Розвиток наукових основ створення текстильних аукзетик-матеріалів

Abstract

Дисертація присвячена проблемі створення текстильних матеріалів, які мають здатність при розтягуванні збільшуватися в напрямку, перпендикулярному до прикладених сил, за рахунок будови матеріалу, а не за рахунок використання пряжі та ниток з відповідними властивостями. Виявлено геометричні структури аукзетик-матеріалів, які можуть бути реалізованими в текстильних матеріалах, зокрема трикотажних структури основов’язаного трикотажу, які виявлятимуть аукзетик-властивості, та обрані переплетення, в яких можлива реалізація таких структур. Теоретично визначено основні технологічні умови в’язання та параметри структури основов’язаних трикотажних аукзетик-матеріалів. Встановлено фактори, які впливають на коефіцієнт Пуассона основов’язаного трикотажу утоково-філейного переплетення, отримано рівняння для його визначення, в якому за основу прийнято геометричні розміри чарунки. Експериментально підтверджено правомірність застосування отриманих аналітичних рішень при виробленні матеріалів з від’ємним коефіцієнтом Пуассона. Розроблено принципи утворення сітчастих структур з гексагональними отворами чарунок та їхнє видозмінення в процесі вироблення за рахунок введення високрозтяжної нитки у вигляді повздовжнього утоку. Отримано рівняння регресії, які адекватно (з ймовірністю 0,95) описують залежності параметрів структури, розмірів чарунок та фізико-механічних властивостей трикотажу від рапорту філейного переплетення та варіанту розташування утокової нитки в структурі. Удосконалено метод дослідження коефіцієнту Пуассона з метою використання для трикотажних сітчастих матеріалів з чарунками великого розміру та розроблено експрес-метод виявлення аукзетик-здатності матеріалів.

Диссертация посвящена проблеме создания текстильных материалов, которые обладают способностью при растяжении увеличиваться в направлении, перпендикулярном приложенным силам, за счет структуры материала, а не за счет использования пряжи и нитей с соответствующими свойствами. В работе заложены научные основы создания текстильних аукзетик-материалов. Выявлено геометрические структуры аукзетик-материалов, которые могут быть реализованы в текстильных материалах, в частности трикотажных. Решена главная научная проблема - определены структуры основовязаного трикотажа, имеющие аукзетик-свойства, и выбраны переплетения, в которых возможна реализация таких структур. Значительное внимание в работе уделено основовязаным аукзетик-структурам с видоизмененными гексагональными ячейками, для получения которых в структуру базового филейного переплетения в качестве продольного утка вводится высокоэластичная нить. Введенный высокоэластичный компонент влияет на геометрические параметры ячеек, которые в сочетании с собственными соотношениями размеров сторон определяют отрицательное значение коэффициента Пуассона такого трикотажа. Сформулированы условия формирования ячеек гексагональной формы в трикотаже филейного переплетения. Выполнено геометрическое моделирование петель филейного трикотажа, на основании которого получены формулы для расчета длины нити в петлях разных видов, которые учитывают значения диаметра нити, высоты петли и расстояние между двумя соседними петлями ряда. В работе представлен теоретический анализ особенностей структуры трикотажа уточно-филейного переплетения, при растягивании которых коэффициент Пуассона принимает отрицательное значение. Обосновано взаимодействия уточных и грунтовых нитей в структуре филейного трикотажа в зависимости от технологических условий: взаимного расположения на машине уточных и грунтовых гребенок, их проборок, величины и направления сдвига за спинками игл. На основе математической обработки результатов исследования параметров структуры, размеров ячеек и физико-механических свойств разработанных основовязаных полотен получены уравнения регрессии, которые адекватно (с вероятностью 0,95) описывают зависимости исследуемых показателей от рапорта филейного переплетения и варианта расположения уточной нити в структуре. Основным технологическим фактором, определяющим аукзетик-свойства основовязаного трикотажа уточно-филейного переплетения, является относительное удлинение эластомерной нити перед входом в зону вязания. Предложена математическая зависимость для определения параметра, которая учитывает рапорт переплетения и размеры петель. В результате аналитических преобразований получено уравнение для определения коэффициента Пуассона основовязаных сетчастых структур, в котором за основу приняты геометрические размеры ячейки. Экспериментально подтверждена правомерность применения полученных аналитических решений при изготовлении материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона. На основании корреляционного анализа результатов эксперимента выявлена зависимость коэффициента Пуассона аукзетик-трикотажа с видоизмененными гексагональными ячейками от таких соотношений размеров ячейки: отношение шага ячейки по вертикали к шагу ячейки по горизонтали, отношение шага ячейки по вертикали к высоте вертикальной стороны и тангенс угла наклона диагональной стороны ячейки к горизонтали. В процессе исследования размеров элементарных ячеек трикотажа, полученного чередованием в рапорте рядов трико и атласа, и аналитического расчета их соотношений показано, что лучшие аукзетик свойства достигаются в случае, когда уточная нить располагается поочередно, то на лицевой, то на изнаночной стороне трикотажа. У трикотажа, полученного чередованием в раппорте рядов трико и цепочки, лучшие аукзетик свойства достигаются в случае, когда уточная нить обвивает протяжки петель трико только одной системы нитей в одном или двух рядах. Кроме того, в результате исследований установлено, что абсолютное значение коэффициента Пуассона возрастает с увеличением количества как рядов трико, так и рядов цепочки в рапорте грунтового переплетения. В работе предложен экспресс-метод предварительной оценки аукзетик-свойств материалов и усовершенствован метод исследования коэффициента Пуассона с целью использования для трикотажных сетчатых материалов с ячейками большого размера. Разработаны технологические рекомендации для производства основовязаных аукзетик-материалов, способствующие расширению ассортимента и функциональных свойств текстильных материалов и обеспечивающие получение конкурентной продукции.

Doctoral dissertation devoted to the formation of textile materials, which became wider when stretched due to the structure of the material but not through the use of yarn with appropriate ability. Based on the method of system analysis and on the theoretical hypotheses, the geometric structures of auxetic materials, which can be implemented in the textiles, particularly in knitted materials, have been revealed. The main task - the creation of the warp knitted structures with auxetic-properties was solved and the selection of interlooping, which such structures can be realized in, was made. Main consideration is concentrate on the warp-knit auxetic structures with reentrant hexagonal cells. The basic principles of hexagonal cells' formation in warp knitted structures have been formulated as a result of the theoretical analysis of geometrical models of fillet interlooping. To achieve auxetic property, it is required to employ a high elastic yarn in the base structure. Introduced elastomeric component affects the geometric parameters of the cell, which in combination with ribs' length ratio define a negative value of the Poisson ratio. the length of the cell ribs is changed by the interlooping repeat (quantity of tricot and chain courses), and the angle of rib's inclination to the horizontal section is changed by the pre-tension of the elastomeric yarn and by its positioning in the structure. Analytical dependence for calculation the prior stretching of the elastomeric yarn has been obtained as a result of the geometrical modeling of auxetic warp knit structure. The equation to determine the Poisson's Ratio of warp net structures on the geometric dimensions of the cell has been determined as a result of analytical transformations, The dependencies of structural parameters, cell's size and mechanical properties of auxetic warp knit structure on the interlooping repeat and on the positioning of elastomeric yarn in the structure have been defined as result of mathematical processing of the experimental data. The method of Poisson's ratio test was improved for the purpose of testing of the mesh with large cells and the rapid method for identifying auxetic abilities of textiles was developed.