Технологічні засади виготовлення на плосков'язальному обладнанні трикотажних матеріалів для захисту від механічних ушкоджень

Abstract

Дисертація присвячена технологічним засадам виготовлення на плосков’язальному обладнанні двох різних типів (з платинами та без) трикотажних матеріалів з високоміцних ниток із заданими параметрами структури та властивостями відповідно до обраних параметрів в’язання. Метою роботи є формування технологічних засад виготовлення трикотажних матеріалів з ниток підвищеної міцності для захисту від механічних ушкоджень шляхом дослідження впливу особливостей процесу формування петель на плосков’язальному обладнанні двох типів (з платинами та без) на параметри структури та характеристики стійкості до дії механічних впливів (розривальне навантаження та видовження, прокол стержнем, продавлювання кулькою, поріз циркулярним ножем). Для досягнення зазначеної мети у роботі вирішені та виносяться на захист такі завдання досліджень: - теоретично та експериментально дослідити особливості процесу формування петель трикотажного матеріалу з двох видів високоміцних ниток (пара-арамідні та високомолекулярні поліетиленові) на плосков’язальному обладнанні з платинами та без; - встановити фактори, що впливають на втрату міцності високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток до та після в’язання трикотажного матеріалу на плосков’язальному обладнанні двох типів; - встановити закономірності впливу типу плосков’язального обладнання (з платинами чи без), щільності в’язання та виду надміцних ниток на параметри структури трикотажного матеріалу; - встановити закономірності впливу типу плосков’язального обладнання (з платинами чи без), щільності в’язання та виду надміцних ниток на характеристики стійкості трикотажного матеріалу до дії механічних ушкоджень (розрив, прокол стержнем, продавлювання кулькою та поріз циркулярним ножем); - визначити раціональні параметри в’язання трикотажних матеріалів з високоміцних ниток із заданими показниками стійкості до дії механічних ушкоджень; - розробити алгоритм та відповідне програмне забезпечення для проєктування параметрів структури трикотажного матеріалу з високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток у відповідності до обраного типу плосков’язального обладнання, виду високоміцних ниток та щільності в’язання. Об’єкт дослідження – процес виготовлення на плосков’язальному обладнанні двох типів (з платинами та без) трикотажних матеріалів з високоміцних ниток для забезпечення захисту від дії механічних ушкоджень. Предмет дослідження – трикотажні матеріали з пара-арамідних та високомолекулярних поліетиленових ниток для захисту від механічних ушкоджень, вироблені на плосков’язальному обладнанні двох типів (з платинами та без). Отримані у процесі дослідження наукові результати в сукупності дозволили сформувати технологічні засади виготовлення на плосков’язальному обладнанні двох типів (з платинами та без) трикотажних матеріалів з високоміцних ниток для забезпечення захисту від дії механічних ушкоджень. При цьому: - теоретично обґрунтовано вплив типу плосков’язального обладнання (з платинами та без) на процес формування петель трикотажного матеріалу з високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток; - встановлено вплив типу плосков’язального обладнання, виду високоміцних ниток та щільності в’язання на характеристики форми петель трикотажного матеріалу та одержано відповідні регресійні математичні залежності; - виявлено фактори, що впливають на втрату міцності високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток до в’язання та після їх переробки на двох різних типах плосков’язального обладнання (з платинами та без); - встановлено регресійні математичні залежності, що описують вплив щільності в’язання на параметри структури трикотажного матеріалу та характеристики стійкості до дії механічних ушкоджень (розрив, прокол стержнем, продавлювання кулькою та поріз циркулярним ножем). Практичне значення отриманих результатів роботи полягає у тому, що: - сформовано технологічні засади виготовлення трикотажних матеріалів з високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток на плосков’язальному обладнанні двох різних типів (з платинами та без); - на основі одержаних регресійних математичних залежностей визначено раціональні параметри виготовлення трикотажного матеріалу, стійкого до дії механічних ушкоджень (розрив, прокол стержнем, продавлювання кулькою та поріз циркулярним ножем); - розроблено алгоритм та відповідне програмне забезпечення для проєктування параметрів структури, характеристик форми петлі та властивостей, що визначають стійкість розробленого трикотажного матеріалу до дії механічних ушкоджень у відповідності до обраного типу плосков’язального обладнання (з платинами чи без) та виду високоміцних ниток. Окремі положення, висновки та рекомендації, представлені у дисертаційному дослідженні, знайшли практичне застосування в освітньому процесі кафедри технології моди Київського національного університету технологій та дизайну, зокрема при опануванні аспірантами спеціальності 182 Технології легкої промисловості вибіркової освітньої компоненти "Наукові основи проєктування та прогнозування характеристик виробів легкої промисловості". У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів. Наведено відомості щодо апробації роботи, особистого внеску здобувача та публікацій. Зазначено зв’язок роботи з науковими програмами та темами. У першому розділі наведено огляд робіт за тематикою дисертаційної роботи, а саме: узагальнено результати досліджень щодо переробки високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток на в’язальному обладнанні; вивчено досвід науковців у напрямку дослідження факторів, що впливають на стійкість текстильних матеріалів з високоміцних ниток до механічних впливів (прокол, прорізування і т.ін.); проаналізовано підходи до геометричного моделювання структури кулірного трикотажу та фактори, що впливають на форму петлі кулірного трикотажу. На підставі проведеного аналізу науково-технічної літератури визначено напрямок та основні задачі дослідження. Другий розділ присвячений характеристиці матеріалів, особливостей технологічного обладнання та використаних у роботі методів дослідження; плануванню експериментальних досліджень з визначення впливу типу плосков’язального обладнання, виду високоміцних ниток та щільності в’язання на параметри форми петель трикотажного матеріалу, параметри його структури та властивості, що визначають стійкість до дії механічних впливів (розрив, прокол стержнем, продавлювання кулькою та поріз циркулярним ножем). Третій розділ присвячено теоретичним та експериментальним дослідженням впливу особливостей протікання процесу петлетворення на плосков’язальному обладнанні (з платинами та без) на форму петель трикотажного матеріалу в залежності від виду надміцних ниток. Теоретично обґрунтовано поведінку поліетиленових та пара-арамідних ниток при їх взаємодії з робочими органами плосков’язального обладнання двох типів (з платинами та без). Експериментально встановлено фактори, які впливають на зміну форми петлі зі збільшенням глибини кулірування у процесі в’язання трикотажного матеріалу з двох видів високоміцних ниток. Шляхом реалізації активного експерименту одержано регресійні математичні залежності, що описують вплив зазначених факторів на зміну характеристик форми петлі. Четвертий розділ присвячено визначенню факторів, що впливають на втрату міцності високомолекулярних поліетиленових та пара-арамідних ниток до в’язання та після їх переробки у трикотажний матеріал на плосков'язальному обладнанні двох типів (з платинами та без); встановленню шляхом реалізації активного експерименту регресійних математичних залежностей, що описують вплив щільності в’язання на параметри структури трикотажного матеріалу та характеристики його стійкості до дії механічних ушкоджень (розрив, прокол стержнем, продавлювання кулькою та поріз циркулярним ножем) у відповідності до обраного типу плосков’язального обладнання (з платинами або без) та виду надміцних ниток (високомолекулярна поліетиленова чи пара-арамідна). У п’ятому розділі описано алгоритм та особливості роботи розробленої на основі встановлених регресійних математичних залежностей комп’ютерної програми розрахунку характеристик форми петлі, параметрів структури та властивостей трикотажного матеріалу, а також пошуку раціональних параметрів виготовлення трикотажного матеріалу відповідно до заданих параметрів його структури та показників стійкості до дії механічних ушкоджень. Основні положення та результати дисертаційного дослідження відображено у 19 наукових працях, серед яких 9 статей у наукових фахових виданнях України категорії Б, 1 стаття у виданні, що входить до міжнародної наукометричної бази Scopus, 1 у збірнику матеріалів міжнародної конференції та 8 тез доповідей. Наукові публікації відповідають вимогам п. 8-9 Порядку присудження ступеня доктора філософії та скасування рішення разової спеціалізованої вченої ради закладу вищої освіти, наукової установи про присудження ступеня доктора філософії, затвердженого постановою Кабінету Міністрів України від 12 січня 2022 р. № 44.

The thesis is dedicated to technological principles of manufacturing of two types (with and without sinkers) of knitted materials from high-strength yarns with specified structure properties in accordance with the selected knitting parameters and with the use of flat-knitting equipment. The purpose of the research is to form technological bases for manufacturing of knitted fabrics from high-strength yarns for the protection against mechanical damage by studying the influence of peculiarities of the loop formation process with the use of flat-knitting equipment of two types (with and without sinkers) on the structure parameters and characteristics of resistance to possible mechanical damage (such as a tensile load and elongation, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife). To achieve this goal, the following research tasks have been solved and presented for the thesis defense; - to theoretically and experimentally study peculiarities of the loop-forming process inherent in the knitted material manufactured from two types of high-strength threads (para-aramid and high-molecular weight polyethylene) with the use of flat-knitting equipment with and without platens; - to establish factors which influence the loss of strength of high- molecular weight polyethylene and para-aramid yarns before and after manufacturing of knitted fabrics with the use of flat-knitting equipment of two types; - to establish regularities of influence of the type of flat-knitting equipment (with or without sinkers), knitting density and the type of high-strength yarns on the structur parameters of knitted fabrics; - to establish regularities of influence of the flat-knitting equipment type (with or without sinkers), knitting density and the type of high-shetrength yarns on the characteristics of knitted material resistance to mechanical damage (rupturing, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife); - to determine rational parameters of manufacturing of knitted materials from high-strength threads with specified resistance to mechanical damage; - to develop an algorithm and appropriate software for designing the parameters of the structure of knitted fabrics made of high-molecular weight polyethylene and para-aramid yarns in accordance with the selected type of flat-knitting equipment, high-strength threads and knitting density. The object of research is the process of manufacturing of two types of knitted materials from high-strength yarns with the use of flat-knitting equipment (with and without sinkers) to provide protection against mechanical damage. The subject of research: knitted materials made of para-aramid and high-molecular weight polyethylene yarns for the protection against mechanical damage that are manufactured with the use of flat-knitting equipment of two types (with and without sinkers). The scientific results obtained in the course of the study made it possible to formulate the technological bases for the manufacture of two types of knitted materials made of high-strength yarns with the use of flat-knitting equipment (with and without sinkers) to provide protection against mechanical damage. At the same time: - the influence of peculiarities of the loop-forming process inherent in the knitted material manufactured from two types of high-strength yarns (para-aramid and high-molecular weight polyethylene) with the use of flat-knitting equipment with and without platens was theoretically substantiated; - regression mathematical dependencies describing the effect of knitting density on the characteristics of the shape of the knitted fabric loops in accordance with the selected type of flat-knitting equipment were detected; - the factors affecting the strength loss of high-molecular weight polyethylene and para-aramid yarns before knitting and after their processing with the use of two different types of flat-knitting equipment (with and without sinkers) were identified; - regression mathematical dependencies describing the effect of knitting density on the parameters of the knitted material structure and characteristics of resistance to mechanical damage (rupturing, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife) were established. The practical significance of the obtained results is that: - technological bases for the manufacture of knitted materials made of high molecular weight polyethylene and para-aramid yarns with the use of flat- knitting equipment of two different types (with and without sinkers) were formed; - on the basis of the obtained regression mathematical dependencies, the rational parameters for the manufacture of knitted fabrics resistant to mechanical damage (rupturing, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife) were determined; - an algorithm and corresponding software for designing the parameters of the structure, characteristics of the loop shape and properties that determine the resistance of the manufactured knitted material to mechanical damage in accordance with the selected type of flat-knitting equipment (with or without sinkers) and the type of high-strength threads were created. Some provisions, conclusions and recommendations presented in the thesis research have been practically implemented in the educational process of the Department of Fashion Technology of the Kyiv National University of Technology and Design in particular, in the course of mastering by post-graduate students of the elective educational component ‘Scientific bases for designing and predicting the characteristics of light industry products’ by postgraduate students within 182 "Consumer industry technologies" specialty. The introduction substantiates the relevance of the dissertation topic, formulates the purpose and objectives of the study and identifies the scientific novelty and practical value of the results obtained. The information is provided on the work’s approbation, the applicant’s personal contribution and relevant publications. The connection of the work with scientific programs and topics has been indicated. Chapter 1 provides an overview of the works related to the subject of the dissertation, namely: summarizes the results of research on the processing of high-molecular weight polyethylene and para-aramid threads with the use of appropriate knitting equipment; studies the experience of scientists in the field of researching the factors which affect the resistance of textile materials made of high-strength yarns to mechanical damage (puncturing, piercing, etc.) as well as analyzes approaches to the geometric modelling of the structure of knitted fabrics and factors influencing the shape of the loop of such materials. On the basis of the analysis of scientific and technical literature, the direction and key tasks of the study were determined. Chapter 2 focuses on materials’ characteristics, features of technological equipment and research methods used in the work; planning experimental studies to determine the effect of the type of flat-knitting equipment, the type of high-strength threads and knitting density on the parameters of the shape of the loops inherent in the knitted fabric, the parameters of its structure and the properties that determine the resistance to mechanical damage (rupturing, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife). Chapter 3 is devoted to theoretical and experimental studies of the influence of the peculiarities of the loop-forming process conducted with the use of flat- knitting equipment (with and without sinkers) on the shape of knitted fabric loops, depending on the type of high-strength yarns. The behavior of polyethylene and para-aramid threads in their interaction with the working bodies of the flat-knitting equipment of two types (with and without sinkers) was theoretically substantiated. The factors that affect the change in a loop shape with the increase in stitch camming when manufacturing knitting materials made of two types of high-strength yarns were experimentally established. By means of the implementation of an active experiment, regression mathematical dependencies describing the influence of the aforesaid factors on changing the properties of a loop shape have been obtained. Chapter 4 is devoted to the determination of factors affecting the strength loss of high-molecular weight polyethylene and para-aramid threads before knitting and after their processing into knitted material with the use of flat-knitting equipment of two types (with and without sinkers); establishing through the implementation of an active experiment of mathematical dependencies that describe the effect of knitting density on the parameters of the knitted material structure and the characteristics of its resistance to mechanical damage (rupturing, piercing with a rod, pressing through with a ball or cutting with a circular knife) in accordance with the selected type of flat-knitting equipment (with or without platens) and the type of high-strength yarns (high-molecular weight polyethylene or para-aramid ones). Chapter 5 describes the algorithm and features of the manufacturing process developed on the basis of the established regression mathematical dependencies of a computer program for calculating the characteristics of the loop shape, parameters of the structure and properties of the knitted material, as well as the search for rational configurations for the manufacture of knitted fabrics in accordance with the stated parameters of its structure and indicators of resistance to mechanical damage. The main provisions and results of the dissertation research are reflected in 19 scientific papers, including: 9 articles in scientific professional publications of Ukraine of the ‘B’ category, 1 article in the publication included in the international scientometric Scopus database; 1 in the collection of materials of an international conference and 8 abstracts. The scientific publications meet the requirements of clauses 8-9 of the ‘Procedure for awarding the Doctor of Philosophy degree and canceling the decision of a one-time specialized academic council of a higher education institution, scientific institution on awarding the degree of Doctor of Philosophy’, approved by the Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine No. 44 of 12 January 2022.