Введение Введение. Все что происходит в мире прямо или косвенно связано с...

Введение
Введение.
Все что происходит в мире прямо или косвенно связано с качеством. Улучшение качества
- основная цель и главная движущая сила развития общества и решения задач, связанных с
качеством продукции. Поэтому во многих развитых странах существуют и постоянно
действуют национальные программы улучшения качества, преимущественно товаров
широкого потребления. К таким товарам относится и продукция текстильной
промышленности.
Качество продукции закладывается в изделие при его планировании, разработке,
обеспечивается в процессе освоения производства и выпуска продукции, поддерживается
в эксплуатации.
Улучшение качества текстильных материалов зависит от многих факторов, и требует,
прежде всего, знание свойств самих текстильных материалов, умение правильно и
объективно измерять, оценивать и контролировать показатели качества, и
целенаправленно воздействовать на причины, ухудшающие качество продукции.
В настоящее время качество готовых тканей оценивается по действующим стандартным
методикам, которые предполагают оценивать качество продукции до потребления. Но
известно, что в первые периоды эксплуатации, ткани могут изменить свои свойства и
соответственно показатели качества. В нормативно-технической документации, не
отражены показатели качества готовых текстильных материалов после эксплуатации, в то
время как некоторые из них существенно меняют свои значения в результате влажнотепловых воздействий. Будем называть показатели качества, существенно изменяющиеся
в начальный период эксплуатации "потенциальными". Представляет интерес разработка
методики оценки качества готовых тканей с учетом этого обстоятельства.
Наиболее характерно изменение показателей качества для тканей, которые в процессе
эксплуатации подвергаются влажно-тепловым воздействиям. В результате таких
воздействий возникает усадка тканей, которая влечет за собой изменение самой структуры
ткани и ее физико-механических свойств.
Усадка, так же включает в себя изменения линейных размеров, которые обусловлены
структурой и свойствами волокна и пряжи, характером переплетения уточных и основных
нитей и теми воздействиями, которые испытывает ткань при прохождении через машины
и аппараты отделочного производства. Потребитель должен получать ткань с абсолютно
стабильными размерами, но этого довольно трудно добиться при массовом производстве
тканей и при обработке их с высокими скоростями. Более того, это не всегда
целесообразно, исходя из условий эксплуатации тканей в быту. Практика показала, что
небольшие колебания линейных размеров ткани не сказываются отрицательно на качестве
готовых изделий.
Как известно, склонность текстильных материалов к изменению линейных размеров
предопределяется рядом факторов, и в первую очередь это набухание, релаксация и
трение между волокнами и нитями [1]. Все эти факторы взаимосвязаны, что дает повод
для дополнительного исследования с целью количественного определения степени
влияния каждого из этих факторов на усадку.
Выявление и анализ факторов, определяющих качество продукции, а также причин
снижения показателей качества являются одними из основных задач, решаемых при
обеспечении, регулировании и управлении качеством на всех стадиях его формирования.
Применение методов математической статистики для этих целей позволит значительно
повысить объективность и достоверность получаемых решений [2]. Поэтому определение
количественной оценки
влияния набухания, релаксации и трения на усадку, а также определение зависимости
показателей качества тканей от их усаживания позволяет представить наглядную картину
изменения качества тканей в процессе эксплуатации.
В работе впервые разрабатывается метод комплексной оценки потенциальных
показателей качества ткани, а также определяется степень влияния усаживающих
факторов на изменение линейных размеров тканей.
Метод комплексной оценки позволит проводить дальнейшее совершенствование работ по
стандартизации и улучшению качества тканей. Количественное определение факторов
усадки позволит снизить общую усадку ткани за счет уменьшения влияния некоторых из
них.
Целью работы является совершенствование методов оценки качества тканей, существенно
изменяющих свои показатели качества в начальные периоды эксплуатации.
В работе решались следующие основные задачи:
- анализ работ по усадке текстильных материалов;
- определение значимости влияния различных факторов на усадку;
- исследование потенциальных показателей качества хлопчатобумажных тканей;
- комплексная оценка потенциальных показателей качества тканей при влажно-тепловой
обработке.
Глава. 1. Аналитический раздел: "Усадка тканей".
1.1 Усадка и основные причины ее возникновения.
Усадкой называют уменьшение линейных размеров материалов под действием различных
факторов.
Способность тканей уменьшать свои размеры при влажно-тепловой обработке, является
их недостатком. В результате уменьшаются размеры, и искажается форма швейных
изделий из этих тканей, что ухудшает их внешний вид, а иногда делает непригодным для
дальнейшего использования [3]. Поэтому при оценке качества тканей приходится
определять их усадку, а также анализировать причины ее возникновения. Полностью
проанализировать причины усадки можно только на основе подробного изучения
изменения размеров волокон, пряжи и ткани после влажно-тепловых обработок [4].
Исследовательские работы о причинах усадки, проведенные ранее [5-9], показали
следующие результаты. Склонность текстильных материалов к изменению линейных
размеров предопределяется рядом факторов и, первую очередь химической природой
волокна, структурой пряжи и характером переплетения ткани. Рассмотрим некоторые из
них.
Влияние набухания на усадку тканей.
Гидрофильные волокна, к числу которых относятся все целлюлозные материалы, сильно
набухают в воде и водных растворах. Вследствие этого они увеличиваются по толщине и
укорачиваются по длине. Ткани, изготовленные из гидрофильных волокон, более склонны
к изменению линейных размеров, чем ткани из волокон
гидрофобной природы, которые в воде практически не набухают и не изменяют своих
размеров [10].
Исследование процесса набухания хлопковых волокон проводил Г. Коллинз еще в 1939г
[11]. Он установил, что при набухании происходит резкое увеличение поперечника (на
14%) и незначительное увеличение длины (на 1%) мокрого волокна. Средняя усадка
обычного хлопкового волокна равна 1% или меньше.
Изучая причины усадки хлопчатобумажной пряжи, Г. Коллинз считал, что
незначительные изменения в длине волокон не могут существенно влиять на ее усадку.
Наибольшее значение в данном случае имеет увеличение диаметра волокон при
набухании. По его мнению, механизм усадки пряжи происходит по следующей схеме. Так
как волокно огибает пряжу по спирали, то длина его определяется тем расстоянием,
которое оно занимает вокруг пряжи. Когда диаметр пряжи увеличивается, то для того,
чтобы огибать пряжу как прежде, волокно должно растянуться, то есть в нем возникают
напряжения, которые и вызывают сокращение длины пряжи. Усадка по этой причине не
произойдет в том случае, если пряжа не напряжена и будет раскручиваться при
набухании, при этом волокна получат возможность выскользнуть и переместиться, не
вызывая усадки.
По современным представлениям [1], вода в набухшем целлюлозном материале находится
в виде капиллярной влаги и кристаллизационной воды. Вода, проникая в промежутки
между кристаллическими мицелами, раздвигает их, что приводит к увеличению диаметра
волокна.
Различают следующие 4 стадии набухания:
- слабое раздвигание целлюлозных цепей при содержании воды от 0 до 10%;
- более сильное раздвигание целлюлозных цепей, сопровождающееся набуханием волокон
в осевом и диаметральных направлениях, при содержании влаги свыше 10%;
- прекращение осевого набухания, при содержании влаги выше 40%;
- внешнее обволакивание волокна водой с увеличением его диаметра при содержании
влаги выше 70%.
Предел осевого набухания находится в зависимости от соотношения в волокне
кристаллических и аморфных участков и числа водородных связей между
макромолекулами. В поперечном направлении наибольший диаметр волокна
соответствует 100%-ной влажности.
Данные ряда исследований свидетельствуют о существовании корреляции между
отношением величины осевого набухания при одинаковом содержании воды в волокне и
одинаковой степени ориентации макромолекул аморфных участков. [1].
Отношение величины диаметрального набухания к осевому является показателем
анизотропии набухания. Этот показатель характеризует способность волокон по-разному
изменять свои размеры при набухании в направлении оси волокна и по диаметру.
Значение коэффициента анизотропии набухания могут быть от единицы до
бесконечности. Единица соответствует изотропной структуре при полной
беспорядочности цепей, бесконечность соответствует идеальной ориентации
макромолекул. Эти крайние значения практически не встречаются у текстильных волокон.
Анизотропия набухания может служить количественным выражением степени осевой
ориентации макромолекул аморфного участка волокна. Коэффициент анизотропии
набухания является постоянным до предела осевого набухания, то есть при небольшом
содержании влаги набухание вдоль и
10
поперек волокна происходит одновременно. Выше предела осевого набухания
коэффициент анизотропии возрастает в соответствии с ростом диаметрального набухания
[1].
В диссертации Н.Я. Третьяковой [8] подробно рассматривалась роль набухания в процессе
усадки готовых тканей.
Для выяснения роли набухания волокон и нитей в процессе усадки тканей, Н.Я.
Третьякова определяла их усадку в различных жидких средах, вызывающих разную
степень набухания волокон.
В результате проведенных исследований оказалось, что готовая ткань, обработанная в
различных жидких средах, дает разную величину усадки. Усадка пряжи и ее изгиб также
существенно изменяются. Это, по мнению автора, объяснялось воздействием набухания,
вызывающего изменение диаметра волокон и пряжи.
В своем исследовании Н.Я. Третьякова определяла усадку ткани в бензине, эфире,
глицерине, воде, растворе NaOH(4,14%).
В итоге проведенных испытаний были сделаны следующие выводы.
Разные среды, вызывающие различную степень набухания волокон, создают разные
условия для проявления усадки пряжи и ткани. Наибольшие изменения размеров ткани и
диаметра пряжи происходят при обработке в растворе щелочи, наименьшие - в глицерине.
Незначительное увеличение диаметра пряжи в глицерине автор объясняет не изменением
диаметров волокон, а заполнением промежутков между ними молекулами глицерина в
рыхлых участках пряжи, так как в 2/3 от всего числа замеров изменений диаметра не
наблюдалось.
При обработке в глицерине усадка ткани по основе в 3,9 раза, пряжи в 3,7 раза меньше,
чем усадка ткани и пряжи в щелочи, когда диаметр пряжи сильно изменяется. Увеличение
усадки пряжи при
11
обработке в щелочи Н.Я. Третьякова объясняет следующими причинами.
Повышенное набухание волокон создает благоприятные условия для протекания
релаксационных процессов, так как более активные гидроксильные ионы щелочи,
проникая между молекулами, вступают во взаимодействие с полярными группами
целлюлозы и увеличивают межмолекулярное расстояние. Все это уменьшает силы
взаимодействия мояекуя и способствует большей" усадке вояокон.
В работе Г.Н. Кукина и П.А. Колесникова также указана роль набухания на усадку ткани.
По их мнению набухание вызывает увеличение диаметра пряжи, ее изгиб и взаимное
сближение, отчего меняется структура ткани и ее линейные размеры. [12].
Воздействие набухания сохраняется и при высыхании ткани, так как петли нитей,
вытесненные на поверхность при набухании, в процессе сушки прежнего положения не
принимают.
На основании изучения роли набухания в процессе усадки тканей, по литературным
источникам, можно считать, что набухание это важнейший фактор, способствующий
сокращению размеров волокон и пряжи и особенно изменению структуры ткани, что
выражается в увеличении изгиба нитей.
Однако ни в одной из приведенных работ не было количественной оценки влияния
фактора набухания волокон и нитей на величину усадки тканей.
Влияние высоты изгиба нитей в ткани на усадку.
Усадка после стирки ткани происходит вследствие изменения изгиба нити, то есть за счет
увеличения уработки нити в ткани, которая зависит от структуры пряжи и ткани [5].
12
Исследовательские работы связанные с влиянием высоты изгиба нитей в ткани на усадку
проводились Н.В. Васильчиковой [6], А.Н. Соловьевым [4], Н.Я. Третьяковой [8], АсиедуДжечи Ф.М. [13], Ф.М. Розановым и Н.Ф. Сурниной [14] и другими. Так, например, в
работе Н.Я. Третьяковой [8], была выведена зависимость между величиной усадки ткани,
пряжи и ее уработкой:
[%] СП)
где Ут - усадка ткани;
#j - изменения уработки пряжи в процессе усаживания ткани;
У„- пряжи;
Cli — уработка пряжи не стиранной ткани;
а,2 - уработка пряжи в усаженной ткани.
Также Н.Я. Третьяковой была рассчитана доля усадки ткани Д, , происходящей за счет
усадки пряжи, с учетом ее начальной и конечной уработки:
И доля усадки ткани Дт , происходящей от изменения уработки пряжи и выразившейся в
изменении структуры ткани:
(L3)
13
Действительно, по этим формулам можно объяснить некоторые причины усадки, как,
например, какая доля усадки ткани происходит за счет усадки пряжи и какая доля — от
изменения волны ее изгиба.
В диссертационной работе Асиеду-Джечи Ф.М. [13], было уделено внимание
определению высоты волны изгиба пряжи по значениям уработок. Величина высоты
волны изгиба основной пряжи высчитывается по формуле выведенной автором:
lOOJ
где Ру — плотность ткани по утку; по - уработка пряжи по основе.
Уточной пряжи:
inn I i
(1.5)
где Po - плотность ткани по основе; ау — уработка пряжи по утку.
Таким образом, определив значения уработок основы и утка в ткани можно по ним
определить высоты изгибов основы и утка, фазу ее строения. Причем, если из этих
формул выразить уработку и подставить в формулу Н.Я. Третьяковой (1.3), тогда можно
определить зависимость между усадкой и высотой волны изгиба пряжи.
14
Рассматривая вопрос о изменении высоты изгиба пряжи в ткани, в процессе усаживания,
выяснилась причина этого изменения. Дело в том, что нити основной или уточной
системы, которые испытывали сильные натяжения в процессе производства ткани, при
влажно-тепловой обработке релаксируют, вследствие чего изгибаются.
Влияние релаксации волокон и нитей на усадку тканей.
Некоторые исследователи [1;8;4] считают, что основной причиной усадки является то, что
на всех этапах текстильного производства (в процессе прядения, ткачества и отделки
тканей) волокна, пряжа, нити испытывают сильное натяжение, особенно в направлении
основы, и в таком состоянии закрепляются аппретированием, прессованием,
каландрированием. При стирке или замачивании аппрет смывается, волокна и нити
освобождаются от натяжения. Под действием тепла и влаги проявляется упругость
волокон, то есть происходит их релаксация, в результате чего уменьшается длина,
уравнивается степень натяжения систем нитей и появляется усадка.
Падение напряжения во времени после снятия нагрузки названо Максвелом релаксацией
[1]. Явления релаксации связаны с наличием в материале некристаллических или
кристаллических, но не ориентированных элементов, неспособных прочно удерживать
сообщенное им напряжение. В волокнистых материалах явление релаксации может
продолжаться в течение многих дней в зависимости от условий, способствующих ее
проявлению. То есть процессы релаксации зависят от степени воздействия нагрузки на
пряжу и ткань в сухом и мокром состоянии.
В свое время проводилось исследование влияния релаксации на усадку ткани после
стирки [8]. Готовое полотно искусственно вы15
тягивалось в сухом и мокром состоянии при нагрузках равных 25 и 75% от разрывной.
Растяжению подвергались полоски размером 70X400 мм, на которых отмечались два
участка по 50 мм: один в направлении растяжения, другой перпендикулярно ему. Таким
образом устанавливалось влияние растяжения ткани в одном направлении, на ее усадку в
другом. Подготовленная полоска закреплялась одним концом в верхнем зажиме
динамометра, а к другому ее концу подвешивался груз на 24 часа. После снятия груза
полоски замерялись и выдерживались 24 часа в кондиционных условиях без нагрузки.
Затем полоски вновь замерялись и испытывались на усадку.
Сравнение величин измеряемых участков до и после отдыха показало, что существенных
изменений в их длине за это время не происходит, однако исходной длиной для расчета
усадки ткани считалась длина участков после 24 часового отдыха.
В результате было установлено, что растяжение сухой и мокрой ткани резко изменяют ее
размеры. При этом в направлении растяжения наблюдается удлинение ткани от 1 до 31%,
а в направлении перпендикулярном растяжению, наоборот - укорочение ткани от 1 до
19%.
При растяжении мокрой ткани произошли большие изменения как в длине (от -7% до 31% и от 8% до 19%), так и в последующей усадке ткани (от -5,5% до 17,1%), хотя на нее
действовала в половину меньшая нагрузка чем на сухую ткань.
Это свидетельствует о том, что даже незначительные натяжения мокрой ткани в
отделочных операциях могут вызывать большую усадку готовой ткани, чем большие
деформации этой ткани в сухом состоянии. Поэтому вытяжка мокрой ткани в отделочных
операциях,
16
вызывающая в последствии значительную усадку готовой ткани, должна быть
минимальной или совсем отсутствовать.
По мнению Г.Н. Кукина и П.А. Колесникова [12], влажно- тепловая обработка
обеспечивает только частичную усадку, поэтому необходимы механические воздействия.
Авторы объясняют это тем, что механические воздействия при стирке ослабляют внешние
силы трения и создают условия для успешного протекания релаксационного процесса.
Анализ работ по исследованию действия релаксации волокон и нитей на усадку показал,
что усадка тканей во многом зависит от приобретенных в процессе производства
внутренних напряжений, которые в последствии являются причиной релаксации. Но
количественную оценку действия релаксации на усадку тканей после влажно-тепловой
обработки не проводили.
Влияние трения между волокнами и нитями на усадку тканей.
Влажно-тепловая обработка ткани вызывает набухание волокна, уменьшает трение между
нитями и создает условия для перемещения нитей основы и утка, а следовательно, и
усадки ткани.
При стирке силы трения между волокнами и нитями ограничивают свободу передвижения
нитей и тормозят усадку тканей. Чтобы преодолеть трение между нитями и получить
полную усадку ткани, бывает недостаточно ее смачивания, необходимо еще механическое
воздействие, способствующее перемещению нитей в ткани [1].
Для проверки этого предположения подобное исследование было проведено в
диссертации Н.Я. Третьяковой [8]. Образцы готовой ткани в сухом состоянии
подвергались 500 циклам мятья на приборе Н.С. Федорова. После чего их усадка
равнялась 2,6% по основе и 2,0% по утку. Полученные данные показали, что при много17
кратном мятье сухой ткани (при отсутствии действия набухания) наибольшая доля усадки
происходила за счет усадки пряжи, доля от изгиба пряжи незначительна и равна 0,18% по
основе и 0,0% по утку.
Факторы, влияющие на величину усадки тканей (набухание, релаксация и трение между
волокнами и нитями), взаимосвязаны. При отсутствии набухания явления релаксации
почти не проявляются, так как при набухании в воде происходит необходимое для
релаксации ослабление межмолекулярных водородных связей.
Основное влияние на величину усадки тканей оказывает длительность и число стирок,
механические воздействия, а также режим глажения (температура, вес утюга и т.д.). В
меньшей степени на величину усадки влияют температура моющего раствора,
смачиватели и состав ванны, также размер образца и условия сушки его перед глажением.
[15].
Наличие в пряже хлопка низких сортов с меньшей степенью ориентации приводит к
получению большей усадки тканей. Установлено, что по мере добавления хлопка низких
сортов в смеску, усадка в ткани возрастает, особенно если низкие сорта добавлены в
уточную пряжу. [ 1 ].
Практика показывает [8], что достаточно сложно разграничить сферу деятельности
факторов, вызывающих усадку, так как усадка является следствием (результатом)
сложного взаимодействия части или совокупности данных факторов, возникающих и
протекающих в меняющихся пропорциях в зависимости от условий испытаний и
особенностей состава и структуры тканей.
Следует также отметить, что все указанные причины проявляются в комплексе,
практически действуя одновременно и вызыва-
Список литературы