5. Ультразвуковий спосіб зварювання, сутність, сфера застосування і засоби реалізації.

Ультразвуковий спосіб зварювання використовується для з'єднання текстильних матеріалів з всіх видів термопластичних волокон. Цей вид зварювання використовується для з'єднання деталей одягу з тканин і трикотажних полотен, основних підкладочних матеріалів, для виготовлення петель, закріпок.

За допомогою ультразвуку можна з'єднувати натуральні тканини з синтетичними, змішані тканини з вмістом синтетичних волокон не менше 65%, а також штучної шкіри і плівки.

Тиск здійснюється зі сторони електроду або зі сторони опори.

Живлення вибраторів здійснюється від генераторів ультразвукової частоти 20-30 кгц з потужністю 0,5-10 квт. Електроди можуть бути різними для точкової зварки і для зварювання швів по контуру.

Розрізняють обладнання для послідовного виконання швів з роликовими або ножевими електродами. Для паралельної зварки використовують зварювальні апарати-преси.

Апарати для послідовного зварювання виконують за принципом швейних машин. Мінським СКБ легкої промисловості була розроблена машина для зварювання поліетиленових плівок ультразвуковим способом (УСМ-1).

В 1977 році освоєно серійне виробництво машини БШМ - безниткова швейна машина, для зварювання тканин з синтетичними термопластичними волокнами. Замість голки - електрод. Машина призначається для зварювання пунктирним швом деталей одягу з поліамідних і поліефірних матеріалів. Продуктивність машини - 2000 зварювальних стібків в хвилину. Довжина стібка до 4 мм.

По паралельному методу зварювання використовується обладнання фірми "Джукі" (Японія) YUS-1-, YUS-5, призначений для обробки зварювальних петель на тканинах і трикотажі з синтетичних і змішаних волокон. На установці УУ5-1 обробляється одна петля, а на установці YUS-5 - пять петель одночасно. Машина дозволяє продуктивність праці в 4 рази в порівнянні з петельними нитковими напівавтоматами.

YUS-5

SL-22 фірма "Омега" (Великобританія) - для з'єднання синтетичних тканин і трикотажних полотен.

Серія - 72 фірма "Рисе" (США) - для виготовлення петель з прорубанням, закріпок, коротких швів.

6. Системний підхід до оцінки волого-теплової обробки швейних виробів.

У сучасній технології виробництва швейних виробів волого-теплова обробка (вто) відіграє виключно важливу роль з позиції забезпечення необхідного товарного вигляду та експлуатаційної надійності виробів. При цьому необхідно відмітити досить високий рівень трудових витрат на операціях вто (близько 20 – 30% від загальної трудомісткості виготовлення виробу) та домінуючий показник енергетичних витрат, який, в залежності від асортименту виробів, складає 40 – 90% від загальної енергетичної складової витрат енергії на технологічні цілі.

Рівень зазначених витрат залежить від багатьох факторів, важливішими з яких є технічний рівень виробництва і конструктивно-технологічна складність процесів виготовлення виробів. В зв’язку з цим процес вто слід розглядати з системних позицій. З одного боку використання на операціях вто обладнання само по собі являє технічну систему, а з іншого – сам процес виготовлення виробів є складною технологічною системою, для якої характерним є наявність внутрішніх зв’язків між окремими елементами підсистем, їх впорядкованість та наявність відповідних входів та виходів.

Основополагаючі принципи системного підходу при аналізі складних систем викладені в ряді робіт, в яких відображені важливі поняття системи. Так, якщо система припускає наявність внутрішніх зв’язків між окремими елементами об’єкта, ступінь їх впорядкованості, то цілісність віддзеркалює силу та істотність зв’язків у порівнянні зі зовнішніми зв’язками об’єкту. При цьому дуже важливим моментом є чітке визначення структури системи, під якою розуміють взаємодію, характер зв’язків між елементами та цілого з елементами, що по суті є внутрішньою характеристикою даного предмету.

Характерно, що під елементом розуміється мінімальний компонент системи або максимальна границя її членування, а стан входів в один з елементів однозначно визначає стан його виходів, тобто вхід кожного наступного елемента приймає вихід попереднього .

Виходячи з цих уявлень та особливостей побудови системи енергоспоживання швейного виробництва, важливим є пошук резервів економії енергетичних та трудових витрат. Необхідність в цьому визиває ряд обставин. Так, структура і рівень складності системи “одяг” залежить від асортименту швейних виробів, рівня необхідних технічних засобів та властивостей матеріалів. При виготовлені верхнього одягу характерним є наявність значної кількості технологічно неподільних операцій (близько 150 – 350 в залежності від моделі одягу та номенклатури обладнання).

Системний підхід дозволяє на кожному рівні функціонування елементів системи знайти резерви зниження енергетичних та трудових витрат. Виходячи із цих уявлень, нами запропонований уніфікований інформаційний простір енергозабезпечення процесу вто (рис.1.1) ,який характеризується першим рівнем (обладнання, операції вто та стадії вто), життєдіяльність якого (другий рівень) забезпечується відповідною базою даних (бд).

За рахунок цього є можливість вирішити питання отримання інтегрованої бази даних, яка по суті відтворює можливість забезпечення необхідної якості виробів. З іншого боку такий підхід дає можливість критично оцінити сучасний рівень кожної із складових системи і визначити мету та напрям подальшого удосконалення системи.

Найбільший вплив на рівень енерговитрат має підсистема «обладнання вто» база даних якої охоплює наступні елементи:

- спосіб завантаження деталей одягу (бд1);

- джерело та параметри робочого середовища (бд2);

- тип приводу (бд3);

- тип та кількість робочих органів (подушок, манекенів) (бд4);

- система забезпечення охолодження виробу (бд5).

Підсистема «Стадії процесу ВТО» характеризується базою даних (БД6 – БД8), стосовно рівня енерговитрат на I, II, III стадіях (недостатні, достатні, надлишкові) та включає параметричні показники якості на операціях ВТО .

Підсистема «Операції ВТО» характеризується базою даних (БД9 – БД17), яка враховує велику різноманітність операцій ВТО (розпрасування, запрасування, загинання, пресування тощо) та вимоги до якості їх виконання.

Виходячи із теорії факторів можливості зниження енерговитрат до рівня потреб виробу можуть бути реалізовані різними шляхами (рис.1.2). Перший (лінія 1), притаманний удосконаленню діючого обладнання, дозволяє максимально знизити енергетичні витрати (з поз. А до поз. А1) до можливого (поз. А2) шляхом удосконалення роботи робочих органів обладнання (подушок, приводу тощо). При цьому можливості реалізації цього напряму, як показано в роботі ,обмежені і далекі від ідеалу (поз. А2 – потреби енергії для безпосереднього забезпечення якості ВТО). Другим (лінія 2), більш ефективним з позиції енерговитрат, є використання принципово нових для швейної галузі можливостей реалізації процесів ВТО за рахунок відмови від енергомістких робочих органів (подушок) та використання динамічних методів навантаження на матеріал (перехід з поз. А1 до поз. Б, Б1).

Важливим чинником ефективного використання енергетичних ресурсів на операціях вто є узгодження енергетичних витрат з властивостями текстильних матеріалів.

Дослідження багатьох вчених (проф. Орлов і.в., проф. Березненко м.п., проф. Меліков є.х., проф. Веселов в.в. та інші) показали, що в основі процесів теплової обробки (то), вто, клейових методів з’єднань деталей одягу та виробів в цілому лежать властивості «тонкої» та «грубої» структури текстильних матеріалів та характер їх зміни в умовах комплексної дії тепла, вологи і механічних навантажень .особливо складним і недостатньо вивченим є механізм формоутворення деталей одягу, виготовленого із матеріалів різної хімічної природи. В зв’язку з цим являють теоретичний і практичний інтерес особливості морфологічної будови та фізико-механічних властивостей полімерних матеріалів, які застосовуються в одязі, та їх практичне використання при дослідженні процесів вто. ( и ответ на вопрос 9. Фактори, які визначають стадійність та умови забезпечення енергетичної ефективності реалізації процесів ВТО).

7. Первинні властивості полімерних текстильних матеріалів і їх прикладне значення стосовно волого-теплової обробки швейних виробів.

Більшість текстильних волокон та ниток складаються з високомолекулярних з’єднань, макромолекули яких представляють собою довгі гнучкі утворення з’єднані між собою хімічними зв’язками .характерна особливість високомолекулярних з’єднань – різка відмінність в характері зв’язків в макромолекулі і міжмолекулярних зв’язках. Енергія міжмолекулярних зв’язків значно менша внутрішньомолекулярних хімічних зв’язків, в результаті чого основною особливістю будови полімерних з’єднань є наявність лінійних ланцюгових макромолекул з відносно слабою міжмолекулярною взаємодією. Величина енергії міжмолекулярних зв’язків залежить від хімічного складу, довжини макромолекул, їх взаємного розташування. Чим довша і розпрямлена макромолекула, тим більша міжмолекулярна взаємодія. При виготовленні одягу використовуються різні полімерні матеріали: природні (целюлозні, протеїнові, колагенові), штучні (віскозні, полівінілацетатні та інші) і синтетичні (поліамідні, поліефірні, поліуретанові та інші) .

Характерними для них є наявність довгих ланцюгових молекул довжиною від 1000 аº до 10000 аº із специфічною природою зв’язків міжмолекулярними ланцюгами. Як правило матеріали для одягу мають різну ступінь кристалічності, яка становить для вовни 1/5, поліамідних і поліефірних волокон 1/2 , а для бавовняних і інших натуральних целюлозних волокон – 2/3.

Більшість матеріалів мають аморфно-кристалічну будову полімеру ,що суттєво впливає на в’язкопружні властивості матеріалів. Їх надмолекулярна будова утворюється за рахунок впорядкування макромолекул в процесі їх структуроутворення (рис.2.1).

1 – лінійна з прямим ланцюгом; 2 – лінійна з зигзагоподібним ланцюгом; 3 – циклоподібний ланцюг; 4 – розгалужена з короткими відгалуженнями; 5 – розгалужена з довгими відгалуженнями; 6 – східцеподібна; 7 – плоска; 8 – блочна лінійна (блок-сополімер); 9 – розгалужена з привитими блоками;

10 – сітчаста (трьохмірне ―зшивання‖).

Волокно утворюючі полімери за своєю надмолекулярною структурою відносяться до фібрилярних з’єднань. Фібрили, крупні агрегати надмолекулярної структури, утворюються на основі мікрофібрил, для яких характерні невеликі розміри і довжина. За своєю будовою вони не однорідні і мають кристалічні і аморфні області, які чергуються по всій довжині мікрофібрили. Відомо декілька варіантів надмолекулярної структури мікрофібрили (рис.2.2), які характерні для полімерів різної хімічної природи.

1 – модель Громова – Слуцкера ідеально кристалічної структури; 2 – модель Хоземана – Бонара для полімерів з гнучкими ланцюжками, які кристалізуються; 3 – модель для фібрилярних білків (макромолекули в α-формі); 4 – модель для фібрилярних білків (макромолекули в β-формі); 5 – модель для аморфно-орієнтованого волокна; 6 – модель бахромчатої фібрили Хирла для жорсткоцепних полімерів; 7 – модель Гесса.

Для целюлозних волокон характерні спіралеподібне розташування фібрил (кут нахилу спіралі складає 60 у льону і до 300 у бавовни). Для цих волокон характерним є механізм деформування за рахунок подовження фібрил, спіралей.

Протеїнові волокна володіють складною морфологією, при чому ширина мікрофібрил досягає 100 Аº. Структура вовни (рис.2.3) складається з двох фаз.

Фаза з фібрилами ідентифікується, як водонепроникна, а інша фаза – водопроникна. Структура мікрофібрил складається з організованих кератинових α-спіралей, а матриця з клубків поліпептидних зв’язків. Наслідком розтягнення протеїнових волокон і переходу з α-спіралей в β-модефікацію (повністю витягнуті волокна) являється наявність великих зворотних деформацій, що необхідно враховувати при реалізації операцій ВТО.

Протеїнові ланцюги натурального шовку є витягнутими. Вони утворюють своєрідно орієнтовану бахромчато-фібрилярну структуру. За механічними властивостями шовк наближається до синтетичних волокон.

Штучні волокна мають бахромчато-міцелярну структуру. Деформація цих волокон здійснюється за рахунок розтягування, стискання сусідніх ділянок фібрил. Волога на характер деформаційних кривих майже не впливає.

Основна властивість полімерних ланцюгів – гнучкість та реакційна спроможність (деструкція). Гнучкість забезпечується простими одинарними зв’язками в макромолекулах. Вона обумовлює всі характерні особливості фізико-механічних властивостей полімерів. За рахунок таких зв’язків формуються високоеластичні властивості матеріалів, які використовуються в процесах ВТО швейних виробів.

Вказані особливості морфологічної будови полімерних волокон визначають їх термічні характеристики (табл.2.1), які є важливою складовою інформаційної бази даних, оскільки визначають безпечні при ВТО кордони нагрівання текстильних матеріалів.

Таблиця 2.1

Показники термостабільності волокон, що найбільш широко використовуються при виготовленні швейних виробів

Вид волокна	Температура склування Тск, 0С	Температура переходу у в’язкотекучий стан Тт, 0С	Температура плавлення Тпл, 0С	Температура термічної деструкції Тдест, 0С
Поліамід 11 (ПА)	46	173-180	186-190	>280
Поліамід 66 (ПА)	82	235	253-265	>300
Поліакрілонітрільне (ПАН)	62-71	145-155	165-175	387
Полівінілхлоридне (ПВХ)	80,5	80-115	200-210	-
Поліефірне (ПЕ)	83-90	200	230-238	115-180
Поліуретанове (спандекс) (ПУ)	-	170-230	230-290	-
Віскозне козеїнове(Віс)	-	-	-	175
Віскозне целюлозне (Віс)	-	-	-	150
Вовна (Вовна)	-	-	-	135
Шовк натуральний (Шовк)	-	-	-	150

Слід відмітити, що ступінь кристалічності полімеру залежить від температури нагріву . При чому при збільшенні кристалічності підвищується зминність текстильних матеріалів. В зв’язку з цим текстильні матеріали піддаються додатковій обробці спеціальними хімічними засобами, що в свою чергу вносить певні складнощі в реалізацію процесів ВТО (ускладнюється процес дублювання).

Таким чином, можна констатувати, що різноманітна морфологічна будова полімерів суттєво впливає на комплекс фізико-механічних властивостей текстильних матеріалів, і як наслідок, на операції ВТО деталей одягу.