Разработка технологии двухслойных структур кулирного трикотажа из высокомодульных нитей

Во введении обоснована актуальность темы, обозначены цели и задачи
исследований, отражены научная новизна и практическая значимость работы.
В первой главе проведён обзор публикаций по теме исследования. Отмечены технологические возможности формообразования трикотажного полотна, и показаны сложные геометрические формы изделий, которые можно получить на современном плосковязальном оборудовании путём вязания по заданному контуру без дальнейшего сшивания отдельных деталей, что позволяет снизить сырьевые и трудозатраты, а так же значительно сокращает время
выработки продукции.
Показаны преимущества создания объёмной формы изделия из трикотажного
материала перед тканями, поскольку при формировании детали из ткани, на выпуклостях и углах получаются складки и заломы; при изготовлении армирующих преформ, неизбежны участки перекрытий слоёв ткани, образующих неровности и прерывистость слоя, опасную при сдвиговой деформации.
Изучены новые направления в области современных разработок технического двойного кулирного и основовязаного трикотажа. Выявлено, что основное внимание мировых производителей технического текстиля направлено на разработку основовязаного и кулирного 3-D трикотажа с соединительными межслойными элементами-распорками (рис.1).
Рисунок 1 – Основовязаный двойной трикотаж с соединительными протяжками «knitted spacer fabrics»; верхний и нижний слои различных структур.
Трикотаж, получивший общее название «knitted spacer fabrics», обладает высокой упругостью, гибкостью и прочностью при действии внешней нагрузки

давления. Механическая роль соединительных распорок заключается в сопротивлении продольному сжатию и изгибу, которые работают в системе по принципу гибких стержней, обеспечивая устойчивость трикотажа деформациям, нормальным к его поверхности.
Анализ исследований в области разработок и проектирования 3-D трикотажа «knitted spacer fabrics» показал, что требуются качественно новые исследования высокотехнологичного кулирного трикотажа распорчатых структур с заданными физико-механическими свойствами.
Предложен подход к получению прочной конструкции распорчатого трикотажного материала с заданными физико-механическими свойствами. Для чего предложено использовать схему строительной плоской треугольной фермы, обладающей особой прочностью, механическими показателями, а так же отношением прочности к весу или жесткости к весу, которые превосходят цельнометаллические материалы.
Проведена экстраполяция элементов строительной фермы на трикотажную структуру. Проведено сравнение соответствия элементов плоской фермы элементам петельной структуры трикотажа, в результате которого выявлен элемент фермы, обеспечивающий жёсткость – «стойка».
На рисунке 2 показана схема торцевого среза двойного кулирного переплетения, на которой петли и протяжки обозначены как соответствующие конструктивные элементы строительной фермы.
а) б)
Рисунок 2 – Схема строения: а) строительной плоской фермы; б) двойного кулирного переплетения.
Определён поэтапный подход к решению задачи по проектированию и разработке конструктивных схем трёхмерного трикотажа, условно названных «конструкциями», обеспечивающих заданные физико-механические свойства для различных сложных поверхностей пространственных форм.
Во второй главе представлены пространственные конструкции двойных кулирных переплетений с рзличной организацией распорчатой структуры, разработанные на основании системы геометрически неизменяемой плоской фермы.

В процессе анализа торцевых срезов двойных кулирных переплетений установлено, что в петельных структурах отсутствует протяжка, соединяющая остовы петель, расположенные друг напротив друга в соседних петельных слоях. Такая протяжка соответствовала бы элементу «стойка» в конструкции плоской фермы, и её наличие в структуре двойного трикотажа могло способствовать увеличению упругости материала, усилению конструкции переплетения по прочности и устойчивости (жесткости) при деформационных нагрузках
Для получения протяжки-распорки «стойка» в петельной структуре трикотажа были аналитически построены различные схемы комбинированных переплетений, в том числе – No1 и No2 на базе фанга, и No3 на базе трубчатой глади. В конструкцию переплетения No1 включены только сдвиги, в конструкцию переплетения No2 – сдвиги и дополнительная футерная нить по линии «поясов», для дополнительного укрепления. А в переплетении No3 появляются все элементы конструкции треугольной фермы. В переплетениях No1 и No2 элементы «стойка» и «раскос» исследуются как отдельные; в конструкции переплетения No3 используются оба элемента для оптимального решения схемы.
Конструкяии комбинированного переплетения No1 на базе фанга. Трикотаж с перекрещивающимися протяжками, соединяющими парные иглы соседних игольниц.
Комбинированное переплетение No1 на базе фанга, с перекрёстными протяжками и с ритмом чередования направлений сдвига на один игольный шаг после вывязывания каждого полного петельного ряда раппорта переплетения (рис. 3).
а) б) в) г) Рисунок 3 – Конструкция комбинированного переплетения No1:
а) графическая схема; б-г) процесс вязания трикотажа.
В первом петельном ряду провязывается ряд базового переплетения фанг, образуя ряд глади Г2 на игольнице И2 и ряд набросков на игольнице И1. Затем выполняется сдвиг передней игольницы И2 на один игольный шаг t (рис. 3, а).
Во втором ряду провязывается новый ряд фанга, образуя ряд глади Г1 на игольнице И1, а на иглы игольницы И2 прокладываются наброски (рис. 3, б).

После чего выполняется сдвиг передней игольницы И2 на один игольный шаг t в обратном направлении, и иглы игольницы И2 возвращаются в исходное положение (рис. 3, в). В результате такого технологического процесса на иглах игольницы И1 формируются два наброска.
Затем процесс повторяется: на иглах игольницы И1 два наброска провязываются вместе при вязании ряда глади Г1, а на иглы игольницы И2 прокладываются наброски. После этого выполняется сдвиг передней игольницы И2 на один игольный шаг t. Таким образом, ряд провязанных петель фиксирует полученные ранее наброски, и закрепляет пространственное расположение протяжки под углом к внешним петельным слоям, полученное в результате операции сдвига игольницы.
В результате всех операций получается конструкция, в которой перекрещивающиеся протяжки расположены под углом 450 к внешним петельным слоям.
Конструкция комбинированного переплетения No2 на базе фанга. Трикотаж с перекрещивающимися протяжками, соединяющими парные иглы соседних игольниц и дополнительными футерными нитями.
Комбинированное переплетение No2 на базе фанга – трикотаж перекрёстных переплетений с ритмом чередования направлений сдвига на один игольный шаг после вывязывания каждого полного петельного ряда раппорта переплетения, и с дополнительным прокладыванием футерных нитей в отдельных петельных слоях трикотажа (рис. 4).
а) б)
Рисунок 4 – Конструкция комбинированного переплетения No2: а) графическая схема; б) процесс вязания трикотажа.
В первом петельном ряду провязывается ряд фанга, образуя ряд глади Г2 на игольнице И2 и ряд набросков на игольнице И1. Затем иглы игольницы И1 выставляются в крайнее положение D. На выдвинутые иглы игольницы И1

прокладываются наброски дополнительной футерной нити. После чего выполняется сдвиг передней игольницы И2 на один игольный шаг t. В результате такого технологического процесса на иглах игольницы И1 формируются два наброска, а протяжки между слоями приобретают угол наклона относительно петельных слоёв.
Конструкция комбинированного переплетения No3. Трикотаж с перекрещивающимися протяжками футерной нити.
Комбинированное переплетение No3 на базе трубчатой глади, с перекрещивающимися протяжками футерной нити, с ритмом чередования направлений сдвига на один игольный шаг после вывязывания каждого полного петельного ряда раппорта переплетения. Протяжки типа «стойка» в конструкции переплетения получены путём сдвига игольницы на один игольный шаг t (рис. 5).
а) б) в) г) Рисунок 5 – Конструкция комбинированного переплетения No3: а) графическая схема; б-г) процесс вязания трикотажа.
Чередование операций прокладывания нитей на иглы и возвратно- поступательных сдвигов игольниц приводит к перекрещиванию протяжек, соединяющих остовы петель, висящих на парных иглах соседних игольниц, что в готовом трикотаже заставляет остовы этих петель располагаться друг против друга, а соединяющие их протяжки – перпендикулярно к петельным слоям двойного трикотажа.
В первом петельном ряду провязывается ряд трубчатой глади, образуя ряд глади Г2 на игольнице И2 и ряд глади Г1 на игольнице И1. В следующем ряду на все иглы двух игольниц И1 и И2 последовательно прокладывается футерная нить Ф1 (рис. 5, а). Затем провязывается петельный ряд глади Г1 на иглах одной игольницы И1. Следующей операцией выполняется сдвиг передней игольницы И2, содержащей наброски, на один игольный шаг t (рис. 5, б).
Далее на иглы обеих игольниц прокладывается футерная нить Ф2. В следующем петельном ряду провязывается ряд глади Г2 только на иглах второй

игольницы И2, а сдвиг передней игольницы И1 на один игольный шаг t выполняется в обратном направлении (иглы игольницы И1 возвращаются в исходное положение) (рис. 5, в). В результате такого технологияческого процесса образуется трикотаж с перекрещивающимися протяжками футерных нитей Ф1 и Ф2.
Конструкция трикотажа крупноячеистой структуры с послойным образованием элементов «стойка» и «раскос»
Конструкция двухслойного трикотажа крупноячеистой структуры получена путём переноса петель с одного внешнего петельного слоя на другой.
Все участки нарабарываются черезигольной гладью; участки внутреннего слоя нарабатываются в виде валика. Число рядов в валике определяется заданной толщиной трикотажа, типом механизма оттяжки. Наработанные петли валика переносятся на другой петельный слой, образуя перекрытия.
Приведена схема трикотажа крупноячеистой структуры (рис. 6), где лицевой I и изнаночный II петельные слои, которые можно условно рассматривать как элементы типа «панели», внутренние горизонтальные петельные слои 1 – 5 – элементы типа «стойка», а внутрение вертикальные петельные слои 3, 7 – элементы типа «раскос».
Рисунок 6 – Пространственная схема последовательности и направлений формирования отдельных участков армирующего трикотажного материала и образец конструкии трикотажа.
В процессе разработок получены конструкции следующих переплетений, так же разработанные на основе схемы строительной плоской фермы:
– объёмный трикотаж мелкоячеистой структуры;
– двухслойный трикотаж с участками ажурных отверстий различной
структуры.
Приведено описание процессов вязания всех разработанных конструкций.
Для определения физико-механической прочности конструкций, а так же анализа влияния протяжек-распорок между петельными слоями на показатели прочности при приложении внешних нагрузок – продольного растяжения и нагрузок, нормальных к поверхности, проведены экспериментальные исследования. Расчётные данные приведены в таблицах и представлены на диаграммах и графиках; приведён их анализ и сделаны выводы, в том числе вывод о том, что наличие соединительных протяжек-распорок типа «стойка» и «раскос» в конструкции переплетения, приводит к значительному увеличению прочности и устойчивости (жесткости) трикотажа. при восприятии внешних нагрузкок. На основании полученных данных, выбраны конструкции для выработки образцов переплетений из высокомодульной нити и проведения их дальнейших исследований: кулирная гладь, трубчатая гладь, ластик 1х1, фанг, комбинированное переплетение No2 на базе фанга, No3 на базе трубчатой глади.
В третьей главе рассмотрены основные физико-механические свойства современных высокомодульных волокон и нитей – углеродных, стеклянных, базальтовых, поливинилспиртовых, арамидных и аримидных, имеющих высокие показатели модуля упругости, прочности и термостойкости при небольшой плотности. Высокие показатели имеют и текстильные материалы, производимые из них.
На основании анализа физико-механических свойств и других факторов, сделан выбор высокомодульных нитей для выработки образцов трикотажа и проведения дальнейших исследований разработанных конструкций. При выборе исходного сырья учитывалось, что существенными факторами являются не только физико-механические свойства нитей, а так же их доступность и цена, влияющие на стоимость готовых изделий. Поэтому, для проведения дальнейшего исследования свойств конструкций на основе схемы строительной плоской фермы, образцы трикотажа выработаны из высокомодульных нитей Русар линейной плотности 58,8 текс (табл. 1).
Таблица 1 – Технические характеристики нити Русар
Номинальная линейная плотность, текс Удлинение нити при разрыве, %
Число кручений на 1м нити, кр/м Направление крутки Массовая доля замасливателя, % Количество филаментов
58,8 2,5 – 3,0 100 ± 10 Z 1,0 – 2,2 200/300

В четвертой главе приведён технологический процесс выработки образцов трикотажа разработанных конструкций и традиционных переплетений, из высокомодульной нити Русар 58,8 текс, на двухфонтурной плосковязальной машине Singer Sistem пятого класса.
1) 2)
В процессе выработки образцов на вязальной машине Singer System,
возникли следующие технологические сложности (рис. 7):
При прохождении через петлеобразующие органы вязальной машины,
нить расщиплялась на филаменты, что приводило к образованию пилинга,
и застревала в каретке. Процесс петлеобразования останавливался.
Нить проскальзывала через диски нитенатяжителя, вследствие чего
фиксированное натяжение нити прекращалось, нитедержатель
возвращался в исходное положение, а нить свободно провисала. В
результате этого, при провязывании петельного ряда, не удерживаемая
нитенатяжителем нить, прокладывалась на иглы без необходимого для
фиксации на иглах натяжения и соскальзывала с игл, и процесс вязания
останавливался.
Прокладывание на иглы вязальной машины нити Русар.
Рисунок 7 –
Обеспечение вязальной способности нити, проведено путём
аппретирования парафином и подбора оптимальной глубины кулирования нити.
На рисунке 8 показана обработанная парафином, проложенная на иглы
гладкая, не повреждённая механизмом нить, которая при дальнейшем
прохождении через петлеобразующие органы вязальной машины не
деформировалась и не расщеплялась на филаменты.
Для устранения проскальзывания и провисания нити при подаче через
нитенатяжитель, в ёмкость с парафином были дополнительно установлены
тормозящие фиксаторы в виде резиновых прокладок.
Рисунок 8 – Вязание нитью Русар после парафинизации.
Проведены экспериментальные исследования физико-механических свойств образцов трикотажа из нити Русар. В результате одноцикловых испытаний на разрыв, установлена зависимость между структурой, основными параметрами трикотажа и физико-механическими свойствами высокомодульной нити. Основные структурные параметры и расчётные данные приведены в таблицах и представлены на графиках.
Установлены значения разрывной нагрузки, абсолютного и относительного разрывного удлинения, полная работа, затраченная на разрыв образца.
Rp, Дж.
В результате математических расчётов получены критерии подобия и безразмерные показатели !и !, характеризующие структуру трикотажа и объёмную массу трикотажного полотна. Экспериментальные и расчетные данные представлены в таблицах, получены аппроксимирующие функциональные зависимости. Выведены результирующие формулы и получены функциональные зависимости разрывной нагрузки от основных параметров строения кулирного трикотажа.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
1. Разработаны новые распорчатые структуры двойного кулирного трикотажа на основе схемы строительной плоской фермы для обеспечения заданных физико-механических свойств поверхностей пространственных форм.
2. Разработаны технологии вязания полученных конструкций трикотажа на стандартном плосковязальном оборудовании.
Для всех переплетений приведены диаграммы растяжения, где отражена
площадь работы разрыва
Приведён расчёт прогнозирования разрывной нагрузки трикотажных
полотен из арамидной нити с использованием методов теории подобия и анализа
размерностей.
3. С целью исследования физико-механических свойств разработанных структур трикотажа при действии внешних нагрузок, изготовлены распорчатые конструкции с элементами неизменяемой строительной плоской фермы «стойка» и «раскос», реализованными в петельной структуре в форме межслойных протяжек-распорок, расположенных под углами 450 и 900 к петельным слоям.
4. Выявлена зависимость прочности распорчатой конструкции от наличия в петельной структуре трикотажа протяжек-распорок между двумя слоями трикотажа.
5. Разработаны технологии вязания полученных конструкций трикотажа из высокомодульных нитей Русар линейной плотности 58,8 текс на ручном плосковязальном оборудовании.
6. Проведены исследования физико-механических свойств трикотажных полотен из высокомодульных нитей Русар и определена зависимость прочности конструкций трикотажа от использования высокомодульной нити.
7. Экспериментально установлена целесообразность использования высокомодульных нитей для выработки конструкций распорчатого 3-D трикотажа технического назначения.
8. Экспериментально установлена целесообразность использования разработанных конструкций распорчатого трёхмерного трикотажа из высокомодульных нитей с элементами неизменяемой строительной плоской фермы «стойка» и «раскос» в виде протяжек-распорок для получения изделий пространственных форм.
9. Экспериментально получены стабилизированные пространственные формы конструкций распорчатого трёхмерного трикотажа из высокомодульных нитей с межслойными протяжками-распорками.