Рис.1.1. Техніко – технологічна інформаційна система енергозабезпечення процесу ВТО.
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).
Рис. 1.2. Економія енергії по теорії факторів.
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.
2. Морфологічні властивості полімерних матеріалів і їх прикладне значення
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).
Рис.2.1. Схема структур макромолекул:
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”).
Волокноутворюючі 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.
Рис.2.2. Схема структур мікрофібрил:
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.
Рис.2.3. Схема структури вовни відповідно до бахромчато-фібрилярної моделі:
1 – фібрили;2 – матриця.
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