Расчет конструктивных параметров изделий из высокоэластичных полимерных материалов

УДК 675.6.06

Ю. А. Коваленко, О. Е. Гаврилова

РАСЧЕТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ

ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ключевые слова: высокоэластичный материал, проектирование одежды, конструкция, растяжимость полотна, степень поперечного сокращения полотна, расчет параметров.

Данная статья содержит анализ приближенных и инженерных методов проектирования одежды из высокоэластичных материалов. В работе рассмотрены основные направления совершенствования методов расчета конструктивных параметров плотнооблегающих изделий, позволяющие повысить качество конструкций одежды и сократить время на её разработку, при минимальном объеме исследований свойств материалов.

Keywords: highly elastic material, clothes designing, design, cloth extensibility, degree of cross-section reduction of a

cloth, calculation of parameters.

Given article contains the analysis of the approached and engineering methods of designing of clothes from highly elastic materials. In work the basic directions ofperfection of methods of calculation of design data плотнооблегающих the products are considered, allowing to raise quality of designs of clothes and to reduce time for its working out, at the minimum volume of researches of properties of materials.

Благодаря достижениям мировой текстильной и легкой промышленности, а также развитию международной торговли российский рынок в последнее десятилетие насытился швейными изделиями, изготавливаемыми из текстильных полотен современных структур, различных по ассортименту, назначению, внешнему виду и свойствам. Такое разнообразие достигается, в том числе, и благодаря применению в производстве материалов различных текстильных нитей, отличающихся от традиционных по сырьевому составу, способу выработки, структуре и внешним эффектам. Особую группу современных текстильных полотен с типичными для них свойствами составляют материалы (ткани и трикотажные полотна) с вложением полиуретановых полимерных (эластановых) волокон [1]. Анализ рынка современной одежды показал, что значительная часть ассортимента одежды изготавливается из высокоэластичных материалов - текстильных полотен, содержащих эластановую нить (торговая марка Lycra) [2].

Исключительно высокая растяжимость (более 400%) и значительная упругость (почти 100% деформации является упругой) этих материалов обеспечивают одежде повышенную комфортность наряду с плотным облеганием фигуры, стабильность размеров, несминаемость и вместе с тем привлекательный внешний вид.

Несмотря на огромную популярность одежды из высокоэластичных материалов, доля отечественной продукции, представленной на внутреннем рынке, находится на крайне низком уровне - около 18%. По отзывам потребителей даже эта доля отечественной высокоэластичной одежды не является конкурентоспособной, не соответствует эргономическим показателям, быстро теряет внешний вид в процессе эксплуатации, имеет низкое качество пошива. Анализ работы отечественных предприятий по выпуску одежды из высокоэластичных материалов показал, что в настоящее время практически на всех стадиях жизненного цикла изделия производители сталкиваются с рядом значительных нехарактерных для традиционных материалов проблем. Эти проблемы связаны, главным образом, с наличием в структуре материала полиуретановых волокон, стремящихся вследствие своих высоких упругих свойств к релаксации после прекращения действия различного рода нагрузок, что приводит к изменению во времени линейных размеров высокоэластичных полотен. Особенно это проявляется на стадиях настилания, раскроя и влажно-тепловой обработки (ВТО). На стадии разработки конструкции одежды одной из главных проблем является получение

рациональных конструкций из высокоэластичных материалов (ВЭМ). При этом для выявления размеров и формы развертки изделия из высокоэластичного полотна наиболее важной и сложной задачей является определение предела заужения К и коэффициента относительного удлинения Ь. Данные параметры взаимосвязаны между собой и определяются, главным образом, геометрическими и физико-механическими свойствами материалов[2,3].

Вопросам совершенствования процессов проектирования и производства одежды из трикотажных полотен, в том числе из ВЭМ, посвящены работы Андреевой Е.Г., Старковой Г.П., Золотцевой Л.В., Железнякова А.С., Субботиной Е.В. и др. Результаты их исследований составляют основу накопленного опыта в данной области [4].

Создание рациональной конструкции одежды во многом определяется принятым методом конструирования разверток деталей [5,6,7,8]. От этого, в первую очередь, зависит структура и состав исходных данных, а, следовательно, способ и точность построения конструкции одежды. В последнее время информацию о проектировании одежды из высокоэластичных полотен можно встретить на сайтах сети Интернет. Она содержит готовые конструкции какого-либо одного вида одежды (например, боди) с заданными параметрами, в которые уже заложены поправки на высокую эластичность полотен (пределы заужения). Не имея расчетных формул и сведений о пределах заужения для других видов высокоэластичных материалов, получить конструкции для разного ассортимента одежды практически невозможно [2].

Из-за отсутствия соответствующей методики конструирования одежды из высокоэластичных материалов специалисты в практике своей работы вынуждены пользоваться методами расчета изделий из трикотажных полотен третьей группы растяжимости, при этом высокоэластичная одежда проектируется с зауженнием по ширине. Выбор пределов заужения производится подчас необоснованно, на основе только практического опыта разработчика или чисто интуитивно. Это приводит к значительному увеличению времени на разработку изделий из-за дополнительной макетной проработки путем многократных примерок. Кроме того, путь простого перебора возможных вариантов не может обеспечить создание высокоэластичной одежды с учетом требований, предъявляемых к ней. Высокоэластичные материалы для одежды должны обеспечить плотное облегание, создавая вместе с тем определенные компрессионные воздействия для поддержания необходимого мышечного тонуса. При этом давление одежды из высокоэластичного материала не должно превышать уровень допустимого.

Анализ приближенных методов проектирования одежды из трикотажа, положенных в основу методик: ВДМТИ [5], ЦНИИШП [6], Укр.НИИШП [7], РосЗИТЛП [8] показал, что построение конструкций зауженных трикотажных изделий производится в основном двумя путями. Один из них - использование меньших по сравнению с одеждой величин прибавок к основным конструктивным участкам. Отрицательные величины прибавок при построении конструкции не закладывают, а производят расчет конструкции с учетом процента заужения [5].

По методике ВДМТИ [5] сначала выполняют построение чертежа базовой конструкции с общей прибавкой по линии груди Побщ = 0. Затем нагрудную вытачку распределяют в посадку по боковому срезу и срезу проймы. Следующим этапом является выбор процента заужения в зависимости от вида показателей петельной структуры трикотажных полотен. Далее производят пересчет наиболее характерных конструктивных точек на чертеже с учетом выбранного процента заужения.

По методике РосЗИТЛП [8] особенностью построения конструкции плотно облегающего трикотажного изделия из полотна 3-й группы растяжимости является расчет конструкции с учетом процента заужения (рис. 1). Сначала производят построение чертежа базовой конструкции с общей прибавкой по линии груди Побщ = 0. Затем нагрудную вытачку распределяют в посадку по боковому срезу и срезу проймы, как было рассмотрено выше. Следующим этапом является выбор процента заужения в зависимости от вида переплетения, плотности, заправки и класса машины. Рекомендуются следующие ориентировочные

величины процента заужения: для переплетения ластик 2:2 — 30 - 40%, 3:3 — до 50%, 4:4 — более 50%. В зависимости от объема по плечевому поясу часть конструкции выше проймы рассчитывается по основному проценту заужения или на 5% меньше основного. Основной процент заужения рукава — на 5 - 10% меньше основного процента заужения изделия. Окат рукава рассчитывается на 5% меньше основного процента заужения рукава. Далее производят пересчет наиболее характерных конструктивных точек на чертеже с учетом выбранного процента заужения.

Для окончательного построения конструкции трикотажного изделия с учетом процента заужения в полученный чертеж вносятся следующие коррективы: конец плечевого среза на спинке и переде поднимают на 1,0—2,0 см, вследствие этого для сохранения длины проймы ее глубину поднимают соответственно на такую же величину [7].

Рис. 1 - Чертеж базовой конструкции трикотажного изделия из полотна 3-й группы растяжимости

Описанный выше подход зачастую не обеспечивает желаемого результата, поскольку исходная информация о свойствах трикотажных полотен и влиянии их на величину предела заужения практически отсутствует и не учитывает весь комплекс факторов, влияющих на создание рациональной конструкции спортивного изделия. Полученные развертки, как правило, не всегда в точности соответствуют проектируемой форме, что вызывает необходимость корректировать их в процессе работы над первичным образцом изделия.

Более точными являются инженерные методы проектирования одежды из трикотажа, поскольку они основаны на научных данных о размерах и форме фигуры человека, а также о свойствах трикотажных полотен. Это метод проектирования разверток деталей одежды в чебышевских сетях (метод оболочек), получивший развитие при конструировании трикотажной одежды и корсетных изделий из эластичных полотен.

В работе Г.И. Суриковой, Л.Н. Флеровой, Л.П. Юдиной [9] предложено развертки деталей трикотажной одежды получать с помощью вспомогательной сетки-канвы аналогично разверткам одежды из тканей в несколько этапов: создание формы проектируемого изделия в виде жесткого макета внешней или внутренней формы; определение исходных условий развертывания; образование оболочки и ее анализ; построение разверток деталей одежды на плоскости в прямолинейных прямоугольных осях координат.

А ш VI, А,

Р

Н

Специфика трикотажа проявляется в пересчете координат разверток деталей одежды из тканей с учетом свойств трикотажного полотна. Этот же общий подход использован и в работе З.Т. Акиловой [10] применительно к корсетным изделиям из эластичных материалов.

Преимуществом метода оболочек для растяжимой одежды является то, что внешняя форма проектируемого изделия разрабатывается в натуральную величину в виде жесткого макета. Это дает возможность для детальной проработки и оценки формы с точки зрения соответствия ее эстетическим, техническим, экономическим, эксплуатационным и другим требованиям. Кроме того, выбор величин прибавок производится обоснованно с учетом не каких-либо отдельных свойств полотна, а всего их комплекса. Развертки, полученные этим методом, имеют минимальную площадь и количество швов, рациональную конфигурацию, оптимальную деформацию по срезам. Изделия, изготовленные по таким разверткам, характеризуются высокой формоустойчивостью, стойкости к истирающим нагрузкам и т.д.

Несмотря на высокую точность метода оболочек, на предприятиях по выпуску высокоэластичной одежды используются преимущественно приближенные методы. Это объясняется рядом трудностей, связанных с созданием жесткого макета внешней формы для разработки конструкций одежды, которые делают процесс проектирования весьма сложным. Способы разработки жестких макетов очень трудоемки и зачастую не соответствуют условиям производства.

Особенность проектирования трикотажных изделий по методу И.И.Шалова [11] заключается в определении размеров деталей путем пересчета размерных признаков фигуры человека с учетом динамических изменений, исходя из параметров петельной структуры трикотажа в растянутом и равновесном состояниях. При этом учитываются физико-механические свойства полотна, его поведение при одевании изделия на фигуру, т.е. изменение петельного шага (А), высоты петельного ряда (В) и их взаимосвязь. Кроме того, использование в расчетах не только антропометрических измерений фигуры в статике, но и конкретных величин динамических приростов создает условия для максимального учета изменения размеров изделия при выполнении определенных движений, что особенно важно при разработке спортивной одежды.

По методу И.И. Шалова количество трикотажа для деталей изделия определяют по количеству петель, то есть по количеству петельных столбиков и рядов для изделия, находящегося на фигуре. Параметры трикотажа А и В, по которым рассчитывают количество петель, устанавливают с учетом категории изделия: обтягивающей формы, прилегающей и свободной форм [11].

Проанализированы существующие методы проектирования изделий из трикотажных высокоэластичных полотен. Показано, что при проектировании изделий из трикотажных полотен традиционных структур используются дифференцированные прибавки, как по величине, так и по знаку (-, 0, +), зависящие от группы растяжимости полотен по классификации в соответствии с ГОСТ 28554-90. При этом отсутствуют четкие рекомендации относительно градации высокоэластичных полотен по группам в зависимости от растяжимости, и в практике конструирования их причисляют к третьей группе по вышеназванной классификации. Установлено, что данный подход не является рациональным с точки зрения материалоемкости изделий и обеспечения качества их посадки. В связи с чем, фактический процент заужения деталей плотнооблегающих изделий должен определяться исходя из степени деформационной способности конкретного высокоэластичного полотна [4].

Исходя из этого совершенствование методик получения рациональных конструкций одежды из ВЭМ, заключается в новом подходе к получению исходных данных для проектирования плотнооблегающих изделий из ВЭМ в части, касающейся определения предела заужения и коэффициента относительного удлинения деталей изделий. Для установления величин вышеназванных конструктивных параметров А. В. Новиковой разработан аналитический метод их определения, основанный на расчете предела заужения

по величине растяжимости полотна при фиксированной ширине, а коэффициента относительного удлинения по проценту его поперечного сокращения [4].

Основываясь на результатах исследования растяжимости и степени поперечного сокращения полотен при одноосном растяжении, О.В. Седых, И. А. Шеромовой, Г.П. Старковой, И.А. Слесарчук [3] разработана методика определения конструктивных параметров плотнооблегающей одежды из ВЭМ. В соответствии с разработанной методикой базовый предел заужения рассчитывается по формуле:

K =—---100,

8 8+100

где Ке - базовый предел заужения, %, £ - растяжимость полотна, %. В дальнейшем базовый предел заужения корректируется с учетом ряда факторов, в том числе: величин динамических приростов, условно-остаточной деформации полотна и т.п. При этом расчет выполняется по формуле:

Kобщ = К + Ко д. .

где Кобщ - скорректированная величина предела заужения, см; К - предел заужения на определенном конструктивном участке, см; Ко.д. - доля условно-остаточной деформации; T -величина i-ro разменного признака, см.

Окончательная корректировка величин пределов заужения производится по результатам испытаний опытного образца, в ходе которых оценивается качество посадки изделия, изменение внешнего вида лицевой поверхности полотна и величина давления на тело человека.

Предел относительного удлинения рассчитывается аналогичным образом с учетом

степени поперечного сокращения материала по формуле:

-

L = —^--100

100 — -П.С.

где L - предел относительного удлинения. %; £ п.с.- степень поперечного сокращения полотна.

С помощью разработанной методики определены конструктивные параметры и изготовлены опытные образцы одежды из ВЭМ, которые показали хороший уровень посадки изделий и соответствие размеров деталей изделий в напряженно-деформированном состоянии запроектированным величинам, что доказывает эффективность предложенной методики. Разработанная методика может применяться при расчете конструктивных параметров изделий из легкодеформируемых, в том числе высокоэластичных, материалов, обеспечивая необходимую точность результатов [3].

Предложенная методика имеет целый ряд преимуществ по сравнению с ранее разработанной методикой расчета конструктивных параметров по изменению структурных элементов. Она позволяет отказаться от целого ряда трудоемких операций, делая процесс проектирования менее длительным и в то же время более точным, требуя при этом минимально необходимого объема исследований свойств материалов.

Литература

1. Гаврилова, О.Е. Использование полимерных композитов в производстве комплексных материалов для изготовления изделий в легкой промышленности/ О.Е. Гаврилова, Ю.А. Коваленко, Г.И. Гарипова // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №10. - С. 262 - 264.

2. Старкова, Г.П. Методологические основы проектирования спортивной одежды из высокоэластичных материалов: дис . ... д-ра техн.наук: 05.19.04/ Старкова Галина Петровна. -Владивосток, 2004. - 308 с.

3. Седых, О.В. Совершенствование методов расчета конструктивных параметров плотнооблегающей одежды из высокоэластичных материалов / О.В.Седых, И.А.Шеромова, Г.П.Старкова, И.А.Слесарчук // Тезисы докладов научно-практической конференции. - Иваново, 2008. - С. 145.

4. Новикова, А.В. Совершенствование процесса проектирования плотнооблегающей одежды на основе исследования свойств высокоэластичных материалов: автореферат ... к-да техн.наук: 05.19.04/Новикова Александра Валерьевна. - Санк-Петербург, 2009. - 25 с.

5. Методика конструирования женской одежды из трикотажных полотен. - М.:ВДМТИ, 1979.- 351 с.

6. Методика конструирования одежды из трикотажных полотен. - М.: ЦНИИШП, 1982.- 412 с.

7. Методика конструирования спортивной одежды типа фуфаек. - Киев.: УкрНИИШП, 1979. - 125 с.

8. Шершнева, Л.П. Конструирование одежды: Теория и практика: Учебное пособие / Л.П.Шершнева, Л.В. Ларькина. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2006. - 288 с.

9. Сурикова, Г.И. Использование свойств полотна при конструировании трикотажных изделий / Г.И. Сурикова, Л.Н. Флерова, Л.П. Юдина. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. — 128 с.

10. Акилова, З.Т. Проектирование корсетных изделий / З.Т. Акилова. - М.: Легкая индустрия, 1979. -168 с.

11. Шалова , И.И. Основы проектирования трикотажного производства с элементами САПР / И.И. Шалова, И.И. Шалов, Л.А.Кудрявин. - М.: Легпромбытиздат, 1989. - 288 с.

© Ю. А. Коваленко - ст. препод. кафедры конструирования одежды и обуви КГТУ; О. Е. Гаврилова -ст. препод. кафедры конструирования одежды и обуви КГТУ; E-mail: Julia_a_kov@mail.ru.