными и натуральными значениями факторов и результаты исследования поверхностной плотности ткани представлены в табл. 2.
Таблица 1
Кодированные и натуральные значения факторов
|
Факторы |
Уровни варьирования |
Интервал варьирования |
||
|
– 1 |
0 |
+ 1 |
||
|
Х1 – плотность ткани по утку, нитей/дм; |
182 |
243 |
304 |
61 |
|
Х2 – величина подачи ворсовой основы, мм |
1,5 |
2,75 |
4,0 |
1,25 |
Таблица 2
Матрица планирования эксперимента и результаты исследования поверхностной плотности ткани
|
№ опыта |
Код. значения факторов |
Натур. значения факторов |
Поверхностная плотность ткани, г/м2 |
|||
|
Х1 |
Х2 |
Ру, н/дм |
Lов, мм |
I вар |
II вар |
|
|
1 |
+ |
+ |
304 |
4,0 |
1017,6 |
939,4 |
|
2 |
– |
+ |
182 |
4,0 |
677,9 |
598,2 |
|
3 |
+ |
– |
304 |
1,5 |
581,0 |
504,1 |
|
4 |
– |
– |
182 |
1,5 |
404,5 |
355,0 |
|
5 |
+ |
0 |
304 |
2,75 |
801,2 |
712,1 |
|
6 |
– |
0 |
182 |
2,75 |
561,6 |
469,7 |
|
7 |
0 |
+ |
243 |
4,0 |
870,5 |
766,7 |
|
8 |
0 |
– |
243 |
1,5 |
534,4 |
427,2 |
|
9 |
0 |
0 |
243 |
2,75 |
665,7 |
578,3 |
В результате обработки на ЭВМ экспериментальных данных получены математические модели зависимости поверхностной плотности основоворсовой ткани от заправочных параметров ткацкого станка с хлопчатобумажной и капроновой нитью в утке. (г/м2):
I вариант (хлопчатобумажная нить в утке):
II вариант (капроновая нить в утке):
Анализ уравнений позволил сделать следующие выводы:
– наибольшее влияние на поверхностную плотность ткани для I и II вариантов оказывает величина подачи ворсовой основы;
– при увеличении величины подачи ворсовой основы и плотности по утку, поверхностная плотность ткани увеличивается.
Для решения задачи получения ткани с минимальной поверхностной плотностью в качестве метода оптимизации используем метод канонического преобразования математических моделей.
Для наглядного представления задачи оптимизации и облегчения анализа полученной математической модели технологического процесса ткачества используем геометрическое представление целевой функции и ограничений оптимизационной модели [5].
Для выполнения поставленной задачи оптимизации технологического процесса ткачества при выработке тканного конструкционного материала на основе двухполотенной неразрезной основоворсовой ткани был проведен анализ полученных регрессионных уравнений и исследованы двумерные поверхности выходного параметра для двух вариантов.
Исследование поверхностей отклика выходных параметров при оптимизации процесса ткачества проводилось методом наложения двухмерных сечений отклика на ЭВМ.
Исследуя полученные двумерные сечения поверхностей отклика, были определены оптимальные технологические параметры процесса ткачества при выработке материалоемкости тканого конструкционного материала на основе двухполотенной, неразрезной, основоворсовой ткани, предназначенной в качестве армирующих каркасов для изготовления текстильных композитов [6].
Для получения тканого конструкционного материала на основе основоворсовой ткани с хлопчатобумажной пряжей в утке с минимальной поверхностной плотностью 416,1 г/м2 необходимо на ткацком станке установить следующие заправочные параметры: плотность ткани по утку 182 н/дм и величина отпуска ворсовой основы 1,5 мм.
Для получения основоворсовой ткани с капроновой нитью в утке и минимальной поверхностной плотностью ткани 356,6 г/м2 необходимо на ткацком станке установить следующие заправочные параметры: плотность ткани по утку 182 н/дм и величина отпуска ворсовой основы 1,5 мм.
Выводы
1. В данной работе приведены результаты исследования процесса выработки неразрезной двухполотенной основоворсовой ткани, обладающей минимальной материалоемкостью, которая используется в качестве армирующего каркаса при изготовлении композитов.
2. В результате проведенных экспериментальных исследований технологического процесса выработки основоворсовой ткани по данным активного эксперимента, проведенного по матрице планирования КОНО-2, получены математические модели зависимости поверхностной плотности ткани от заправочных параметров ткацкого станка ТВ-160-ШЛ.
3. В результате оптимизации технологического процесса ткачества на ЭВМ были получены оптимальные заправочные параметры ткацкого станка при выработке двухполотенной неразрезной основоворсовой ткани обеспечивающей минимальную поверхностную плотность.