Все выпускаемые ткани в зависимости от области их применения должны обладать определенными свойствами. Особенно высокие требования предъявляются к тканям специального назначения, для которых соблюдение заданных показателей эксплуатации является особенно актуальным.
В настоящее время одной из важнейших технико-экономических и социальных задач является задача создания эффективных методов и средств индивидуальной и комплексной защиты человека от вредных воздействий окружающей среды. Проектирование рациональной теплозащитной одежды для различных климатических и производственных условий является большой и весьма сложной научной проблемой, успешно решить которую можно только на базе комплексного использования данных физиологии, гигиены одежды, климатологии, теплофизики, текстильного материаловедения и конструирования одежды.
Одним из основных показателей теплозащитной ткани при оценке ее свойств является поверхностная плотность и воздухопроницаемость. В свою очередь воздухопроницаемость ткани зависит от пористости и толщины ткани. Поэтому для улучшения теплозащитных свойств одежды необходимо добиваться снижения ее воздухопроницаемости [1]. Поверхностная плотность характеризует материалоемкость ткани, поэтому ее снижение при обязательном условии сохранения высокого качества и потребительских свойств является актуальной.
Поэтому целью данной работы является разработка оптимального технологического режима выработки теплозащитной ткани, обладающей минимальной воздухопроницаемостью и поверхностной плотностью.
Базой для проведения экспериментальных исследования по определению оптимальных параметров выработки теплозащитной ткани является лаборатория ткачества кафедры «Технология текстильного производства» Камышинского технологического института (филиал) Волгоградского государственного технического университета.
В качестве объекта исследования использовалась неразрезная двухполотенная основоворсовая 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, которая вырабатывалась двухзевным способом на ткацком станке ТВ-160-ШЛ. Раппорт переплетения ткани по основе Ro = 6 и по утку Rу = 8 [1]. 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) составило 1:1:1. Ворсовая основа в ткани закреплялась одной уточной нитью [2, 3].
В результате проведения предварительного эксперимента были выбраны параметры ткацкого станка, оказывающие существенное влияние на процесс формирования исследуемой ткани и ее физико-механические свойства: Х1 – плотность ткани по утку, н/дм; Х2 – величина подачи ворсовой основы, мм [4, 5]. В качестве выходных параметров эксперимента были приняты:Y1 – поверхностная плотность ткани, г/м2; Y2 – воздухопроницаемость ткани, дм3/м2·с. Кодированные и натуральные значения факторов и интервалы их варьирования представлены в табл. 1.
В качестве метода исследования использован активный эксперимент по матрице планирования Коно-2, таблица которой с кодированными и натуральными значениями факторов и результаты исследования ткани представлены в табл. 2.
В результате обработки на ЭВМ экспериментальных данных получены математические модели зависимости поверхностной плотности основоворсовой ткани от заправочных параметров ткацкого, (г/м2):
I – вариант:
(1)
II – вариант:
(2)
Анализ уравнений 1 и 2 позволил сделать следующие выводы:
– наибольшее влияние на поверхностную плотность ткани оказывает величина подачи ворсовой основы;
– при увеличении величины подачи ворсовой основы и плотности по утку, поверхностная плотность ткани увеличивается.
Математические модели зависимости воздухопроницаемости ткани от заправочных параметров ткацкого станка Y2, дм3/м2 с
I – вариант:
(3)
II – вариант:
(4)
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 и воздухопроницаемости ткани
|
№ опыта |
Код. значения факторов |
Натур. значения факторов |
Поверхностная плотность ткани, г/м2 |
Воздухопроницаемость, дм3/м2с |
||||
|
Х1 |
Х2 |
Ру, н/дм |
Lов, мм |
I вариант |
II вариант |
I вариант |
II вариант |
|
|
1 |
+ |
+ |
304 |
4,0 |
1017,6 |
939,4 |
53,5 |
91,2 |
|
2 |
– |
+ |
182 |
4,0 |
677,9 |
598,2 |
175,8 |
227,7 |
|
3 |
+ |
– |
304 |
1,5 |
581,0 |
504,1 |
57,7 |
106,7 |
|
4 |
– |
– |
182 |
1,5 |
404,5 |
355,0 |
197,0 |
278,0 |
|
5 |
+ |
0 |
304 |
2,75 |
801,2 |
712,1 |
54,8 |
94,0 |
|
6 |
– |
0 |
182 |
2,75 |
561,6 |
469,7 |
132,7 |
248,0 |
|
7 |
0 |
+ |
243 |
4,0 |
870,5 |
766,7 |
70,5 |
121,7 |
|
8 |
0 |
– |
243 |
1,5 |
534,4 |
427,2 |
124,5 |
156,6 |
|
9 |
0 |
0 |
243 |
2,75 |
665,7 |
578,3 |
88,4 |
142,3 |
а) б)
Двухмерные сечения поверхностей отклика поверхностной плотности и воздухопроницаемости основоворсовой ткани: а) хлопчатобумажной пряжа в утке; б) капроновая нить в утке
Таблица 3
Оптимальные заправочные параметры
|
Номер варианта |
Кодированные значения факторов |
Натуральные значения факторов |
||
|
X1 |
X2 |
Х1, н/дм |
Х2, мм |
|
|
I – вариант |
+ 1 |
+ 0,88 |
304 |
3,85 |
|
II – вариант |
+ 1 |
+ 0,86 |
304 |
3,83 |
Анализ уравнений 3 и 4 позволил сделать следующие выводы:
– наибольшее влияние на воздухопроницаемость ткани для вариантов оказывает плотность ткани по утку;
– при увеличении величины подачи ворсовой основы и плотности ткани по утку, воздухопроницаемость ткани уменьшается.
В качестве метода оптимизации выбран метод канонического преобразования математической модели, в результате использования которого получены и исследованы двухмерные сечения поверхности отклика поверхностной плотности и воздухопроницаемость ткани.
Исследование поверхностей отклика выходных параметров при оптимизации процесса ткачества проводилось методом наложения двухмерных сечений поверхностей отклика на ЭВМ.
Двухмерное сечение поверхности отклика поверхностной плотности и воздухопроницаемости основоворсовой ткани с хлопчатобумажной пряжа и капроновой нитью в утке представлены на рисунке, а, б.
Исследуя полученные двумерные сечения поверхностей отклика, были определены оптимальные технологические параметры процесса ткачества при выработке двухполотенной, неразрезной, основоворсовой ткани, обладающей минимальными поверхностной плотностью и воздухопроницаемостью.
Оптимальные значения заправочных параметров ткацкого станка, соответствующие экстремумам целевых функций, представлены в табл. 3.
Таким образом, для получения основоворсовой ткани с хлопчатобумажной пряжей в утке, обладающей минимальной воздухопроницаемостью – 49,8 дм3/м2с, на ткацком станке ТВ-160-ШЛ необходимо установить следующие заправочные параметры: плотность ткани по утку – 304 н/дм и величина отпуска ворсовой основы – 3,85 мм, при этом поверхностная плотность ткани составит – 989,8 г/м2.
Для получения основоворсовой ткани с капроновой нитью в утке, обладающей минимальной воздухопроницаемостью – 89,8 дм3/м2с, на ткацком станке ТВ-160-ШЛ необходимо установить следующие заправочные параметры: плотность ткани по утку – 304 н/дм и величина отпуска ворсовой основы – 3,83 мм, при этом поверхностная плотность ткани составит – 906,6 г/м2.
Выводы
1. В данной работе приведены результаты экспериментального исследования процесса выработки неразрезной двухполотенной основоворсовой ткани, обладающей минимальной материалоемкостью и воздухопроницаемостью.
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 и воздухопроницаемости ткани от заправочных параметров ткацкого станка ТВ-160 ШЛ.
3. В результате оптимизации были получены оптимальные заправочные параметры ткацкого станка при выработке двухполотенной, неразрезной, основоворсовой ткани, обеспечивающей минимальную воздухопроницаемость и поверхностную плотность.