В пятой главе разработана технология локальной влажно-теплогидрофо-бизирующей обработки (ВТГО) швейного изделия.

Гидрофобизирующая обработка в процессе ВТО швейного изделия на выбранных участках (узлов, деталей и швов) предназначена взамен использования дополнительных слоев материала для дифференцированного повышения водозащитных свойств в тех местах, которые либо испытывают максимальное воздействие воды, либо имеют низкую сопротивляемость ее проникновению. В обрабатываемый пакет узла изделия при ВТО необходимо внести строго дозированное количество гидрофобизирующего раствора и одновременно нагреть его по всему объему до определенной температуры, деформировать на заданную величину, высушить, подвергнуть термообработке для фиксации гидрофобизатора в структуре пакета швейного изделия и охладить, и все это следует осуществить при минимальных затратах энергии и времени.

Выполнен анализ условий концентрации процессов ВТО и гидрофобизации швейных изделий. В работе экспериментально исследованы двенадцать вариантов схемы организации концентрированной операции ВТГО, включающие различные количества стадий операции и способы доставки растворов в обрабатываемый пакет швейного изделия, оценку возможности и эффективности контактного воздействия, изменение продолжительности термовоздействия в зависимости от применяемых гидрофобизирующих растворов и особенностей рекомендуемых режимов их использования. Применены гидрофобизирующие растворы на основе аламина С, плювиона ПЕГ, персистоля Е, препарата ГКЖ-94.

ВТГО швейного изделия обеспечивает локальную комбинированную герметизацию за счет объемной гидрофобизации участка поверхности изделия, в т. ч. соединенного строчкой пакета ткани. При сохранении количества стадий ВТО эффективны паровой или прессовой способы осуществления операции. Герметизация швов при контактном подводе тепла при более высокой температуре возможна при сохранении высокого качества обработки и одновременном сокращении продолжительности теплового воздействия.

Применение паровой рабочей среды в качестве теплоносителя и пластификатора, а кроме того, интенсификатора абсорбции водного раствора гидрофобизатора материалом создает условия при ВТО для необходимого распределения вещества в пакете.

При локальной обработке участков деталей швейного изделия распределительные отверстия должны располагаться равномерно в греющей поверхности оборудования. При герметизации швов максимальное количество вещества должно быть нанесено по линии разрушения материала иглой. Эксперименты показали, что сосредоточение основной массы потока гидрофобизирующего раствора

непосредственно на линии шва (F(10, 9) = 3,04; F = 2,97) гарантирует доставку химического вещества ко всем элементам структуры ниточного соединения. Ширина зоны герметизации зависит от расхода гидрофобизирующего раствора и в исследованиях при W = 0,025·10?? м?/м была равна 4-5 см.

Количество гидрофобизатора в пакете в целом увеличивается с уменьшением скорости первой стадии герметизирующей обработки и повышением расхода раствора, что способствует росту водоупорности (табл. 1). В результате изменяется и соотношение в распределении вещества по слоям пакета. При варьировании интенсивности потока за счет изменения расхода раствора распределение гидрофобизатора по толщине пакета остается практически постоянным. Повышение толщины пакета и толщины швов не требует при этом уменьшения скорости подачи гидрофобизирующего раствора.

Таблица 1

Влияние плотности потока парогидрофобизирующей смеси на качество ВТГО

W х10-3, м?/м Относительное увеличение массы пакета после обработки, %

Водоупорность пакета толщиной 1,61·10-3 м, кПа

Скорость пароутюжильной обработки, м/с

0,040 0,020 0,013 0,010 0,008

0,015 4,13 4,69 4,98 5,13 5,48

4,402 4,613 4,658 4,903 4,943

0,020 6,15 6,35 7,20 7,58 8,19

4,581 4,758 4,867 4,951 5,178

0,025 6,76 6,91 7,34 8,51 9,67

4,879 4,982 5,100 5,181 5,243

Примечание: водоупорность ткани – 4,660 кПа.

Интенсивность потока парогидрофобизирующей смеси при ВТГО различных участков одежды должна выбираться дифференцированно в зависимости от начальной герметичности швов и ткани, а также от расположения в изделии и условий их деформирования при эксплуатации.

На второй стадии концентрированной операции происходит сушка.

Продолжительность сушки зависит от толщины пакета, его гигротермического состояния и условий подвода тепла. При контактной сушке передача тепла наиболее эффективна. Расчеты продолжительности сушки сведены к решению основного уравнения теплопроводности для однородного стержня конечной длины, боковая поверхность которого теплоизолирована, и выполнены для случая прогрева в аналогичных условиях воздушно-сухого материала: к пакету ткани, имеющему в начальный момент времени сушки температуру Т0 – температуру парогидрофобизирующей смеси после первой стадии обработки, прижимают поверхность, нагретую до температуры Т1. Сделано допущение, что нижняя подушка непроницаема для теплового потока. Требуется определить продолжительность времени ?, в течение которого пакет ткани известной толщины l прогреется до температуры Т2 (Т0 < Т2 < Т1), при которой полностью удаляется адсорбционно-связанная влага (для хлопка Т2 = 96-108 ?С, для остальных волокон Т2 = 83-108?С).

Основное уравнение теплопроводности для однородного стержня без тепловых источников является однородным и линейным:

при начальных условиях

и краевых условиях

где - температура пакета ткани.

Чтобы решить эту задачу, применен метод разделения переменных и суперпозиции частных решений Фурье. Семейство частных решений

будет иметь вид:

где a - коэффициент температуропроводности ткани; Аk и Bk , ?k – подлежат дальнейшему определению.

С учетом начальных и граничных условий (8) окончательное решение задачи может быть записано в виде:

Для нахождения продолжительности прогрева пакета ткани до температуры T2 получили приближенную формулу

?????????

?????????

,В расчетах продолжительности сушки по формуле (9) принято значение коэффициента температуропроводности 5·10-8 м?/с.

Проверка возможности использования полученной формулы (9) для практических инженерных расчетов осуществлена путем проведения экспериментальных исследований. Для этого получены зависимости изменений температуры по слоям пакета материалов и влагосодержания пакетов в процессе сушки при температурах греющей поверхности 150-190 ?С с шагом 10 ?С. На основе использования приближенного уравнения кривой сушки в периоде падающей скорости в практических расчетах общая длительность контактного теплового воздействия определена по формуле

где K – коэффициент сушки, с-1; N – скорость сушки в первом периоде, с-1; ? – относительный коэффициент сушки; W0 и Wр – начальное и равновесное влагосодержание материала, кг/кг.

Сравнение полученных различными методами значений продолжительности стадии сушки пакетов материалов разной толщины при изменении температуры греющей поверхности свидетельствует о достаточной точности расчетного метода в сопоставлении с экспериментальным (расхождение составляет ± 0,3… 6,4 с; r(x,y) = 0,8939 > r(18; 0,995) = 0,5614).

Получены физические модели и их адекватное математическое описание методом ротатабельного планирования второго порядка для управления процессом формирования водозащитных свойств в ходе герметизирующей обработки аламином С, ГКЖ-94, персистолем Е, плювионом ПЕГ. В качестве критериев оптимизации служили водоупорность и время промокания в динамических условиях. На основе решения компромиссных задач установлены рациональные значения независимых факторов для обработки узлов водозащитных швейных изделий (табл. 2).