Технические науки/ 9.Автоматизированные системы

управления на производстве

Жаппарова А.К., докторант

Герасимович Т.П., к.т.н., профессор

Кудабаева А.К., к.т.н

Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати

Влияние материалов на эргономические свойства детской одежды

В Республике Казахстан школьная форма является обязательным видом одежды. При этом выбор ассортимента одежды и материалов остается правом администрации и родительского комитета конкретной школы. Таким образом, можно сказать, что школьная форма является разновидностью корпоративной одежды и должна соответствовать не только эстетическим и эргономическим требованиям, обусловленным ее назначением, но и отражать символику и корпоративный стиль данного учебного заведения.

Проблеме оптимизации школьной формы с учетом комплекса требований, предъявляемых к ней, посвящены труды ряда казахстанских и российских ученых [1-4]. Школьная форма для детей младшего школьного возраста имеет свою специфику и является сложным объектом проектирования. Особое значение придается ее эргономичности. Дети младшего школьного возраста отличаются большой подвижностью, вследствие чего школьная форма в течение 6-7 часов как объект эксплуатации испытывает значительные и разнообразные нагрузки и воздействия.

Анализ исследований, проведенных в этой области показал, что для обеспечения комфортности наиболее значимы деформационные свойства материалов, позволяющие ребёнку достаточно легко двигаться [5]. Доказано, что антропометрическое соответствие частей и элементов одежды в динамике зависит от её конструкции, деформационных свойств материалов и величины прибавок на свободное облегание. Прибавки на свободное облегание, которые во многом определяют гигиеничность и эргономичность одежды, также зависят от деформационных свойств материалов пакета. Например, хотя джинсы и являются повседневной одеждой, но при применении плотно облегающих брюк возникают затруднения, когда нужно осуществить такие движения, как приседание, наклоны, хождение по лестнице и т.п.

Эргономические исследования, проведенные в школах города Тараза, позволили определить типовые движения и позы, характерные для детей младшего школьного возраста. Установлено, что при выполнении движений в материалах пакета школьной формы чаще всего возникают деформации растяжения, сдвига и изгиба. При этом в разных частях одежды интенсивность и направление этих деформаций разные.

Для исследований деформаций при нагрузках близких к эксплуатационным, в настоящее время используются приборы системы KAWABATA (KES-FB) или FAST. При помощи данной системы можно определить не только свойства при нагрузке материала, но также и его поведение при релаксации.

Цель данного исследования – выполнить анализ особенностей деформации костюмных тканей, используемых в школьной форме, применяя разные методы с учетом реальной деформации тканей в одежде.

Для эксперимента были выбраны семь образцов ткани, имеющих различный волокнистый состав и переплетение, т.е. структуру (таблица 1).

Таблица 1. Основные характеристики исследуемых тканей

Обозначение ткани	Поверхностная плотность g/м^2,	Сырьевой состав	Толщина, mm	Переплетение	Плотность P, cm^-1
					Основа	Уток
K1	251	100% PES^*	0,64	2/2 саржевое	36	31
K2	195	100% PES	0,47	полотняное	26	22
K3	387	100% PES	0,92	Производное саржевое	81	30
H4	171	100% wool	0,32	2/2 саржевое	37	31
H5	195	100% wool	0,48	2/2 саржевое	42	35
H6	179	100% wool	0,29	полотняное	35	32
H7	187	50% cotton 50% flex	0,34	2/1 саржевое	27	24

^* Полиэфирное волокно

Образцы были разделены на две группы: в первую группу входили полиэфирные ткани K1, K2 и K3, используемые в Казахстане для изготовления школьной формы; во вторую группу входили ткани, полученные на швейных фабриках Литвы и используемые для изготовления мужских костюмов. Вторая группа тканей была дополнительной и служила для сравнения.

Масса 1м² ткани определялась путём взвешивания образца размером 10x10см в пересчёте на 1м². Для этого применялись электронные весы. Толщина тканей определена при помощи толщиномера Textil - Dickenmesser DPT 60 digital, при силы сжатия 1,0кРа. Для определения деформационных свойств исследуемых тканей использовались как стандартные так и оригинальные методы. При этом ткани подвергались как максимальной деформации, так и деформации до определенной нагрузки. Для каждого эксперимента использовалось от трёх до пяти образцов и подсчитывалось среднее арифметическое полученного результата. Коэффициент вариации колеблется от 2,4 до 7,1%.

Для растяжения тканей до разрыва использовалась разрывная машина Tinius Olsen HT10. Испытания проводились согласно стандарту ISO 13934-1:1999. Размер образцов составил 5x100cm. Растяжение образцов проводилось при скорости движения верхнего зажима 100 mm/s. Во время эксперимента были установлены максимальная прочность ткани F_max, прочность при разрыве F_tr,, удлинение при максимальной прочности l_max и при разрыве l_tr. Эти характеристики были определены из диаграмм растяжения. Как видно из представленных кривых, некоторые материалы разрывались сразу и для них F_max=F_tr и l_max= l_tr. Часть материалов разрывались постепенно, поэтому в этом случае F_max>F_tr и l_max<l_tr.

Следующий комплекс исследований проводился во Франции в лаборатории Physique et Mécanique Textiles LPMT EAC 7189 CNRS-UHA университета Haute Alsace. При этом использовались современные европейские компьютерные технологии, приборы и методики системы KAWABATA (KES-FB). Образцы костюмных тканей были исследованы на растяжение, сдвиг, жесткость на изгиб, трение, шероховатость и сжатие. Для опытов по растяжению, сдвигу, жесткости, трению и шероховатости были использованы образцы, выкроенные по основе и утку.

Для оценки подвижности структуры ткани был использован также прибор KES-FB1. Сопротивление сдвигу ткани определено путём изменения угла между её основой и утком. Сдвигу подвергался образец величиной 5x20cm. Сдвиг производился до 8⁰ в обе стороны образца. Полученные результаты были представлены на экране компьютера в виде гистерезы сдвига, а также сопротивление сдвигу G.

Жесткость на изгиб материалов производилось при помощи прибора KES-FB2. Сопротивление изгибу материалов было определено величиной характеристики В_к, а их релаксационные свойства характеристикой 2НВ. При этом, изгибание материалов было произведено в обе стороны: в изнаночную и лицевую, поэтому, были получены две характеристики В_к, условно обозначены знаком (+) и (-). Результаты исследования жёсткости на изгиб В_F материалов, полученные по методике FAST, представлены на рисунке 1. Эксперимент показал, что характеристика В_F для исследуемых материалов колеблется в пределах 2.9-49.6 mNm. Опираясь на величину характеристики В_F, создатели системы FAST рекомендуют шерстяные ткани делить на три группы:

-мягкие, если B_F<5mNm,

-средней жесткости, если 5mNm ≤B_F≤14mNm,

-жесткие, если B_F >14mNm.

Результаты показали, что по показателю жесткости по двум основным направлениям (основе и утку), исследуемые ткани попадают в одну из трёх групп. Материал Н5 можно характеризовать как мягкий, а ткани K2 и H4 как материалы средней жесткости. Остальные материалы можно характеризовать как средне жесткие только по одному направлению, при этом жесткость другого направления попадает в иную группу жесткости. Например, материал H6 по основе является средней жесткости, а по утку - мягкий. Материалы K1 и K3 жесткие по основе и средней жесткости по утку.

Самый высокий результат жесткости был установлен для ткани M7 по направлению утка, что обусловлено наличием волокон льна. Более высокая плотность по направлению основы, а также, повышенная толщина материалов K1 и K3 повышает их сопротивление к изгибанию.

Рис 1. Показатель жёсткости на изгиб В_F (а) и модуль изгиба q (б) материалов, полученные по методике FAST

Результаты этой работы показали некоторые отклонения от этого правила. Жесткость на изгиб в диагональном направлении ткани K3 на 37.2% выше, чем в направлении утка, а у ткани H7 превышает 2,6 чем в направлении основы. Такие результаты можно объяснить большой разницей характеристики В_F этих тканей по основе и утку.

Установлено, что для большинства исследуемых материалов модуль изгиба q превышает 100 N/m, и только для самого мягкого материала H5 он ниже по всем трём направлениям (основы, утка и по 45⁰). Характеристика q для материала H7 по направлению утка из-за большой величины не показана на рисунке 5. Она достигает 1751,3 N/m².

Эксперимент по исследованию жесткости на изгиб (B_K), показал, что пределы разброса результатов довольно велики и колеблются от 0,082 до 0,84 Nm²/m10^-4. Можно также заметить, что результаты исследования жесткости на изгиб для первой группы тканей (K1, K2, K3) намного выше, чем для второй группы, за исключением материала M7 по направлению утка. Это указывает на то, что даже во время небольших деформаций сопротивление изгибу этого материала довольно высокое.

Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили, что для обеспечения комфортности и эргономичности школьной формы наиболее значимы деформационные свойства материалов. Проведенные исследования позволили выполнить градацию материалов, используемых для изготовления школьной формы для детей младшего школьного возраста по деформационным свойствам, определяющим ее эргономичность с целью разработки рекомендаций по проектированию изделий и оптимизации прибавок на свободное облегание.

Литература:

1. Асанова А. Е. Разработка технологии проектирования детской одежды на основе антропометрических обследований детских фигур в Казахстане: автореф…. кандидат технических наук.-Алматы.,-2005

2. Куатбекова Л.К. Совершенствование методов проектирования промышленной коллекции с учетом потребительского спроса населения и новизны моделей: автореф. … канд. техн. наук. - М., 1988. - 28 с.

3. Мациевская, Ю. А. Разработка метода эргономического проектирования школьной одежды [Текст] : автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук :05.19.04 / Ю. А. Мациевская. - М., 2007. - 23 с. : ил. - Библиогр.: с. 22-23.

4. Бескоровайная Г.П. Проектирование детской одежды Текст.: учеб. пособие для студ. высш. учеб. завед./ Бескоровайная Г.П., Куренова СВ. - М.: Академия, 2002.- 96 с.

5. Bahadir Ünal, Z., Yildiz, E. Z. and Özdil, N., 2011, “A Study on Analysis and Improvement of Trouser Fabrics used for Primary Scholl Uniforms”, Tekstil ve Konfeksiyon, (3), pp: 244-248.