Тема 8. Формовочная способность текстильных материалов

Вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Способы образования объемной формы изделий.

2. Способность текстильных материалов к формообразованию.

3. Способность текстильных материалов к формозакреплению. Способы формозакрепления.

4. Оценка формоустойчивости материалов и швейных изделий.

1. Способы образования объемной формы изделий.

Одна из основных задач, решаемых в процессе проектирования и изготовления швейных изделий,— создание устойчивой объемной формы одежды из плоских материалов, какими являются ткани, трикотажные и нетканые полотна.

Объемная форма одежды может быть получена двумя способами:

- во-первых, путем разработки конструкции изделия с максимальным членением его на части, для чего используются вытачки, швы, рельефы, складки и т. п. (при этом, чем больше членение детали, тем точнее ее форма будет воспроизводить форму одеваемой поверхности);

- во-вторых, путем изменения геометрических размеров материала на отдельных участках детали, для чего используются деформационные свойства материала.

Применяя второй способ, можно воспроизвести требуемую форму изделия при минимальном членении его на детали, что значительно снижает трудоемкость обработки изделия и уменьшает расход материала. На практике чаще всего используют комбинированный способ получения объемной формы, сочетающий в себе в большей или меньшей степени указанные выше способы.

Применение того или иного способа получения объемной формы одежды зависит от характера поверхности изделия, степени ее кривизны, используемого метода конструирования, деформационных свойств материала.

Способность материала образовывать пространственную форму и устойчиво сохранять ее в условиях носки одежды называется формовочной способностью материала. Таким образом, формовочная способность текстильного материала— это его способность к формообразованию и формозакреплению.

2. Способность материалов к формообразованию

Способность текстильного материала к формообразованию определяется его механическими свойствами, способностью к различным видам деформации: утонению, изгибу, растяжению и сжатию.

Утонение — деформация материала вследствие его сжатия по толщине. При утонении в структуре материала наблюдается изменение высоты волн нитей, увеличение углов обхвата нитей, сплющивание нитей в местах контакта, уплотнение всей структуры материала. Для образования пространственной формы утонение не имеет существенного значения, так как толщина текстильных материалов очень мала по сравнению с его другими геометрическими размерами. Однако при обработке таких элементов швейных изделий, как края бортов и воротников, низ изделия, складки и т. п., утонение имеет важное значение; оно играет также положительную роль при закреплении объемной формы изделия.

Изгиб — основной вид деформации при создании в одежде таких элементов формы, как складки, плиссе, гофре, края деталей и т. д. При создании объемной формы чистый изгиб позволяет получить оболочку только развертывающихся поверхностей (цилиндра, конуса). Однако эта оболочка не является устойчивой, так как текстильные материалы обладают малой жесткостью при изгибе (например, по сравнению с металлами). При образовании формы деталей одежды изгиб применяется в сочетании с другими видами деформации материала.

Наряду с изгибом основными видами деформации при получении пространственной формы деталей одежды являются деформации растяжения и сжатия материала на отдельных участках деталей. Вследствие анизотропности строения большинства текстильных материалов в их структуре при растяжении и сжатии в различных направлениях возникают деформации, различающиеся по характеру и величине.

Наибольшая анизотропия деформации растяжения и сжатия в различных направлениях наблюдается у тканей, что связано с их сетчатой структурой. При растяжении ткани в различных направлениях ее общее удлинение происходит вследствие распрямления нитей, их удлинения в результате перемещения и растяжения волокон и, наконец, вследствие изменения угла между нитями основы и утка. Степень участия всех трех видов деформации структуры ткани в общем удлинении неодинакова и зависит в первую очередь от направления растяжения и величины прикладываемой нагрузки. При растяжении вдоль нитей основы и утка ткань удлиняется вследствие распрямления, а затем при более значительных нагрузках и вследствие растяжения нити. При растяжении ткани под углом к нитям основы и утка удлинение ее в основном является результатом изменения угла между нитями: прямоугольная ячейка ткани превращается в параллелограмм. Распрямление и растяжение нитей появляются позже, при достижении значительных усилий. Одинаковые по величине усилия, прикладываемые к ткани в различных направлениях, вызывают разные по величине деформации. Наибольшую деформацию ткань получает в направлении диагоналей ее ячеек, так как общее удлинение ткани в этом случае происходит в основном вследствие изменения угла между нитями (рис. 41).

Рис. 41. Векторная диаграмма изменения удлинения ткани при приложении нагрузки 1 даН в различных направлениях: 1- чистошерстяной костюмной; 2 — полушерстяной костюмной

Рис. 42. Векторная диаграмма сокращения размеров ткани при сутюживании в различных направлениях: /, 2, 3 — число циклов сутюживания

Деформация сжатия ткани в ее плоскости (сутюживание) является следствием так называемой принудительной усадки, которая осуществляется с помощью воздействия на ткань тепла, влаги и внешней силы, сжимающей ткань в ее плоскости. Деформация сжатия ткани обусловлена тремя видами деформаций ее структуры:

-дополнительным изгибом нитей,

-сокращением длины нитей вследствие усадки и перемещения волокон,

- изменением угла между нитями.

Степень участия этих видов деформаций в общем сокращении размеров ткани зависит от направления сутюживания и числа циклов обработки. Как и при растяжении, наибольшее сокращение размеров ткани при сутюживании достигается по диагоналям ячеек, т.е. в случае, когда в полной мере используется способность ткани изменять угол между нитями (рис. 42).

Таким образом, наибольшее изменение размеров ткани (удлинение и сокращение) наблюдается при изменении угла между нитями. Это явление практически используется при формовании деталей швейных изделий. Способность ткани изменять угол между нитями основы и утка выделяют как основное формовочное свойство ткани.

Формовочное свойство ткани, т. е. ее способность легко изменять угол между нитями, положено в основу разработанной во МТИЛПе на кафедре технологии швейного производства методики конструирования, в которой использованы основные положения теории Чебышевской сети.

Трикотажные полотна обладают значительно большей деформационной способностью по сравнению с тканями. При приложении растягивающей нагрузки в структуре трикотажа изменяется конфигурация петель, нити перетягиваются из одних участков петель в другие, распрямляются и изгибаются. Анизотропия деформационных способностей трикотажа носит несколько иной характер, чем тканей. Наибольшая разница в удлинении наблюдается вдоль петельных столбиков и рядов, что связано с особенностями петельного строения трикотажа. В других направлениях деформации имеют промежуточное значение. При приложении нагрузки под углом к петельным столбикам одновременно с изменением угла между направлениями рядов и столбиков (угла) происходит их линейная деформация. Поэтому формовочную способность трикотажа оценивают относительной деформацией в направлении петельных столбиков или рядов в зависимости от изменения угла между ними.

Многочисленные исследования показали, что для большинства трикотажных полотен эта зависимость носит линейный характер. Установленные зависимости для различных полотен используются при расчете разверток деталей трикотажных изделий, что позволяет получать технологичные конструкции при минимальном расходе материала.

На деформационные способности текстильных материалов большое влияние оказывают тепло и влага. Под их воздействием в структуре волокон ослабляются межмолекулярные связи, что увеличивает подвижность макромолекул, их способность к перемещению и деформированию. Кроме того, физико-механически связанная влага играет роль смазки в структуре материала, способствуя более легкому перемещению волокон и нитей при деформировании материала.

3. Способность текстильных материалов к формозакреплению. Способы формозакрепления.

При любом виде деформации текстильного материала (утонении, изгибе, растяжении, сжатии, изменении угла между нитями) нарушается равновесное состояние его структуры, в результате чего происходит перестройка элементов структуры: нити перемещаются, изгибаются или выпрямляются, сжимаются в местах контакта, растягиваются и т. п. Это приводит к различным видам деформации волокон, что в свою очередь связано с изменениями в их внутренней структуре и прежде всего с изменением в расположении макромолекул: межмолекулярные связи нарушаются, макромолекулы деформируются и перемещаются относительно друг друга.

Процесс перестройки структуры материала, нитей и волокон протекает до тех пор, пока не установится новое равновесное состояние в соответствии с приложенной внешней нагрузкой. При снятии нагрузки установившееся равновесное состояние вновь нарушается: макромолекулы волокон стремятся вернуться в первоначальное положение, заставляя волокна и нити занять по возможности прежнее расположение в материале, т. е. протекает обратный релаксационный процесс.

Устойчиво закрепить форму текстильного материала в деталях изделия можно, либо фиксируя перестройку структуры материала, нитей так называемой грубой структуры, либо фиксируя изменение структуры волокон так называемой тонкой структуры.

Закрепление «грубой» структуры материала может быть достигнуто путем склеивания, скрепления нитей и волокон в новом положении, для чего используют синтетические смолы, прокладки с клеевым покрытием и т. п. Указанный способ весьма эффективен, особенно в случае, когда требуется увеличение жесткости материала на отдельных участках изделий, например полочках, рукавах (по низу), бортах, воротниках и т. д. Однако при таком способе фиксации структуры текстильных материалов значительно снижается их подвижность, способность к деформации, что на большинстве деталей одежды недопустимо при носке изделий, например на деталях рукавов, спинки, брюк, юбки и т. д.

Второй способ закрепления деформаций основан на фиксации тонкой структуры, т.е. на фиксации макромолекул деформированных волокон в их новом положении путем образования прочных межмолекулярных связей. Процесс фиксирования «тонкой» структуры материала состоит из разрушения старых межмолекулярных связей, деформирования и перемещения макромолекул в соответствии с деформацией материала, нитей, волокон, восстановления или создания новых связей между макромолекулами в их новом положении.

В этом случае прочность закрепления деформации волокон и соответственно самого материала будет зависеть от степени разрушения старых связей, от числа новых связей и их устойчивости к различным видам воздействий в условиях носки изделий (влаги, температуры, деформации), от степени деформирования волокон и количества волокон. Последнее связано со структурой материала. В рыхлой структуре материала волокна соединены между собой слабо, поэтому при деформации материала они будут в большей степени перемещаться относительно друг друга, чем деформироваться.

В плотной структуре материала волокна в значительной мере связаны друг с другом, имеют меньшую способность к перемещению, поэтому при деформации материала они будут в большей степени деформироваться. Так как деформация плотного материала тесно связана с деформацией волокон, то устойчивое закрепление последней позволяет получить прочную фиксацию соответствующей формы изделия при сохранении подвижности структуры материала, его способности к обратимым деформациям.

Наиболее распространенный метод фиксации деформации волокон — влажно-тепловая обработка, при которой в волокнах под действием повышенной влажности и тепла ослабляются и разрушаются межмолекулярные связи, происходит перестройка структуры в соответствии с деформацией волокна. При удалении влаги (сушке) и снижении температуры материала связи в новом положении макромолекул восстанавливаются, т.е. деформация волокон, нитей и, следовательно, материала закрепляется. Однако подобное закрепление непрочно; со временем при носке одежды в материале протекает обратный релаксационный процесс и часть зафиксированной деформации исчезает. Степень протекания обратного релаксационного процесса зависит от того, насколько условия эксплуатации изделий близки к условиям влажно-тепловой обработки. Чем больше разница в условиях влажно-тепловой обработки и носки изделия, тем прочнее будет закреплена деформация. Процесс перестройки структуры волокон при влажно-тепловой обработке в большой степени зависит от химического состава, надмолекулярной структуры волокна и вида межмолекулярных связей.

В волокнах шерсти под действием влаги и тепла перестраивается сетчатая надмолекулярная структура: происходят гидролиз дисульфидных связей и восстановление их в новом положении макромолекул. Поэтому получаемая при влажно-тепловой обработке форма изделий из шерстяных тканей обладает повышенной устойчивостью к действию влаги, тепла и многократных деформаций.

В целлюлозных волокнах (хлопковых, вискозных, льняных) при влажно-тепловой обработке перегруппировываются водородные связи; получаемая перегруппировка, однако, весьма неустойчива к действию воды.

В гидрофобных волокнах (капроновых, лавсановых, нитроновых, триацетатных и др.) связи закрепляются в основном путем тепловой стабилизации. Под действием тепла увеличивается кинетическая энергия движения молекул и атомов макромолекул, в результате чего ослабляются и разрушаются межмолекулярные связи. При охлаждении волокон эти связи восстанавливаются и устойчиво закрепляют деформацию волокна. Получаемая фиксация формы изделия весьма устойчива к действию влаги.

Чтобы повысить степень закрепления формы швейных изделий, в настоящее время разработан ряд методов, основанных на более глубокой структурной модификации деформируемых волокон.

Сущность модификации зависит от вида волокна.

Для шерстяных материалов применяют методы фиксаций, основанные на углубленной перестройке существующей сетчатой структуры шерсти. Для этого используют специальные реагенты, действующие на дисульфидные (типа восстановителей) и водородные (мочевина) связи. В результате в большем объеме, чем при влажно-тепловой обработке, разрушаются и восстанавливаются межмолекулярные связи в структуре волокон.

Для материалов из целлюлозных волокон используют методы, основанные на создании сетчатой надмолекулярной структуры: между макромолекулами этих волокон в отдельных местах образуют химические связи («сшивание» структур). Сущность обработки заключается в том, что в структуру волокна вводятся бифункциональные соединения, способные, с одной стороны, реагировать с целлюлозой (в частности, с группой —ОН), с другой стороны, образовывать поперечные связи, или мостики, между соседними макромолекулами. К таким соединениям относятся: формальдегид, метилольные соединения (карбамол, карбазон и др.), эпоксидные смолы и т. п.

Подобные обработки можно проводить непосредственно при формовании деталей изделий, однако более широко применяется метод предварительной обработки материала. Ткань на текстильном предприятии в процессе окончательной отделки обрабатывается нужными препаратами и высушивается при невысокой температуре (не более 80 °С). В таком виде ткань поступает на швейное предприятие, где из нее обычными способами изготовляются изделия. На стадии заключительной отделки при формовании и последующей термофиксации при высокой температуре (180-190 °С) в волокнах протекают процессы стабилизации структуры, в результате которых изделие приобретает устойчивую в условиях эксплуатации фиксацию формы. Подобная обработка хлопчатобумажных и вискозных тканей получила название «форниз»—формование несминаемых изделий.

4. Оценка формоустойчивости материалов и швейных изделий.

Дата добавления: 2014-01-07