Исследование зависимости прочности клеевых соединений от технологических параметров склеивания при изготовлении верхней одежды

По значениям среднего усилия построена гистограмма влияния времени воздействия при дублировании на прочность клеевого соединения (рисунок 2.3).

желтым цветом отмечен первый пакет материалов (основа артикул С227,прокладочный - R161); зеленый - второй пакет материалов (основа - С 206 ИА, прокладочный - 5120030); коричневый - третий пакет материалов (основа - 3326, прокладочный - 81040).

Рисунок 2.3 - Гистограмма влияния времени воздействия при дублировании на прочность клеевого соединения

Как видно из результатов исследований, прочность склеивания с увеличением времени дублирования уменьшилась. Возможно, для данного пакета материалов время дублирования, равное 11,4; 12,4; 13,7 секунды, оказалось слишком долгим. Это могло повлечь за собой перегрев клея, в итоге он расплавился бы, при этом впитался бы в прокладку, ткань стала бы жёсткой, а клеевое соединение слабым.

2.4 Исследование влияния скорости расслоения на результаты прочностных характеристик клеевого соединения

Были проведены испытания 80 образцов дублированного материала по 16 скоростям на разрывной машине РМ-3 с целью выявления влияния скорости расслоения на результаты определения прочности клеевого соединения, и выбора наиболее подходящей скорости движения подвижного зажима для разрабатываемого тестера. В качестве материала верха - ткань костюмная (шерсть 40% и полиакрилонитрильное волокно (ПАН) 60%), поверхностная плотность 280 г/м2. В качестве прокладки - нетканый термоклеевой материал, артикул 81 030 (090) 110, состав основы - полиэфир 100% , поверхностная плотность 30 г/м2, имеет полиамидное клеевое покрытие. Дублирование осуществлялось на прессе "Certus" фирмы "Каннегиссер" (Германия). Время дублирования - 13 секунд, давление - 32 Н/см2. Температура (верхняя плита/нижняя плита пресса) изменялась от 130/135

Результаты проведенных испытаний приводятся в Приложении А, на рисунке 2.4 показана тенденция изменения прочности клеевого соединения в зависимости от скорости расслоения.

Две кривые, показанные желтым и зеленым цветом, характеризуют верхний и нижний предел прикладываемой нагрузки, которая достаточно сильно изменяется в пределах испытаний.

Как видно из графика при увеличении скорости движения зажима диапазон между средним минимальным усилием расслоения Rmin.ср. и средним максимальным усилием расслоения Rmax.ср. уменьшается, при этом общее усилие расслоения увеличивается с увеличением скорости, что в принципе хорошо подтверждает общие положения теории адгезии.

Увеличение скорости разрыва приводит к упругим деформациям как к тканых материалах, так и в клеевом соединении, в результате усилие возрастает.

Рисунок 2.4 - График зависимости нагрузки в момент расслоения образца от скорости расслоения

При расслаивании клеевых соединений часть усилий затрачивается не на преодоление адгезионного взаимодействия, а на деформацию текстильных материалов (распрямление, растяжение, выдергивание волокон, нитей и пряжи).

В общем виде сопротивление А расслаиванию следует рассматривать как результирующую двух слагаемых:

А=Аад+Адеф, (2.1)

где, Аад - работа расслаивания на преодаление адгезионных сил, Н·м;

Адеф - работа деформирования компонентов клеевого соединения (клея, основной ткани, прокладочного материала), Н·м; (Адеф=55…65%А)

Усилие расслаивания зависит от скорости приложения нагрузок: с увеличением скорости оно возрастает из-за увеличения Адеф. Величина Адеф зависит от вида материалов, составляющих клеевое соединение: для трикотажных полотен, обладающих высокой растяжимостью, Адеф гораздо больше, чем для тканей [4].

В соответствии с полученными значениями, для разрабатываемого тестера рекомендуется выбрать минимальную скорость передвижения подвижного зажима. Соответственно, для гармонизации с уже действующими методиками, определяем скорость в 100 мм/мин, как наиболее часто применяемую для проведения испытаний.

В результате, к определенным основным техническим требованиям, касающихся размеров исследуемых образцов и угла расслоения, принимаем значение скорости расслоения в 100 мм/мин. Указанное требование необходимо обеспечить при проектировании тестера для экспресс оценки прочности клеевых соединений дублированных материалов при производстве верхней одежды.

2.5 Применение анализа размерностей для исследования зависимости прочности склеивания от определяющих факторов

Содержание анализа размерностей определяется одной из теорем подобия, которая называется теоремой Букингема: если какое-либо уравнение однородно относительно размерностей, то его можно преобразовать к соотношению, содержащему набор безразмерных комбинаций входящих в него величин.

Однородным относительно размерностей является уравнение, вид которого не зависит от выбора основных единиц измерения. Безразмерные комбинации представляют собой произведения или отношения величин, составленные таким образом, что в каждой комбинации размерности величин сокращаются. Безразмерные комбинации величин ценны тем, что они входят в состав изучаемой зависимости, вид которой неизвестен заранее.

Таким образом, анализ размерностей даёт возможность устанавливать некоторые черты (особенности) математической структуры уравнения, описывающего реальный процесс или состояние объекта. Он, как правило, не даёт окончательного ответа на вопрос о точной форме уравнения, но позволяет значительно прояснить такой вопрос.

Для проведения анализа размерностей исследователь должен прежде всего выявить величины, входящие в состав уравнения, отображающего изучаемую зависимость. При этом одну из них, исходя из физического смысла, выбирают в качестве функции, а остальные рассматриваются в качестве её аргументов. При отборе величин следует учитывать, что они должны иметь характер фундаментальных переменных, то есть величин, обязательно оказывающих влияние на ту из них, которая выбрана в качестве функции. Признаком того, что данная переменная может рассматриваться как фундаментальная, является её способность изменяться независимо от других переменных.

Важно отметить, что можно не знать всех переменных, входящих в уравнение изучаемого процесса, но необходимо представлять себе, что эти переменные и связывающее их уравнение существуют независимо от того, известны они или нет.

При проведении анализа размерностей необходимо осуществить:

-выбор фундаментальных переменных, рассматривая в качестве таких переменных также и размерные коэффициенты и физические постоянные;

-выбор системы основных размерностей и составление формул размерностей;

-построение безразмерных комбинаций.

Анализ размерностей обладает важной зависимостью: если систему безразмерных комбинаций получить не удаётся, то есть, если хотя бы одна из комбинаций оказывается небезразмерной, то это указывает на то, что какие-то фундаментальные переменные были упущены или некоторые были выбраны неверно и от них следует отказаться. Во многих случаях результаты анализа размерностей позволяют скорректировать первоначальную группу фундаментальных переменных и сделать в конечном итоге их правильный выбор. Пусть R - показатель прочности склеивания. Предположим, что

R=f (P, T, t, г) , (2.2)

где Р - давление дублирования, Н/м2;

Т - температура дублирования, К ;

t - время дублирования, с ;

л - коэффициент теплопроводности системы, .

Будем считать, что введённые факторы являются определяющими, то есть в решающей степени влияющими на прочность склеивания.

Представим выражение (2.2) в форме, содержащей безразмерные комбинации входящих в него величин.

Введём буквенные обозначения размерностей основных единиц в системе СИ:

единица массы - М;

единица длины - L;

единица времени - И;

единица температуры - К.

Используя эти обозначения, построим так называемые формулы размерностей для рассматриваемых величин (таблица 2.5).

Таблица 2.5- Результаты построения формул размерностей

Обозначение величины	Размерность в СИ	Математическое преобразование размерности	Формула размерности
R	Н/м		MИ-2
Р	Н/м2		МL-1И-2
T	K	-	K
T	С	с	И
Г			МLИ-3K-1

Совершенно очевидно, что выражение (2.2) является лишь общей формой зависимости между введёнными величинами. В действительности характер влияния аргументов на функцию неодинаков. Поэтому с точки зрения приближения к истинной зависимости можно использовать такую форму:

R=f (Pa, Tb , tc ,гd ) , (2.3)

где а, b, c, d - некоторые безразмерные показатели степени, отражающие характер влияния факторов P ,T, t , г на выходной параметр "R".

Подставим в формулу (2.3) вместо символов переменных формулы их размерности из таблицы 2.5:

MИ-2 = ц[ (ML-1И-2)a , Kb, Иc, (MLИ-3K-1)d] (2.4)

Для того, чтобы соотношение (2.4) было однородным относительно размерностей, должны выполняться следующие соотношения между показателями степеней:

для М: 1 = a+d (2.5)

для L: 0 = -a+d (2.6)

для И: -2 = -2a+c-3d (2.7)

для K: 0 = b-d (2.7)

В итоге имеем четыре уравнения с четырьмя неизвестными. Решая эту систему, получаем a=0,5; b=0,5; c=0,5; d=0,5.

Подставим найденные значения в форму (2.3):

R= f (P?, T?, t?, г?) (2.9)

Для получения безразмерных комбинаций используется приём объединения степеней, имеющих одинаковые показатели степени. При этом, если величины из правой части объединяются с величиной, стоящей в левой части, то комбинация представляет собой дробь, числитель которой - величина, стоящая в левой части, а знаменатель - произведение величин из правой части, имеющих показатель степени равный единице. Получаем формулу (2.10):

соnst = G (2.10)

Таким образом, окончательно имеем:

(2.11)

Рассчитаем теоретическую прочность склеивания при температуре дублирования трех пакетов материалов, рассмотренной в подразделе 2.2. Преобразовав выражение (2.11), получаем [19]:

(2.12)

Обозначим "" символом V. Тогда:

V1=, (2.13)

где А1 - практическая прочность склеивания, полученная в 1-ом опыте (смотри таблицу 2.3);

Т1 - температура дублирования (среднее значение между температурами верхней и нижней плитами пресса) в 1-ом опыте, К.

Получаем :

1 для первого пакета материалов:

- для опыта 1: V1=;

- для опыта 2: V2=;

- для опыта 3: V3=;

2 для второго пакета материалов:

- для опыта 4: V4=;

- для опыта 5: V5=;

- для опыта 6: V6=;

3 для третьего пакета материалов:

- для опыта 7: V7=;

- для опыта 8 V8=;

- для опыта 9 V9=.

Среднее значение: для 1 пакета материалов - =5,03; для 2 пакета - =11,59; для 3 пакета - =9,81. Теоретическая прочность склеивания рассчитывается следующим образом:

3 для первого пакета материалов:

- для опыта 1: А1=, Н/м;

- для опыта 2: А2=, Н/м;

- для опыта 3: А3=, Н/м;

4 для второго пакета материалов:

- для опыта 4: А4=, Н/м;

- для опыта 5: А5=, Н/м;

- для опыта 6: А6=, Н/м;

3 для третьего пакета материалов:

- для опыта 7: А7=, Н/м;

- для опыта 8 А8=, Н/м;

- для опыта 9 А9=, Н/м.

Для сравнения теоретических и практических значений прочности склеивания при разной температуре дублирования результаты расчётов представлены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - Теоретическая и практическая прочность склеивания при разной температуре дублирования

Темпера-тура дублиро-вания, К	Теоретическая прочность склеивания, Н/м	Практическая прочность склеивания, Н/м
	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов
405,5	101	233	198	89	220	176
410,5	102	235	199	108	238	202
415,5	102	236	200	110	247	218

Аналогично рассчитываем теоретические значения прочности склеивания при разном давлении дублирования и времени дублирования. Результаты расчётов представлены соответственно в таблице 2.7 и таблице 2.8.

Таблица 2.7 - Теоретическая и практическая прочности склеивания при разном давлении дублирования

Давление дублиро-ания, Н/м2	Теоретическая прочность склеивания, Н/м	Практическая прочность склеивания, Н/м
	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов
30	98	230	188	92	220	181
35	106	248	203	110	248	205
40	113	265	217	116	252	224

Таблица 2.8 - Теоретическая и практическая прочности склеивания при разном времени дублирования

Время дублиро-вания,с.	Теоретическая прочность склеивания, Н/м	Практическая прочность склеивания, Н/м
	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов	Первый пакет материалов	Второй пакет материалов	Третий пакет материалов
11,4	143	532	427	107	235	207
12,4	130	515	406	91	230	195
13,7	111	477	372	70	208	173

Для наглядности полученных результатов данные таблиц представлены в графической форме (Приложения В, Г, Д), причем для каждого пакета материалов свой цвет на графике: первый пакет материалов (основа - артикул С227; клеевой - артикул R 161) - малиновый; второй (основа - артикул С 206 ИА; клеевой - артикул 512 00 30) - коричневый; третий (основа - артикул 3326; клеевой - артикул 81040) - синий. Можно отметить, что теоретическая прочность склеивания возрастает с увеличением температуры, давления. А при увеличении времени дублирования, наоборот, уменьшается. На практике эта зависимость подтвердилась. И для разных пакетов материалов прочность склеивания различная, так как прочность склеивания зависит и от вида, и свойств материалов верха; химического состава, физико-химических и физико- механических свойств клеевых материалов; вида применяемого при дублировании оборудования, которые также необходимо принимать во внимание, учитывать при расчёте теоретической прочности склеивания.

3. Разработка методики на экспресс оценку прочности клеевых соединений при производстве верхней одежды

Настоящая методика распространяется на прокладочные материалы с дискретным или сплошным термопластическим полимерным покрытием, предназначенные для швейных изделий, и устанавливает метод определения прочности склеивания прокладочного материала с контрольным материалом. Сущность метода заключается в определении нагрузки при расслаивании склейки, полученной термосклеиванием прокладочного и контрольного материала при заданных условиях температуры, давления, увлажнения и времени термосклеивания.

Для испытаний пробы отбирают по ТНПА на прокладочные материалы. Из разных мест точечной пробы на расстоянии не менее (100±1) мм от края вырезают в продольном направлении элементарные пробы в форме полоски. Длина элементарной пробы должна быть (200±2) мм, ширина (50±3).

Количество элементарных проб должно быть указано в ТНПА на соответствующий вид прокладочного материала, но не менее четырех.

Испытания проводятся на тестере ТПКС-1 для экспресс-оценки прочности клеевых соединений, для проведения испытаний на устойчивость к расслаиванию дублированных материалов верхней одежды.

Тестер состоит из основания 13, на котором установлен гидроцилиндр 11 (рисунок 3.1). На штоке 10 выходящем из гидроцилиндра закреплен рабочий зажим, состоящий из нижней 7 и верхней 6 пластин, между которыми размещены резиновые накладки 5. Рабочий зажим снабжен рукояткой 9 для его перемещения и винтом 8 для фиксации образцов. Силоизмерительный зажим, который также состоит из нижней 3 и верхней 4 пластин, между которыми размещены резиновые накладки 5, прикреплен через силоизмерительное кольцо 2 к основанию. В силоизмерительное кольцо упирается шток индикатора 1. При расслаивании образца силоизмерительное кольцо деформируется, что фиксируется через перемещение штока индикатора. Показания усилия считываются по шкале индикатора.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9