Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ТЕХНОЛОГИЯ
ТЕКСТИЛЬНОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
РЕЦЕНЗИРУЕМЫЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
ОСНОВАН В ДЕКАБРЕ 1957 ГОДА, ВЫХОДИТ 6 РАЗ В ГОД
№ 4 (412)
2024
Журнал включен в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий,
выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные
научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора и кандидата наук»
Журнал представлен в Научной
электронной библиотеке (НЭБ)
и имеет импакт-фактор РИНЦ
Журнал включен в Международные
базы данных: SCOPUS и CAS(pt),
индексирующие научные издания
Электронный вариант
журнала размещен на сайте
http://ttp.ivgpu.com
Издание Ивановского государственного политехнического университета
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
Главный редактор
Заместитель главного редактора
Е.Н. НИКИФОРОВА (д.т.н., и.о. ректора),
Н.Л. КОРНИЛОВА (д.т.н., проф.)
Редакционная коллегия (Россия):
М.А. АЛИБЕКОВА (д.искусств., проф.), А.А. БИКБУЛАТОВА (д.т.н., проф.), М.В. БОЛСУНОВСКАЯ (к.т.н.,
проф.), Н.А. ГРУЗИНЦЕВА (д.т.н., проф.), Б.Н. ГУСЕВ (д.т.н., проф.), Т.Р. ДЕБЕРДЕЕВ (д.т.н.,
проф.), Г.П. ЗАРЕЦКАЯ (д.т.н., проф.), Н.Ю. КАЗАКОВА (д.т.н., проф.), Е.Н. КАЛИНИН (д.т.н.,
проф.), А.В. КАРПОВ (к.культ., доц.), А.М. КИСЕЛЕВ (д.т.н., проф.), М.В. КИСЕЛЕВ (д.т.н., проф.),
К.И. КОБРАКОВ (д.т.н., проф.), Ж.Ю. КОЙТОВА (д.т.н., проф.), А.Р. КОРАБЕЛЬНИКОВ (д.т.н.,
проф.), А.В. КОРНИЛОВА (д.искусств., проф.), В.Е. КУЗЬМИЧЕВ (д.т.н., проф.), Н.А. КУЛИДА (д.т.н.,
проф.), А.Г. МАКАРОВ (д.т.н., проф.), О.И. ОДИНЦОВА (д.т.н., проф.), Н.В. ПЕРЕБОРОВА (д.т.н., проф.),
А.Б. ПЕТРУХИН (д.э.н., проф), Т.В. ПОРТНОВА (д.искусств., проф.), Н.П. ПРОРОКОВА (д.т.н., проф.),
К.Э. РАЗУМЕЕВ (д.т.н., проф.), Л.В. РЕДИНА (д.т.н., проф.), П.Н. РУДОВСКИЙ (д.т.н., проф.),
Е.В. РУМЯНЦЕВ (д.х.н., и.о. ректора), В.Е. РУМЯНЦЕВА (д.т.н., проф.), А.В. СИЛАКОВ (д.э.н., проф.),
Г.Г. СОКОВА (д.т.н., проф.), Е.Я. СУРЖЕНКО (д.т.н., проф.), С.А. СЫРБУ (д.х.н., проф.),
М.Н. ТИТОВА (д.э.н., проф.), О.В. ТОЛОЧКО (д.т.н., проф.), А.В. ТРУЕВЦЕВ (д.т.н., проф.),
А.В. ФИРСОВ (д.т.н., проф.), В.В. ХАММАТОВА (д.т.н., проф.), С.Ю. ХАШИРОВА (д.х.н., проф.),
С.В. ХЕЙЛО (д.т.н., проф.), О.Г. ЦИРКИНА (д.т.н., проф.), Ю.С. ШУСТОВ (д.т.н., проф.),
С.С. ЮХИН (д.т.н., проф.)
Международная редакционная коллегия:
ADOLPHE С. DOMINIQUE (д.т.н., Франция), GERŠAK JELKA (д.т.н., Словения), UDVAL LODOI (д.т.н., Монголия),
Е.В. ВАНКЕВИЧ (д.э.н., Беларусь), А.А. КУЗНЕЦОВ (д.т.н., Беларусь), С.В. ЛОМОВ (д.т.н., Бельгия),
Д.Б. РЫКЛИН (д.т.н., Беларусь), C.Ш. ТАШПУЛАТОВ (д.т.н., Узбекистан), Н.Н. ЯСИНСКАЯ (д.т.н., Беларусь)
Р Е ДА КЦ ИО НН ЫЙ С ОВ Е Т
В.С. БЕЛГОРОДСКИЙ (д.с.н., проф.), А.В. ДЕМИДОВ (д.т.н., проф.),
Д.Н. ЧАЙКОВСКИЙ (к.филос.н., проф.)
Ответственный секретарь Е.Н. КАЛИНИН
Адрес редакции: 153000, г. Иваново, Шереметевский пр., 21.
Тел.: 8(4932) 41-75-02
E-mail: [email protected]
http://ttp.ivgpu.ru
Издание зарегистрировано в Министерстве печати РФ. Регистрационный №796.
Сдано в набор 29.07.2024. Подписано в печать 30.08.2024. Формат 60х84 ⅛.
Усл. печ. л. 32,1. Заказ 7080 . Тираж 400 экз.
«Известия вузов. Технология текстильной промышленности»
Издание Ивановского государственного политехнического университета
153000, г. Иваново, Шереметевский пр., 21
E-mail: [email protected]
Издательско-полиграфический комплекс «ПресСто»
153025, г. Иваново, ул. Дзержинского, 39, строение 8
Тел. 8-930-330-26-30
E-mail: [email protected]
© «Известия вузов. Технология текстильной промышленности», 2024
Ministry of Science and Higher Education
of Russian Federation
PROCEEDINGS OF HIGHER EDUCATION INSTITUTIONS
TEXTILE
INDUSTRY
TECHNOLOGY
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti
PEER-REVIEWED SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL
ESTABLISHED IN DECEMBER OF 1957, 6 ISSUES PER YEAR
№ 4 (412)
2024
The journal is included in the «List of the leading peer-reviewed journals and publications
issued in the Russian Federation, in which the major scientific results of dissertations
for the degrees of doctor and candidate of sciences should be published»
The journal is presented
in the Scientific Electronic Library
and has an RSCI impact factor
The journal is included
in the Scopus and CAS(pt)
bibliographic databases
The on-line version
of the journal is available at
http://ttp.ivgpu.com
Published by Ivanovo State Polytechnical University
PROCEEDINGS OF HIGHER EDUCATION INSTITUTIONS. TEXTILE INDUSTRY TECHNOLOGY
№ 4 (412) Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti 2024
EDITORIAL BOARD
E.N. NIKIFOROVA (d.en.s., rector)
N.L. KORNILOVA (d.en.s., prof.)
Chief editor
Deputy of chief editor
Editorial board (Russia):
M.A. ALIBEKOVA (d.arts, prof.) A.A. BIKBULATOVA (d.en.s., prof.), M.V. BOLSUNOVSKAYA (k.en.s., prof.),
N.A. GRUZINTSEVA (k.en.s., prof.), B.N. GUSEV (d.en.s., prof.), T.R. DEBERDEEV (d.en.s., prof.),
G.P. ZARETSKAYA (d.en.s., prof.), N.Yu. KAZAKOVA (d.en.s., prof.), E.N. KALININ (d.en.s.,prof.),
A.V. KARPOV (k.cult., as.prof.), A.M. KISELEV (d.en.s., prof.), M.V. KISELEV (d.en.s., prof.),
K.I. KOBRAKOV (d.en.s., prof.), Zh.Yu. KOYTOVA (d.en.s., prof.), A.R. KORABELNIKOV (d.en.s., prof.),
A.V. KORNILOVA (d.arts, prof.), V.E. KUZMICHEV (d.en.s., prof.), N.A. KULIDA (d.en.s., prof.),
A.G. MAKAROV (d.en.s., prof.), O.I. ODINTSOVA (d.en.s., prof.), N.V. PEREBOROVA (d.en.s., prof.),
A.B. PETRUKHIN (d.ec.s., prof.), T.V. PORTNOVA (d.arts, prof.), N.P. PROROKOVA (d.en.s., prof.),
K.E. RAZUMEEV (d.en.s., prof.), L.V. REDINA (d.en.s., prof.), P.N. RUDOVSKY (d.en.s., prof.),
E.V. RUMYANTSEV (d.ch.s., rector), V.E. RUMYANTSEVA (d.en.s., prof.), A.V. SILAKOV (d.ec.s.,
prof.), G.G. SOKOVA (d.en.s., prof.), E.Ya. SURZHENKO (d.en.s., prof.), S.A. SYRBU (d.ch.s.,
prof.), M.N. TITOVA (d.ec.s., prof.), O.V. TOLOCHKO (d.en.s.,prof.), A.V. TRUEVTSEV (d.en.s., prof.),
A.V. FIRSOV (d.en.s., prof.), V.V. KHAMMATOVA (d.en.s., prof.), S.Yu. KHASHIROVA (d.ch.s., prof.),
S.V. KHEYLO (d.en.s., prof.), O.G.TSIRKINA (d.en.s., prof.), Yu.S. SHUSTOV (d.en.s., prof.),
S.S. YUKHIN (d.en.s., prof.)
International editorial board:
ADOLPHE C. DOMINIQUE (d.en.s., France), GERŠAK JELKA (d.en.s., Sloveniya), UDVAL LODOI (d.en.s., Mongoliya),
E.V. VANKEVICH (d.ec.s., Belarus), A.A. KUZNETSOV (d.en.s., Belarus), S.V. LOMOV (d.en.s., Belgium),
D.B. RYKLIN (d.en.s., Belarus), S.Sh. TASHPULATOV (d.en.s., Uzbekistan), N.N. YASINSKAYA (d.en.s., Belarus)
EDITORIAL COUNCIL
V.S. BELGORODSKY (d.soc.s., prof.), A.V. DEMIDOV (d.en.s., prof.),
D.V. CHAYKOVSKY (c.philos.s., prof.)
Executive secretary E.N. KALININ
Address: 153000, Ivanovo, Sheremetev av., 21.
Tel.: +7(4932) 41-75-02
E-mail: [email protected]
http://ttp.ivgpu.ru
Registered with the Ministry of Printing of Russian Federation. Registration no. 796.
Passed for typesetting on 29.07.2024. Signed for printing on 30.08.2024. Format 60×84 ⅛.
32.1 conventional sheets. Order 7080. Circulation of 400.
«Proceedings of higher education institutions. Textile Industry Technology»
Published by Ivanovo State Polytechnical University
153000, Ivanovo, Sheremetev av., 21
E-mail: [email protected]
Publishing-printing complex «PresSto»
153025, Ivanovo, Dzerzhinskogo, 39, building 8
Теl. 8-930-330-26-30
E-mail: [email protected]
© Proceedings of higher education institutions. Textile Industry Technology, 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 661.97:667
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_5
СВЕРХКРИТИЧЕСКИЙ ДИОКСИД УГЛЕРОДА –
«ЗЕЛЕНЫЙ» РАСТВОРИТЕЛЬ ДЛЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ХИМИИ
SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE –
“GREEN” SOLVENT FOR TEXTILE CHEMISTRY
Т.Ю. КУМЕЕВА, Н.П. ПРОРОКОВА
T.Yu. KUMEEVA, N.P. PROROKOVA
(Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук)
(G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences)
E-mail: [email protected]
Сверхкритический диоксид углерода (СК СО 2) в большой мере привлекает
внимание исследователей, разработчиков технологий и практиков благодаря своим уникальным свойствам: высокой диффузионной подвижности,
низкому поверхностному натяжению и легкости растворения многих практически нерастворимых в воде веществ, эффективному их удалению. Использование СК СО2 позволяет сохранять водные ресурсы, т. к. дает возможность исключить применение воды во многих технологических процессах. В статье обобщены некоторые исследования, опубликованные к настоящему времени, где СК СО2 используется в качестве среды для крашения и
функционализации волокнистых материалов.
Supercritical carbon dioxide (SC CO2) attracts a lot of attention from researchers, technology developers and practitioners due to its unique properties: high diffusion mobility, low surveying and the ease of dissolution of many practically insoluble substances in the water, and efficient removal at the end of the process. The
use of SC CO2 allows you to save water resources, since it makes it possible to eliminate the use of water in many technological processes .The article summarizes some
studies published to date, where SC CO2 is used as a medium for dyeing and functionalization of fibrous materials.
Ключевые слова: сверхкритический СО2, «зеленая» химия, текстильные материалы, крашение, модифицирование, функционализация.
Keywords: supercritical CO2, green chemistry, textile materials, dyeing, modification, functionalization.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
5
Проблема сбережения природных ресурсов и сокращения негативного влияния
деятельности человека на чистоту окружающей среды на планете стоит необычайно
остро. В связи с этим создание и развитие
технологических процессов, проходящих
по замкнутому циклу и предусматривающих использование неагрессивных веществ, является, несомненно, весьма актуальным. Чтобы сохранять чистыми водные
ресурсы планеты, необходимо исключить
или сократить до минимума технологическое использование воды.
Текстильная промышленность является
одним из производственных сегментов, который потребляет огромное количество воды
и энергии. На предварительную обработку,
крашение и различные операции заключительной отделки 1 кг волокна расходуется
от 100 до 150 л воды [1]. Как следствие высокого потребления воды в текстильных
процессах, от 17 до 20% промышленных
сточных вод в мире являются отходами текстильной промышленности, в частности,
процессов крашения и отделки (данные
2020 года) [1]. Традиционные процессы
дают стоки, содержащие большое количество химических соединений, таких как различные поверхностно-активные вещества,
соли, смачиватели, щелочи, пигменты, красители, смолы, микроволокна, фенольные и
галогенсодержащие соединения, формальдегид, тяжелые металлы. При таком обилии
загрязнителей и проблем с очисткой воды
целесообразным становится вопрос замены
существующей технологии на более рациональную для природопользования. Кроме
того, надо отметить, что, при проведении
технологического процесса в водной среде
необходимо проводить удаление воды из
текстильного материала (сушку). Переход к
процессам, не использующим воду, позволит одновременно исключить энергозатратный, дорогостоящий процесс сушки. Поэтому особенно актуальной, в условиях возрастающего дефицита воды на Земле и ужесточения природоохранного законодательства, становится проблема осуществления
отделки и крашения волокнистых материа-
6
лов по экологически чистым, так называемым «зеленым» технологиям [2].
Начиная с 80-х годов прошлого века во
всем мире, особенно в CША, Европе и Восточной Азии, проявляется значительный
интерес ученых и технологов к использованию в качестве среды для осуществления
технологических процессов диоксида углерода, находящегося в сверхкритическом состоянии, или, иначе говоря, сверхкритического диоксида углерода (СК СО2). На 90-е
годы прошлого века приходится активизация исследований с использованием СК СО2
для процессов в текстильной сфере [3].
Сверхкритического состояния вещество
может достигать в замкнутой системе при
температуре и давлении выше критических. Диоксид углерода достигает сверхкритического состояния при достаточно
низких давлении (7,38 МПа) и температуре
(31,1 °С), поэтому после проведения процесса с участием этого растворителя нет
необходимости в его дополнительной
очистке с целью повторного использования, а также в очистке целевого продукта от
СО2 (диоксид углерода переходит в газообразное состояние при снижении давления и
(или) температуры). Особенностью сверхкритической среды является способность
плавно изменять свои свойства (плотность,
вязкость, диэлектрические параметры, растворяющую способность и др.) при изменении давления и (или) температуры. Это
дает дополнительный способ воздействия
на ход проведения химического или физического процесса. Кроме того, физические
свойства СО2 в сверхкритическом состоянии позволяют проводить технологические
процессы по замкнутому циклу [4, 5], а
свойства негорючести, нетоксичности, относительной инертности СО2 известны
даже на бытовом уровне.
СК СО2 позволяет осуществлять:
1) крашение волокон/тканей;
2) обработку загрязненных исходных
текстильных материалов;
3) извлечение примесей из волокон и материалов сверхкритическими флюидами;
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
4) поверхностное модифицирование
текстильных материалов.
Наиболее привлекательно использование
сверхкритического диоксида углерода, обладающего низкой вязкостью и высокой
диффузионной способностью, в процессах
крашения синтетических материалов дисперсными красителями, так как проведение
процесса в СК растворителе не требует дополнительного введения диспергирующих
агентов, поверхностно-активных веществ,
крашение осуществляется в одну стадию и
не требует сушки. Процесс крашения полиэфирных волокнистых материалов подробно проанализирован в работах немецких авторов [6…8]. Крашение производилось на сконструированной ими лабораторной установке высокого давления, состоящей из нагреваемого автоклава емкостью
300 см3 с мешалкой. Параметры максимальной нагрузки: давление 50 МПа и температура 350 С. Давление создается из газового
цилиндра, который нагнетает газ под давлением 4,5 МПа через мембранный компрессор. Использовалась вторичная система для
создания давления ручным шпиндельным
прессом для дозированной подачи жидкости в систему и для регулирования рабочего давления, при необходимости, и в контролируемом автоклаве. Автоклав был снабжен сапфировыми окнами для проведения
спектроскопических измерений. В работе
показано, что уровень выбираемости красителя достигает 98 %, выход красителя в волокно около 20 мкмоль/г материала при
проведении крашения в течение 10 мин при
130 С и 40 мин при 100 С и давлении
30 МПа. Крашение проходило эффективно
при давлениях свыше 18 МПа, с возрастанием давления быстро увеличивался уровень накрашиваемости.
Проведенное сопоставление результатов крашения с применением СК СО2 и в
водной среде продемонстрировало одинаковый выход красителя в волокно. В случае
СК СО2 процесс проводился при давлении
24,13 МПа, температуре 80 C в течение 30
мин. В случае водного крашения с диспергаторами температура составляла 120С,
время крашения 60 мин [9]. Эти параметры
свидетельствуют о том, что процесс, реали-
зуемый в среде СК СО2, является энергетически менее затратным. Исследования проводились с тремя дисперсными азокрасителями, для которых получены одинаковые
прочностные характеристики окрасок. Отмечается, что при давлениях выше
24,13 МПа (для температуры 80 и 100 С)
сорбция красителей волокном имеет область насыщения.
Авторами [10] изучено влияние температуры и плотности СК СО2 на процесс крашения во флюиде в диапазоне температур
85…125 С
и
плотности
флюида
400…500 кг/м3. Установлено, что концентрация насыщения красителя в полиэфире увеличивалась, а коэффициент распределения
уменьшался с ростом температуры, причем
последний имел логарифмическую зависимость от обратной температуры. Увеличение
плотности жидкости приводило к увеличению концентрации насыщения и уменьшению коэффициента распределения. Оптимальная температура и плотность растворителя для сверхкритического процесса позволили достичь той же концентрации красителя
на волокне, что и при окрашивании в
воде. Так же как и в случае водного крашения,
адсорбция красителя на полиэфире протекала
в соответствии с адсорбцией Нернста. Эксперименты показали, что крашение являлось экзотермическим с отрицательным изменением
энтропии. Авторы [10] сделали вывод, что
термодинамические характеристики сверхкритического и водного крашения примерно
одинаковы, с одинаковыми концентрациями
насыщения, термодинамическим сродством,
теплотой и энтропией крашения.
В начальных опытах по крашению было
осуществлено окрашивание полиэфирных
нитей в паковках, а технологические особенности процесса в среде СК позволили подбирать оттенок цвета [6]. Позднее правительством Италии был поддержан проект, целью
которого стало создание пилотной установки, на которой можно было бы осуществлять СК крашение бобин с пряжей [11]. Максимальная производительность опытной
установки составила около 5 кг/ч, а общая
продолжительность процесса крашения
(около 1,5 ч) значительно короче, чем при
традиционном способе (3-4 ч).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
7
В том же аспекте получения окрасок
определенного типа развивался и ряд других
исследований [11, 12]. С помощью СК СО2
проводилось графическое крашение полиэфирной ткани. Графический эффект крашения полиэфирных тканей в СК СО2 достигался за счет различных диффузионных
свойств красителей. Особенностью проведения процесса в данном случае было то, что
сложенную веером вдоль ткань равномерно
обернули тремя слоями хлопчатобумажной
ткани. Массовое соотношение красителей и
ткани составляло 4%. Крашение проводили
в течение 30 минут при температуре
80…140 °С и давлении 18…27 МПа. Авторы показали, что из-за разницы в химической структуре группы красителей и высокой диффузионной подвижности растворителя становится возможным управляемое
растворение красителей. Из-за блокирующего эффекта тканей, препятствующего
окрашиванию, небольшое количество молекул красителя может попасть в динамический пограничный слой места связки, что
приведет к невозможности адсорбции на поверхности волокон. Кроме того, в месте
пучка и организационной структуры волокон образовывались капиллярные каналы.
Соответственно, красители могли переноситься СК CO2 и распространяться в части
участков, препятствующих окрашиванию,
через эти капиллярные каналы. Таким образом, эффект графического окрашивания в
СК CO2 был получен за счет различной скорости переноса и количества красителей.
Наибольшее влияние на окрашивание с
цветным графическим эффектом оказало соотношение смешивания красителей. Эффект
от окрашивания таким способом дисперсными красителями усиливался с увеличением доли компаунда. Количество дисперсных красителей, диффундировавших к месту связки, постоянно увеличивалось с увеличением температуры и давления.
Среда СК СО2 позволяет успешно производить окрашивание полиэфирной ткани
натуральными красителями, в частности
куркумином, без использования дополнительных реагентов и предварительной обработки основы [13, 14]. Согласно экспери-
8
ментальным результатам на качество окрашивания куркумином значительно влияют
давление в системе и температура крашения.
Оптимальные условия крашения: 120 °С,
давление 25 МПа и продолжительность крашения 1 час [13]. Результаты показали [15],
что интенсивность цвета увеличивается с
увеличением концентрации красителя, а
более высокая интенсивность цвета (значение K/S выше 17) может быть достигнута
при использовании низкой концентрации
куркумина (около 0,75 весовых процентов).
Кроме того, окрашенные ткани проявляли
желаемую антимикробную, антиоксидантную и УФ-защитную активность при приемлемой стойкости окраски к стирке и истиранию. Это исследование позволяет поновому взглянуть на устойчивое производство цветных и биоактивных полиэфирных
тканей с использованием куркумина с помощью ресурсосберегающей и экологически чистой техники окрашивания в СК CO2.
При применении флюидных технологий
возможно изготовление фотохромного
«smart» текстиля. Результаты работы [16]
показали, что ткани из полиэфира, окрашенные в среде СК CO2 с использованием
коммерческих фотохромных красителей на
основе спирооксазина, проявляют свойства
обратимого изменения цвета при воздействии и удалении УФ-излучения. Это хорошая альтернатива традиционным процессам крашения не только из-за экономических преимуществ, но и из-за экологического выигрыша (отказа от использования
воды, органических растворителей, текстильных вспомогательных веществ). Способ требует небольшого количества красителя и короткого времени окрашивания
(1 час при температуре 120 °С и давлении
25 МПа). Авторы отмечают, что необходима доработка способа для повышения
долговечности окраски.
Для улучшения результатов крашения в
некоторых случаях целесообразно использовать добавки сорастворителей к флюиду.
В качестве сорастворителей используют алифатические спирты, ацетон, толуол 17…19.
Авторы указанных исследований полагают,
что введение полярных сорастворителей в
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
среду неполярного диоксида углерода способствует повышению растворимости красителей и обеспечивает пластификацию волокнообразующего полимера. Например, модифицирование среды СК растворителя добавками малых количеств ацетона приводит к
возрастанию скорости сорбции красителя в
2…5 раз [20].
Детально влияние добавки этанола на
результаты крашения пряжи из полиэтилентефталата исследовано в работе [21]. Экспериментально измерены в различных рабочих условиях равновесное поглощение и
коэффициенты распределения трех азокрасителей между полимером и жидкой фазой.
Установлено, что присутствие модификатора повышает концентрацию красителя в
пряже и растворимость красителя в сверхкритической фазе, что позволяет получать
хорошие результаты при крашении в условиях с низкими параметрами.
Благодаря развитию исследований процессов крашения в СК СО2 удалось осуществить окрашивание химически инертного
полипропилена (ПП). ПП имеет достаточно
низкую себестоимость, легко перерабатывается, обладает популярностью во многих
сферах применения. Но использование ПП
очень сильно ограничено его плохой способностью к окрашиванию.
Авторы [22] провели крашение ПП
ткани одностадийным методом, используя
гидразонпропаннитриловые дисперсные красители как в водной, так и в СК СО2 среде.
Крашение проводили без какой-либо модификации ткани и сравнивали результаты.
Изучено влияние на них параметров крашения (концентрация красителя, температура,
время и давление). Для обеих красящих
сред измеряли поглощение красителя, выраженное как интенсивность цвета (K/S).
Показано, что интенсивность цвета окрашенных полипропиленовых волокон в СК
CO2 была значительно выше, чем в воде.
Устойчивость к стирке, трению, свету и
сублимации окраски образцов, окрашенных в обеих средах, показала очень хорошие результаты. Результаты ATR-FTIR
анализа образцов, окрашенных в воде и СК
CO2, хорошо согласуются со структурой
используемого красителя.
Для облегчения крашения ПП волокно
зачастую производят с добавкой из полиэфира (ПЭ), который окрашивается дисперсным красителем и традиционным методом, и с использованием СК CO2 технологий. В исследовании [23] обработке подвергались композитные волокна из ПЭ с
оболочкой из сополимера ПП. Сначала проводилась высокотемпературная обработка
при 150 °С в течение 1 часа, затем окрашивание тремя типами дисперсных красителей в среде СК CO2 при различных температурах и давлениях. Исследование методом СЭМ поперечного сечения волокна,
окрашенного в СК условиях, показало повышение упорядоченности распределения
ПЭ в сердцевине волокна в результате термического воздействия при отжиге. Выход
красителя в волокно определялся экстракцией. Количество его варьировалось в зависимости от химической природы волокна,
температуры и давления при крашении.
Выявлено, что так же, как и при крашении
ПЭ, рост давления оказывает более значительное влияние на выбираемость красителя по сравнению с ростом температуры.
Крашение становится эффективным при
температуре 100…120 °С и давлении, превышающем 50 МПа [23].
Иной подход к модифицированию ПП
для последующего крашения в среде СК
СО2 демонстрируется авторами [24]. В исследовании использовалось введение в полипропилен перед прядением сверхразветвленного полимера. Это заметно улучшило
окрашиваемость полипропилена с помощью
красителя C.I. Дисперсного синего 56. Краситель проявлял в этом случае большую
субстантивность по отношению к модифицированному ПП, чем к его немодифицированному аналогу. Повышение выхода красителя в волокно в данном случае объяснялось приобретением полярных групп, обеспечиваемых модифицированным сверхразветвленным полимером. Поглощение красителя модифицированным волокном достигало максимума при 110 °C. Это позволило предположить, что произошло «насыщение» введенными полярными группами.
Авторы отмечают, что добавка 3% сверхразветвленного ПП повышает устойчивость
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
9
окраски к стирке при 60 °С, а стойкость к
свету остается неудовлетворительной. На
физические свойства волокна данное модифицирование ПП влияния не оказывает.
Чтобы сделать результаты СК крашения
применимыми в промышленных условиях,
кроме модифицирования текстильного субстрата (ПП), необходимо синтезировать новые красители разных цветов и оттенков,
которые будут эффективными при крашении в среде СК СО2. Специально для использования в СК СО 2 синтезированы восемь производных красителя 3-(3-хлорфенил)-1-фенил-4-(диазенилпроиз-водные)1Н-пиразол-5-амина [25].
В работе [25] описано крашение ПП в
широком диапазоне условий (температура
крашения 100…120 С, время крашения 12 ч, концентрация красителя 2…4% массы
ткани, давление 15…25 МПа). Отмечено
значительное улучшение устойчивости
окраски к стирке и трению. Рамановская
спектроскопия убедительно показала, что
краситель абсорбировался всеми слоями
полипропилена.
Сверхвысокомолекулярный полиэтилен
(СВМПЭ), так же как и полипропилен, относится к полиолефиновым волокнам и
сложно поддается крашению. Авторы [26],
чтобы осуществить этот процесс, использовали СК СО2 . Были выбраны 5 гидрозонопропаннитриловых красителей, обладающих
антибактериальными свойствами, которые
позволили бы одновременно функционализировать текстильный материал. Накрашиваемость ткани из СВМПЭ в этом эксперименте оценивали путем измерения цвета.
Крашение проводили при давлении 20 МПа
и температуре 120 °С. Увеличение времени
обработки и концентрации красителя позволило повысить выход красителя в волокно. Добавление в красильную среду сорастворителя декалина способствовало повышению накрашиваемости текстильного
материала. В то же время декалин, присутствующий при СК крашении, привел к снижению кристалличности волокон СВМПЭ,
что повлекло за собой уменьшение прочности на разрыв.
10
Рядом исследователей опубликованы
результаты крашения в СК среде полиамидов, трудно поддающихся крашению: нейлона 6 [27, 28], нейлона 66 [29] и арамидов
[30]. Практически все работы проводились
с красителями, специально синтезированными для условий крашения из СК флюида.
Ряд исследований направлен на изучение
влияния добавок-сорастворителей, облегчающих введение красителя в волокно, на
процесс крашения. Проведение работ по
синтезу оправдано возможностью реализации ресурсосберегающего крашения, проходящего по замкнутому циклу без потребления воды.
В работе [27] описан синтез нового дисперсного азокрасителя из 3-цианоацетилиндола для тканей из полиэфира и нейлона 6.
Показано влияние условий процесса крашения, таких как концентрация красителя,
давление, температура и время крашения,
на интенсивность окраски ткани. Определены интенсивность и положение цвета в
координатах CIELAB [27]. Авторы отмечают, что окраска имеет прекрасные характеристики по устойчивости.
В исследовании [28] специально синтезирована серия новых красителей 3-(3хлорфенил)-1-фенил-4-(диазенилпроизводные)-1H-пиразол-5-амина для использования со сверхкритическим диоксидом углерода. С их помощью провели крашение тканей из полиэстера и нейлона 6 в СК СО2 и
водных средах. Оценка поглощения цвета,
выраженная через интенсивность цвета
(K/S), показала, что результаты крашения
тканей из полиэстера и нейлона 6 в СК СО2
значительно лучше, чем при использовании
водного способа. Оценка прочности окрасок
тканей показала отличные результаты. Рамановской спектроскопией убедительно показано, что краситель поглощается всеми
слоями ткани. Применение предлагаемых
красителей позволит избежать использования воды и всех дорогостоящих обработок,
осуществляемых по водным технологиям.
Авторами работы [29] из коммерчески
недорогих исходных материалов синтезированы азокрасители на основе тиазола (6A
и 6B) и производных антрахиноновых кра-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
сителей (6C, 6D и 6E). Чтобы изучить возможность расширения масштабов крашения сверхкритическим диоксидом углерода
до производственного уровня, были проведены эксперименты по крашению тканей из
нейлона 66. Все пять красителей (6А-6Е)
обеспечивали получение хорошей интенсивности цвета. Два красителя (6А и 6С)
продемонстрировали особенно высокую
фиксацию на волокне. Для всех красителей
(6A-6E) получены отличные результаты
стойкости к стирке и поту (степень выцветания и окрашивания 4–5). Эти результаты
позволяют надеяться, что незначительные
вложения в процесс синтеза нужных красителей сделают возможным осуществление
процесса крашения тканей из нейлона 6,6 в
экологически чистой и энергоэффективной
сверхкритической среде углекислого газа.
Оригинальный подход к крашению
метаарамидной ткани предложен авторами
работы [30], в которой в качестве модификаторов СК среды для обеспечения внедрения
красителя в волокно использованы диметилтерефталат, этиловый спирт и CINDYE DNK.
В исследовании применялись красители
Disperse Blue Black 79, Disperse Rubine H-2GL
и Disperse Yellow EC-3G. Роль носителей в
сверхкритическом диоксиде углерода аналогична роли полярных сорастворителей
как агентов, влияющих на полярность растворителя. Влияние различных носителей
на окрашиваемость метаарамидной ткани
оценивали путем измерения интенсивности
цвета образцов. Крашение проводили при
различных температурах, давлении, времени, концентрации красителей, концентрации носителей и потоках углекислого
газа. Результаты показали, что носители,
добавленные в сверхкритический диоксид
углерода, благотворно влияют на диффузию молекул дисперсных красителей в
аморфную область метаарамидного волокна, тем самым улучшая его окрашиваемость. Сравнение эффективности трех носителей показало, что значения K/S образцов метаарамида, окрашенных в присутствии этилового спирта, выше, чем образцов, окрашенных с диметилтерефталатом, а
максимальные значения K/S наблюдались
при добавлении CINDYE DNK.
CINDYE DNK представляет собой ароматическое амидное соединение, имеющее
структуру, аналогичную метаарамиду.
CINDYE DNK демонстрирует лучшее сродство к сегменту макромолекулярной цепи
метаарамида по сравнению с двумя другими носителями. Как показано в [31], в СК
СО2 молекулы-носители диффундируют в
метаарамидное волокно и взаимодействуют с макромолекулами волокна, благодаря
силам Ван-дер-Ваальса и водородным связям превращая связи «волокно-волокно» в
связи «волокно-носитель». Таким образом,
интенсивность взаимодействия между макромолекулами волокна уменьшается, а подвижность сегментов цепи макромолекулы
волокна увеличивается. Соответственно, увеличивается скорость диффузии и количество поглощенных дисперсных красителей.
В процессе крашения молекулы красителя
постепенно проходят через диффузионный
пограничный слой, диффундируют и поглощаются поверхностью метаарамидного
волокна под действием сил притяжения
между молекулами. Затем происходит диффузия красителя в волокно. Окрашенные
таким способом метаарамидные ткани обладают хорошей стойкостью окраски к
стирке, истиранию и свету (оценка 4–5).
Использование СК СО2 позволило улучшить качество печатных рисунков на метаарамидной ткани. Получены фиолетовый и
желтый оттенок при использовании печатной пасты на основе 40% натрийкарбоксиметилцеллюлозы и 60% гуаровой камеди.
У образцов, напечатанных по СК технологии, устойчивость цвета к стирке и истиранию выше по сравнению с образцами, напечатанными по водной технологии [32].
Кроме того, образцы продемонстрировали
двухфотонную флуоресценцию: излучение
равномерно распределялось по всей поверхности ткани, что позволит использовать печатный метаарамид с печатным рисунком в
качестве сигнальной ткани.
При разработке безводных способов
крашения изучены возможности крашения
в среде СК СО2 гидрофильного хлопкового
волокна. Для хлопка применены модификаторы, придающие ему гидрофобные свойства. На основе использования бензоилхло-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
11
рида проведена реакция ковалентного связывания реакционноспособных групп волокна с арильными остатками [33]. Более
простым в использовании является бензоилтиогликолат натрия (БТГ), воднорастворимый агент бензолации [34]. При его применении достигались удовлетворительные
показатели крашения. Введение красителя
в хлопковое волокно в среде гидрофобного
растворителя помогает обеспечить предварительная обработка субстрата полиэтиленгликолем (ПЭГ) [35], т. к. ПЭГ является
пластификатором целлюлозы. Показатели
стирки и светостойкости при обработке с
ПЭГ достигали нужного уровня.
Исследования по крашению хлопковых
волокон начаты в 90-е годы ХХ века. На их
основании стало понятно, что достичь
устойчивых окрасок, используя путь модифицирования хлопкового волокна, весьма
проблематично. Решить эту проблему можно
путем синтеза новых красителей для СК
СО2 среды.
Установлено, что лучшими красителями
для хлопка являются фтортриазины. Их
взаимодействие с хлопком улучшается при
добавлении в реакционную среду небольших количеств кислот. Авторы [36] синтезировали несколько неполярных реактивных красителей с фтортриазином в качестве реакционной группы. Проведено крашение хлопка этими красителями при различных концентрациях в небольшом реакторе периодического действия. Во всех условиях крашения получена равномерная окраска образцов без повреждения волокна.
Достигнута 100% фиксация красителя и
значения интенсивности окраски (K/S) до
30 единиц.
Термодинамические параметры крашения, такие как энтальпия и энтропия активации, чрезвычайно важны для понимания
и проведения процесса крашения. Поэтому
были определены кинетические и термодинамические параметры крашения хлопка в
среде СК СО2 красителем реактивным золотисто-желтым К-2РА [37]. Отмечено, что
коэффициент диффузии красителя растет с
увеличением температуры, а энергия активации диффузии уменьшается в новой
среде. Это достаточно эффективно снижает
12
энергию процесса крашения. Полученные
данные свидетельствуют, что адсорбция золотисто-желтого К-2РА является экзотермическим процессом. Поэтому подвижность и свобода молекул красителя после
снятия рабочих параметров процесса заметно снижаются.
Для этого же красителя исследовано
влияние температуры, давления, времени
крашения, концентрации красителя и влажности газа на процесс окрашивания целлюлозы [38]. Результаты показывают хороший
эффект крашения, который обеспечивается
протеканием реакции нуклеофильного замещения реакционноспособной монохлортриазиновой группы в реактивном золотисто-желтом K-2RA и гидроксильных функциональных группах в молекулах хлопка.
Подобраны условия процесса, при которых
достигается максимальная интенсивность
цвета окрашенных образцов: температура
90 °С, давление 20 МПа, концентрация красителя 5% и влажность газа 5% в течение
60 мин в СК СО2 . Устойчивость к стирке,
истиранию и светостойкость окраски образцов оценивалась выше 4.
Значительного улучшения стойкости
окраски к стирке и трению удалось достичь
при использовании специально синтезированных реактивных дисперсных красителей
с моно- и биацилфторидными реакционноспособными группами [39]. Это стало возможным за счет образования ковалентной
связи между реакционноспособной группой
красителей и функциональной группой
хлопкового волокна. Крашение хлопка проводилось в СК СО2 при температуре от 60
до 120 °С, времени от 1 до 3 ч и концентрации 0,5% (по массе ткани). Окраска ткани
характеризовалась высокой стойкостью.
Кроме того, конечная продукция соответствовала стандартам окраски одежды.
Благодаря образованию прочных химических связей между тканью и реактивным
дисперсным красителем удалось получить
качественную окраску нейлоновых и хлопчатобумажных тканей [40]. Разработанный
и успешно синтезированный реактивный
дисперсный краситель с трицианопирролидоном в сочетании с реактивной триазиновой группой (CNU-CY) использовали при
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
крашении в среде СК СО2. Цветовые характеристики образцов определяли методом
УФ-видимой абсорбционной спектроскопии.
Результаты экспериментов по окрашиванию
показали превосходную стойкость цвета и
фиксацию красителя как на нейлоновых,
так и на хлопчатобумажных тканях.
Попытка использовать натуральные
красители при «зеленом» крашении тканей
из натуральных волокон сделана в работе
[41]. Обычно при использовании натурального красителя в СК крашении глубина
цвета и стойкость окраски натуральной
ткани оказывались низкого качества. В исследовании [41] крашение осуществлялось
с помощью ализарина, являющегося натуральным красителем, к которому были привиты алкильные и гидроксиалкильные
группы. Результаты показали, что глубина
цвета натуральных тканей, окрашенных
алкилализарином и гидроксиалкилализарином, увеличилась. Это связано с повышением растворимости алкилализарина и
гидроксиалкилализарина в СК СО2. Шерсть,
окрашенная гидроксибутилализарином, продемонстрировала наилучшую глубину цвета
(значение K/S 6,44), а хлопковая ткань,
окрашенная гидроксиалкилализарином, показала хорошую стойкость к стирке и истиранию (около 4–5 уровня), поскольку этот
гидроксиалкилализарин мог быть связан
ковалентной связью с натуральной тканью.
Химическая природа шерстяных и хлопковых волокон позволяет проводить их крашение в среде СК СО2 только красителями,
растворимыми в СК растворителе и имеющими сродство к гидрофильному волокну.
Авторы [42] использовали специально синтезированный азокраситель, содержащий
винилсульфоновую реакционноспособную
группу, для шерстяных и хлопковых волокон. В работе [43] описан синтез красителя,
включающего три фрагмента антрахиноновой матрицы, мостиковую группу и дихлортриазин-реактивную группу для экологичного крашения в среде СК CO 2 шелка и
шерсти. В этих экспериментах получена
равномерная окраска натуральных материалов с высокими показателями стойкости.
Важно понимать, что несмотря на необходимость разработки и синтеза новых типов
красителей СК способ крашения имеет неоспоримое преимущество – это отсутствие
отходов процесса.
Вышеописанные примеры крашения, в
которых получена окраска хорошего качества, предполагают разработку широкого
спектра красителей для различных тканей.
С помощью простых методов синтеза
можно получить эффективные красители,
имеющие различные виды функциональных групп, которые будут применимы для
экологически чистого СК CO2 крашения
синтетических и натуральных материалов.
Проведение процессов обработки волокон при высоких давлении и температуре и
в новой среде требует изучения влияния на
волокно всех вышеперечисленных факторов.
Исследование микрофибриллярной полиэфирной нити, обработанной в СК СО 2 [44],
свидетельствует о повышении степени кристалличности полиэфира. По сравнению с
давлением и средой проведения процесса
наибольшее влияние на возрастание степени кристалличности оказывает температура. Увеличение размера кристаллических
областей происходит за счет образования
новых областей, более мелких и менее совершенных. Сканирующая электронная
микроскопия позволяет сделать вывод, что
олигомеры из внутреннего объема волокна
выталкиваются при таких давлениях на поверхность, в результате на их месте образуются новые микропустоты. Всем этим изменениям в большой степени способствует
высокая микрофибриллярность исследованных полиэфирных образцов. Увеличение общей кристалличности волокна зафиксировано при стандартных режимах обработки полиэфирной ткани (температура
до 150 С, максимальное давление 40 МПа,
время 10…60 мин) [45, 46].
Наиболее подробно морфология полиэфирного волокна после нового типа обработки изучена в работах [47, 48]. Авторами
использованы методы оптического двойного
лучепреломления, термического анализа,
сканирующей электронной микроскопии
(СЭМ) и определения прочностных свойств
полиэфирных волокон различных структур.
Как указывается в работе [49], характеристики при растяжении полиэфирного во-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
13
локна после крашения в среде СК меняются
незначительно. Поверхность хлопчатобумажного волокна после обработки СК СО2
становится более шероховатой, на ней появляются складки и полосы, параллельные
оси волокна [50].
Обработка в среде СК СО2 полиэфирного
(полиэтилентерефталатного) материала ведет к выделению из объема волокна и отложению на поверхности олигомеров этилентерефталата, что может отрицательно повлиять на качество окрашенного и отделанного волокнистого материала [51]. В работе
[52] проанализировано влияние условий
обработки ПЭ волокнистого материала в
среде СК СО2 на количественный выход и
локализацию на поверхности циклических
олигомеров этилентерефталата. Полученные экспериментальные данные показывают, что, варьируя параметры проведения
обработки в СК среде, можно регулировать
содержание олигомеров на поверхности полиэфирного волокнистого материала.
Современные требования к текстильным
материалам ставят перед исследователями
задачу получения новых функциональных
материалов с определенными свойствами
[53…56]. Потребителю во многих случаях
нужен не обычный текстиль, а материал, обладающий гидрофобными, деодорирующими, фунгицидными, негорючими и т. п.
свойствами. Для многих случаев функционализации текстильного материала очень удобной средой является СК СО2. В частности,
СК СО2 обладает растворяющей способностью по отношению к низкомолекулярной
фракции фторсодержащего препарата «Форум» [57], который представляет собой ультрадисперсный политетрафторэтилен, полученный методом термогазодинамической деструкции. «Форум» нерастворим ни в одном
известном органическом растворителе. Благодаря возможности растворения его в СК
СО2 получены ультратонкие водоотталкивающие пленки на поверхности полиэфирных
волокон [58…63]. Высокий угол смачивания
водой текстильного полиэфирного материала с таким покрытием свидетельствует о его
сверхгидрофобности [64].
Водо/маслоотталкивающие свойства удалось придать полиэфирным тканям в среде
14
СК СО2 в растворе с органическим фторсодержащим соединением [65]. Показано, что
покрытие наносилось равномерно, не ухудшая воздухопроницаемости текстильного
материала, но способствуя повышению его
механической прочности. Средние углы
смачивания для воды и гексадекана в этом
случае составили 147,58° и 143,78° соответственно.
Авторами работы [66] синтезированы новые гидрофобизаторы с трехмодульным типом строения молекулы. Синтез проведен исходя из коммерческой доступности сырья –
полифторированных спиртов, пропансульфона и 3-триэтоксисилил-пропил-амина.
Получены водоотталкивающие ультратонкие покрытия на полиэфирных тканях.
Химические соединения, способные
обеспечить огнезащитную отделку тканей,
в основном плохо растворимы в воде. Поэтому использование СК СО2 для таких веществ открывает новые перспективы. В работе [67] представлены результаты синтеза
новых фосфорно-азотсодержащих производных пиперазина. Они были нанесены в СК
среде на хлопчатобумажные ткани и испытаны как замедлители горения. В результате был получен материал с хорошими показателями огнезащищенности.
Использование СК СО2 позволяет наносить наночастицы металлов на природные
волокна, обеспечивая достаточную адгезию
и равномерность. В работе [68], посвященной нанесению наночастиц золота на шелк,
показано, что для недопущения ухудшения
свойств волокна нужен предварительный
подбор условий нанесения. Установлено,
что наночастицы располагаются в основном в реорганизованных доменах аморфного шелка. Диаметр эффективных наночастиц составляет 5...150 нм.
Наночастицы серебра, синтезированные
на поверхности шерстяной ткани [69] в
среде СК CO2 , проявляют превосходную
каталитическую активность, антистатические и антибактериальные свойства. При
нанесении наночастиц из среды СК достигается более высокая их адгезия, нежели
при использовании традиционных способов.
Авторы [70] указывают на эффективность
обработки в среде СК СО2 натуральных
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
хлопковых волокон серебром с целью достижения противогрибковых свойств.
Высокие растворяющие свойства СК СО2
позволили выполнить нанесение на полиэфирную ткань натуральных функциональных агентов (серицин, коллаген или хитозан)
[71]. Растворение удалось осуществить в
присутствии сорастворителя – хлороформа.
Модифицированная ткань продемонстрировала улучшение смачиваемости поверхности
и хорошие антибактериальные характеристики против золотистого стафилококка. Такой вид модификации целесообразно использовать для иммобилизации натуральных
функциональных агентов на поверхности полиэфирной ткани.
Авторами [72] описаны принципы импрегнации текстильных материалов из среды
СК СО2, разнообразные возможности функционализации. Отмечается, что для выбора
подходящих функциональных агентов, которые будут наилучшим образом работать
в СК растворителе, необходимы дальнейшие исследования их растворимости, совместимости и последующей оптимизации
процессов.
Возросший интерес исследователей к
использованию СК СО2 в процессах текстильной химии во многом обусловлен требованиями к сохранению водных природных ресурсов, которые в значительном количестве потребляются при обработке волокнистых материалов. Растворяющие возможности СК СО2 по отношению к соединениям гидрофобной природы делают этот
растворитель востребованным для процессов в текстильной химии и технологии, так
как большинство волокон и функционализирующих препаратов (включая красители)
имеют такую природу.
ЛИТЕРАТУРА
1. De Oliveira C.R.S., de Oliveira P.V., Pellenz L.,
de Aguiar C.R.L., da Silva Júnior A.H. Supercritical
fluid technology as a sustainable alternative method for
textile dyeing: An approach on waste, energy, and CO2
emission reduction // Journal of Environmental Sciences. 2024. V. 140. P. 123…145.
2. Hussain T., Wahab A. A critical review of the current water conservation practices in textile wet processing // J. Clean. Prod. 2018, V. 198. P. 806…819.
3. Киселев М.Г., Кумеева Т.Ю., Пуховский Ю.П.
Применение сверхкритического диоксида углерода
в текстильной промышленности // Российский химический журнал. 2002. Т. 46, № 1. С. 116…120.
4. Banchero M. Recent advances in supercritical fluid
dyeing // Color. Technol. 2020. V. 136. P. 317…335.
5. Goñi M.L., Gañán N.A., Martini R.E. Supercritical CO2-assisted dyeing and functionalization of polymeric materials: A review of recent advances (2015–
2020) // J. CO2 Util. 2021. V. 54. 101760.
6. Knittel D., Saus W., Schollmeyer E. Application
of Supercritical Carbon Dioxide in Finishing Processes
// J. Text. Inst. 1993, V. 84. P. 534...552.
7. Saus W., Knittel D., Schollmeyer E. Dyeing in
CO2 - The effect of changing parameters // Text. Praxis.
1992. V. 47. P. 1052...1054.
8. Saus W., Knittel D., Schollmeyer E. Dyeing of
textiles in supercritical carbon dioxide // Textile Research Journal. 1993. V. 63, N3. P. 135...142.
9. Giorgi M., Cadoni E., Maricca D., Piras A. Dyeing polyester fibres with disperse dyes in supercritical
CO2 // Dyes and Pigments. 2000. V. 45. P. 75…79.
10. Van Der Kraan M., Fernandez Cid MV., Witkamp G.-J. Equilibrium Study on the Disperse Dyeing
of Polyester Textile in Supercritical Carbon Dioxide
//Textile Research Journal. 2007, V. 77, № 8.
P. 550…558.
11. Banchero M., Sicardi S., Ferri A., Manna L. Supercritical dyeing of textiles – from the laboratory apparatus to the pilot hlan //Textile Research Journal. 2008,
V. 78, № 3. Р. 217…223.
12. Zheng L.J., Zhang J., Du B., Zhao Y.P., Ye F.
Supercritical CO2 for color graphic dyeing: theoretical
insight and experimental verification. Therm. Sci. 2015.
V. 19. P. 1287…1291.
13. Abate M.T., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Colouration and bio-activation of polyester
fabric with curcumin in supercritical CO2: part I - investigating colouration properties // J. Supercrit. Fluids.
2019. V. 152. 104548.
14. Kabir S.M., Hasan M., Uddin Z. Novel Approach
to Dyе Polyethylene Terephthalate (PET) Fabric in Supercritical Carbon Dioxide with Natural Curcuminoid
Dyes // Fibres & Textiles in Eastern Europe. 2019.
V. 27, № 3(135). Р. 65...70.
15. Abate M.T., Zhou Y., Guan J., Chen G., Ferri A.,
Niers V. Colouration and bio-activation of polyester fabric with curcumin in supercritical CO2: part II - Effect
of dye concentration on the colour and functional properties // J. Supercrit. Fluids. 2020. V. 157. 104703.
16. Abate M.T., Seipel S., Junchun Yu, Vikova M.,
Vik M., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Supercritical CO2 dyeing of polyester fabric with photochromic dyes to fabricate UV sensing smart textiles //
Dyes and Pigments. 2020. V. 183. 108671.
17. Chang K.H., Bae H.K., Shim J.J. Dyeing of PET
textile fibers and films in supercritical carbon dioxide //
Korean J. Chem. Eng. 1996. V. 13, N 3. P. 310...316.
18. Sicardi S., Manna L., Banchero M. Diffusion of
disperse dyes in PET films during impregnation with
a supercritical fluid // J. Supercrit. Fluids. 2000. V. 17,
N 2. P. 187...194.
19. Sicardi S., Manna L., Banchero M. Comparison of
dye diffusion in poly(ethylene terephthalate) films in the
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
15
presence of a supercritical or aqueous solvent
// Ind. & Eng. Chem. Res. 2000. V. 39, N 12.
P. 4707...4713.
20. Chang K.H., Bae H.K., Shim J.J. Dyeing of PET
textile fibers and films in supercritical carbon dioxide //
Korean J. Chem. Eng. 1996. V. 13, N3. P. 310…316.
21. Banchero M., Manna L., Ferri A. Effect the addition of a modifier in the supercritical dyeing of polyester // Coloration Technology. 2010. V. 126, № 3.
P. 171…175.
22. Elmaary T.A., Elsisi H., El-Taweel F., Okubayashi S. Water free dyeing of polypropylene fabric
under supercritical carbon dioxide and comparison with
its aqueous analogue // J. Supercrit. Fluids. 2018.
V. 139. P. 114...121.
23. Hori T., Kongdee A. Show more Dyeing of
PET/co-PP composite fibers using supercritical carbon
dioxide // Dyes and Pigments. 2014. V. 105.
P. 163...166.
24. Burkinshaw S.M. Froehling P.E., Mignanelli M.
The effect of hyperbranched polymers on the dyeing of
polypropylene fibres // Dyes and Pigments. 2002. V. 53
(3). P. 229…235.
25. Elmaaty T.А., Elsisi H., Negm I. Dyeing characteristics of polypropylene fabric dyed with special disperse dyes using supercritical carbon dioxide // Fibers
and Polymers. 2021. V. 22. P. 1314…1319.
26. Ma J., Elmaaty T.A. Okubayashi S. Effect of supercritical carbon dioxide on dyeability and physical
properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene
fiber // Autex Res. J. 2019. V. 19. Р. 228...233.
27. Elmaaty T.M.A., El-Taweel F.M., Elsisi H.G.
Water-free dyeing of polyester and nylon 6 fabrics with
novel 2-oxoacetohydrazonoyl cyanide derivatives under
a supercritical carbon dioxide medium // Fibers Polym.
2018. V. 19. P. 887…893.
28. Elmaaty T. M.A., Sofan M., Kosbar T., Elsisi H.,
Negm I. Green approach to dye PET and nylon 6 fabrics
with novel pyrazole disperse dyes under supercritical
carbon dioxide and its aqueous analogue // Fibers
Polym. 2019. V. 20. P. 2510…2521.
29. Penthala R., Heo G., Kim H., Lee I.Y., Ko E.H.,
Son Y.A. Synthesis of azo and anthraquinone dyes and
dyeing of nylon-6,6 in supercritical carbon dioxide // J.
CO2 Util. 2020. V. 38. P. 49…58.
30. Da Zheng H., Zhang J., Yan J., Zheng L.J. Investigations on the effect of carriers on meta-aramid fabric dyeing properties in supercritical carbon dioxide //
RSC Adv. 2017. V. 7. P. 3470…3479.
31. Liang P., Wang L. Effects of disperse dyes
treated by carrier Cindye Dnk // Dyest. Color. 2010.
V. 47. P. 24…27.
32. Cheng S., Li S.,Zheng H., Du B., Zheng L. Facile
preparation of high-performance fluorescent aramid using supercritical CO2 // The Journal of Supercritical Fluids. 2023. V. 199. 105975
33. Ozcan A.S., Clifford A.A., Bartle K.D., Lewis D.M.
Dyeing of cotton fibres with disperse dyes in supercritical carbon dioxide // Dyes and Pigments. 1998. V. 36.
Р. 103...110.
34. Ozcan A.S., Clifford A.A., Bartle K.D., Broadbent P.J. , Lewis D.M. J.S . Dyeing of modified
16
cotton fibers with disperse dyes from supercritical carbon dioxide // J Soc Dyers Colour. 1998. V. 114.
P. 169…173.
35. Beltrame P.L., Castelli A., Selli E., Mossa A.,
Testa G., Bonfattic A.M., Sevesc A. Dyeing of Cotton in
Supercritical Carbon Dioxide // Dyes and Pigments.
1998. Vol. 39, № 4. H. 335…340.
36. Cid M.V.F, Spronsen J., Kraan M., Veugelers W.J.T., Woerlee G.F., Witkamp G.J. Excellent dye
fixation on cotton dyed in supercritical carbon dioxide
using fluorotriazine reactive dyes // Green Chem. 2005.
V. 7. P. 609…616.
37. Zhang J., Zheng L.J., Zhao Y.P., Yan J.,
Xiong X.Q., Du B. Green dyeing of cotton fabrics by supercritical carbon dioxide // Therm. Sci. 2015. V. 19. P.
1283…1286.
38. Zhang J., Zheng H., Zheng L. Optimization of
eco-friendly reactive dyeing of cellulose fabrics using
supercritical carbon dioxide fluid with different humidity // J. Nat. Fibers. 2018. V. 15. P. 1...10.
39. Yang D.F, Kong X.J., Gao D., Cui H.S.,
Huang T.T., Lin J.X. Dyeing of cotton fabric with reactive disperse dye contain acyl fluoride group in supercritical carbon dioxide // Dyes Pigm. 2017. V. 139.
P. 566…574.
40. Penthala R., Park S.H., Oh H., Lee I.Y., Ko E.H.,
Young-A. Son Y.-A. An ecofriendly dyeing of nylon and
cotton fabrics in supercritical CO2 with novel tricyanopyrrolidone reactive disperse dye // Journal of CO2 Utilization. 2022. V. 60. 102004
41. Wu J., Zhao H., Wang M., Zhi W., Xiong X.,
Zheng L. A novel natural dye derivative for natural fabric supercritical carbon dioxide dyeing technology // Fibers Polym. 2019. V. 20. P. 2376…2382.
42. Luo X., White J., Thompson R., Rayner C.,
Kulik B., Kazlauciunas A., He W., Lin L. Novel sustainable synthesis of dyes for clean dyeing of wool and cotton fibres in supercritical carbon dioxide // J. Clean.
Prod. 2018. V. 199. P. 1…10.
43. Yan K., Zhang Y., Xiao H., Shi M., Long J. Development of a special SCFX-AnB3L dye and its application in ecological dyeing of silk with supercritical carbon dioxide // J. CO2 Util. 2020. V. 35. P. 67…78.
44. Sfiligoj M., Zipper P. WAXS analysis of structural changes of poly(ethylene terephtalate) fibers induced by supercritical-fluid dyeing // Colloid Polim.
Sci. 1998. V. 276. P. 144…151.
45. Giorgi M., Cadoni E., Maricca D., PirasA. Dyeing polyester fibres with disperse dyes in supercritical
CО2 // Dyes and Pigments. 2000. V 45. P. 75…79.
46. Sfiligoj M., Zipper P. The influence of different
treatment media on the structure of PET fibres // Materials Research Innovations. 2002. V.6. P. 55…64.
47. Drews M., Jordan C. The effect of supercritical
CО2 dyeing conditions on the morphology of polyester
fibers // Textile chemist. colorist. 1998. V. 30. P. 13…20.
48. Hirogaki K., Tabata I., Hisada K., Hori T. An
investigation of the morphological changes in poly(ethylene terephthalate) fiber treated with supercritical carbon dioxide under various conditions // J. Supercritical
Fluids. 2006. V. 38. P. 399…405.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
49. Knittel D., Dugar S., Schollmeyer E. Influence of
stabilizers against weathering degradation of synthetic
fibers // Chem. Fibre International. 1997. V. 47. P. 46…48.
50. Gao D., Yang D.F., Cui H.S., Huang T.T.,
Lin J.X. Supercritical carbon dioxide dyeing for PET
and cotton fabric with synthesized dyes by a modified
apparatus // ACS Sustain. Chem. Eng. 2015. V. 3.
P. 668…674.
51. Вавилова С.Ю., Пророкова Н.П., Калинников Ю.А. Проблема циклических олигомеров в процессе колорирования и переработки полиэфира и
пути ее решения // Хим. волокна. 2003. № 2.
С. 35…37.
52. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Никитин Л.Н.
Олигомеры этилентерефталата в процессах модифицирования полиэфирных тканей в среде сверхкритического диоксида углерода // Сверхкритические
флюиды: Теория и практика. 2012. Т. 7, № 1.
С. 36…45.
53. Киселев А.М., Румянцев Е.В., Одинцова О.И.,
Румянцева В.Е. Современные технологии получения
текстильных материалов со специальными свойствами и области их применения // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2 (398). С. 121…133.
54. Константинова З.А., Галлямова П.Ф., Владимирцева Е.Л., Одинцова О.И. Перспективные способы применения циклодекстринов в отделке текстильных материалов // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 4 (406). С. 24…40.
55. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю. Применение
теломеров тетрафторэтилена для придания высоких
водоотталкивающих свойств полиэфирным тканям
// Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2023. № 6 (408).
С. 154…163.
56. Ерзунов К.А., Одинцова О.И., Трегубов А.В.,
Ильичева М.Д. Самоочищающиеся наноразмерные
покрытия на текстильных материалах // Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 5 (401). С. 5…18.
57. Вопилов Ю.Е., Хохлов А.Р., Никитин Л.Н.,
Бузник В.М. Сепарация низкомолекулярных фракций ультрадисперсного политетрафторэтилена сверхкритическим диоксидом углерода // Сверхкритические флюиды: Теория и практика. 2009. №2. С. 4…15.
58. Пророкова Н.П., Кумеева С.Ю., Завадский А.Е., Никитин Л.Н. Модификация поверхности
полиэтилентерефталатных тканей посредством
нанесения гидрофобизирующего покрытия в среде
сверхкритического диоксида углерода // Хим. волокна. 2009. № 1. С. 26…30.
59. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П., Никитин Л.Н.,
Завадский А.Е. Придание полиэфирному волокнистому материалу сверхгидрофобных свойств на основе использования раствора низкомолекулярного
политетрафторэтилена в сверхкритическом диоксиде углерода // Новое в полимерах и полимерных
композитах. 2012. № 1. С. 134…146.
60. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П., Холодков И.В. и др. Исследование покрытия полиэфирных
волокон политетрафторэтиленом в сверхкритическом диоксиде углерода // Журн. прикл. химии.
2012, Т. 85, Вып.1. С. 151…156.
61. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Никитин Л.Н.,
Бузник В.М. Придание сверхгидрофобных свойств
полиэфирным тканям на основе использования растворов низкомолекулярной фракции ультрадисперсного политетрафторэтилена в сверхкритическом диоксиде углерода // Растворы в химии и технологии
модифицирования полимерных материалов: новое в
теории и практике. Иваново: Изд-во «Иваново»,
2014. С. 401…457.
62. Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Ультратонкие
гидрофобные покрытия, полученные на полиэтилентерефталатных материалах из среды сверхкритического диоксида углерода с сорастворителями //
Журнал физической химии. 2018. Т. 92, № 2.
С. 306…312.
63. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kholodkov I.V.
Wear-Resistant Hydrophobic Coatings from Low Molecular Weight Polytetrafluoroethylene Formed on a
Polyester Fabric // Coatings. 2022. V. 12. P. 1334.
64. Пророкова Н.П., Кумеева Т.Ю., Кирюхин Д.П.,
Никитин Л.Н., Бузник В.М. Придание полиэфирным
тканям повышенной гидрофобности: формирование
на поверхности волокон ультратонкого водоотталкивающего покрытия // Рос. хим. журн. (Журн. Рос.
хим. общ-ва им. Д.И. Менделеева). 2011. Т. 55, №3.
С. 14…23.
65. Xu Y.-Y., Zheng L.-J., Ye F., Qian Y.-F., Yan J.,
Xiong X.-Q. Water/oil repellent property of polyester
fabrics after supercritical carbon dioxide finishing //
Therm. Sci. 2015, V. 19. P. 1273…1277.
66. Пестрикова А.А., Горбатюк Е.Д., Николаев А.Ю. и др. Изучение свойств фторсодержащих
ультратонких гидрофобных покрытий полиэфирных материалов, полученных в среде сверхкритического диоксида углерода // Fluorine Notes. 2019.
Т. 127, № 6. С. 5…6.
67. Chang S., Condon B., Smith J., Easson M. Preparation of Flame Retardant Cotton Fabric Using Environmental Friendly Supercritical Carbon Dioxide // Int.
J. Mater. Sci. Appl. 2017. V. 6. P. 269…276
68. Singh M., Dey E.S., Bhand S., Dicko C. Supercritical Carbon Dioxide Impregnation of Gold Nanoparticles Demonstrates a New Route for the Fabrication of
Hybrid Silk Materials // Insects. 2022, V. 1. P. 13…18.
69. Peng L., Guo R., Lan J., Jiang S., Li C., Zhang Z.
Synthesis of silver nanoparticles on wool fabric in supercritical carbon dioxide // Mater. Express. 2017. V. 7.
P. 405…410.
70. Gittard S.D., Hojo D., Hyde G.K., Scarel G.,
Narayan R.J., Parsons G.N. Antifungal textiles formed
using silver deposition in supercritical carbon dioxide //
Journal of Materials Engineering and Performance.
2010. V. 19. P. 368…373.
71. Ma W.X., Zhao C., Okubayashi S., Tabata I.,
Hisada K., Hori T. A novel method of modifying
poly(ethylene terephthalate) fabric using supercritical
carbon dioxide // J. Appl. Pol. Sci. 2010. V. 117.
P. 1897…1907.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
17
72. Abate M.T., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Impregnation of Materials in Supercritical CO2
to Impart Various Functionalities // Advanced Supercritical
Fluids
Technologies.
2019.
https://www.intechopen.com/chapters/69077.
R EF ERENC ES
1. De Oliveira C.R.S., de Oliveira P.V., Pellenz L., de
Aguiar C.R.L., da Silva Júnior A.H. Supercritical fluid
technology as a sustainable alternative method for textile
dyeing: An approach on waste, energy, and CO2 emission
reduction // Journal of Environmental Sciences. 2024.
V. 140. P. 123…145.
2. Hussain T., Wahab A. A critical review of the current water conservation practices in textile wet processing
// J. Clean. Prod. 2018, V. 198. P. 806…819.
3. Kiselev M.G., Kumeeva T.Y., Pukhovskii Y.P. Application of supercritical carbon dioxide in textile industry
// Ross. Khim. Zh. 2002, Т. 46, № 1. С. 116…120.
4. Banchero M. Recent advances in supercritical
fluid dyeing // Color. Technol. 2020, V. 136. P. 317…335.
5. Goñi M.L., Gañán N.A., Martini R.E. Supercritical
CO2-assisted dyeing and functionalization of polymeric
materials: A review of recent advances (2015–2020) // J.
CO2 Util. 2021, V. 54. 101760.
6. Knittel D., Saus W., Schollmeyer E. Application of
Supercritical Carbon Dioxide in Finishing Processes // J.
Text. Inst. 1993, V. 84. P. 534...552.
7. Saus W., Knittel D., Schollmeyer E. Dyeing in CO2
The effect of changing parameters // Text. Praxis. 1992,
V. 47. P. 1052...1054.
8. Saus W., Knittel D., Schollmeyer E. Dyeing of textiles in supercritical carbon dioxide // Text. Res. J. 1993,
V. 63, N3. P. 135...142.
9. Giorgi M., Cadoni E., Maricca D., Piras A. Dyeing
polyester fibres with disperse dyes in supercritical CO2 //
Dyes and Pigments. 2000, V. 45. P. 75…79.
10. Van Der Kraan M., Fernandez Cid MV., Witkamp G.-J. Equilibrium Study on the Disperse Dyeing of
Polyester Textile in Supercritical Carbon Dioxide // Textile research journal. 2007, V. 77, № 8. P. 550…558.
11. Banchero M., Sicardi S., Ferri A., Manna L. Supercritical dyeing of textiles – from the laboratory apparatus to the pilot hlan // Textile Research Journal. 2008,
V. 78, № 3. Р. 217…223.
12. Zheng L.J., Zhang J., Du B., Zhao Y.P., Ye F. Supercritical CO2 for color graphic dyeing: theoretical insight and experimental verification. Therm. Sci. 2015.
V. 19. P. 1287…1291.
13. Abate M.T., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Colouration and bio-activation of polyester fabric with curcumin in supercritical CO2: part I - investigating colouration properties // J. Supercrit. Fluids. 2019,
V. 152. 104548.
14. Kabir S.M., Hasan M., Uddin Z. Novel Approach
to Dyе Polyethylene Terephthalate (PET) Fabric in Supercritical Carbon Dioxide with Natural Curcuminoid
Dyes // FIBRES & TEXTILES in Eastern Europe. 2019,
V. 27, № 3(135). Р. 65...70.
18
15. Abate M.T., Zhou Y., Guan J., Chen G., Ferri A.,
Niers V. Colouration and bio-activation of polyester fabric with curcumin in supercritical CO2: part II - Effect of
dye concentration on the colour and functional properties
// J. Supercrit. Fluids. 2020, V. 157. 104703.
16. Abate M.T., Seipel S., Junchun Yu, Vikova M.,
Vik M., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Supercritical CO2 dyeing of polyester fabric with photochromic dyes to fabricate UV sensing smart textiles //
Dyes and Pigments. 2020, V. 183. 108671.
17. Chang K.H., Bae H. K., Shim J.J. Dyeing of PET
textile fibers and films in supercritical carbon dioxide //
Korean J. Chem. Eng. 1996, V. 13, N 3. P. 310...316.
18. Sicardi S., Manna L., Banchero M. Diffusion of
disperse dyes in PET films during impregnation with
a supercritical fluid // J. Supercrit. Fluids. 2000, V. 17,
N 2. P. 187...194.
19. Sicardi S., Manna L., Banchero M. Comparison
of dye diffusion in poly(ethylene terephthalate) films in
the presence of a supercritical or aqueous solvent //
Ind.&Eng. Chem. Res. 2000, V. 39, N 12. P. 4707...4713.
20. Chang KH., Bae HK., Shim JJ. Dyeing of PET
textile fibers and films in supercritical carbon dioxide //
Korean J. Chem. Eng. 1996, V. 13, N 3. P. 310…316.
21. Banchero M., Manna L., Ferri A. Effect the addition of a modifier in the supercritical dyeing of polyester
// Coloration Technology. 2010, V. 126, № 3. P.
171…175.
22. Elmaary T.A., Elsisi H., El-Taweel F., Okubayashi S. Water free dyeing of polypropylene fabric under supercritical carbon dioxide and comparison with its
aqueous analogue // J. Supercrit. Fluids. 2018, V. 139.
P. 114...121.
23. Hori T., Kongdee A. Show moreDyeing of
PET/co-PP composite fibers using supercritical carbon
dioxide // Dyes and Pigments. 2014, V. 105. P. 163...166.
24. Burkinshaw S.M., Froehling P.E., Mignanelli M.
The effect of hyperbranched polymers on the dyeing of
polypropylene fibres // Dyes and Pigments. 2002, V. 53
(3). P. 229…235.
25. Elmaaty T.А., Elsisi H., Negm I. Dyeing characteristics of polypropylene fabric dyed with special disperse dyes using supercritical carbon dioxide // Fibers and
Polymers. 2021, V. 22. P. 1314…1319.
26. Ma J., Elmaaty T.A. Okubayashi S. Effect of supercritical carbon dioxide on dyeability and physical
properties of ultra-high-molecular-weight polyethylene
fiber // Autex Res. J. 2019, V. 19. Р. 228...233.
27. Elmaaty T.M.A., El-Taweel F.M., Elsisi H.G. Water-free dyeing of polyester and nylon 6 fabrics with novel
2-oxoacetohydrazonoyl cyanide derivatives under a supercritical carbon dioxide medium // Fibers Polym. 2018,
V. 19. P. 887…893
28. Elmaaty T. M.A., Sofan M., Kosbar T., Elsisi H.,
Negm I. Green approach to dye PET and nylon 6 fabrics
with novel pyrazole disperse dyes under supercritical carbon dioxide and its aqueous analogue // Fibers Polym.
2019, V. 20. P. 2510…2521.
29. Penthala R., Heo G., Kim H., Lee I.Y., Ko E.H.,
Son Y.A. Synthesis of azo and anthraquinone dyes and
dyeing of nylon-6,6 in supercritical carbon dioxide
// J. CO2 Util. 2020, V. 38. P. 49…58.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
30. Da Zheng H., Zhang J., Yan J., Zheng L.J. Investigations on the effect of carriers on meta-aramid fabric
dyeing properties in supercritical carbon dioxide // RSC
Adv. 2017, V. 7. P. 3470…3479.
31. Liang P., Wang L. Effects of disperse dyes treated
by carrier Cindye Dnk // Dyest. Color. 2010, V. 47.
P. 24…27.
32. Cheng S., Li S., Zheng H., Du B., Zheng L. Facile
preparation of high-performance fluorescent aramid using supercritical CO2 // The Journal of Supercritical Fluids. 2023, V. 199, 105975
33. Ozcan A.S., Clifford A.A., Bartle K.D., Lewis D.M.
Dyeing of cotton fibres with disperse dyes in supercritical
carbon dioxide // Dyes and Pigments. 1998, V. 36.
Р. 103...110.
34. Ozcan A.S., Clifford A.A., Bartle K.D., Broadbent P.J., Lewis D.M. J.S. Dyeing of modified cotton fibers with disperse dyes from supercritical carbon dioxide
// J Soc Dyers Colour. 1998, V. 114. P. 169…173.
35. Beltrame P.L., Castelli A., Selli E., Mossa A.,
Testa G., Bonfattic A.M., Sevesc A. Dyeing of Cotton in
Supercritical Carbon Dioxide // Dyes and Pigments.
1998, Vol. 39, № 4. H. 335…340.
36. Cid M. V. F, Spronsen J., Kraan M., Veugelers W.J.T., Woerlee G.F., Witkamp G. J. Excellent dye
fixation on cotton dyed in supercritical carbon dioxide using fluorotriazine reactive dyes // Green Chem. 2005,
V. 7, P. 609…616.
37. Zhang J., Zheng L.J., Zhao Y.P., Yan J.,
Xiong X.Q., Du B. Green dyeing of cotton fabrics by supercritical carbon dioxide // Therm. Sci. 2015. V. 19.
P. 1283…1286.
38. Zhang J., Zheng H., Zheng L. Optimization of
eco-friendly reactive dyeing of cellulose fabrics using supercritical carbon dioxide fluid with different humidity //
J. Nat. Fibers. 2018, V. 15. P. 1...10.
39. Yang D.F, Kong X.J., Gao D., Cui H.S., Huang T.T.,
Lin J.X. Dyeing of cotton fabric with reactive disperse dye
contain acyl fluoride group in supercritical carbon dioxide
// Dyes Pigm. 2017, V. 139. P. 566…574.
40. Penthala R., Park S.H., Oh H., Lee I.Y., Ko E.H.,
Young-A. Son Y.-A. An ecofriendly dyeing of nylon and
cotton fabrics in supercritical CO2 with novel tricyanopyrrolidone reactive disperse dye // Journal of CO2 Utilization. 2022, V. 60. 102004
41. Wu J., Zhao H., Wang M., Zhi W., Xiong X.,
Zheng L. A novel natural dye derivative for natural fabric
supercritical carbon dioxide dyeing technology // Fibers
Polym. 2019, V. 20. P. 2376…2382.
42. Luo X., White J., Thompson R., Rayner C.,
Kulik B., Kazlauciunas A., He W., Lin L. Novel sustainable synthesis of dyes for clean dyeing of wool and cotton
fibres in supercritical carbon dioxide // J. Clean. Prod.
2018, V. 199. P. 1…10.
43. Yan K., Zhang Y., Xiao H., Shi M., Long J. Development of a special SCFX-AnB3L dye and its application in ecological dyeing of silk with supercritical carbon dioxide // J. CO2 Util. 2020, V. 35. P. 67…78.
44. Sfiligoj M., Zipper P. WAXS analysis of structural changes of poly(ethylene terephtalate) fibers induced by supercritical-fluid dyeing // Colloid Polim. Sci.
1998, V. 276. P. 144…151.
45. Giorgi M, Cadoni E., Maricca D., Piras A. Dyeing polyester fibres with disperse dyes in supercritical
CО2 // Dyes and Pigments. 2000, V 45. P. 75…79.
46. Sfiligoj M., Zipper P. The influence of different
treatment media on the structure of PET fibres // Materials
Research Innovations. 2002, V.6. P. 55…64.
47. Drews M., Jordan C. The effect of supercritical
CО2 dyeing conditions on the morphology of polyester fibers // Textile chemist. colorist. 1998, V. 30. P. 13…20.
48. Hirogaki K., Tabata I., Hisada K., Hori T. An
investigation of the morphological changes in poly(ethylene terephthalate) fiber treated with supercritical carbon
dioxide under various conditions // J. Supercritical Fluids.
2006, V. 38. P. 399…405.
49. Knittel D., Dugar S., Schollmeyer E. Influence of
stabilizers against weathering degradation of synthetic fibers // Chem. Fibre International. 1997, V. 47. P. 46…48.
50. Gao D., Yang D.F., Cui H.S., Huang T.T., Lin J.X.
Supercritical carbon dioxide dyeing for PET and cotton
fabric with synthesized dyes by a modified apparatus //
ACS Sustain. Chem. Eng. 2015, V. 3. P. 668…674.
51. Vavilova S.Yu., Prorokova N.P., Kalinnikov
Yu.A. The Problem of Cyclic Oligomers in Dyeing and
Processing Polyester and Ways of Solving It // Fibre
Chemistry. 2003, V. 35. P. 128…130.
52. Prorokova N.P., Kumeeva T.Y., Nikitin L.N. Ethylene terephtalate oligomers in the processe of polyester
fabrics in supercritical carbone dioxide // Russian Journal
of Physical Chemistry B. 2012, V. 6, № 7. P. 827…833.
53. Kiselev A.M., Rumyantsev E.V., Odintsova O.I.,
Rumyantseva V.E. Modern technologies for obtaining
textile materials with special properties and their fields of
application // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii,
Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022,
№ 2 (398). P. 121…133.
54. Konstantinova Z.A., Gallyamova P.F., Vladimirtseva E.L., Odintsova O.I. Promising methods of cyclodextrins application in finishing of textile materials //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2023, № 4
(406). P. 24…40.
55. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu. Application of
tetrafluoroethylene telomers to give high water repellent
properties to polyester fabrics // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi
Promyshlennosti. 2023, № 6 (408). P. 154…163.
56. Erzunov K.A., Odintsova O.I., Tregubov A.V.,
Ilyicheva M.D. Self-cleaning nanoscale coatings on textile materials // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022. № 5 (401). P. 5…18.
57. Vopilov Yu.E., Khokhlov A.R., Nikitin L.N., Bouznik V.M. Separation of low-molekular-weight fractions of
ultrafine polytetrafluoroethylene with supercritical carbon dioxide // Russian Journal of Physical Chemistry B.
2009, V. 3, № 7. P. 1074…1081.
58. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Zavadskii A.E.,
Nikitin L.N. Modification of the surface of poly(ethylene
terephthalate) fabrics by application of a water-repellent
coating in supercritical carbon dioxide medium // Fibre
Chemistry. 2009, V. 41. P. 29…33.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
19
59. Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P., Nikitin L.N.,
Zavadskii A.E. Giving superhydrophobic properties to
polyester fibrous material based on the use of a solution
of low molecular weight polytetrafluoroethylene in supercritical carbon dioxide // Novoe v polymerach I polymernich kompozitach. 2012. № 1. С. 134…146.
60. Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P., Kholodkov I.V.
etc. Analysis of a polytetrafluoroethylene coating deposited onto polyester fibers from supercritical carbon dioxide // Russian Journal of Applied Chemistry. 2012. Т. 85,
№ 1. P. 144…149.
61. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Nikitin L.N.,
Buznik V.M. Giving superhydrophobic properties to polyester fabrics based on the use of solutions of a low molecular weight fraction of ultrafine polytetrafluoroethylene in supercritical carbon dioxide // Solutions in chemistry and technology for modifying polymer materials:
new in theory and practice. Ivanovo: Izd-vo «Ivanovo»,
2014. P. 401…457.
62. Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P. Ultrathin Hydrophobic Coatings Obtained on Polyethylene Terephthalate
Materials in Supercritical Carbon Dioxide with Co-solvents // Russian Journal of Physical Chemistry A. 2018,
Vol. 92, № 2. Р. 346…351.
63. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kholodkov I.V.
Wear-Resistant Hydrophobic Coatings from Low Molecular Weight Polytetrafluoroethylene Formed on a Polyester Fabric // Coatings. 2022, V. 12. P. 1334.
64. Prorokova N.P., Kumeeva T.Yu., Kiryukhin D.P.,
Nikitin L.N., Buznik V.M. Giving polyester fabrics increased hydrophobicity: forming an ultra-thin water-repellent coating on the surface of the fibers // Ross. Khim.
Zh. 2011, V. 55, № 3, Р. 14…23.
65. Xu Y.-Y., Zheng L.-J., Ye F., Qian Y.-F., Yan J.,
Xiong X.-Q. Water/oil repellent property of polyester fabrics after supercritical carbon dioxide finishing // Therm.
Sci. 2015, V. 19. P. 1273…1277.
66. Pestrikova A.A., Gorbatyuk E.D., Nikolaev A.Yu.
etc. Hydrophobic properties study of fluorine-containing
ultra-thin coatings of polyester materials obtained in the
20
supercritical carbon dioxide // Fluorine Notes. 2019,
V. 127, № 6. P. 5…6.
67. Chang S., Condon B., Smith J., Easson M. Preparation of Flame Retardant Cotton Fabric Using Environmental Friendly Supercritical Carbon Dioxide // Int. J.
Mater. Sci. Appl. 2017, V. 6. P. 269…276.
68. Singh M., Dey E.S., Bhand S., Dicko C. Supercritical Carbon Dioxide Impregnation of Gold Nanoparticles Demonstrates a New Route for the Fabrication of Hybrid Silk Materials // Insects. 2022, V. 1. P. 13…18.
69. Peng L., Guo R., Lan J., Jiang S., Li C., Zhang Z.
Synthesis of silver nanoparticles on wool fabric in supercritical carbon dioxide // Mater. Express. 2017. V. 7.
P. 405…410.
70. Gittard S.D., Hojo D., Hyde G.K., Scarel G., Narayan R.J., Parsons G.N. Antifungal textiles formed using silver deposition in supercritical carbon dioxide //
Journal of Materials Engineering and Performance. 2010,
V. 19. P. 368…373.
71. Ma W.X., Zhao C., Okubayashi S., Tabata I.,
Hisada K., Hori T. A novel method of modifying
poly(ethylene terephthalate) fabric using supercritical
carbon dioxide // J. Appl. Pol. Sci. 2010. V. 117.
P. 1897…1907.
72. Abate M.T., Ferri A., Guan J., Chen G., Nierstrasz V. Impregnation of Materials in Supercritical CO2
to Impart Various Functionalities // Advanced Supercritical
Fluids
Technologies.
2019.
https://www.intechopen.com/chapters/69077.
Рекомендована НИО 4 «Формирование новых
функциональных свойств полипропиленовых и природных целлюлозосодержащих волокнистых материалов с применением наноразмерных дисперсий и
химических, плазмохимических и гидроакустических воздействий» Института химии растворов
РАН. Поступила 07.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 746.11
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_21
ИННОВАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. УМНЫЙ ТЕКСТИЛЬ
INNOVATIVE MATERIALS. SMART TEXTILES
Н.А. ЩИГОРЕЦ, И.В. РЫБАУЛИНА
N.A. SHCHIGORETS, I.V. RYBAULINA
(Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Современным и перспективным направлением в дизайне текстиля является «умный» текстиль. Инновационные материалы применяются в различных сферах: промышленность, наука, медицина, искусство и многое другое. Инновационные материалы позволяют внести новый вклад в развитие
технологического прогресса, экологии, медицины, находить новые решения
для обеспечения комфорта человека. Внедрение «умных» материалов способствует улучшению качества жизни людей, повышает конкурентоспособность продукции. В последнее время с появлением нанотехнологий произошел прорыв в разработке «умных» материалов. Нановолокно используется для придания предметам дизайна антимикробных, электропроводящих, оптических, гидрофобных и огнестойких свойств, а также способствует защите от УФ-излучения. Дизайнеры с использованием инновационного текстиля создают интеллектуальные устройства, способные выполнять сбор и хранение энергии, распознавание тепла, движения и др. Эти достижения находят широкое применение в индустрии моды, а также в здравоохранении, военных разработках, космонавтике и многих других отраслях.
A modern and promising direction in textile design is “smart” textiles. Innovative
materials are used in various fields: industry, science, medicine, art and much more.
Innovative materials allow us to make a new contribution to the development of
technological progress, ecology, medicine, and find new solutions to ensure human
comfort. The introduction of “smart” materials help sto improve people’s quality of
life and increases competitiveness in the product market. Recently, with the advent
of nanotechnology, there has been a breakthrough in the development of “smart”
materials. Nanofibers are used to impart antimicrobial, electrically conductive, optical, hydrophobic, and flame-retardant properties to design objects, and also provide UV protection. Using innovative textiles, designers create smart devices capable
of collecting and storing energy, recognizing heat, motion, etc. These achievements
are widely used in the fashion industry, as well as in healthcare, military development, astronautics and many others.
Ключевые слова: инновационные материалы, умный текстиль, текстильный дизайн, инновационный текстиль, индустрия моды, активный
текстиль, нановолокно.
Keywords: innovative materials, smart textiles, textile design, innovative textiles, fashion industry, active textiles, nano-fiber.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
21
Введение
Инновационные текстильные материалы
на сегодняшний день являются актуальным
направлением в современном дизайне. Развитие новых материалов и нанотехнологий
играет значительную роль в развитии текстильной и легкой промышленности, что
способствует улучшению качества производства, упрощению технологического
процесса и расширению свойств и функций
продукции [1].
Современные инновационные текстильные материалы играют важную роль в обеспечении комфортной и безопасной жизни
человека в повседневности, а также позволяют дизайнерам находить новые художественные решения при создании дизайнпроектов.
В последнее десятилетие инновационные материалы являются источником вдохновения для многих авторов в различных
областях дизайна: высокая мода, графический дизайн, дизайн среды, промышленный
дизайн и др.
Инновационные материалы различаются по функциям и свойствам, некоторые
из них обладают антибактериальными
свойствами, повышенной прочностью, способностью к терморегуляции, водоотталкивающими свойствами и т. д. [2…4]. Широкий ассортимент инновационных материалов позволяет применять их в различных
сферах жизнедеятельности человека: цифровые технологии, здравоохранение, транспорт, энергетика или безопасность.
Использование инновационных материалов в дизайне позволяет создавать уникальные многофункциональные предметы, которые способны изменять свою форму и свойства в зависимости от назначения и применения, открывает новые горизонты в области
адаптивного и интеллектуального дизайна.
Например, с использованием инновационных текстильных материалов изготовлена
«умная» мебель с мультимедийными функциями или световыми эффектами, реагирующими на движение или звук [3].
Классификация инновационных материалов
Инновационные материалы различаются [5]:
22
по составу: наноматериалы; суперпроводники; мембранные материалы (используемые в мембранных технологиях для фильтрации); легкосплавы (материалы, обладающие высокой прочностью и низким удельным весом, например титановые сплавы);
по области применения: электроника
(графен, органические светодиоды, полупроводниковые материалы); медицина (биокомпозиты, материалы для создания искусственных органов или имплантатов); строительство (ультрапрочные бетоны, утеплители); аэрокосмические направления (композиты, титановые сплавы, керамические
материалы высокой прочности) и др.;
по физическим свойствам: сверхпроводники (материалы, обладающие нулевым сопротивлением при определенных температурах); пьезоматериалы (обладающие свойствами преобразовывать механическую
энергию в электрическую и наоборот); супергидрофобные материалы (обладающие
свойством отталкивать воду) и др. [6].
Такая классификация помогает понять
разнообразие инновационных материалов и
их потенциальные области применения в
науке и технике.
Роль инновационных материалов в искусстве и дизайне
Особое место инновационные материалы занимают в сфере искусства и дизайна,
позволяя художникам и дизайнерам воплощать свои творческие идеи в новых формах
и концепциях. Инновационные материалы
способствуют развитию новых тенденций и
направлений в современном искусстве и
дизайне. В дизайне и искусстве применяются технологические, рециклированные,
световые, интерактивные, текстурные, многослойные материалы и биоматериалы.
Использование рециклированных материалов становится все более популярным.
Художники и дизайнеры создают авторские произведения из переработанных пластиков, стекла, металла и других материалов, это вносит вклад в развитие экологии и
сохранение природы.
Биоинженерия и развитие биоматериалов открывают новые возможности для
творчества. Например, использование биопластиков, биоинженерных тканей или
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
грибных материалов позволяет создавать
экологически чистые произведения и предметы дизайна [7].
Инновационные материалы, обладающие
светоотражающими, светопроводящими или
интерактивными характеристиками, используются в создании световых и звуковых инсталляций, арт-объектов и дизайн-проектов,
что придает произведениям особую выразительность и эмоциональность.
Особой сферой исследования является
инновационный текстиль. Современный
текстиль является продуктом сочетания инновационных материалов, передовых технологий и креативного дизайна и применяется в различных областях. Современный
текстиль переосмысливает традиционные
формы и материалы, открывая новые горизонты для творческого выражения.
Таким образом, к инновационным материалам относятся такие материалы, как «умный» текстиль, легкие композитные материалы, термохромные покрытия, и многие другие. В данной статье особое внимание уделяется исследованию «умного» текстиля [8].
Современная текстильная промышленность сталкивается с непрекращающимся
потребительским спросом на инновационную продукцию. Использование новых технологий позволяет получать текстильные
полотна с особой текстурой, широким спектром цветов, а также с особыми физическими свойствами, такими как высокая
прочность и долговечность, огнестойкость,
самоочищение, антиперспирантные, антимикробные и дезодорирующие свойства.
Умный текстиль
В последние годы современные технологии привели к появлению так называемого «умного» текстиля.
«Умный» текстиль – это текстиль, способный улавливать изменения в окружающей среде и реагировать на них. Различаются два вида умного текстиля: активный и
пассивный. Пассивный умный текстиль
способен изменять свои свойства в зависимости от воздействия окружающей среды. К
этой категории относятся материалы с памятью формы, гидрофобные или гидрофильные текстильные полотна и т. д., например,
ткани, покрытые различными наночасти-
цами оксидов металлов, из которых можно
производить одежду, устойчивую к ИК/УФизлучению или с антимикробными свойствами. Активный умный текстиль оснащен
датчиками и особыми механизмами для
связи внутренних параметров с передаваемым сигналом. Они способны улавливать
различные параметры окружающей среды,
такие как температура, интенсивность света,
загрязнение воздуха, наличие осадков. Для
передачи сигнала используются различные
механизмы (текстильные дисплеи, микровибрационные устройства, светодиоды
(LED или OLED)). Решение о реакции на
сигнал может приниматься локально в случае встроенных электронных устройств
(текстильной электроники) или удаленно,
если умный текстиль подключен по беспроводной сети к «облаку» или серверу с базами данных и программным обеспечением,
системе искусственного интеллекта и т. д.
[9].
Идея «умного» материала была впервые
презентована в Японии в 1989 году. Первым текстильным материалом, который
был назван «умным» текстилем, была шелковая нить, обладающая функцией запоминания формы. Открытие материалов с
функцией памяти формы в 1960-х годах и
умных полимерных гелей в 1970-х годах
принято считать рождением современных
умных материалов. Лишь в конце 1990-х
годов в текстильном производстве появились умные материалы. Первые исследования, связанные с коммуникативным текстилем, проведены в конце 1990-х годов, а первые текстильные электронные полупроводниковые компоненты выпущены в начале
2000-х годов.
Современные технологии позволяют создавать материалы с уникальными свойствами: электролюминесцентные материалы,
интерактивные ткани, термоактивные покрытия и другие. Эти материалы используются в современном дизайне одежды, интерьеров, предметов быта и других областях
[10].
Одной из глобальных сфер применения
умного текстиля является «умная» одежда.
Термин «умная одежда» описывает класс
одежды, которая имеет дополнительные ак-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
23
тивные функции в дополнение к традиционным свойствам одежды. Эти новые функции или свойства достигаются за счет использования специального текстиля, электронных устройств или их комбинации.
Например, свитер, меняющий цвет под воздействием тепла, или браслет, фиксирующий частоту сердечных сокращений спортсмена во время тренировки. Таким образом,
интеллектуальную одежду можно разделить
на три категории: помощники в одежде,
хранящие информацию в памяти и выполняющие сложные вычисления; мониторы в
одежде, которые фиксируют поведение или
состояние здоровья человека; регулирующая
одежда, которая считывает определенные
параметры, например, температуру или
пульс [11].
Интеллектуальная одежда может работать как в ручном, так и в автоматическом
режиме. В случае ручного использования
человек может воздействовать на эти функции, а в автоматическом режиме одежда автономно реагирует на внешние параметры
окружающей среды (температуру, влажность, освещенность).
Многие текстильные материалы, такие
как хлопок, шелк или полиэстер, являются
идеальной основой для интеграции умных
функциональных наноматериалов. Текстиль,
модифицированный наноматериалами, применяется при заживлении ран, очистке воздуха, введении лекарств, в косметике, производстве возобновляемой энергии, диодов,
транзисторов и электронных устройств и др.
Функциональные возможности, исследованные за последние пару десятилетий,
включают устойчивость к бактериям, гидрофобность, огнестойкость, защиту от ультрафиолета, стойкость к выцветанию и способность к самоочистке. Областью активной деятельности дизайнеров и технологов
является разработка тканей и, следовательно, предметов дизайна, которые могут
использовать, хранить и передавать энергию пользователю в его повседневной жизни.
Интеграция энергоэффективных технологий,
таких как пьезоэлектрические генераторы,
солнечные элементы, биотопливные модули, наногенераторы и суперконденсаторы, открывают новые возможности в
24
проектировании нанотекстильных материалов, которые способны генерировать и
накапливать энергию. Данные разработки
позволяют расширить возможности и
функциональные свойства текстильного
полотна. Такие материалы активно используются в создании «умной» одежды, аксессуаров, проектировании промышленных
объектов, в дизайне интерьера и в качестве
источников энергии и систем мониторинга
в крупных компаниях [12].
Многие достижения в области инновационного текстиля начались с индустрии
моды. Так, например, компании Philips и
Black Eyed Peas разработали линию
одежды, цвет которой меняется в зависимости от настроения ее владельца, и модную
одежду на основе материалов органических
светоизлучающих диодов (OLED), чтобы
украсить обладателя различными световыми рисунками и цветовыми эффектами.
В последнее время можно наблюдать множество коллабораций дизайнеров и технологов, применяющих нанотехнологии и умный текстиль в своих проектах, например:
3D платье (Anemone); платье с параметрической скульптурой; ткань (Cipher), вышитую анимированными черными зеркалами,
и платье, похожее на летающий дрон
«Volantis». Исследователи сосредоточены
на изучении фотоники, позволяющей внедрять данное направление в текстильной
промышленности.
Преодоление междисциплинарных границ играет важную роль в развитии умного
текстиля, поскольку это позволяет объединить знания и опыт специалистов разных
профессий для достижения общей цели.
Новые технологии и методы работы открывают новые перспективы для текстильной
отрасли, стимулируя инновации и повышая
конкурентоспособность на рынке.
Создание новых инновационных продуктов в области умного текстиля требует
постоянного развития и совершенствования
процессов производства, а также постоянного стремления к новым открытиям [13].
Исследования научных работ и изобретений позволили выявить основные виды
умного текстиля: антимикробный, гидрофобный и гидрофильный, устойчивый к
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УФ-излучению, антистатический и электропроводящий, хранящий энергию, фотонный, сенсорный текстиль.
Различные противомикробные элементы, такие как TiO2, хитозан, N-галамин,
Ag, Cu2O и т. д., используются для получения антимикробных свойств текстильных
материалов. Ученые Муньос-Бонилья и
Фернандес-Гарсия разработали противомикробные наноматериалы, которые соединяются с текстильной основой химическим
или физическим путем [14].
Бионика всегда являлась значимой областью в науке и дизайне. Так, для изобретения гидрофобных материалов технологи
использовали хитозановые покрытия на
хлопчатобумажных и полиэфирных тканях,
вдохновившись перьями уток, покрытыми
маслом, а для создания супергидрофобных
полотен использовали модифицированные
углеродные нанотрубки на хлопковых волокнах, чтобы имитировать текстуру поверхности листьев лотоса [15].
Материалы для защиты от ультрафиолета получают путем обработки тканей
наноматериалами, блокирующими ультрафиолетовое излучение (UVB и UVA), с целью улучшения защиты от ультрафиолета.
Эффективность защиты от ультрафиолета
измеряется коэффициентом защиты от ультрафиолета (UPF) и зависит от вида ткани.
Нейлон и полиэстер, будучи гидрофобными, обладают большим статическим зарядом, в то время как целлюлозные волокна
имеют более высокую влажность, что способствует снижению их статического заряда. Для достижения антистатических
свойств синтетических волокон используются различные наноматериалы: ZnO, наночастицы TiO2, наночастицы SnO2, легированные Sb и т. д. Эти наноматериалы рассеивают статический заряд на текстильной
основе благодаря высокой проводимости.
Для нейтрализации статического заряда
применяются некоторые наносоли на основе силанов, поскольку они поглощают
влагу из воздуха, взаимодействуя через его
поверхностные гидроксильные группы.
Внедрение датчиков и механизмов в
текстильной промышленности стало возможным благодаря разработке технологии
нанесения на волокнистый материал проводящих полимеров. Модификация проводящих полимеров осуществляется путем включения в их матрицу наноматериалов, таких
как наноструктурированный полианилин,
полипиррол и политиофен. Проводящие
полимеры придают текстилю повышенную
механическую прочность и имеют оптические и проводящие характеристики [16].
Суперконденсаторы для хранения энергии нашли применение в проектировании
текстильных материалов, хранящих энергию. Исследователи стремятся ввести в
ткань электроды суперконденсатора, не
нарушая при этом гибкости и износостойкости ткани. Применение хлопчатобумажных
и полиэфирных тканей, модифицированных
с использованием активированного угля в
полимерных материалах, таких как полиметилметакрилат и полиэтиленгликоль, позволяет создавать текстильные материалы со
встроенными суперконденсаторами.
Использование фотонных технологий в
индустрии моды привлекло огромное внимание пользователей. Оптические материалы, такие как оптические волокна, оптические пленки и наночастицы, широко применяются для проектирования инновационных текстильных материалов, способных
изменять внешний вид под воздействием
света. Например, оптические пленки, полученные из периодических диэлектрических
многослойных материалов, прочно покрытые текстильными волокнами, приводят к
образованию на ткани светоотражающих и
ярких рисунков. Голографические пленочные покрытия также можно наносить на
ткани для создания трехмерных визуальных эффектов. Фосфоресцентные пленки
наносятся на ткани, чтобы они светились в
темноте. Фотохромные и термохромные
материалы используются в текстиле, чтобы
улавливать изменение температуры или интенсивности света. Светоотражающие чернила на текстиле широко применяются для
изготовления защитной одежды [17].
В текстильное полотно можно интегрировать различные виды датчиков для различных целей: датчики тепла, прикосновения, давления, оптические, химические,
обонятельные и т. д. Углеродные наномате-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
25
риалы, среди которых углеродные нановолокна, графен и углеродные нанотрубки,
представляют важные компоненты для создания легких, гибких и высокодеформируемых датчиков. Они позволяют создавать
инновационную продукцию с мониторингом здоровья, движений человека и другими функциями.
Рынок продукции
Инновационные текстильные материалы представляются на крупных промышленных выставках, таких как Premiere
Vision, Techtextil, Intershtof и HeimTextil.
Существует множество компаний и
брендов, которые работают с инновационными текстильными материалами и нанотехнологиями, среди них Nike, Adidas, Under Armour, The North Face, Tesla.
Мировые лидеры в производстве спортивной одежды и обуви активно внедряют
умный текстиль и нанотехнологии в свои
коллекции. Например, использование легких и дышащих материалов повышает комфорт и продуктивность спортсменов.
В России также есть множество компаний, занимающихся разработкой и производством умного текстиля. Например, «Армия России» внедряет новые материалы
для улучшения защиты и комфорта солдат.
Группа компаний «Меркурий» занимается
инновационной деятельностью в области
производства многослойных мембранных
материалов. Компания применяет метод
высокотехнологичной печати на текстильных материалах, который открывает широкие перспективы в различных отраслях.
Продукция компании имеет широкий
спектр использования, включая военную и
тактическую одежду, медицинскую одежду
с защитой от COVID-19 и многое другое [18].
Уникальные эндопротезы из углеродуглеродного композиционного материала,
созданные Уральским НИИ композиционных материалов, демонстрируют прогрессивный подход к разработке материалов
для медицинского применения. Обладая такой же прочностью и коэффициентом упругости, как костная ткань человека, они открывают новые возможности в области медицины.
26
«Арктик Текстиль» одна из крупнейших компаний в России, занимающихся
разработкой и производством инновационных текстильных материалов для различных отраслей, включая спортивную одежду,
спецодежду и медицинские изделия [19].
«Чайковский текстиль» – это компания,
которая специализируется на разработке и
производстве инновационных текстильных
материалов для медицинских целей. На протяжении 30 лет компания проводит собственные научно-исследовательские работы, патентует разработки и выпускает
«умные» ткани для медицинских организаций.
Еще одним инновационным проектом
является графеновая куртка от бренда
Vollebak, в которой использован графен
(ультрапрочный и гибкий материал с особыми свойствами). Такая куртка способна
сохранять тепло, быть водонепроницаемой,
обладать бактерицидным эффектом и поддерживать комфортную влажность.
Перспективы развития
С развитием технологий и научных исследований в области материаловедения
человечество может ожидать появление
еще более удивительных и прогрессивных
материалов [20]. Прогнозировать будущее
всегда сложно и рискованно. Тем не менее
умный текстиль, вероятно, будет развиваться в двух разных направлениях. Первое
направление разработка недорогого «умного» текстиля, который будет производиться для широкой публики и интегрироваться в основном в одежду и домашний
текстиль; второе разработка «умного»
текстиля для специального использования с
более высокой стоимостью.
Развитие инновационных материалов
является актуальным и перспективным
направлением в современном мире по многим причинам.
Во-первых, технологический прогресс
позволяет создавать более функциональные, прочные, легкие и безопасные материалы широкого спектра применения.
Во-вторых, инновационные технологии
позволяют создавать экологически чистые
или перерабатываемые материалы с высо-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
кой износостойкостью, что увеличивает
срок службы изделий и снижает затраты на
их обслуживание и замену, а это способствует сокращению негативного воздействия на окружающую среду.
В-третьих, инновационные материалы
способствуют улучшению качества жизни
человека за счет проектирования более
комфортных и безопасных предметов для
повседневного использования, функциональных изделий, отвечающих современным требованиям потребителей.
ВЫВОДЫ
«Умный текстиль» – это текстильные
материалы, польза которых выходит далеко
за рамки декоративного использования,
они взаимодействуют с пользователем, помогая ему выполнять определенные функции. По определению, такие материалы могут изменять свои механические свойства
(форму, вязкость, твердость и т.д.), термические, оптические, магнитные свойства
предсказуемым и контролируемым образом.
Научный прогресс в разработке новых
современных материалов стал частью дизайна и концепции нового многофункционального текстиля. Инновационные технологии – это будущее, с каждым днем становится все более очевидным потенциал умного текстиля.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гарифуллина Г.А. Инновационные разработки
в производстве полиэфирных волокон, применяемых
для текстильных материалов // Вестник Казанского
технологического университета. 2014. №19. С. 123.
2. Хамматова В.В. Инновационные технологии
для производства текстильных материалов, применяемых при производстве спецодежды // Вестник
Казанского технологического университета. 2014.
№16. С. 224.
3. Козлова О.В., Борисова О.А., Чешкова А.В.
Перспективы использования химических технологий
в художественном оформлении льносодержащих
тканей // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2009. №9. С. 34.
4. Ясинская Н.Н., Скобова Н.В. Влагоперенос в
текстильных материалах из функциональных нитей
// Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2022. № 4 (400).
С. 56…61.
5. Кузив С.Л. Применение современных текстильных материалов как средство формирования новых художественно-эстетических особенностей изделий с традиционной художественной вышивкой //
Традиционное прикладное искусство и образование.
2022. №1. С. 56.
6. Исаева Т.И. Этнический дизайн: эксклюзивные материалы и архаичные технологии // Современные техника и технологии: сб-к докл. XIII Междунар. науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых. Томск: ТПУ, 2007. С. 34.
7. Галиуллина Э.Р., Шакирова А.А. Инновационные экологичные решения в текстильной индустрии
// Вестник КазГУКИ. 2023. №2. С. 73.
8. Демидов А.В., Витковская Р.Ф., Терещенко Л.Я.
Текстиль в технике и защите окружающей среды /
под ред. проф. К.Е. Перепелкина. СПб.: СПГУТД,
2009. 338 с.
9. Бесчастнов Н.П., Дембицкая А.С., Рыбаулина И.В. Агиттекстиль студентов: опыт производственных практик 1920-1930-х годов // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной
промышленности. 2021. № 3 (393). С. 166…170.
10. Салимова А.И. Получение высокопрочных и
термостойких тканей на основе полимерных волокон // Вестник Казанского технологического университета. 2012. №21. С. 48.
11. Кирсанова Е.А. Методические основы оценки и прогнозирования свойств текстильных материалов для создания одежды заданной формы: дис. …
д-ра техн. наук. М., 2003. 380 с.
12. Михайлин Ю.А. Термоустойчивые полимеры
и полимерные материалы. СПб.: Профессия, 2012.
624 с.
13. Асланян А.А., Курденкова А.В., Шустов Ю.С.,
Федулова Т.Н. Оценка воздействия жидких строительных отделочных материалов на ткани для пошива рабочей одежды // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2017. № 2. С. 98...100.
14. Уваров В.Д. Таписсерии, сотканные на мануфактуре Гобеленов и мастерских Уильяма Морриса
// Вестник Санкт-Петербургского гос. ун-та технологии и дизайна. Серия 2: Искусствоведение. Филологические науки. 2019. №1. С. 59...64.
15. Назаров Ю.В., Попова В.В. Инновационный
текстиль. Основные виды и области применения //
Международный научно-исследовательский журнал. 2016. №10(52). С. 172…174.
16. Курденкова А.В., Шустов Ю.С., Асланян А.А.,
Федулова Т.Н. Исследование гигроскопических
свойств тканей, предназначенных для пошива защитных костюмов строительных специальностей //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2014. № 6. С. 34...37.
17. Ильичев В.А., Колчунов В.И., Бакаева Н.В.,
Кобелева С.А. Экологическая безопасность использования текстильных волокон в промышленности
строительных материалов // Изв. вузов. Технология
текстильной промышленности. 2017. № 1.
С. 194…198.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
27
18. Дерева Р.М. Дизайн трехмерных орнаментальных структур: дис. … канд. искусствоведения.
М., 2006. 150 с.
19. Берлин А.А. Полимерные композиционные
материалы: структура, свойства, технология. СПб.:
Профессия, 2009. 556 с.
20. Хамматова Э.А. Управление микроструктурой шерстяных волокон, применяемых при производстве суконных материалов для спецодежды //
Вестник Казанского технологического университета. 2014. №16. С.65.
REFERENCES
1. Garifullina G.A. Innovative developments in
the production of polyester fibers used for textile materials // Bulletin of the Kazan Technological University.
2014. No. 19. P.123.
2. Khammatova V.V. Innovative technologies for
the production of textile materials used in the production
of workwear // Bulletin of the Kazan Technological University. 2014. No. 16. P.224
3. Kozlova O.V., Borisova O.A., Cheshkova A.V.
Prospects for the use of chemical technologies in the
decoration of flax-containing fabrics // News of Universities. Chemistry and chemical technology. 2009. No. 9.
p. 34.
4. Yasinskaya N.N., Skobova N.V. Moisture transfer in textile materials from functional threads //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 4
(400). P. 56…61.
5. Kuziv S.L. The use of modern textile materials
as a means of developing new artistic and aesthetic features of products with traditional artistic embroidery //
Traditional applied art and education. 2022. No. 1.
P. 56.
6. Isaeva T.I. Ethnic design: exclusive materials
and archaic technologies // 13th International Scientific
and Practical Conference of Students and Young Scientists “Modern equipment and technologies”. Tomsk:
TPU, 2007. p. 34.
7. Galiullina E.R., Shakirova A.A. Innovative environmental solutions in the textile industry // Bulletin
of KazGUKI. 2023. No. 2. P.73
8. Demidov A.V., Vitkovskaya R.F., Tereshchenko L.Ya. Textiles in technology and environmental
protection / ed. prof. K.E. Perepelkina. St. Petersburg:
SPGUTD, 2009. 338 p.
9. Beschastnov N.P., Dembitskaya A.S., Rybaulina I.V. Agittextiles of students: experience of production practices of the 1920-1930s // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
28
Promyshlennosti. 2021. No. 3 (393). pp. 166…170.
10. Salimova A. I. Production of high-strength and
heat-resistant fabrics based on polymer fibers // Bulletin
of the Kazan Technological University. 2012. No. 21.
P. 48.
11. Kirsanova E. A. Methodological foundations
for assessing and predicting the properties of textile materials for creating clothing of a given shape: dissertation
for the degree of Doctor of Technical Sciences. Moscow, 2003. 380 p.
12. Mikhailin Yu.A. Heat-resistant polymers and
polymer materials. St. Petersburg: Profession, 2012.
624 p.
13. Aslanyan A.A., Kurdenkova A.V., Shustov Yu.S.,
Fedulova T.N. Impact assessment construction of liquid
finishing materials on fabrics for work clothes //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2017. No. 2.
P. 98...100.
14. Uvarov V.D. Tapisseries woven at the Gobelin
manufactory and William Morris workshops // Bulletin
of the St. Petersburg State. University of Technology
and Design. Series 2: Art history. Philological sciences.
2019, No. 1. pp. 59...64.
15. Nazarov Yu.V., Popova V.V. Innovative textiles. Main types and areas of application // International
scientific research journal. 2016. No. 10(52). P. 172...174.
16. Kurdenkova A.V., Shustov Yu.S., Aslanyan A.A.,
Fedulova T.N. Study hygroscopic properties of fabric
for protective suits sewing construction specialties //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2014. No. 6.
P. 34...37.
17. Ilyichev V.A., Kolchunov V.I., Bakaeva N.V.,
Kobeleva S.A. Environmental safety of using textile fibers in the construction materials industry // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2017. No. 1. P. 194...198.
18. Dereva R.M. Design of three-dimensional ornamental structures: dissertation for the degree of candidate of art history. M., 2006. 150 p.
19. Berlin A.A. Polymer composite materials:
structure, properties, technology. St. Petersburg: Profession, 2009. 556 p.
20. Khammatova E.A. Control of the microstructure of wool fibers used in the production of cloth materials for workwear // Bulletin of the Kazan Technological University. 2014. No. 16. P. 65.
Рекомендована кафедрой декоративно-прикладного искусства и художественного текстиля РГУ
им. А.Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677.027.625.15
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_29
ТЕХНОЛОГИИ ПРИДАНИЯ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИХ СВОЙСТВ
ТЕКСТИЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ
TECHNOLOGIES FOR IMPARTING THERMOREGULATORY PROPERTIES
TO TEXTILE MATERIALS
А.Ф. АЛЁХИНА, К.А. ЕРЗУНОВ, О.И. ОДИНЦОВА
А.F. ALYOKHINA, K.A. ERZUNOV, O.I. ODINTSOVA
(Ивановский государственный химико-технологический университет)
(Ivanovo State University of Chemistry and Technology)
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Регулирование температуры тела имеет особое значение для здоровья и
производительности труда человека. Текстильные изделия, обладающие
терморегулирующими свойствами, могут поддерживать оптимальную
температуру тела в различных условиях: проявлять охлаждающий эффект
при высокой температуре и сохранять тепло при низкой. Существуют различные методы получения материалов с терморегулирующими свойствами:
создание интеллектуальных волокон, внедрение специализированной электроники, создание текстиля на основе принципов ИК-пропускания и ИК-отражения, мембранные технологии, инновационная методика микрокапсулирования веществ с фазовым переходом. Разработанные технологии обеспечивают создание широкого спектра материалов и изделий различного назначения, которые включают повседневную одежду, одежду специального и медицинского назначения, спортивные товары, постельное белье и другие текстильные изделия. Рассмотрены вещества, способные переходить из твердого состояния в жидкое, поглощать избыточное тепло, отдавать его при
снижении температуры. Оценена возможность использования описанных
функциональных препаратов в технологии микрокапсулирования. Описаны
основные преимущества данного метода при создании терморегулирующих
текстильных материалов.
Regulating body temperature is particularly important for human health and
productivity. Textiles with thermoregulatory properties can maintain optimal body
temperature in various conditions: exhibit a cooling effect at high temperatures and
retain heat at low temperatures. There are various methods for obtaining materials
with thermoregulatory properties: creation of intelligent fibers, introduction of specialized electronics, creation of textiles based on the principles of IR transmission
and IR reflection, membrane technologies, innovative methods of microencapsulation of substances with phase transition. The developed technologies ensure the creation of a wide range of materials and products for various purposes, which include
casual clothing, clothing for special and medical purposes, sporting goods, bed linen
and other textile products. Substances that can pass from a solid to a liquid state,
absorb excess heat, and release it when the temperature decreases are considered.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (номер проекта FZZW2023-0008).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
29
The possibility of using the described functional drugs in microencapsulation technology was assessed. The main advantages of this method in the creation of temperature-regulating textile materials are described .
Ключевые слова: текстильные материалы, терморегулирующие свойства, вещества с фазовым переходом, микрокапсулирование, поглощение
тепла, отдача тепла, инкапсулированные текстильные материалы.
Keywords: textile materials, thermoregulating properties, phase change materials, microencapsulation, heat absorption, heat dissipation, encapsulated textile materials.
Введение
Производство текстильных материалов
с терморегулирующими свойствами является одной из наиболее актуальных тем [1].
В условиях нестабильной климатической
обстановки, сопровождающейся резкими
колебаниями температуры и влажности
воздуха, возрастает потребность в использовании улучшенных типов текстиля, способных эффективно регулировать микроклимат нашего тела [2]. Придание текстильным материалам терморегулирующих
свойств способствует созданию комфортного микроклимата для человека не только
в тяжелых условиях труда, но и в повседневной жизни, защищая организм от неблагоприятных температурных воздействий и значительно снижая риски для здоровья.
Такие материалы находят широкое применение в различных сферах жизни, где
напрямую приходится сталкиваться с проблемой поддержания оптимальной температуры для стабильного функционирования.
Текстильные материалы с уникальными характеристиками терморегуляции получили
широкое применение во многих отраслях.
К примеру, их можно использовать для
производства спортивной, медицинской и
специальной одежды, постельного белья и
других изделий. Такая одежда обеспечивает защиту организма от риска перегрева
или охлаждения во время физических
нагрузок [3]. Эти материалы также применяются для изготовления одежды специального назначения, предназначенной поддерживать оптимальную температуру тела работников, проводящих много времени в
условиях высоких или низких температур
30
[4]. Текстиль с терморегулирующей способностью на сегодня является неотъемлемой частью нашей жизни и продолжает развиваться для обеспечения максимального
комфорта и удовлетворения потребностей в
поддержании благоприятной температуры
для жизнедеятельности организма.
Технологии придания текстильным материалам терморегулирующих свойств
Развитие новых технологий приводит к
росту потребностей человека, который
стремится следовать инновациям для обеспечения комфортного существования. Выбор текстильных изделий из их широкого
спектра в этом случае имеет не столько эстетическую, а сколько практическую значимость. В зависимости от погодных условий,
микроклимата помещений люди выбирают
текстильные изделия, основываясь на
функциональных свойствах, которые позволят поддерживать оптимальную температуру тела.
Для достижения комфорта и предотвращения пагубных воздействий на здоровье
человек предпочитает использовать предметы одежды, сделанные из натуральных
волокон, которые характеризуются особым
строением и свойствами. Они отличаются от
других типов волокон благодаря ряду преимуществ, таких как экологичность, способность обеспечивать циркуляцию воздуха и
дышащие свойства, а также поглощать и отводить влагу. Изделия из тканей на основе
волокон натурального происхождения (растительного, животного, минерального) обладают высокой прочностью, долговечностью, способны проявлять терморегулирующие свойства [5].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Шерсть является одним из самых древних материалов с терморегулирующими
свойствами, который помогает сохранять
тепло [6]. Шерсть использовалась жителями
неолитической эпохи для создания прочной
и теплой ткани, особенно необходимой в холодных климатах и ограниченных условиях
доступа к другим материалам [2]. Волокно
данного типа имеет особенное строение, состоит из трех слоев: чешуйчатый, корковый,
сердцевинный. Поверхностный чешуйчатый слой предохраняет шерсть от атмосферных воздействий и механических повреждений и определяет ее способность к свойлачиваемости. Кашемир и мериносовая
шерсть обладают высокой теплоизоляционной способностью, при этом кашемир по
праву считается самым «теплым» материалом из-за его возможности сохранять тепло
в семь-восемь раз лучше, чем шерсть других
животных [7].
Льняные ткани обладают отличной воздухопроницаемостью, что позволяет коже
«дышать». Для льняных волокон характерны более высокая гигроскопичность и
теплопроводность в сравнении с хлопковыми. Таким образом, изделия из льна способны проявлять охлаждающий эффект в
жаркую погоду, что, несомненно, повышает актуальность изделий из льна в летний период времени [3]. Шелк является
природным теплоизолятором. Охлаждающие свойства объясняются наличием в шелковых нитях неупорядоченных полостей
нанометрового размера, для которых характерен интерференционный эффект при рассеянии падающего света. Ткани из натурального шелка отличаются природной воздухопроницаемостью за счет особенностей
структуры, высокой влагопоглощающей
способностью, что обеспечивает регуляцию отвода тепла [8].
Натуральные волокна имеют хорошую
терморегулирующую способность, однако
они удобны для эксплуатации не во всех
температурных условиях и сферах деятельности. Терморегулирующая одежда должна
не только выполнять функцию сохранения
тепла и поддержания комфортной температуры внутри, но и быть удобной и функциональной. Инженеры-технологи, ученые и
исследователи продолжают поиск альтернатив волокнам шерсти, льна, хлопка и
шелка с целью создания тканей с аналогичными или улучшенными свойствами. Проводятся разработки инновационных материалов с многофункциональными свойствами, стремительно развиваются технологии устойчивой отделки текстильных материалов с целью обеспечения долговременного проявления заданных свойств.
В отличие от натуральных волокон, синтетические волокна гибкие и эластичные, с
высокими прочностными характеристиками,
производятся по современным технологиям,
что делает их более доступными и дешевыми для производства. Кроме того, некоторые типы синтетических волокон могут
быть получены с учетом экологических
требований, например, с использованием
вторичного сырья или технологий, уменьшающих негативное воздействие на окружающую среду. Широко используются
синтетические волокна полые внутри, имеющие особенную структуру и, соответственно, терморегулирующие свойства.
Большинство утеплителей с теплоизоляционными свойствами производятся на основе волокон такого типа [3]. Чтобы получить материалы с эффективным проявлением терморегулирующих свойств, создают композиции, включающие смесь волокон натурального и синтетического происхождения [4].
В настоящее время все более широкое
применение находят ткани из синтетических волокон с мембранным покрытием. В
основе изготовления мембранных тканей
лежит закрепление различных мембранных
пленок на поверхности текстильного материала, которые за счет своей особенной
структуры способны проявлять, например,
такие свойства, как водоотталкивание и
воздухопроницаемость. Мембранные ткани
получают нанесением политетрафторэтилена, в результате чего на текстильном материале образуется тонкая поверхностная
пористая пленка. Тефлоновая пропитка
представляет собой нанесение полимеризованного тетрафторэтилена вещества, имеющего второе название «фторопласт». Так
называемые «мембраны» обладают ветро-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
31
защитными и водоизоляционными свойствами, не препятствуя осуществлению
«дыхания» кожи. Такие материалы находят
широкое применение в изготовлении
одежды для активного отдыха и спорта [9].
Однако утеплители на основе синтетических волокон и мембранные ткани имеют
ряд минусов: ограничение воздухообмена и
малая эффективность при высокой влажности, неспособность к самоочищению, высокая стоимость, некоторые типы материалов
могут вызывать аллергические реакции [10].
В [11] предложен способ получения влагонепроницаемых мембран из нановолокон
посредством одностадийного электроформования из гидрофобного полиуретана с
включениями оксида кремния и стеариновой кислоты, которая действует как материал с фазовым переходом. Данная технология не ограничивает дышащие свойства
материала, кроме того, позволяет получить
материалы с высокой прочностью и выдающимися терморегулирующими свойствами
(скрытое тепло 40 Дж/г), что позволяет
использовать их в различных сферах жизни.
Широко развивается производство дублированных материалов, проявляющих дышащие свойства, способных обеспечивать
защиту от низких температур, впитывать
излишнюю влагу и выводить наружу,
предотвращая перегрев и потоотделение.
Сочетание в материале натуральных волокон позволяет добиться улучшенных адгезионных свойств [12].
В [13] методом клеевого склеивания получен трехслойный нетканый композиционный материал, состоящий из овечьей
шерсти и хлопкового трикотажа, между
слоями расположен полимерный клей
(рис. 1: 1 – трикотажная ткань; 2 – клеевой
слой; 3 – овечья шерсть; 4 – трикотажное
полотно). Соединение слоев осуществлялось
методом термического дублирования при
температуре 150±5°С в течение 2,0±0,2 минуты.
Рис. 1
32
В процессе термического воздействия
расплавленный полимер диффундирует как
в структуру шерсти, так и трикотажного полотна, что приводит к увеличению толщины клеевого слоя и прочности скрепления слоев. Сорбция и отличная адгезия расплавленного полимера к волокнам обеспечивают монолитность и прочность композиционного материала, высокую теплозащиту и воздухопроницаемость. Однако изделия, изготовленные с применением таких
материалов, являются дорогостоящими,
требуют
специализированного
ухода,
склонны к усадке и потере формы в процессе стирок и сушки [14].
Активно развивается один из передовых
способов получения текстильных материалов с терморегулирующими свойствами на
основе внедрения «умной» электроники.
В [15] описаны преимущества специализированной электроники, использование которой в создании текстильных изделий
обеспечивает фиксированный уровень температуры независимо от внутреннего микроклимата и внешних климатических условий во время эксплуатации текстильного
материала. В данной технологии распределение тепла осуществлялось за счет специальных металлических нитей, напрямую
связанных с электронным прибором. Продемонстрирована возможность использования системы регулирования температуры
за счет включения-выключения питания
электронного прибора. После выключения
устройства и последующего включения
температура вновь изменялась до оптимального значения и сохранялась в постоянном режиме.
Терморегулирующие свойства материалов могут быть полезными в медицине (термотерапии). В [16] рассмотрена возможность
включения в текстильное изделие электронных сетей из металлических нановолокон,
которым свойственны высокая степень гибкости, проводимости и газопроницаемости.
Сети распределяются в два слоя: один обеспечивает нагревание и распределение
тепла, а второй используется в качестве
датчика температуры. Волокна данного
типа связаны с электронной «интеллекту-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
альной» системой управления, за счет которой возможно регулировать оптимальную
температуру. Нагрев металлических нитей
осуществляется путем прохождения тока
низкого напряжения.
Современный охлаждающий текстиль
В области охлаждающего текстиля основным подходом является создание условий для обеспечения быстрого отвода тепла
человеческого тела [17]. Существует четыре широко используемых метода охлаждения одежды: воздушный, жидкостный,
с фазовым переходом и с испарительным
охлаждением [18, 19], снимающие чрезмерный тепловой стресс человеческого тела.
Однако такая одежда имеет заметные недостатки: тяжелая, энергоемкая и непригодная для обычного человека [20, 21].
Хлопок, лен и синтетические волокна
являются распространенными материалами
для одежды в жаркие дни, но эти традиционные ткани интенсивно поглощают инфракрасное излучение, что ограничивает
передачу тепла от тела человека в окружающую среду и снижает тепловой комфорт
[22]. Электромагнитные волны теплового
излучения испускаются всеми объектами
при температуре выше абсолютного нуля
из-за движения частиц и квазичастиц [23].
Будучи таким же излучателем тепла, человеческое тело генерирует излучение среднего ИК диапазона [24]. Доказано, что тепловое излучение составляет около 50% потерь тепла человеческим телом [25]. В основе новых терморегулирующих тканей лежат два подхода – управление скоростью
рассеивания тепла от изделия и уровнем излучательной способности внешней поверхности тканей. Для этой цели наносят на текстильный материал полимерные покрытия.
За счет увеличения излучательной способности поверхности покрытий можно достичь охлаждающего эффекта, поскольку
нанесенное покрытие усиливает радиационное рассеивание тепла с поверхности изделия. Напротив, снижение коэффициента
излучения приводит к нагреванию тканей.
Эти механизмы использованы исследователями для производства тканей с эффектом
пассивного охлаждения и нагрева. ИК-пики
некоторых синтетических полимеров не перекрываются ИК-излучением, испускаемым
телом человека. К числу таких полимеров
относится полиэтилен, который может выступать перспективным компонентом современного
охлаждающего
текстиля
(рис. 2) [26].
Рис. 2
Текстильные материалы из нанопористого полиэтилена характеризуются воздухопроницаемостью, непрозрачностью для
видимого света и высоким коэффициентом
пропускания ИК-излучения. Материалы
способны пропускать до 90% человеческого тепла. Применение одежды из нанопористого полиэтилена обеспечивает повышение теплового комфорта пользователей
без использования систем кондиционирования воздуха [27]. С целью придания подобным изделиям привычной формы и
обеспечения более комфортного процесса
их эксплуатации в [28] предложено создание дублированного материала методом заключения волокон хлопка между двумя
слоями нанопористого полиэтилена путем
их точечного «сплавления». При этом боль-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
33
шую роль в процессе ИК-пропускания играет размер и форма пор полимера. Наличие
пор в диапазоне 50…1000 нм в структуре
полиэтилена делает полиэтиленовые пленки
непрозрачными для видимого света из-за
эффекта рассеяния. При увеличении размера пор с 200 нм до 4,8 мкм эффект ИКрассеяния пор усиливается. При размере пор
1,2 мкм коэффициент пропускания ИК-излучения тела начинает снижаться и достигает
нижнего предела при размере пор 2,4 мкм.
Современные текстильные изделия непрозрачны в инфракрасном диапазоне длин
волн, что препятствует эффективной передаче теплового излучения от человеческого
тела при повышении температуры. В [29]
разработан новый подход к персональному
охлаждению с использованием «инфракрасно-прозрачных» текстильных материалов на основе полиамидных волокон и их
смесей с хлопком, а также с применением
мембраны из нанопористого полиэтилена
для увеличения ИК-прони-цаемости.
При создании тканей с терморегулирующей функцией часто применяется принцип
защиты кожи человека от внешнего ИК-воздействия. С этой целью на текстильные материалы наносят покрытия на основе оксидов металлов. Для формирования таких покрытий используют оксиды металлов, такие
как TiO2, ZnO и CeO2, которые являются хорошо известными пигментами. Доказаны их
свойства обеспечивать прохладу в составе
керамической черепицы и металлических
кровельных листов [30].
Текстильные материалы с включением
оксидов металлов способны защитить рабочих, которые занимаются строительством
зданий и подвержены сильному воздействию солнечного света в таких странах,
как Индия, и регионах Персидского залива.
Подобные модификаторы способны проявлять также антимикробную и противогрибковую активность [31]. Поэтому перечисленные оксиды, нанесенные на текстильные материалы, способствуют поддержанию естественной температуры тела и ингибируют жизнедеятельность бактерий.
Поскольку обычные белые пигменты отражают >80% падающего солнечного излучения, они признаны идеальными активными
34
компонентами пигментов для создания
охлаждающих покрытий на текстиле. ZnO
известный пигмент, который широко используется в составе красок для строительных материалов, в основном для металлических или полимерных кровельных поверхностей. Оксид цинка представляет собой некоррозионный материал, нетоксичный при проглатывании и вдыхании, известный своей способностью поглощать
УФ-излучения, гидрофобными свойствами
и высокой отражательной способностью в
ближнем инфракрасном диапазоне [32, 33].
К перспективным отражающим модификаторам относятся другие оксиды металлов, такие как диоксид титана и оксид меди
[34]. При этом предпочтения при формировании покрытий отдаются частицам нанометрового размера. Размер частиц и их
форма также влияют на свойства полученных материалов. Покрытия, содержащие
чешуйчатые наночастицы оксида меди, обладают более высоким спектральным коэффициентом отражения и лучшими охлаждающими характеристиками по сравнению с
покрытиями, содержащими сферические и
стержневые наночастицы CuO [35].
Одной из инноваций в области разработки терморегулирующего текстиля является введение фотонных наноструктур
(кристаллов) в текстильные изделия. С этой
целью в [36] предложены фотонные ткани
для
индивидуальной
терморегуляции
(рис. 3). Фотонные кристаллы способны
предотвращать выход теплового потока
при блокировке некоторого спектра частот
инфракрасного диапазона. Тепло при этом
генерируется за счет отражения излучения
человеческого тела. Действие фотонных
кристаллов как теплоизоляторов напрямую
зависит от их показателей преломления.
Рис.3
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Использование веществ с фазовым переходом
Наиболее эффективным подходом в создании тканей с терморегулирующей способностью является использование веществ,
обладающих фазовым переходом (phase
change materials – вещества с фазовым переходом / ВФП). Принцип фазового перехода
заключается в том, что вещество способно
переходить из одного физического состояния в другое, то есть из твердого состояния
в жидкость и наоборот [37]. Фазовый переход происходит в определенном диапазоне
температур. Вещество поглощает энергию
в процессе нагрева при фазовом переходе,
затем эта энергия может быть передана в
окружающую среду в области фазового перехода при обратном процессе охлаждения
[38]. Главным преимуществом данных материалов являются малые температурные
интервалы перехода и способность аккумулирования большого количества энергии
[39].
Нанесение веществ с фазовым переходом (ВФП) на текстильную основу позволяет добиться проявления нескольких эффектов [40]:
– охлаждающий эффект, вызванный поглощением тепла ВФП;
– эффект нагрева, вызванный тепловым
излучением ВФП;
– терморегулирующий эффект, возникающий в результате поглощения или теплоотдачи ВФП, который используется для
поддержания постоянной температуры;
– эффект активного теплового барьера,
возникающий либо в результате поглощения тепла, либо в результате теплоотдачи
ВФП, который регулирует, например, тепловой поток от тела человека в окружающую среду и адаптирует его к тепловым
условиям (т. е. уровню активности человека, окружающей температуре).
Для придания терморегулирующих
свойств текстильным материалам используют различные вещества с фазовым переходом. Спектр таких веществ довольно широк и включает в себя представителей различных классов веществ, а именно: масла
[41], органические [42, 43], неорганические
и жирные кислоты [43], гидратированные
соли [44], парафины [45, 46]. Перечисленные химические соединения под действием
температуры переходят в жидкую фазу, в
процессе чего возможен нежелательный
расход активного агента. Для решения данной проблемы предложен способ микрокапсулирования, который широко применяется также в фармацевтической и пищевой
промышленности.
Микрокапсулирование стало одним из
наиболее эффективных способов придания
текстилю терморегулирующей способности.
Получение этого эффекта достигается путем
заключения активного вещества ВФП в
оболочку, таким образом формируются
микрокапсулы. Кроме того, возможно и получение нанокапсул – частиц меньших размеров [47].
Активные вещества, выступающие ядром микрокапсул, реагируют на изменение
температуры. При высокой температуре
они переходят из твердого состояния в жидкое, накапливая при этом тепло и проявляя
охлаждающий эффект, а при низкой – возвращаются в твердое, сопровождая этот
процесс выделением тепла. Это позволяет
управлять теплообменом между телом человека и окружающей средой, обеспечивая
комфортные условия [48].
Для получения микрокапсул, способных
накапливать тепловую энергию, в качестве
активного агента применяют чаще всего углеводороды (парафины) с длинной цепочкой, жирные кислоты, масла растительной
и животной природы, металлы, гидраты солей металлов и др. Особое место в процессе
получения микрокапсул для придания терморегулирующих свойств текстильным материалам нашло рапсовое масло, активно
используемое в осуществлении других видов специальной отделки текстильных материалов. Рапсовое масло растительного
происхождения состоит главным образом
из триглицеридов сложных полных эфиров глицерина и различных жирных кислот.
Терморегулирующие свойства этого масла
во многом зависят от его состава и содержания жирных кислот, особенно насыщенных и ненасыщенных одноосновных кислот с неразветвленной углеродной цепью
[40, 41].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
35
Жирные кислоты также нашли применение в микрокапсулировании. Для этих веществ характерны высокая термостабильность и низкая летучесть, что предотвращает их преждевременное разрушение в
капсулах и обеспечивает сохранение
свойств при стирке или глажении текстильного материала. Большинство кислот также
являются биоразлагаемыми, что делает их
использование экологически безопасным
для окружающей среды и организма человека. Однако при использовании жирных
кислот в микрокапсулировании возникают
следующие ограничения. Во-первых, возможно появление коррозии на оборудовании. Во-вторых, некоторые кислоты могут
выделять токсичные пары при очень высоких температурах [42].
В микрокапсулировании представляет
интерес возможность использования ряда
термоаккумулирующих металлов в микрокапсулах для придания текстильным материалам терморегулирующих свойств. Для
них характерна более высокая плотность,
стабильность и устойчивость к разрушению
структуры [31]. Кроме того, некоторым металлам и гидратам солей присущи высокая
скрытая теплота на единицу объема и высокая теплопроводность, значительно отличающие их от органических материалов. Эти
материалы доступны и имеют низкую стоимость по сравнению с органическими веществами. Однако главным их недостатком
является склонность к неконгруэнтному
плавлению, которое приводит к разрушению
прежней структуры. В связи с этим разработаны микрокапсулы на основе додекагидратадинатрийфосфата, оболочки которых
формировались методом межфазной полимеризации с использованием хлороформа в
качестве растворителя и ацетат-бутирата
целлюлозы, сшитого метилендиизоцианатом.
Теплоаккумулирующая способность синтезированных микрокапсул достаточно высока
(поглощение 140,4 кДж/кг -1 при 37℃) [44].
Наиболее технологически выгодными
для получения терморегулирующих текстильных материалов являются парафиновые воски, углеводороды с линейной цепью, так как они обладают высокой способ-
36
ностью аккумулировать тепло, а температуры их фазового перехода попадают в пределы температур человеческого тела, при
этом перечисленные препараты не являются токсичными [45]. Парафины обладают
рядом преимуществ, за счет которых их использование в микрокапсулировании становится все актуальнее. К таким преимуществам относятся: большая теплота фазового
перехода, низкий коэффициент вязкости, отсутствие склонности к смешиванию с полярными жидкостями, по сравнению с кристаллогидратами имеют меньшую удельную
теплоту плавления [46]. Парафины химически инертны, обладают высокой коррозионной устойчивостью, легко выдерживают повторяющиеся циклы изменения агрегатного
состояния, сохраняя свою стабильность после нагревания даже до 250℃. Вещество
остается структурно стабильным, не снижая
своей способности накапливать тепловую
энергию в течение нескольких тысяч циклов
[50].
Технология микрокапсулирования позволяет получать капсулы на основе предложенных веществ с фазовым переходом, заключая их в прочные оболочки, которые
предотвращают нерациональный расход
активного вещества. Таким образом, встает
вопрос о закреплении микрокапсул на текстильном материале. В настоящее время
предлагаются различные способы иммобилизации микрокапсул на текстильный материал: нанесением микрокапсул на поверхность текстильного материала путем пропитки и печати или посредством внедрения
в волокнообразующий полимер на стадии
электропрядения. Распространен способ
распыления аэрозоля с капсулами с последующей сушкой [51, 52].
Использование микрокапсул для придания терморегулирующих свойств текстильным изделиям позволяет создавать комфорт в различных климатических условиях,
поддерживая оптимальную температуру
для организма человека. Данная технология
применена в создании широкого спектра
текстильных изделий с терморегулирующими свойствами: термобелье, одежде специального назначения, костюмах для Арк-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
тики, обуви, медицинском текстиле для достижения определенных терапевтических
или лечебных эффектов, в производстве изделий для активного отдыха, например палаток, а также материалов для мебели, постельном белье [53].
Микрокапсулирование обеспечивает лучшее решение проблемы создания текстильных материалов с терморегулирующими
свойствами и обладает рядом преимуществ
по сравнению с другими технологиями:
экологической безопасностью, так как основу микрокапсул составляют вещества
природного происхождения или используемые в пищевых и медицинских разработках, устойчивостью к различного рода химико-физическим воздействиям, долгосрочностью проявления терморегулирующего эффекта [53].
В Ы В ОД Ы
Разработка современных текстильных
материалов, обладающих терморегулирующей способностью, является одной из актуальных задач прикладной науки. Использование тканей из природных материалов не
может в должной степени обеспечить
надежную и эффективную защиту человека
от постоянно меняющихся температурных
условий окружающей среды. В работе описана лишь малая часть существующих технологий придания материалам терморегулирующих свойств. Среди них особое место занимают технологии, направленные на
создание ИК-пропускающих и ИК-отражающих материалов и пленок. Однако их получение является трудоемким и энергозатратным процессом. Внедрение специальных электронных систем в текстильные изделия также достаточно сложно и зависит
от постоянного использования источников
электроэнергии. При этом эффективность
описанных методов не вызывает сомнений.
Наибольшее распространение получили
технологии, в основе которых лежит применение веществ с фазовым переходом.
ВФП используют как в чистом виде, так и в
составе микрокапсул. Метод микрокапсулирования позволяет защитить активное ве-
щество микрокапсулы от воздействия окружающей среды, что особенно важно для веществ с фазовым переходом. Капсулирование ВФП значительно повышает срок эксплуатации терморегулирующего текстильного материала.
ЛИТЕРАТУРА
1. Wild J.P. The textile archaeology of Romanburials: eyeswideshut // Dressing the Dead in Classical Antiquity. Gloucestershire: Amberley. 2012. P. 17…25.
2. Киселев А.М., Румянцев Е.В., Одинцова О.И.,
Румянцева В.Е. Современные технологии получения
текстильных материалов со специальными свойствами и области их применения // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2 (398). С. 121...133.
3. Кудряшова Т.А., Виноградова Т.А., Козьякова Н.Н. Сравнительный анализ результатов переработки льнотресты сортов льна-долгунца отечественной и иностранной селекции по основным хозяйственно-ценным признакам // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 2 (392). С. 61…67.
4. Шустов Ю.С., Плеханова С.В. Ассортимент и
классификация нетканых мембранных материалов,
применяемых в строительстве // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 3 (405). С. 104…107.
5. Sagar C., Vijay P., Piyush G., Vijaykumar C. Mechanical Properties of Natural Fibers // Journal of Natural Fibers. – 2022, V. 19. N 10. P. 3942…3953.
6. Erdogan U.H, Seki Y., Selli F.Wool fibres Properties and Factors Affecting Breeding and Cultivation //
Wood head Publishing Series in Textiles – 2020, С.
257…278.
7. Пожидаева Д.А. Виды шерсти, классификация войлочных материалов в легкой промышленности // Инновационный потенциал развития общества: взгляд молодых ученых. 2022. С. 536…537.
8. Кузьмина Н.С., Конопальцева Н.М. Анализ современного состояния ассортимента материалов для
спортивной одежды // Проблемы сервиса. 2008. С. 52.
9. Shuo S., Shuo S., Yifan S., Yanting H. et al. Recent
Progress in Protective Membranes Fabricated via Electrospinning: Advanced Materials, Biomimetic Structures, and Functional Applications // Advanced materials. 2022. V. 34. N 17. P. 2107938
10. Демидова Н.С., Дворников М.В., Несынова А.С. Мембранная технология в многослойной
конструкции терморегулирующей одежды для экстремальных условий // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16, № 3. С. 1…3.
11. Zhang P., RenG., TiaL, Li B.et al. Environmentally friendly waterproof and breathable nanofiber membranes with thermal regulation performance by one-step
electrospinning // Fibers and Polymers. 2022, V. 23.
N 8. P. 2139…2148.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
37
12. Sakthivel S. et al. Studies on influence of bonding methods on sound absorption characteristic of polyester/cotton recycled nonwoven fabrics // Applied
Acoustics. 2021. V. 174. P. 107749.
13. Rafikov A., Mirzayev N., Alimkhonova S. Structure and Properties of Layered Material Based On NonWoven Sheep's Wool // J Textile Eng&Fash Tech 3 (1):
18. 2021, V. 22. P. 3…8.
14. Шустов Ю.С., Курденкова А.В., Буланов Я.И., Орлов А.В. Сравнительная оценка дублированных нетканых материалов // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 5 (407). С. 56…61.
15. Roh J.S., Kim S. All-fabric intelligent temperature regulation system for smart clothing applications //
Journal of Intelligent Material Systems and Structures.
2016. V. 27. N 9. P. 1165…1175.
16. Huang J. Li Y., Xu Z., Li W., Xu B., Meng H. et
al. An integrated smart heating control system based on
sandwichstructural textiles // Nanotechnology. 2019.
V. 30. N 32. P. 325203.
17. Habibi P. Moradi G., Moradi A., Golbabaei F.
et al. A review on advanced functional photonic fabric
for enhanced thermoregulating performance // Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management.
2021. V. 16. P. 100504.
18. Song Y.N.,Lei M.Q., Deng L.F., Lei J., Li Z.M.
et al.Hybrid metamaterial textiles for passive personal
cooling indoors and outdoors // ACS Applied Polymer
Materials. 2020, V. 2. N11. С. 4379…4386.
19. Zhou Y., Lou L., Fan J.et al. Quantitative Comparison of Personal Cooling Garments in Performance
and Design: A Review // Processes. 2023, V. 11. N10.
С. 2976.
20. Del Ferraro S., Falcone T., Morabito M., Messeri A. et al. Cooling garments against environmental
heat conditions in occupational fields: measurements of
the effect of a ventilation jacket on the total thermal insulation // International Journal of Industrial Ergonomics. 2021, V. 86. P. 103230.
21. Özkan E., KaplangirayB., Şekir U., ŞahinŞ. et
al. Effect of different garments on thermophysiological
and psychological comfort properties of athletes in a
wear trial test // Scientific Reports. 2023. V. 13. N 1.
P. 14883.
22. Song Y. N., Li Y., Yan D.X., Lei J., Li Z.M. et al.
Novel passive cooling composite textile for both outdoor and indoor personal thermal management // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.
2020. V. 130. P. 105738.
23. Li W., Fan S. Nanophotonic control of thermal
radiation for energy applications // Opt. Express. 2018.
V. 26. P. 15995…16021.
24. Zhao B., Hu M., Ao X., Chen N., Pei G. et al.
Radiative cooling: A review of fundamentals, materials,
applications, and prospects // Appl. Energy. 2019.
V. 236. P. 489…513.
25. Hsu P.C., Song A.Y., Catrysse P.B., Liu C. et al.
Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile // Science. 2016. V. 353. N6303.
P. 1019…1023.
38
26. Assaf S., Boutghatin M., Pennec Y., Thomy V.,
Korovin A. et al. Polymer photonic crystal membrane
for thermo-regulating textile // Scientific reports. 2020.
V. 10. N 1. P. 9855.
27. Hsu P.C., Liu C., Song A.Y., Zhang Z., Peng Y.,
et al. A dual-mode textile for human body radiative heating and cooling // Science advances. 2017. V. 3. N 11.
P. 700895.
28. Wang T., Wu X., Zhu Q., Chen Y., Zhang S. et
al. A scalable and durable polydimethylsiloxane-coated
nanoporous polyethylene textile for daytime radiative
cooling // Nanophotonics. 2024, V. 13. N 5.
P. 601…609.
29. Zhu F.L., Feng Q.Q. Recent advances in textile
materials for personal radiative thermal management in
indoor and outdoor environments // International Journal of Thermal Sciences. 2021, V. 165. P. 106899.
30. Mermer E., Ünal R. Passive thermal control systems in spacecrafts // Journal of the Brazilian Society of
Mechanical Sciences and Engineering. 2023, V. 45. N 3.
P. 160.
31. Dutta T., Khan A.A., Baildya N., Mondal P. et
al. Preparation of ZnO/chitosan nanocomposite and its
applications to durable antibacterial, UV-blocking, and
textile properties // Biodegradable and Environmental
Applications of Bionanocomposites. Cham: Springer International Publishing. 2022. P. 169…187.
32. Sanoopa C.P., John N., Chitra K. C. Sublethal
hepatotoxic effects and biotransformation response in
the freshwater fish, Oreochromismossambicus exposed
to silicon dioxide nanoparticles // Biologia. 2022. V. 77.
N 9. P. 2507…2518.
33. Zhang M.,Zhou T., Li H. et al. UV-durable superhydrophobic ZnO/SiO2 nanorod arrays on an aluminum substrate using catalyst-free chemical vapor deposition and their corrosion performance // Applied Surface Science. 2023. V. 623. P. 157085.
34. You Z., Zhang M., Wang J. et al. Experimental
study of optical and cooling performances of CuO and
TiO2 near-infrared reflective blending coatings // Solar
Energy. 2021. V. 225. P. 19…32.
35. You Z., Zhang M. et al. A black near-infrared reflective coating based on nano-technology // Energy and
Buildings. 2019. V. 205. P. 109523.
36. Zhao Y., Fitzgerald M.L., Tao Y., Pan Z. et
al. Electrical and thermal transport through silver nanowires and their contacts: effects of elastic stiffening //
Nano Letters. 2020. V. 20. N. 10. P. 7389…7396.
37. Ramlow H., Andrade K.L., Immich A. P. S.
Smart textiles: An overview of recent progress on chromic textiles // The journal of the textile institute. 2021.
V. 112. N 1. P. 152…171.
38. Rahman M.S., Alom J., Nitai A.S. et al. Ultraviolet-blocking protective textiles // Protective Textiles
from Natural Resources. Woodhead Publishing. 2022,
P. 395…444.
39. Prajapati D.G., Kandasubramanian B. A review on polymeric-based phase change material for
thermo-regulating fabric application // Polymer Reviews. 2020, V. 60. N. 3. P. 389…419.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
40. Мифтахова Л.Х. Получение фазовых диаграмм и расчет критических параметров бинарной
смеси «Этанол-триглицерид рапсового масла» в
программе VMGSim // Вестник Казанского технологического университета. 2015. Т. 18. № 11. С. 69…72.
41. Mohammed N. K., Tan C.P., Manap Y.A. et
al. Spray drying for the encapsulation of oils. A review
// Molecules. 2020, V. 25. N. 17. P. 3873.
42. Sierra V., Chejne F. Energy saving evaluation
of microencapsulated phase change materials embedded
in building systems // Journal of Energy Storage. 2022.
V. 49. P. 104102.
43. Abu-Hijleh B., Jaheen N. Energy and economic
impact of the new Dubai municipality green building
regulations and potential upgrades of the regulations //
Energy Strategy Reviews. 2019. V. 24. P. 51…67.
44. Yu K., Liu Y., Yang Y. Review on form-stable
inorganic hydrated salt phase change materials: Preparation, characterization and effect on the thermophysical
properties // Applied Energy. 2021. V. 292. P. 116845.
45. Das S., Huq I.U., Ahamed S. et al. An Overview
on Multifunctional Smart Textiles and Future Perspective for Mankind Development with Nano-technology
// International Journal of Research. 2020. V. 4. P. 12.
46. Белохвостов А.А., Аршанский E.Я., Борисевич И.С. Важнейшие классы неорганических соединений: адаптивный курс. Витебск: ВГУ им. П.М. Машерова, 2020. С. 98.
47. Липина А.А., Одинцова О.И., Антонова А.С.,
Носкова Ю.В. Оценка нанодисперсного состояния и
агрегативной устойчивости экспериментальных образцов инкапсулированных акарицидно-репеллентных веществ // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.
2019. №. 5. C. 130…135.
48. Dutta M. M., Goswami M. Coating Materials:
Nano-Materials // Advanced Surface Coating Techniques for Modern Industrial Applications // IGI Global.
2021. P. 1...30.
49. Noohi Z., Nosouhian S., Niroumand B. et al.Use
of low melting point metals and alloys (Tm< 420° C) as
phase change materials: a review // Metals. 2022. V. 12.
N6. P. 945.
50. Zhou Y., Wu S., Ma Y., Zhang H. et al. Recent
advances in organic/composite phase change materials
for energy storage // ES Energy & Environment. 2020.
V. 9. N 12. P. 28…40.
51. Левшицкая О.Р. Исследование результатов
нанесения микрокапсулированных веществ с изменяемым фазовым состоянием на текстильный материал // Физика волокнистых материалов: структура,
свойства, наукоемкие технологии и материалы
(SMARTEX-2017).
Иваново:
ИВГПУ,
2017.
P. 262…266.
52. Пирогов Д.А., Маслов Л.Б., Тимофеев И.А.,
Поляничко Е.А. Моделирование фаз строения объемной тканой структуры и их влияние на упругие свойства композиционного материала на ее основе
// Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2022. № 5 (401).
С. 223…228.
53. Kazaz S., Miray R., Lepiniec L. et al. Plant monounsaturated fatty acids: Diversity, biosynthesis, functions and uses // Progress in lipid research. 2022. V. 85.
P. 101138.
REFERENCES
1. Wild J.P. The textile archaeology of Roman burials: eyeswideshut // Dressing the Deadin Classical Antiquity. Gloucestershire: Amberley. 2012, P. 17…25.
2. Kiselev A.M., Rumyantsev E.V., Odintsova O.I.,
Rumyantseva V.E. Modern technologies for obtaining
textile materials with special properties and their fields
of application // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 2 (398). S. 121...133.
3. Kudryashova T.A., Vinogradova T.A., Kozyakova N.N. Comparative analysis of results of processing
of flax varieties of long-term flax of domestic and foreign selection by main economic and valuable characteristics // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii,
Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021.
No. 2 (392). S. 61…67.
4. Shustov Yu.S., Plekhanova S.V. Assortment and
classification of non-woven membrane materials used in
construction // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. No. 3 (405). S. 104…107.
5. Sagar C., Vijay P., Piyush G., Vijaykumar C. Mechanical Properties of Natural Fibers // Journal of Natural Fibers. 2022, V. 19. No. 10. P. 3942…3953.
6. Erdogan U.H, Seki Y., Selli F. Wool fibres Properties and Factors Affecting Breeding and Cultivation //
Wood head Publishing Series in Textiles–2020,
P. 257…278.
7. Pozhidaeva D.A. Types of wool, classification of
felt materials in light industry // Innovatsionnyy potentsial razvitiya obshchestva: vzglyad molodykh
uchenykh. 2022. P. 536…537.
8. Kuzmina N.S., Konopaltseva N.M. Analysis of the
current state of the range of materials for sportswear //
Problemy servisa. 2008, P. 52.
9. Shuo S., Shuo S., Yifan S., Yanting H. et al. Recent
Progress in Protective Membranes Fabricated via Electrospinning: Advanced Materials, Biomimetic Structures, and Functional Applications // Advanced materials.
2022, V. 34. N 17. P. 2107938.
10. Demidova N.S., Dvornikov M.V., Nesynova A.S.
Membrane technology in the multilayer design of thermoregulating clothing for extreme conditions // Vestnik
Moskovskogo aviatsionnogo instituta. 2009, V. 16. N3.
P. 1…3.
11. Zhang P., RenG., TiaL, Li B.et al. Environmentally friendly waterproof and breathable nanofiber membranes with thermal regulation performance by one-step
electrospinning // Fibers and Polymers. 2022, V. 23.
N 8. P. 2139…2148.
12. Sakthivel S. et al. Studies on influence of bonding methods on sound absorption characteristic of polyester/cotton recycled nonwoven fabrics // Applied
Acoustics. 2021, V. 174. P. 107749.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
39
13. Rafikov A., Mirzayev N., Alimkhonova S. Structure and Properties of Layered Material Based On NonWoven Sheep's Wool // J Textile Eng&Fash Tech 3 (1):
18. 2021, V. 22. P. 3…8.
14. Shustov Yu.S., Kurdenkova A.V., Bulanov Ya.I.,
Orlov A.V. Comparative evaluation of duplicated
nonwoven materials // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. No. 5 (407). S. 56…61.
15. Roh J.S., Kim S. All-fabric intelligent temperature regulation system for smart clothing applications //
Journal of Intelligent Material Systems and Structures.
2016, V. 27. N 9. P. 1165…1175.
16. Huang J. Li Y., Xu Z., Li W., Xu B., Meng H. et
al.An integrated smart heating control system based on
sandwich structural textiles // Nanotechnology. 2019,
V. 30. N 32. P. 325203.
17. Habibi P. Moradi G., Moradi A., Golbabaei F.
et al. A review on advanced functional photonic fabric
for enhanced thermoregulating performance // Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management.
2021, V. 16. P. 100504.
18. Song Y.N., Lei M.Q., Deng L.F., Lei J., Li Z.M.
et al.Hybrid metamaterial textiles for passive personal
cooling indoors and outdoors // ACS Applied Polymer
Materials. 2020, V. 2. N 11. С. 4379…4386.
19. Zhou Y., Lou L., Fan J.et al. Quantitative Comparison of Personal Cooling Garments in Performance
and Design: A Review // Processes. 2023, V. 11. N 10.
С. 2976.
20. Del Ferraro S., Falcone T., Morabito M., Messeri A. et al. Cooling garments against environmental
heat conditions in occupational fields: measurements of
the effect of a ventilation jacket on the total thermal insulation // International Journal of Industrial Ergonomics. 2021, V. 86. P. 103230.
21. Özkan E., Kaplangiray B., Şekir U., ŞahinŞ. et
al. Effect of different garments on thermophysiological
and psychological comfort properties of athletes in a
wear trial test // Scientific Reports. 2023, V. 13. N 1.
P. 14883.
22. Song Y. N., LiY., YanD.X., Lei J., Li Z.M. et al.
Novel passive cooling composite textile for both outdoor and indoor personal thermal management // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing.
2020, V. 130. P. 105738.
23. Li W., Fan S. Nanophotonic control of thermal
radiation for energy applications // Opt. Express. 2018,
V. 26. P. 15995…16021.
24. Zhao B., Hu M., Ao X., Chen N., Pei G. et al.
Radiative cooling: A review of fundamentals, materials,
applications, and prospects // Appl. Energy. 2019,
V. 236. P. 489…513.
25. Hsu P.C., Song A.Y., Catrysse P.B., Liu C. et al.
Radiative human body cooling by nanoporous polyethylene textile // Science. 2016, V. 353. N 6303.
P. 1019…1023.
26. Assaf S., Boutghatin M., Pennec Y., Thomy V.,
Korovin A. et al. Polymer photonic crystal membrane
for thermo-regulating textile // Scientific reports. 2020,
V. 10. N 1. P. 9855.
40
27. Hsu P.C., Liu C., Song A.Y., Zhang Z., Peng Y.,
et al. A dual-mode textile for human body radiative heating and cooling // Science advances. 2017, V. 3. N 11.
P. 700895.
28. Wang T., Wu X., Zhu Q., Chen Y., Zhang S. et
al. A scalable and durable polydimethylsiloxane-coated
nanoporous polyethylene textile for daytime radiative
cooling // Nanophotonics. 2024, V. 13. N 5. P. 601…609.
29. Zhu F.L., Feng Q.Q. Recent advances in textile
materials for personal radiative thermal management in
indoor and outdoor environments // International Journal of Thermal Sciences. 2021, V. 165. P. 106899.
30. Mermer E., Ünal R. Passive thermal control systems in spacecrafts // Journal of the Brazilian Society of
Mechanical Sciences and Engineering. 2023, V. 45. N 3.
P. 160.
31. Dutta T., Khan A.A., Baildya N., Mondal P. et
al. Preparation of ZnO/chitosan nanocomposite and its
applications to durable antibacterial, UV-blocking, and
textile properties // Biodegradable and Environmental
Applications of Bionanocomposites. Cham: Springer
International Publishing. 2022, P. 169…187.
32. Sanoopa C.P., John N., Chitra K. C.Sublethal
hepatotoxic effects and biotransformation response in
the freshwater fish, Oreochromismossambicus exposed
to silicon dioxide nanoparticles // Biologia. 2022, V. 77.
N 9. P. 2507…2518.
33. Zhang M., Zhou T., Li H. et al. UV-durable superhydrophobicZnO/SiO2 nanorod arrays on an aluminum substrate using catalyst-free chemical vapor deposition and their corrosion performance // Applied Surface Science. 2023, V. 623. P. 157085.
34. You Z., Zhang M., Wang J. et al. Experimental
study of optical and cooling performances of CuO and
TiO2 near-infrared reflective blending coatings // Solar
Energy. 2021, V. 225. P. 19…32.
35. You Z., Zhang M. et al. A black near-infrared reflective coating based on nano-technology // Energy and
Buildings. 2019, V. 205. P. 109523.
36. Zhao Y., Fitzgerald M.L., Tao Y., Pan Z. et
al. Electrical and thermal transport through silver nanowires and their contacts: effects of elastic stiffening
// Nano Letters. 2020, V. 20. N. 10. P. 7389…7396.
37. Ramlow H., Andrade K. L., Immich A. P. S.
Smart textiles: An overview of recent progress on chromic textiles // The journal of the textile institute. 2021,
V. 112. N 1. P. 152…171.
38. Rahman M.S., AlomJ., NitaiA.S. et al. Ultraviolet-blocking protective textiles // Protective Textiles
from Natural Resources. Woodhead Publishing. 2022,
P. 395…444.
39. Prajapati D.G., Kandasubramanian B. A review on polymeric-based phase change material for
thermo-regulating fabric application // Polymer Reviews. 2020, V. 60. N. 3. P. 389…419.
40. Miftakhova L.H. Obtaining phase diagrams and
calculating critical parameters of the binary mixture
“Ethanol-triglyceride of rapeseed oil” in the VMGSim
program // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo
universiteta. 2015. V. 18. No. 11. S. 69...72.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
41. Mohammed N. K., Tan C.P., ManapY.A. et
al. Spray drying for the encapsulation of oils. A review
// Molecules. 2020, V. 25. N. 17. P. 3873.
42. Sierra V., Chejne F. Energy saving evaluation
of microencapsulated phase change materials embedded
in building systems // Journal of Energy Storage. 2022,
V. 49. P. 104102.
43. Abu-Hijleh, B., Jaheen N. Energy and economic
impact of the new Dubai municipality green building
regulations and potential upgrades of the regulations //
Energy Strategy Reviews. 2019, V. 24. P. 51…67.
44. Yu K., Liu Y., Yang Y. Review on form-stable
inorganic hydrated salt phase change materials: Preparation, characterization and effect on the thermophysical
properties // Applied Energy. 2021, V. 292. P. 116845.
45. Das S., Huq I.U., Ahamed S. et al. An Overview
on Multifunctional Smart Textiles and Future Perspective for Mankind Development with Nano-technology //
International Journal of Research. 2020, V. 4. P. 12.
46. Belokhvostov A.A., Arshansky E.Ya., Borisevich I.S. The most important classes of inorganic compounds: adaptive course. Vitebsk: VGU imeni
P.M. Masherova, 2020. P. 98.
47. Lipina A.A., Odintsova O.I., Antonova A.S.,
Noskova Yu.V. The evaluation of nanodispersed state
and aggregative stability of encapulated experimental
samples acaricid-repellent substances // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2019. No. 5. S. 130…135.
48. Dutta M.M., Goswami M. Coating Materials:
Nano-Materials // Advanced Surface Coating Techniques for Modern Industrial Applications // IGI Global.
2021, P. 1...30.
49. S, Niroumand B. et al.Use of low melting point
metals and alloys (Tm< 420° C) as phase change materials: a review // Metals. 2022, V. 12. N 6. P. 945.
50. Zhou Y., Wu S., Ma Y., Zhang H. et al.Recent
advances in organic/composite phase change materials
for energy storage // ES Energy & Environment. 2020,
V. 9. N 12. P. 28…40.
51. Levshitskaya O.R. A study of the results of applying microencapsulated substances with phase change
on the textile material // Fizika voloknistykh materialov:
struktura, svoystva, naukoyemkiye tekhnologii i materialy (SMARTEX-2017). Ivanovo: IVGPU, 2017. N 1.
P. 262…266.
52. Pirogov D.A., Maslov L.B., Timofeev I.A.et al.
Simulation of the structure phases of a volume woven
structure and their influence on the elastic properties of
the composite material based on // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2022, N 5 (401). P. 223…228
53. Kazaz S., Miray R., Lepiniec L. et al. Plant monounsaturated fatty acids: Diversity, biosynthesis, functions and uses // Progress in lipid research. 2022, V. 85.
P. 101138.
Рекомендована кафедрой химической технологии волокнистых материалов ИГХТУ. Поступила
06.06.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
41
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 687.1;685.3;677.07
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_42
KEY CHARACTERISTICS OF LOGISTICS AND SUPPLY
CHAIN MANAGEMENT IN THE LIGHT INDUSTRY SECTOR
КЛЮЧЕВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОГИСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
ЦЕПОЧКАМИ ПОСТАВОК В СЕКТОРЕ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
SH.R. ABBASOVA1, H.F. МАМЕDОVА2, F.A. MAMEDOV2, SH.S. TASHPULATOV3,
S.SH. TASHPULATOV3,4
Ш.Р. АББАСОВА1, Х.Ф. МАМЕДОВА2, Ф.А.МАМЕДОВ,2, Ш.С. ТАШПУЛАТОВ3,
С.Ш. ТАШПУЛАТОВ3,4
(1Ganja State University,
Azerbaijan Technological University, Republic of Azerbaijan,
3
Tashkent Institute of Textile and Light Industry,
4
Jizzakh Polytechnic Institute, Republic of Uzbekistan)
2
(1Гянджинский государственный университет, Азербайджанская Республика,
Азербайджанский технологический университет, Азербайджанская Республика,
3
Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности, Республика Узбекистан,
4
Джизакский политехнический институт, Республика Узбекистан)
2
E-mail: [email protected], [email protected]
Currently, the development of the non-oil sector is the main priority of the
economic policy of Azerbaijan. In the non-oil industry, measures are being taken
to diversify, improve the investment environment, develop entrepreneurship, and
identify competitive sub-sectors. Analysis of the structure and dynamics of foreign
trade shows that as a result of these measures, significant progress has been made
in recent years. However, there are still significant shortcomings, which are listed
in this article. In the context of growing competition and intensifying
globalization, enterprises need extensive experience in supply chain management.
The fourth industrial revolution, including digitalization in industry, has led to the
intensive use of the Internet and communication networks in the logistics sector.
This era is called Logistics 4.0 in the logistics sector. An effectively organized
logistics service includes such important functions as reducing costs, improving
production and quality, and increasing customer satisfaction. Therefore, in a
global world there can be no question of competition between individual
companies. To improve the efficiency and competitiveness of final products, it is
necessary to strengthen supplier companies, as well as ensure their
communication and information exchange between suppliers and consumers
along the entire supply chain.
42
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
В настоящее время развитие ненефтяного сектора является основным
приоритетом экономической политики Азербайджана. В сфере ненефтяной промышленности проводятся мероприятия по диверсификации,
улучшению инвестиционной среды, развитию предпринимательства,
определению конкурентоспособных подотраслей. Анализ структуры и
динамики внешней торговли показывает, что в результате данных мер за
последние годы достигнуты серьезные успехи. Однако все еще остаются
существенные недостатки, которые приведены в данной статье.
В условиях растущей конкуренции и усиления процесса глобализации
предприятиям необходим обширный опыт управления цепочками поставок. Четвертая промышленная революция, включая цифровизацию в
промышленности, привела к интенсивному использованию интернета и
коммуникационных сетей в секторе логистики. Эта эпоха называется
Логистика 4.0 в секторе логистики. Эффективно организованная
логистическая услуга включает в себя такие важные функции, как
снижение издержек, улучшение производства и качества, повышение
удовлетворенности клиентов. Поэтому в глобальном мире не может быть
и речи о конкуренции между отдельными компаниями. Для повышения
эффективности и конкурентоспособности конечной продукции необходимо усилить компании-поставщики, а также обеспечить их коммуникацию и обмен информацией между поставщиками и потребителями по
всей цепочке поставок.
Keywords: logistics, light industry, supply chain, competition, innovation, infrastructure.
Ключевые слова: логистика, легкая промышленность,
поставок, конкуренция, инновации, инфраструктура.
As it is known, the resource potential of
the Republic of Azerbaijan, the natural
resources necessary for the supply of raw
materials required in the light industry sector,
favorable soil and climate conditions, and the
presence of a young and dynamic workforce
in terms of labor resources promise wide
opportunities in terms of the development of
the field.
A supply chain is a form of management
that provides the right product to the
consumer, at the right time, at the right place,
and integrates material, information, and cash
flows that allow for at least cost-effectiveness
at all stages in the supply chain. In other
words, business processes in this chain
interact with each other, providing integration
is a business strategy that will increase
consumer
satisfaction
and
provide
competitive advantage.
Technological development, globalization
and competitive conditions have created the
цепочка
basis for enterprises to be customer-oriented.
Today, every business must have effective
supply chain management to expand into new
markets and increase profits, provide
competitive advantage, increase customer
satisfaction and reduce costs.
Enterprises must constantly pursue the
latest technology and systems and accelerate
its integration into production in all processes,
from the procurement stage of products and
services to production and the end consumer.
Some functions are needed to improve the
efficiency of supply chain management. First
of all, the compatibility of these functions
should be determined. Enterprises have a
more successful and efficient supply chain
system if they work within them. Successful
supply
chain
management
requires
information, products and money. It requires
making important decisions about the flow.
Every decision made in the supply chain must
be used to improve the resource. Supply chain
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
43
management functions operate at three
distinct levels.
We can evaluate supply chain management
functions at three different levels:
1. Strategic level. At this stage, the strategy
of determining the location of production and
choosing the best resource source is
discussed. At the strategic level, decisions are
usually focused on products, customers
(markets), production. This applies to
methods, suppliers and logistics. These
decisions affect the profitability and
efficiency of the business. They have a
significant impact on the provision of
products that meet the needs of consumers
and the effective (maximization of activities
at the least cost) correct implementation [1].
2. Tactical level. Decisions at this stage
include areas such as production, planning,
product
development,
procurement,
forecasting, and logistics. Tactical supply
chain decisions focus on actions that will
create a cost advantage for the company.
Tactical decisions are made as part of
comprehensive strategic supply chain
decisions made by company management.
3. Operational level. It consists of daily
tasks such as preparation of production plans,
conclusion of relevant contracts with supplier
companies and placing of orders, distribution
of stocks, receipt of orders from customers,
storage, transportation, collection and
payment.
When supply chain management is
effectively designed and managed, a business
can to achieve the goals:
• Uninterrupted materials, service and
information for regular production to carry
out the flow;
• Keeping inventory costs and losses at the
lowest level;
• Protect product quality;
• Finding and maintaining reliable
suppliers;
• Standardization of raw materials,
auxiliary materials, parts and services
received;
• Minimum necessary raw materials,
auxiliary materials, parts and services provide
with value;
44
• Increasing the market and competitive
power of the business;
• Building good relationships with other
groups within the business;
• Work with the lowest management costs.
To achieve these goals, companies, their
suppliers and their communication and
information sharing between suppliers and
their customers and consumers along the
supply chain needs to be increased. Sharing
information and plans with suppliers and
customers can improve chain efficiency and
competitiveness. In a changing world, there is
no question of competition between single
companies.
Competition already takes place between
the supply chains in which companies
operate.
Other approaches related to the objectives
expected from the supply chain are as
follows:
• Cost minimization;
• Improving the level of service;
• Increased flexibility regarding delivery
and distribution speed.
The main goal of supply chain
management is to achieve customer
satisfaction at the lowest cost.
As is known, logistics activity is one of the
most important links of the supply chain. The
word logistics is a word of Latin origin,
derived from the combination of the words
"logic" (logic) and "static" (statistics),
meaning "logical statistics". The Council of
Supply Chain Management Professionals
(CSCMP) defines logistics as follows:
"Logistics is the process of planning and
managing the efficient flow and storage of
products, services, and related information
from the point of production to the point of
consumption to meet customer needs." is a
stage" [2, 3].
Since logistics activity is related to all
sectors, it occupies an important place in
economic activities. As a result of the
globalization process, firms must reduce,
improve, and differentiate the services they
offer in the market to attract consumers. In
this context, the logistics industry is important
in terms of the value it creates through its
impact on reducing costs and services
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
provided, and its role in the economy is
increasing. In addition, logistics is considered
one of the main factors at the point of
economic growth. The development of
logistics activity in the light industry sector,
which is considered one of the important
areas in the direction of increasing non-oil
industry alternatives in the economy of
Azerbaijan, is becoming more relevant day by
day. For this, the contribution of the logistics
service not only to the light industrial sector
but to the economy as a whole requires a wide
scientific approach and research. Today,
companies provide logistics services in the
economy of Azerbaijan, especially in the
industrial sector. It makes important
contributions towards ensuring economic
diversification. The analysis of logistics
activities in the light industrial sector and the
economy of Azerbaijan as a whole is of
particular importance in terms of evaluating
the current economic trends [4, 5].
The industrial and industrialization base
has started to be lost due to the weakening of
economic advantage and competitiveness in
the countries built on light industry in a
significant proportion. Fluctuations in
income level, consumer behavior, the
abundance of offered goods and the study of
market demand have made the light industry
sector face a very complicated situation
compared to the previous economic system.
Of course, the transition from one economic
system to another was the biggest factor in
creating this complex situation. Along with
the intensive nature of the globalization
process, the expansion of relations between
states, the need to improve the transport and
communication infrastructure, the spread of
the inclusive concept in the economy, the
development trends in the light industry
sector are directed in different directions.
Logistics activity is one of the directions that
currently plays a role in the diversification of
the light industry sector and gives an
important impetus to its development.
Historically,
depending
on
the
development of economy and trade,
technological
inventions,
and
the
development of enterprise-level activities,
military logistics has evolved into business
logistics, and this situation has developed
rapidly since the 1950s. In parallel with
technological and economic development,
the focus of business logistics was initially
characterized as physical distribution of
goods. However, business logistics is
functionally
separated into Logistics
Management
and
Supply
Chain
Management. In theoretical studies, different
ideas are put forward in the context of the
quality and relations of both concepts.
Economic developments occurring in the
historical process, transportation needs of
soldiers, materials and weapons needed for
wars between states, transportation and
storage requirements created by the
phenomenon of massive armies built by
nation states to protect their existence and
security since the end of the 18th century,
globalization, industrialization, and interstate
trade. factors such as development contributed
to the development of logistics [6].
The first industrial revolution began in
1760 with the invention of the steam engine.
Steam engines made it possible for
agriculture and the feudal social structure to
move to a new production process. Trains
also became the main means of transport,
with coal being the main source of energy in
the transition. Textile and steel industries
were the dominant industries in terms of
employment, production value and capital
investment. The second industrial revolution
began in 1900 with the invention of the
internal combustion engine. With the
invention of the internal combustion engine,
oil and electricity were used as energy
sources; this situation led to a period of rapid
industrialization,
intensifying
mass
production. In the third industrial revolution,
which began in 1960, electronic and
information technologies were put into
practice. In addition, automation began in
production [7].
The fourth industrial revolution is based
on data. Thanks to the invention of systems
that can collect and analyze data, companies
have become familiar with systems that
provide them with significant competitive
advantages and support them in making the
right decisions. The source of competitive
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
45
advantage is not only the result of
coordinated or new-based production, but
also machines with a digital structure. For
example, those digital machines have the
ability to alert you when a part needs to be
replaced. The fourth industrial revolution,
digitizing almost all production processes,
was first introduced in 2011 in Germany.
Strengthening the network of products and
processes along the value chain is the main
goal of the fourth industrial revolution. This
situation allows companies to use
organizational processes more efficiently in
creating new goods and services. A
characteristic associated with the fourth
industrial revolution is intelligent networks
based on cyber-physical systems [8].
These industrial revolutions led to several
changes in the logistics sector. The invention
of the steam engine, which was the cause of
the first industrial revolution, led to the
transition to
mechanization in the
transportation system from the end of the
19th century and the beginning of the 20th
century. This era is called Logistics 1.0 [8].
The invention of the internal combustion
engine, which was the cause of the second
industrial revolution, led the logistics sector
to use automatic loading and unloading
systems; this era is also known as Logistics
2.0. The introduction of electronics and
information technologies in the industry has
led to the introduction of automation systems
in production; this situation also brought the
third industrial revolution. The reflection of
this revolution in the logistics sector is the
logistics management systems to be used.
This era is known as Logistics 3.0. The
fourth industrial revolution, including
digitization in industry, has resulted in the
intensive use of the internet and
communication network in the logistics
sector. This era is called Logistics 4.0. in the
logistics sector [9] (Fig.1).
Fig. 1
Logistics first appeared as a concept and
activity used to support the supply of armies,
and this phenomenon continued until the
beginning of the 20th century. But in the
historical process, depending on the
development
of
economic-trade,
technological inventions and activities at the
enterprise level, military logistics later turned
into business logistics, and this situation
developed after the 1950s. In parallel with
the technological and economic development
of business logistics, the focus was originally
46
defined as "physical distribution" because it
involved the physical distribution of goods.
However, business logistics later moved into
a functional division such as logistics
management and supply chain management.
In the context of theoretical studies, various
ideas have been put forward in terms of the
relationship between both concepts. In the
historical process, the concept of logistics,
which turned from a military to an economic
concept, has been constantly developing
along with the phenomenon of globalization.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
In the 1990s, states made policy decisions in
favor of a free market economy. Restrictions
hindering foreign trade were removed and
the way of foreign trade channel was opened
with reductions in customs tariffs. With the
development
of
transportation
and
communication
technologies
in
the
liberalized and globalized market, the
logistics sector has begun to take an
important place in global trade and national
economies [10].
Taking into account the factors
determining the development of logistics in
our country, it is necessary to determine its
application zones from an economic point of
view. It is clear that monopoly, including
monopolization of production, significantly
limits the possibilities of using logistics in
the full sense of the word. The absence of
competition and competitive conditions,
which are considered the driving and
motivating motive of the market economy,
hinders the emergence of logistic thinking
and its development at a substantial speed.
That is, from the point of view of principle,
where there is no competition, there is no
room for the development of logistics
service. The main condition necessary for the
development of logistics in our republic is
the elimination of monopolistic tendencies
and the development of a competitive
environment in all phases of the reproduction
process. Otherwise, it is impossible to ensure
the creation of conditions for the formation
of prices and the formation of orders in terms
of the market conjuncture for the
development of competition based on the
selection of economic partners [11, 12].
Logistics is a collection of several
important activities carried out in the field of
transport and communication, and the
effective management of this process is of
great importance. An effectively organized
logistics service includes important features
such as reducing costs, improving production
and quality, and increasing customer
satisfaction.
The main elements of logistics include the
following:
• Standardization;
• Being economical;
• Proficiency;
• Flexibility;
• Simplicity;
• Traceability;
• Coordination;
• To plan.
Recently, logistics management has
become a strategic administrative activity
[13]. In this regard, strategic logistics, certain
elements such as obtaining a competitive
advantage by organizing inter-business
relations with logistics techniques come to the
fore in logistics
management.
The
aforementioned logistics activities include
services such as location selection,
procurement, inventory management, demand
forecasting, ordering, processing, packaging,
labeling, distribution, and customer service.
Logistics management is one of the main
factors that determine the country's
competitiveness, so it is of particular
importance. Production processes and
exported goods are carried out with the active
role of logistics [14…19] (Tabl. 1).
Years
Main funds available
for transport,
thousand manats
Volume of investments in transport,
million manats
The level of inflation
in the country, in %
Export volume, million dollars
Import volume, mln.
Dollars
Logistics efficiency
index
Total revenue from
transportation services, million manats
Table 1
2010
2011
2012
2013
2014
729,3
831,4
1007,1
890,6
1393,6
2434,8
2509,4
2610,3
3559,7
2432,4
5,7
7,9
1,0
2,4
1,4
21360,2
26570,9
23908,0
16592,3
32841,6
6600,6
9756,0
9653,0
9216,7
10712,5
2,39
2,44
2,49
2,51
2,55
3065,8
3283,6
3341,8
3508,8
3678,1
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
47
Continuation of table 1
2015
2016
2017
2020
2021
2022
928,7
1258,2
1291,8
674, 6
889,2
435,5
2195,3
1391,0
1491,0
2091,6
2857,3
4613,4
4,0
12,4
13
2,8
6,7
13,9
30219,8
8532,4
5300,8
13732,6
22207,8
38146,6
Currently, the development of the non-oil
sector is the main priority of the policy
pursued in the direction of ensuring the
sustainable development of the economy of
Azerbaijan. Diversification measures carried
out in the field of non-oil industry, further
improvement of the investment environment,
development of entrepreneurship, determination
of competitive sub-sectors in this field, as
well as analyzes of the structure and dynamics
of foreign trade show that as a result of the
economic policy implemented in the country's
economy in recent years, serious achievements
have been made in this field. In order to
Sub-sectors of
the industry
Light industry
Textile industry
Clothing
manufacturing
Production of
leather and
leather goods,
shoes
2,82
2,91
2,98
2,9
3.2
4,2
4005,6
4780,7
5549,7
7006,3
8688,9
10873,1
ensure the continuity of this development, to
increase the competitiveness of the country's
economy in the process of integration into the
world economy, and to further develop nonoil sectors in accordance with the country's
long-term development strategy, appropriate
measures will be continued. State support for
the development of sub-sectors of the country
in the non-oil industry, which are competitive
in the world market, as well as stimulating the
production of non-oil industry products with
comparative advantages, is increasing year by
year (Tabl. 2).
State support in the year
Table 2
2022
compared to
2010
2 times
2.4 times
2010
2018
2020
2021
2022
24,5
9.8
68,5
42,9
41,9
15,4
52,4
25,3
49,3
23,3
13.6
23,7
26,5
26,9
25,5
187,5%
1.1
1,9
-
0,2
0,5
45,4%
Studies show that as a result of targeted
measures implemented by the state in recent
years in the direction of the development of
the light industry sector, a significant
increase in the volume of investments in the
field has been registered. Thus, compared to
2010, the volume of investments in the light
industry sector in 2022 increased by 24.8
million manats, which is more than twice the
indicator. In the corresponding period, within
the light industry sector, textile industry
recorded a 2.4 times increase, clothing
production increased by 87%, and only
leather and leather products, footwear
production decreased by 54.6%.
In this aspect, the main ar-guments for the
lack of proper use of logistics services in the
light industrial enterprises of Azerbaijan can
48
9187,7
13118,4
9720,4
10732,0
11703,2
14539,8
be attributed to a number of shortcomings in
the production technology and supply chain:
• old technologies for growing and harvest-ing crops;
• inefficient machinery and equipment;
• high fuel costs and crop loss;
• high energy consumption for grain drying;
• inefficient storage methods that lead to
product loss;
• sorting and processing a large number of
products;
• as well as expensive complex delivery
systems;
• unnecessary labor costs and product
losses.
When we examine the division by types of
transport in international trade, we see that sea
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
transport is used the most. Cargo
transportation in sea transport is more
efficient and convenient than other types of
transport [20]. However, since not all
countries have equal access to the world
ocean, not all countries can use this type of
transport at the same level. In terms of
economic efficiency, the second most
important mode of transport is railway
transport. However, rail transport is more
convenient for long-distance freight transport,
such as sea transport. The most widespread
type of transport in the world is, of course,
road transport. This type of transport is
considered one of the most important links in
the logistics chain. Among the types of
transport, the most expensive type of transport
is, of course, air transport. This type of
transport promises wide opportunities for
cargo transportation to usually unfavorable
geographical areas. In world experience,
logistics services are classified into 5 groups:
1PL, 2PL, 3PL, 4PL and 5PL (Fig. 2…6) [21].
In order to ensure the development of
important constituent elements of the logistics
supply chain, infrastructure provision must be
at the required optimal level. The development
of logistics is considered one of the main
elements of ensuring economic development
both at the macro level and at the micro level.
Its
improvement
and
adaptation
to
international standards play an important role
for access to international markets. In the near
future, the provision of diversification in the
logistics service will contribute to the
sustainable development of the economy of
Azerbaijan as a whole, along with the light
industrial sector, which has great historical
traditions in Azerbaijan [22…25].
with any transportation company to ship his
produce to market. 2PL companies carry out
transportation by road, air, water and rail
transport and often provide warehousing services (Fig. 3).
Fig. 3
3PL (Third Party Logistics) or third-party
logistics is a party that transports any product
from point A to point B and provides additional services (warehouse, packaging, customs, terminal) (Fig. 4).
Fig. 4
In the 3PL model, the entity exercises
management control, but subcontracts some
or all of the transportation and logistics operations to a supplier. Additional services such as
warehousing, packaging, and canning may be
performed to add value to the supply chain. In
the farm-to-grocery example, a 3PL provider
might take care of cartooning products such
as vegetables, grains or eggs, and then moving the products from the farm to the supermarket.
4PL (Fourth Party Logistics) or fourth party logistics is a party that controls the company's overall supply chain system, manages
3PL parties and provides consulting services
related to the development of logistics systems for the enterprise (Fig. 5).
Fig. 2
2PL (Second Party Logistics) or second
party logistics is a party (transport company)
that transports any product from point A to
point B. In this model, the farmer partners
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Fig. 5
49
In the 4PL model, one enterprise manages
logistics activities and provides implementation throughout the supply chain. A 4PL provider provides a more strategic view to management and an enterprise's supply chain. A
4PL can manage a relationship with a farmer
to produce more vegetables, grains or eggs.
5PL (Fifth Party Logistics) or fifth party
logistics is a party engaged in the integration
and application of the latest technologies in
supply and logistics to the order of any enterprise. The main difference of this service is
the activity aimed at business electronification
and technological development (Fig.6).
Fig. 6
5PL is a fairly new model. Its roots were
formed in the first decade of the XXI century.
It manages all operations in the supply chain
with the use of information technologies,
combining the proven methods of 3PL and
4PL. This model has the following features:
●5PL operator is a logistics service provider that organizes and performs logistics
services on behalf of other commercial entities;
●5PL logistics service provider can boost
demand. In addition, trucks, airlines, etc. may
negotiate rates with other service providers
such as;
● Enterprises that have outsourced logistics management functions to third parties
demonstrate such a solution in a good way;
●5PL theory has recently gained popularity
with the popularization of e-commerce;
●In addition to supply chain integration
and management, 5PL organizations provide
a number of other useful services, such as
mobile services or online payments.
The above-mentioned 5 models depend on
the nature of the manufactured product, market proximity, consumer characteristics, etc.
is chosen according to factors.
50
CONCLUSIONS
In the current economic conditions, the development of the light industry sector in
Azerbaijan is considered as one of the important means of ensuring the diversification
of the country's economy. The development
of the light industrial sector can play an important role in achieving important economic
goals such as meeting domestic demand, increasing export-oriented production and increasing the level of employment in the labor
market. Therefore, all means that will promote continuous and sustainable development
in the light industry sector should be used effectively. The promotion and stimulation of
logistics activities should also be evaluated in
this aspect. Encouraging investments aimed at
the development of logistics activities can
therefore have a positive effect on the development of the industry. We believe that in
order to ensure the development of logistics
activity, within the framework of the dynamic
structure of the economy of Azerbaijan, the
specific features of logistics and supply chain
management in the light industry sector
should be taken into account and an optimal
system in accordance with international
standards should be formed in this direction.
REFERENCES
1. Mammadov S.M. The current state of light industry and restructuring problems. Baku, 2012.
2. IBRD / World Bank, Connecting to Compete
2012: Trade Logistics in the Global Economy, 2012.
3. Kara M.A., Ciğerlioğlu, O. The Impact of Transportation Infrastructure on Economic Growth in Turkish Economy, Gaziantep University // Journal of Social
Sciences, 2018, 17 (2), pp. 577…591.
4. Saatçioğlu C., Karaca O. Transportation Infrastructure and Regional Income Differences: An Empirical Analysis in Turkey // Journal of Business and Economic Studies, 2013, 1(1), pp. 1…11.
5. Orji I. and Wei S. A decision support tool for
sustainable supplier selection in manufacturing firms //
Journal of Industrial Engineering and Management,
2014, 7(5), pp. 1293…1315.
6. Kochak R.D. Historical Development of Logistics: Evolution from Military Requirements to Business
Logistics and Supply Chain Management // Journal of
Yasar University, 2020, pp. 246…258.
7. Xu M., Jeanne M.D., Suk H.K. The Fourth Industrial Revolution: Opportunities and Challenges // International Journal of Financial Research, 2018, 9(2),
p. 90…95.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
8. Barreto L., Amaral A., Pereira T. Industry 4.0
Implications in Logistics: An Overview // Procedia
Manufacturing 13(December), 2017, p. 1245…1252.
9. Demirdögen S. Digital transition process in logistics // Data, Information And Knowledge Management,
2020, p. 491…518.
10. Gümüş S. Contributions of the Logistics Sector
to the Turkish Economy and a Study // International
Business and Management Journal, 2013, 1(3),
p. 302…324.
11. Pagell M. and Wu Z. Building a more complete
theory of sustainable supply chain management using
case studies of 10 exemplars // Journal of Supply Chain
Management, 2009, 45 (2), pp. 37…56.
12. Ghadimi P., Dargi A. and Heavey C. Making
sustainable sourcing decisions: practical evidence from
the automotive industry // International Journal of Logistics Research and Applications, 2016, 20(4),
pp. 297…321.
13. Govindan, K., Khodaverdi, R. and Jafarian, A.
A fuzzy multi criteria approach for measuring sustainability performance of a supplier based on triple bottom line approach // Journal of Cleaner production,
2013, 47, pp. 345…354.
14. www.stat.gov.az
15. Strategic Road Map for the development of logistics and trade approved by the Decree of the President of the Republic of Azerbaijan dated December 6,
2016, 67 p.
16. Decree of the President of the Republic of
Azerbaijan on the new division of economic regions in
the Republic of Azerbaijan, 2021.
17. Bayramov V. The dynamic development of
Azerbaijan's economy further strengthens the reputation of our country in the international world, Xalq
newspaper, 2021, July 3, p. 1…3.
18. Akbarov E.H. Ways of Azerbaijan becoming a
regionally important logistic center, I International Scientific and Practical Conference, Baku Engineering
University 02-05 October, Baku, Azerbaijan, 2018,
p. 34…36.
19. Aliyev X. Logistics potential of the Republic of
Azerbaijan, Sustainable Development and Actual Problems of Humanitarian Sciences, 2018, 696 p.
20. Govindan K., Jha P. C., Agarwal V. and Darbari J.D. Environmental management partner selection
for reverse supply chain collaboration: A sustainable
approach // Journal of Environmental Management,
2019. 236, pp. 784...797.
21. Zhang H., Liang Y. A Knowledge Warehouse
System for Enterprise Resource Planning Systems //
Research Paper: Systems Research and Behavioral
Science Syst. Res. 2006, 23, pp. 169...176.
22. Mamedov F.A., Mamedova Kh.F., Tashpulatov S.Sh. Problems of increasing the efficiency of use
both material and labour resources of Azerbaijan garment industry // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti, 2022, No. 3 (399), pp. 39...42. DOI
10.47367/0021-3497_2022_3_39.
23. Mamedov F.A., Mamedova Kh.F., Tashpulatov S.Sh., Ismailov V.A. Development of clothing man-
ufacturing technology for lyceum students // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti, 2022, No. 4 (400),
pp. 153...159. DOI 10.47367/0021-3497_2022_4_153.
24. Mamedova Kh.F., Mamedov F.A., Tashpulatov S.Sh., Alieva Sh.Ya., Abdieva G.Z., Mamedova G.R.
Strategy of market management in the transition period
// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti, 2023, №2
(404)
p.
18...23.
DOI 10.47367/00213497_2023_2_18.
25. Bagirova A.M., Mamedov F.A., Tahpulatov S.Sh. Current status and directions of development
of women's entrepreneurship in Azerbaijan // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti, 2023, №3, рр. 51...59.
DOI 10.47367/0021-3497_2023_3_51
Л И Т Е Р А Т У Р А:
1. Мамедов С.М. Современное состояние легкой
промышленности и проблемы реструктуризации.
Баку, 2012.
2. IBRD / World Bank, Connecting to Compete
2012: Trade Logistics in the Global Economy, 2012.
3. Kara M.A., Ciğerlioğlu O. The Impact of Transportation Infrastructure on Economic Growth in Turkish Economy, Gaziantep University // Journal of Social
Sciences, 2018, 17 (2), pp. 577...591.
4. Saatçioğlu C., Karaca O. Transportation Infrastructure and Regional Income Differences: An Empirical Analysis in Turkey // Journal of Business and Economic Studies, 2013, 1(1), pp. 1...11.
5. Orji I. and Wei S. A decision support tool for
sustainable supplier selection in manufacturing firms //
Journal of Industrial Engineering and Management,
2014, 7(5), pp. 1293...1315.
6. Kochak R.D. Historical Development of Logistics: Evolution from Military Requirements to Business
Logistics and Supply Chain Management // Journal of
Yasar University, 2020, pp. 246…258.
7. Xu M., Jeanne M.D., Suk H.K. The Fourth Industrial Revolution: Opportunities and Challenges // International Journal of Financial Research 2018, 9(2),
p. 90…95.
8. Barreto L., Amaral A., Pereira T. Industry 4.0
Implications in Logistics: An Overview // Procedia
Manufacturing 13(December), 2017, p. 1245…1252.
9. Demirdögen S. Digital transition process in logistics // Data, Information And Knowledge Management,
2020, p. 491…518.
10. Gümüş S. Contributions of the Logistics Sector
to the Turkish Economy and a Study // International
Business and Management Journal, 2013, 1(3),
p. 302…324.
11. Pagell M. and Wu Z. Building a more complete
theory of sustainable supply chain management using
case studies of 10 exemplars // Journal of Supply Chain
Management, 2009, 45 (2), pp. 37…56.
12. Ghadimi P., Dargi A. and Heavey C. Making
sustainable sourcing decisions: practical evidence from
the automotive industry // International Journal of Lo-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
51
gistics Research and Applications, 2016. 20(4),
pp. 297…321.
13. Govindan K., Khodaverdi R. and Jafarian A.
A fuzzy multi criteria approach for measuring sustainability performance of a supplier based on triple bottom line approach // Journal of Cleaner production,
2013, 47, pp. 345…354.
14. www.stat.gov.az
15. Strategic Road Map for the development of logistics and trade approved by the Decree of the President of the Republic of Azerbaijan dated December 6,
2016, 67 p.
16. Decree of the President of the Republic of
Azerbaijan on the new division of economic regions in
the Republic of Azerbaijan, 2021.
17. Bayramov V. The dynamic development of
Azerbaijan's economy further strengthens the reputation of our country in the international world, Xalq
newspaper, 2021, July 3, p. 1…3.
18. Akbarov E.H. Ways of Azerbaijan becoming a
regionally important logistic center, I International Scientific and Practical Conference, Baku Engineering
University 02-05 October, Baku, Azerbaijan, 2018,
p. 34…36.
19. Aliyev X. Logistics potential of the Republic of
Azerbaijan, Sustainable Development and Actual Problems of Humanitarian Sciences, 2018, 696 p.
20. Govindan K., Jha P.C., Agarwal V. and Darbari J.D. Environmental management partner selection
for reverse supply chain collaboration: A sustainable
approach // Journal of Environmental Management,
2019. 236, pp. 784...797.
21. Zhang H., Liang Y. A Knowledge Warehouse
System for Enterprise Resource Planning Systems //
52
Research Paper: Systems Research and Behavioral
Science Syst. Res. 2006, 23, pp. 169...176.
22. Мамедов Ф.А., Мамедова Х.Ф., Ташпулатов С.Ш. Проблемы повышения эффективности
использования материальных и трудовых ресурсов
швейной промышленности Азербайджана // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. №3(399).
C. 39…42. DOI 10.47367/0021-3497_2022_3_39.
23. Мамедов Ф.А., Мамедова Х.Ф., Ташпулатов С.Ш., Исмаилов В.А. Разработка технологии
изготовления одежды для учащихся лицея // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. №4(400).
C. 153…159. DOI 10.47367/0021-3497_2022_4_153.
24. Мамедова Х.Ф., Мамедов Ф.А., Ташпулатов С.Ш., Алиева Ш.Я., Абдиева Г.З., Мамедова Г.Р.
Стратегия рыночного управления в переходном
периоде // Известия высших учебных заведений.
Технология текстильной промышленности. 2023.
№2. С. 18…23. DOI 10.47367/0021-3497_2023_2_18.
25. Багирова А.М., Мамедов Ф.А., Ташпулатов С.Ш. Современное состояние и направления
развития предпринимательской деятельности женщин в Азербайджане // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. №3. С. 51…59. DOI 10.47367/00213497_2023_3_51.
Рекомендована кафедрой дизайна костюма
Ташкентского института текстильной и легкой
промышленности. Поступила 11.12.23.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 338.33
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_53
TRENDS AND PROSPECTS FOR THE DEVELOPMENT OF LIGHT INDUSTRY
IN KAZAKHSTAN: ANALYSIS AND CHALLENGES
ON THE PATH OF MODERNIZATION
ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В КАЗАХСТАНЕ: АНАЛИЗ И ВЫЗОВЫ НА ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ
G.I. ABDIKERIMOVA, A.Y. YESBOLOVA, D.A. KULANOVA, S.A. NARKULOVA, E.T. ASKAROVA
Г.И. АБДИКЕРИМОВА, А.Е. ЕСБОЛОВА, Д.А. КУЛАНОВА, Ш.А. НАРКУЛОВА, Э.Т. АСКАРОВА
(JSC M. Auezov South Kazakhstan University, Republic of Kazakhstan)
(Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова, Республика Казахстан)
E-mail: [email protected]
The light industry of Kazakhstan plays a key role in the country's economy,
producing a wide range of goods from textiles and footwear to food products. Despite positive development trends, the light industry of Kazakhstan faces a number
of challenges, including competition in the global market and the need for additional investment in innovation. The article carried out a SWOT analysis of the
light industry of Kazakhstan, where its strengths and weaknesses were identified.
Strengths include rich resources, significant stocks of cotton, wool and leather, location between Europe and Asia facilitating export opportunities and integration
into international supply chains. Growing demand for high-quality domestic goods
in the domestic market stimulates the development of the industry. The light industry of Kazakhstan still experiences a shortage of modern technologies and equipment, which limits productivity and product quality. The industry lacks highly
qualified specialists, which complicates the implementation of innovations and improving product quality. Modernization of the light industry is a key factor in increasing its competitiveness and sustainable development in the global economy.
Легкая промышленность Казахстана играет ключевую роль в
экономике страны, обеспечивая производство широкого спектра товаров
от текстиля и обуви до пищевой продукции. Несмотря на положительные
тенденции развития легкая промышленность Казахстана сталкивается с
рядом вызовов, включая конкуренцию на мировом рынке и необходимость
дополнительных инвестиций в инновации. В статье проведен SWOTанализ легкой индустрии Казахстана, где выявлены ее слабые и сильные
стороны. Сильными сторонами являются богатые ресурсы, наличие
значительных запасов хлопка, шерсти и кожи, расположение между
Европой и Азией способствует экспортным возможностям и интеграции в
международные цепочки поставок. Растущий спрос на высококачественные отечественные товары на внутреннем рынке стимулирует
развитие отрасли. Легкая промышленность Казахстана по-прежнему
испытывает дефицит современных технологий и оборудования, что
ограничивает производительность и качество продукции. В отрасли
This research is funded by the Science Committee of the Ministry of Science and Higher Education of the Republic of
Kazakhstan for 2021-2023, Grant No. AP09261075 - The formation of a model of a regional food hub as a horizontally
integrated structure to ensure food security (using the example of the meat cluster of the Turkestan region).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
53
ощущается нехватка высококвалифицированных специалистов, что
затрудняет внедрение инноваций и повышение качества продукции.
Модернизация легкой промышленности является ключевым фактором
повышения ее конкурентоспособности и устойчивого развития в мировой
экономике.
Keywords: light industry, leather industry, analysis, perspectives, Kazakhstan.
Ключевые слова: легкая промышленность, кожевенная промышленность, анализ, перспективы, Казахстан.
Introduction
Many scientists in this direction are engaged in the development of light industry.
So, in the research of Aimen A., and others.
[1] modern trends in the development of light
industry in Kazakhstan, features of integration
of production processes and the influence of
macroeconomic factors on the development of
the industry are considered. Analysis of current challenges was carried out and strategies
were proposed for the modernization of light
industry based on digitalization and integration of production. In the scientific work of
Dikhanbaeva D. [2], a detailed analysis of the
development of small and medium-sized enterprises of the textile industry of Kazakhstan
in the conditions of industry 4.0 was carried
out. The issues of introducing modern technologies and digital solutions to increase the
efficiency and competitiveness of enterprises
are considered. In the research of Nurlanova
N, Omarova A. [3], regional features of the
location of light industry enterprises in Kazakhstan are considered. Factors affecting the
development of production infrastructure and
the distribution of industrial facilities by region are analyzed. Muratova R. [4] in her
study analyzes the prospects for the development of light industry in Kazakhstan from the
point of view of strategic planning. The main
challenges, such as lack of investment and
qualified personnel, are considered, and ways
to overcome them are proposed. Also, the authors Abdrakhmanov A., Shakirova A. [5]
describe the current state of Kazakhstan's
light industry and analyze the prospects for its
development. Economic and technological
trends affecting the growth of the industry are
considered, and measures are proposed to
54
modernize it. These works offer a versatile
analysis and present the view of various authors on the development and modernization
of light industry in Kazakhstan, as well as on
the challenges facing the industry.
The light industry of Kazakhstan consists
of shoe, textile, food and many other industries that are associated with the production of
consumer goods. To date, innovative and
technological aspects also play an important
role, for example, the use of modern technologies in the production and development of ecommerce [6].
Kazakhstan’s economic strategy, focused
on diversification, pushes the development of
light industry. This sector contributes to the
reduction of dependence on raw materials and
the creation of new jobs. In recent years, the
introduction of modern technologies in the
light industry of Kazakhstan has been observed. Automation of production, the use of
artificial intelligence and digital technologies
helps improve the efficiency and quality of
products. Despite the positive trends, there are
challenges. These include competition in the
global market, the need to improve product
quality, as well as issues of production stability
and energy consumption [7]. State programs
and investments are aimed at supporting the
development of light industry. This includes
financial support, personnel training, and assistance in promoting products on the global
market.
The prospects for the development of light
industry in Kazakhstan are connected with the
diversification of the product range, the introduction of environmentally friendly technologies, the development of high-tech industries,
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
as well as the strengthening of positions in
world markets [8, 9]. It should be noted that
light industry in Kazakhstan is going through
a period of active development, and thanks to
state support, the introduction of modern
technologies and a diversification strategy, it
can become an important incentive for economic growth and increasing the country’s
competitiveness on a global scale.
Methodology
The theoretical and methodological basis
of the study is the scientific works of domestic and foreign scientists, regulatory documents of the Republic of Kazakhstan, decisions and decisions of the Government on industrial policy issues. The work used statistical materials of the Bureau of National Statistics of the Agency for Strategic Planning and
Reforms of the Republic of Kazakhstan, reporting data on individual enterprises of the
Turkestan region. In the process of research,
in the development of organizational, economic, methodological materials and provisions, general scientific methods and principles of cognition, traditional methods of economic analysis were used: logical and systemstructural analysis and synthesis, classification and typology, as well as economic and
mathematical statistical methods of data processing and modeling, expert method.
Results and discussion
Light industry is an important export segment for Kazakhstan. The country actively
participates in international trade relations,
exporting its products to various regions of
the world. This contributes to strengthening
Kazakhstan’s position in the world market
and provides additional sources of income
[10].
After studying the material on the development of light industry in the regions of Kazakhstan and analyzing the development
trends, we considered the volume of production of light industry in Kazakhstan for the
period 2010-2021 (Fig. 1)
The fig. 1 shows that the volume of production of light industry in Kazakhstan has a
positive trend from 2010 to 2021. Thus, the
volume of production of light industry increased from 34,23 billion KZT to 129,16 billion KZT or growth amounted to 55%, the
volume of production in 2022 also increased by 460 million tenge compared to 2021 [11].
Fig. 1
Light industry as an industry is a collection of enterprises that produce goods that
compete with each other and meet similar
needs. The need for light industry products is
constantly growing. Buyers increasingly prefer high-quality goods, although in the recent
past the price determining when choosing
products was. The indicators of production
concentration (the company's share in the total production of goods of one group) and
market concentration (the share of enterprises
in the volume of production dominant in the
market of this industry) as well as indicators
of industry supply and industry demand are
used. The industry involves free entry and
exit.
Entry into the industry is determined by
extracting more than normal economic profits. Leaving the industry is determined by
profit-making below normal. Light industry
represents a powerful diversified complex,
both for the production of consumer goods
and industrial goods. Light industry carries
out both primary processing of raw materials
and production of finished products.
In the material, we considered the volume
of light industry production, for a detail analysis of light industry, it is necessary to study
the share of light industry in the total production volume in Kazakhstan (Fig. 2).
Fig. 2 shows that light industry's share of
total output is positive from 2010 to 2021, or
growth was 0.24 during the period under review. Also, growth dynamics is observed
from 2019 to 2021. It should be noted that in
2011 the share of light industry has the lowest
share of the analyzed period [12].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
55
Fig. 2
Light industry products intended for industrial purposes are used in other industries
in the form of raw materials and auxiliary materials (in furniture, aviation, automobile,
chemical, electrical, food, etc.). A wide range
of production, technical and strategic products
meets the needs of law enforcement agencies
and departments in clothing property, in related products for military equipment, in technical textiles and personal protective equipment against extreme and man-made environmental impacts, industrial injuries, and
fires. The industry produces over 40% of all
non-food products. Industry enterprises are
located in almost every country and region,
and the scales of production provide not only
the needs of the region, but, as a rule, are exported outside it. Depending on the structure
of the economy of each country, about 10% of
the total industrial and production potential of
industry and up to 5% of the cost of fixed
capital are concentrated in industry enterprises. The share of light industry in the GDP of
developed countries began to decline from the
mid-1980s due to the movement of production to countries with cheap labor (India, China, Bangladesh, Pakistan and others). The size
of light industry enterprises is usually small
and does not require so much energy and water as metallurgical production, which allows
them to be placed in areas without large energy, water and other resources [13].
Light industry is connected with many related industries and serves the entire national
economic complex. The main feature of the
light industry is a fairly quick return of funds
invested in production, and a quick change in
the range of products that are produced, with
“minimal” costs.
Light industry as a branch of the economy
is directly involved in the formation of state
budgets. It unites a large number of industries,
56
among the main ones can be distinguished
such as sewing, shoe, textile, leather, fur. The
largest share in the structure of light industry
is occupied by the products of the garment
and textile industries.
Light industry is investment-attractive, as
investments pay off quickly, thanks to:
- Rapid return of invested funds, which allows efficient use of borrowed and subsidized
funds due to rapid turnover (3-4 times a year).
- Insignificant terms of production and
sale of products;
- High mobility of production and technological capabilities of enterprises, which
makes it possible to carry out a quick change
in the range of products in case of market
changes related to seasonal changes in demand and fashion, without reducing production volumes and, accordingly, sales volumes,
without reducing tax deductions;
- Availability of local raw materials (wool,
flax, leather);
- Potential Sales Area Capacity.
The efficiency of the industry depends on
the rational placement of its enterprises. Light
industry is characterized by a less pronounced
territorial specialization compared to other
industries, since almost every region has certain enterprises. Often, light industries are
complementary to the economic complex of
the regions, providing only the internal needs
of the regions.
For example, the global textile industry
has five main regions: East Asia, South Asia,
the CIS, foreign Europe and the United States.
In each of them, the production of cotton fabrics and fabrics from chemical fibers prevails,
while the rest of the industries (woolen, linen,
silk) are less important. Among the world
leaders in the production of fabrics as part of
the leading five are China, India, Russia,
USA, and Japan [14].
The factors for the location of light industry enterprises in the world are diverse, but
the main ones include:
- Raw material factor, which mainly affects the location of enterprises for primary
processing of raw materials (for example, flax
processing factories are located in the areas of
flax production, woolen washing enterprises in the areas of sheep breeding, enterprises for
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
primary processing of leather near large meat
processing plants). Light industries, as a rule,
do not need significant one-time supplies of
raw materials, so there is no need to place enterprises near railway highways. This reduces
the outflow of population from villages due to
the constant decline in agricultural employment. In addition, most of the supplies of raw
materials and transportation of finished products can be carried out by road, which corresponds to the trend of expanding the road
network:
- Consumer factor, since finished products
of light industry are less transportable compared to semi-finished products. For example,
it is cheaper to supply pressed raw cotton than
cotton fabrics.
- Factor of labor resources, providing for
their significant size and qualification, since
all sectors of light industry is labor-intensive.
Historically, the light industry uses mainly
women’ labor, so it is necessary to take into
account the possibilities of using both women’s and men’s labor in the regions.
- Green light industry - in general, the industry is environmentally friendly, since the
source of energy is mainly electricity, and
harmful waste and atmospheric pollution are
minimal. Therefore, industry enterprises are
often located near residential areas, thus
providing ready-made jobs in the immediate
vicinity of workers’ housing [15].
For a deeper analysis, it is necessary to
study the volume of investments aimed at the
development of light industry in Kazakhstan.
The figure shows the volume of investments
in the country’s light industry over the past 11
years, that is, from 2010 to 2021 (Fig. 3).
Fig. 3
It follows from Fig. 3 that the volume of
investments in light industry in 2010 amounted to 14, 29 billion KZT, but in 2021 the volume of investments in this industry decreased
by 8 billion KZT or 2,2 times during the analyzed period. It should be noted that the decrease in investment in the industry did not
affect the development of light industry and
the volume of production [16]. Thus, the volume of produc-tion is increased by 23% during the period under review.
For a detailed analysis of the development
of light industry in Kazakhstan, the SWOT
analysis method is applicable to identify the
weaknesses and strengths of light industry
(Table 1).
Strengths
rich raw material resources;
geographical location;
government support;
domestic market development.
Opportunities
growth of export opportunities;
integration
with
neighboring markets;
development of ecotechnologies;
digitalization of production.
Table 1
Weaknesses
lack of modern technology;
lack of qualified personnel;
high production costs;
limited opportunities
for research and development.
Threats
competition with foreign manufacturers;
economic instability;
environmental
and
regulatory requirements;
lack of investment.
It follows from table 1 that the strengths
are the country’s rich resources, that Kazakhstan has significant reserves of cotton, wool
and leather, which ensures a stable supply for
the textile and leather industries. The strategic
location between Europe and Asia promotes
export opportunities and integration into international supply chains. The growing demand for high-quality domestic goods in the
domestic market stimulates the development
of the industry. Light industry in Kazakhstan
is still experiencing a shortage of modern
technologies and equipment, which limits
productivity and product quality. There is a
shortage of highly qualified specialists in the
industry, which makes it difficult to introduce
innovations and improve product quality. It
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
57
should be noted that production costs remain
high due to the relatively low level of automation and high energy costs. At the same time,
there are a number of threats affecting the development of light industry. For example,
cheap imports from China and other countries
create strong competition for local producers.
Economic instability implies that fluctuations
in prices for raw materials and energy resources can negatively affect the cost of production and the competitiveness of the industry.
Thus, Kazakhstan’s light industry has significant potential for development given its
abundant natural resources and growing domestic market. However, to realize this potential, it is necessary to overcome a number of
challenges, such as the modernization of production facilities, advanced training of personnel and the development of export potential. Successful integration of modern technologies and sustainable development can
help Kazakhstan become a significant player in
the international arena of light industry [17].
Modernization of light industry is a key
factor for improving its competitiveness and
sustainable development in the global economy. In this regard, it is necessary to analyze
the ways of modernization that can be applied
in Kazakhstan. Modernization in light industry can be achieved through the introduction
of advanced technologies, digitalization, improving the availability of financing, human
development, the development of logistics
infrastructure, etc. (Fig. 4).
Fig. 4
58
Fig. 4 shows the main ways of developing
the light industry through the modernization
of this industry. Technological modernization
implies the introduction of advanced technologies and digitalization of light industry.
Many enterprises in Kazakhstan use outdated
equipment, which reduces their productivity
and product quality. Investing in modern
equipment and technologies, such as automation of production processes and the use of
intelligent production management systems.
Improved funding availability can be
achieved through public support and private
investment in industry. In this direction, there
is a lack of available long-term financing for
the modernization of production [18]. The
solution may be to supplement the concessional lending program for the light industry,
grant support for innovative projects, tax incentives for enterprises investing in modernization. The development of human capital is
achieved through advanced training of personnel and stimulation of innovative potential. It should be noted that there is an insufficient level of qualifications of workers in the
light industry. To solve this problem, it is
necessary to develop professional educational
programs in universities and colleges. Also,
the modernization of light industry can be
achieved through the development of infrastructure. To do this, it is necessary to develop industrial parks and techno parks that provide enterprises with access to modern production facilities and services. Investing in the
development of transport and logistics infrastructure, improving the conditions for exporting products. Development of warehouse
complexes and transport corridors, creation of
specialized logistics centers. Integration into
international markets will significantly modernize light industry through the development
of export potential. There are limited opportunities for exporting light industry products.
The solution may be the development of export infrastructure, support and promotion of
Kazakhstani goods in international markets.
The development of light industry can be
carried out in different directions, depending
on specific conditions, market requirements
and technological capabilities. Below are
some common ways to develop light industry:
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
1. Introduction of new technologies:
- Automation of production processes.
- Use modern management techniques
such as ERP (Enterprise Resource Planning)
systems to optimize production, inventory
management, and distribution.
2. Research and development:
- Investment in R&D to create new products and improve existing ones.
- Application of innovative materials and
technologies in production.
3. Environmental sustainability:
- Introduction of energy-efficient technologies.
- Development and production of environmentally friendly products.
- Waste and resource management to reduce the negative impact on the environment.
4. Globalization and international cooperation:
- Development of international partnerships and cooperation with other companies.
- Export of products to world markets.
5. Development of digitalization:
- Adoption of digital technologies such as
the Internet of Things (IoT) to monitor and
manage production processes.
- Use data analytics to make business decisions.
6. Standardization of production:
- Develop and implement quality standards to ensure product reliability.
CONCLUSION
In conclusion, light industry in Kazakhstan has significant potential for development
and making a significant contribution to the
country's economy. The growth of domestic
demand, integration into international markets, the introduction of innovative technologies and the development of infrastructure
create favorable conditions for the expansion
and modernization of the industry. However,
to achieve sustainable growth, it is necessary
to overcome a number of challenges, such as
a shortage of qualified personnel, lack of investment and competition with imported
products. An integrated approach to solving
these problems, including government support, attracting investments and developing
human capital, will be the key to the successful development of light industry in Kazakhstan in the coming years.
REFERENCES
1. Aimen A and others. Modernization of Light Industry of Kazakhstan on the Basis of Integration Effects // American Journal of Mechanical and Industrial
Engineering 2021. P. 56…61. DOI:10.11648/j.ajmie.
20210605.11. https://www.sciencepublishinggroup.com
/article/10.11648/j.ajmie.20210605.11
2. Dikhanbaeva D., Aitzhanova M., Shekhab E.,
Turkilmaz A. Analysis of Textile Manufacturing SMEs
in Kazakhstan for Industry 4.0 // Procedia CIRP. 2022.
P. 888…893. DOI:10.1016/j.procir.2022.05.080.
https://www.researchgate.net/publication/360886074_
Analysis_of_Textile_Manufacturing_SMEs_in_Kazakhstan_for_Industry_40
3. Nurlanova N. & Omarov A. The Regional Features of the Placement of Light Industry Enterprises in
Kazakhstan // Eurasian Journal of Economic and Business Studies 2022, P. 115…130. https://doi.org
/10.47703/ejebs.v4i66.209
4. Muratova R. Prospects for the development of
light industry in Kazakhstan: a strategic approach //
Journal of Industrial Economics 2022. P. 104…113.
DOI:10.31489/2020Ec4/104-113. https://www.industrial-economics.com/journal/articles/2022-02-development-prospects-light-industry-kazakhstan
5. Abdrakhmanov A., Shakirova A. Current state
and prospects of development of light industry of Kazakhstan // Journal Overview of economy of Kazakhstan 2020. P. 86...94. https://www.kaz-economicreview.com/article/2020-11-current-state-future-prospects-light-industry
6. Navarro D. Life cycle assessment and leather
production // Journal of Leather Science and Engineering.
2020, P. 2…26. DOI:10.1186/s42825-020-00035-y
7. Shanthi B. Leather. Technology Research Output: A Scientometric Analysis on Web of Science Database (2009-2018) // Library Philosophy and Practice.
https://digitalcommons.unl.edu/libphilprac/2940/
8. Abdymanapov S.A. Government Support of Innovative Business in the Republic of Kazakhstan //
International Electronic Journal of Mathematics Education. 2021, 11(5). P. 1033…1049.
9. Civancik-uslu D., Puig R., Voigt S. etc. Improving the production chain with LCA and eco-design:
application to cosmetic packaging. https://doi.org
/10.1016/j.resconrec.2019. 104475.
10. Broka S. et al. Kazakhstan Agricultural Sector
Risk Assessment 23763. The World Bank. 2016. P. 78.
11. Mutaliуeva A. et al. Formation and History of
the Agrarian Economy of Kazakhstan: The State of
Development Today // Academic Journal of Interdisciplinary Studies. 2023, 12(6). P. 401…409.
12. Committee on Statistics of Republic of Kazakhstan, 2022. Statistical Yearbook. P. 285.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
59
13. Agriculture, forestry and fisheries in the
Republic of Kazakhstan/Statistical collection 20172021.
http://stat.gov.kz
14. Felipe J., Hidalgo C. Economic diversification
implications for Kazakhstan // Development and Modern Industrial Policy in Practice. Issues and Country
Experiences. 2015, 1. P. 160…196.
15. Kenney M., Zysman J. Choosing a future in the
platform economy: the implications and consequences
of digital platforms // In Kauffman Foundation New
Entrepreneurial Growth Conference, 2015. P. 156…160.
16. Abdikerimova G. et al. Problems and prospects
of leather industry development in Kazakhstan //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022.
No 1(397). P. 28…32.
17. Larionov V.G., Sheremetyeva E.N., Balanovskaya A.V. Vectors of the digital transformation of
the textile Industry// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022. No 2 (398). P. 12…20.
18. Kruglov A.V., Telegin E.S., Matrokhin A.Yu.,
Gruzintseva N.A. Modern trends and prospects for the
use of "smart clothing" // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2023. No 1 (403). P. 192…195.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аймен А. и др. Модернизация легкой промышленности Казахстана на основе интеграционных эффектов // Американский журнал по механическому и промышленному машиностроению. 2021.
С. 56…61. DOI:10.11648/j.ajmie.20210605.11.
https://www.sciencepublishinggroup.com/article/10.11
648/j.ajmie.20210605.11
2. Диханбаева Д., Айтжанова М., Шехаб Е.,
Туркилмаз А. Анализ МСБ текстильного производства в Казахстане для индустрии 4.0 // Procedia
CIRP 2022. С. 888…893. DOI:10.1016/j.procir.
2022.05.080. https://www.researchgate.net/publication
/360886074_Analysis_of_Textile_Manufacturing_SMEs
_in_Kazakhstan_for_Industry_40
3. Нурланова Н., Омаров А. Региональные особенности размещения предприятий легкой промышленности в Казахстане // Евразийский журнал
экономических и бизнес-исследований. 2022.
С. 115…130. DOI: https://doi.org/10.47703/ejebs.
v4i66.209
4. Муратова Р. Перспективы развития легкой
промышленности Казахстана: стратегический подход // Журнал экономики промышленности. 2022.
С. 104…113. DOI:10.31489/2020Ec4/104-113.
https://www.industrial-economics.com/journal/articles
/2022-02-development-prospects-light-industrykazakhstan
5. Абдрахманов А., Шакирова А. Текущее состояние и перспективы развития легкой промышленности Казахстана // Обзор экономики Казахстана. 2020. С. 86...94. https://www.kaz-economicreview.com/article/2020-11-current-state-future-prospects-light-industry
60
6. Наварро Д. Оценка жизненного цикла и производство кожи // Журнал кожевенных наук и инженерии. 2020. С. 2…26. DOI:10.1186/s42825-02000035-y
7. Шанти Б. Результаты исследований в области кожаных технологий: наукометрический анализ
базы данных Web of Science (2009–2018) // Библиотечная
философия
и
практика.
https://digitalcommons.unl.edu/libphilprac/2940/
8. Абдыманапов С.А. Государственная поддержка инновационного бизнеса в Республике Казахстан // Международный электронный журнал
математического образования. 2021. № 11(5).
С. 1033…1049.
9. Чиванчик-услу Д., Пуиг Р., Фойгт С. etc.
Улучшение производственной цепочки с помощью
LCA и экодизайна: применение в косметической
упаковке. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.
104475.
10. Брока С. и др. Оценка рисков сельскохозяйственного сектора Казахстана 23763. Всемирный
банк. 2016. С. 78.
11. Муталиева А. и др. Становление и история
аграрной экономики Казахстана: состояние развития сегодня // Академический журнал междисциплинарных исследований. 2023. № 12(6). С. 401…409.
12. Комитет по статистике Республики Казахстан, 2022. Статистический ежегодник. С. 285.
13. Сельское, лесное и рыбное хозяйство Республики Казахстан: стат. сб-к 20172021.
http://stat.gov.kz.
14. Фелипе Дж., Идальго К. Последствия экономической диверсификации для Казахстана // Развитие и современная промышленная политика на
практике. Проблемы и опыт стран. 2015. №1.
С. 160…196.
15. Кенни М., Зисман Дж. Выбор будущего в
платформенной экономике: значение и последствия
цифровых платформ // На конференции Фонда Кауфмана по новому предпринимательскому росту.
2015. С. 156…160.
16. Абдикеримова Г. и др. Проблемы и перспективы развития кожевенной отрасли Казахстана //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2022. №1. С. 28…32.
17. Ларионов В.Г., Шереметьева Е.Н., Балановская А.В. Векторы цифровой трансформации
текстильной промышленности // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2. С. 12...20.
18. Круглов А.В., Телегин Е.С., Матрохин А.Ю.,
Грузинцева Н.А. Современные тенденции и перспективы использования "умной одежды" // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 1 (403).
С. 192…195.
Рекомендована кафедрой менеджмента и маркетинга Южно-Казахстанского университета им.
М. Ауэзова. Поступила 06.02.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 338.1
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_61
АНАЛИЗ ОТРАСЛЕВЫХ ТРЕНДОВ ЭКОНОМИКИ КАЗАХСТАНА
ANALYSIS OF INDUSTRY TRENDS IN THE ECONOMY OF KAZAKHSTAN
А.А. АЛЬЖАНОВА, Д.А. КУЛАНОВА, Г.И. АБДИКЕРИМОВА, А.Б. ДЖЕТИБАЕВА, В.И. МУСТАФАЕВА
A.A. ALZHANOVA, D.A. KULANOVA, G.I. ABDIKERIMOVA, A.B. ZHETIBAYEVA, V.I. MUSTAFAYEVA
(Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова, Республика Казахстан)
(M. Auezov South Kazakhstan University, Republic of Kazakhstan)
E-mail:[email protected]
В статье проанализированы отраслевые тренды развития экономики
Казахстана: сельское хозяйство, в частности животноводство, и легкая
промышленность, в частности кожевенная. Исследование статистики и
изучение положения данных отраслей приводят к выводу об их
неконкурентоспособности.
Существующие проблемы в развитии и поддержке аграрного сектора
страны не решаются в полной мере принимаемыми мерами; многие
инструменты находятся на стадии разработки. Раскрыты проблемы,
которые несут угрозу экономической безопасности Казахстана и решение
которых без прямого государственного вмешательства невозможно.
Описаны подходы к их решению.
The article analyzes industry trends in the development of the economy of Kazakhstan: agriculture, in particular animal husbandry, and light industry, in particular leather. Research of statistics and study of the situation in these industries
lead to the conclusion that they are uncompetitive. The existing problems in the
development and support of the country's agricultural sector are not fully resolved
by the measures taken; many tools are at the development stage. The problems that
pose a threat to the economic security of Kazakhstan and the solution of which is
impossible without direct government intervention are revealed. Approaches to
their solution are described.
Ключевые слова: отраслевая структура, промышленность, сельское
хозяйство, животноводство, кожевенная промышленность.
Keywords: industry structure, industry, agriculture, animal husbandry,
leather industry.
Данное исследование финансируется Комитетом науки Министерства образования и науки Республики
Казахстан (Грант № AP09261075 «Формирование модели регионального продуктового хаба как горизонтально
интегрированной структуры в целях обеспечения продовольственной безопасности (на примере мясного кластера Туркестанской области)» на 2021-2023 гг.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
61
Введение
Исследование отраслевой структуры по
совокупной стоимости произведенных
секторами экономики товаров является
определяющим в присваивании стране
экономического типа развития, в оценке
распределения экономических ресурсов
между отраслями и сферами производства
и вклада в создание ВВП, в установлении
межотраслевых связей и пропорций. Отраслевые сдвиги на макроуровне, если рассматривать их в длительных временных
рамках, проявлялись сначала в быстром
росте «первичных» отраслей, затем «вторичных», а в последний период «третичных» [1, 2]. По наблюдениям, чем более
развита экономика страны, тем меньше
вклад сельского хозяйства в ВВП.
Рис. 1
Казахстан делает ставку на промышленность (рис. 1) [2…5]. Производство товаров дает почти 40% ВВП, включая 14,5%
от горнодобывающей промышленности и
13,2% от обрабатывающей. Казахстан
остается лимитрофом с сырьевой экономикой, и это определяет его дальнейшее
развитие. Перспективы экономики зависят
от спроса и цен на сырье – основной источник доходов страны. Если мировая
экономика будет замедляться, то Казахстан как поставщик сырья пострадает [3].
Рост объемов производства продукции
отечественной легкой промышленности в
2022 году на 25,8% (193,2 млрд тенге) по
сравнению с 2021 годом никак не отразился на ее доле в промышленности – 0,4%.
В производстве продукции легкой промышленности основная доля приходится на
текстильные изделия (56,6%), одежду
(33,9%) и кожаную продукцию (9,5%). Как
62
видно из статистических данных, кожевенная промышленность Казахстана демонстрирует незначительную долю и значительный спад. Состояние и развитие животноводства оказывает существенное влияние на качество и количество кожевенного сырья. Перевод животноводства на
промышленную основу позволит укрепить
сырьевую базу кожевенной промышленности и создаст предпосылки для ее дальнейшего развития [5, 6].
Методы исследования
В качестве материалов использовались
государственные программы Казахстана
по развитию промышленности и аграрного
сектора, изучались статистические данные
в разрезе отраслей экономики Казахстана.
При анализе научной литературы по проблеме исследования использовались методы
систематизации и обобщения информации.
Результаты и обсуждения
Республика Казахстан позиционируется
как сельскохозяйственная страна, ее аграрный сектор многогранен по своей экономической специфике, т. е. в некоторых
его сегментах ситуация достаточно успешная (зерновое хозяйство), а в некоторых –
менее успешная (животноводство), требующая значительных мер по модернизации
(рис. 2). Стратегический план Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан на 2020-2024 годы направлен на
развитие современного конкурентоспособного агропромышленного комплекса в Казахстане, гарантирующего не только продовольственную безопасность, но и значительное увеличение экспорта [7].
Рис. 2
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Традиции сочетания смешанного земледелия и животноводства являются
неотъемлемой частью продовольственной
безопасности страны и обеспечения занятости (около 13,4 % рабочей силы) [8, 9].
Промышленность, млрд тенге
Обрабатывающая промышленность,
млрд тенге
Кожаная и относящаяся к ней продукция,
млрд тенге
экспорт, тыс. долл. США
импорт, тыс. долл. США
Доля продукции отрасли в общем объеме
производства промышленной продукции, %
2018
27 218,1
2019
29 380,3
2020
27 028,5
2021
37 606,2
Таблица 1
2022
48 777,1
10 403,8
11 573,4
13 232,7
17 121,4
21 161,8
10,2
20 109,7
337 948,9
11,6
11 418,1
454 449,4
13,1
6 184,3
396 607,3
14,3
12 996,0
599 591,5
18,4
11 728,3
586 007,3
0,04
0,04
0,05
0,04
0,04
Максимальный показатель производства кожи из шкур крупного рогатого скота в
секторе был зафиксирован в 2022 году
144 млн кв. дм. В выделке шкур меховых и
овчины наблюдается значительное снижение. В производстве обуви также нет устоявшихся тенденций, показатели характеризуются как низкие и недостаточные для
покрытия казахстанского спроса с годовым потреблением в 40 млн пар [12].
Фактор
Сырьевой
Трудовой
Инвестиционный
Технический
и технологический
Экологический
Экономический
Международный
Этический
В табл. 1 представлены статистические
данные по экспорту-импорту кожаной и
относящейся к ней продукции. Видно, что
импорт составляет более 95% [10…13].
Таким образом, как в сфере животноводства, так и в кожевенной промышленности
Казахстана наблюдаются проблемы, решить
которые без прямого государственного
вмешательства невозможно. Исследование
статистики и изучение положения данных
отраслей приводят к выводу о наличии ряда
проблем (факторов), требующих первоочередного решения (табл. 2) [14, 15].
Таблица 2
Проблемы
Нехватка отечественного сырья: основная доля кожевенного сырья лучшего качества
продается на экспорт по заниженным ценам, что подрывает сырьевую базу предприятий второго передела.
Сокращение посевов (кормовой базы) и поголовья скота.
Высокая стоимость труда в кожевенной промышленности увеличивает стоимость отечественного товара на рынке.
Низкая производительность труда в сельском хозяйстве с его низкой оплатой, высокая
доля самозанятых.
Отсутствие качественных рабочих мест и нехватка опытных кадров.
Низкая инвестиционная привлекательность обоих секторов экономики.
Отведение сельскому хозяйству роли субсидируемой отрасли, при этом ограниченные
средства не всегда расходуются целесообразно и эффективно.
Большой технический износ оборудования на предприятиях: коэффициент обновления оборудования составляет 3-4% в год.
Высокий физический и моральный износ основных фондов в животноводстве, низкое
качество конечного продукта и его технологическая сложность.
Высокий уровень загрязнения и истощения природных ресурсов в связи с использованием большого количества земли и водных ресурсов.
Животноводство связано с выбросами парниковых газов, таких как метан, который
является одним из главных причин глобального потепления.
Вероятность заноса опасных инфекционных болезней.
Глубокая переработка кожевенного сырья стагнирует на фоне роста экспорта необработанных шкур; фермеры предпочитают отправлять часть сырых шкур за границу, а
не сдавать их на отечественные кожевенные заводы.
Легкая промышленность на 90% представлена предприятиями МСБ, которые не могут
осилить дополнительные затраты на маркетинг и рекламу.
Концентрация животноводства в ЛПХ затрудняет использование достижений современной селекции, прогрессивных технологий разведения скота и эффективных научных методов племенного скотоводства.
Низкая доходность с точки зрения налогов.
Высокая доля контрафактной продукции на рынке: 90% продукции заходит в страну
без сертификатов соответствия, без уплаты налогов, что снижает ее себестоимость.
Некоторые страны и организации вводят запреты на использование кожи животных.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
63
Однозначного решения имеющихся
проблем, в частности в кожевенной промышленности, нет, и принятие мер, касающихся таможенных ограничений по экспорту шкур, привлечения зарубежных инвестиций для открытия и запуска производств по их обработке, ценового регулирования и т. д., не привело к получению
должного эффекта.
Для решения этих проблем существует
несколько подходов. Прежде всего, необходимо развивать и внедрять новые технологии и методы производства, более эффективные и экологически чистые.
Важно разрабатывать и поддерживать
программы устойчивого развития и управления окружающей средой в животноводстве, в том числе использование возобновляемых источников энергии, управление
отходами и внедрение практик, которые
помогут снизить влияние животноводства
на окружающую среду [5].
Весомым сдерживающим фактором является отведение сельскому хозяйству роли субсидируемой отрасли, при этом ограниченные средства не всегда расходуются
целесообразно и эффективно. И все же меры, принимаемые в рамках государственных программ, реализуются на постоянной
основе, и от такой практики не следует отказываться.
Конкурентные преимущества сельского
хозяйства под призмой «инвестиционный,
экспортоориентированный проект» должны
изменить старые подходы и обеспечить
комплексный подход к его развитию. В таком случае доходы от сельского хозяйства
кроме прямых выгод могли бы помочь
профинансировать переход на следующую
технологическую ступень и создать спрос
на продукты и услуги отраслей с более высокой добавленной стоимостью, например
производство удобрений, логистики, пищевой промышленности и биотехнологий.
Вклад смежных отраслей, обслуживающих отрасль, находящуюся в упадке,
возможно, будет ограничен, но технологии
и навыки, приобретенные в смежных отраслях при обслуживании сельскохозяйственной отрасли, могут быть использова-
64
ны в других отраслях. Это значительно
увеличило бы скромный прямой вклад
сельского хозяйства в экономическое развитие страны. Поэтому развитие смежных
отраслей должно быть не менее целенаправленным, в противном случае дополнительные доходы от сельскохозяйственной
отрасли будут использоваться для оплаты
иностранных производителей и их сельскохозяйственной техники или для увеличения арендной платы отечественных поставщиков.
ВЫВОДЫ
Как в сфере животноводства, так и в
кожевенной промышленности Казахстана
наблюдаются проблемы, решить которые
без прямого государственного вмешательства невозможно. Важно разработать программы их развития и действенные меры
поддержки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Волкова А.Г. Отраслевая структура экономики как типологический признак // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта.
Сер. Естественные и медицинские науки. 2022.
№ 3. С. 52…67.
2. Федорова А.Ю. Экономика отраслевых
рынков: уч. пособие. 2-е изд., изм. и доп. СПб.:
Университет ИТМО, 2016. 89 с.
3. Городилов М. Как устроена экономика Казахстана. https://journal.tinkoff.ru/kazakhstan-economy/
4. Алимбаев А.А., Кенешева Г.А. Структурная
модернизация экономики Казахстана // Universum:
экономика и юриспруденция: электрон. науч. журн.
2018, 11(56). C. 254…260.
5. Экономика Казахстана 2023. Цифры, анализ,
прогнозы. https://marketingcenter.kz/20/economykazakhstan.html
6. https://www.stat.gov.kz
7. Приказ 476 от 31.12.2019 «О Стратегическом плане Министерства сельского хозяйства Республики Казахстан на 2020-2024 годы».
https://www.gov.kz/
8. Seitov S.K. Livestock farming in Kazakhstan:
development problems // Bulletin of the Kazan State
Agrarian University. 2022, Vol. 16. No. 4 (64).
9. Mergenbayeva A.T., Abdikerimova G.I.,
Kulanova D.A., Seidakhmetov M.K. Analysis of export
and import of agricultural industry of the Republic of
Kazakhstan // E3 Web of Conferences 474, 03017
(2024) ICITE – 2023. https://doi.org/10.1051
/e3sconf/202447403017ICITE
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
10. Абдикеримова
Г.И., Куланова
Д.А.,
Умбeталиев Н.А. и др. Кожевенное производство:
последствия пандемии и технологические тренды//
Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2022. № 1 (397). C. 23…28.
11. Абдикеримова Г.И., Есболова А.Е., Куланова Д.А. и др. Проблемы и перспективы развития
кожевенной отрасли Казахстана // Известия вузов.
Технология текстильной промышленности. 2022.
№ 1 (397). C. 28…32.
12. https://forbes.kz/news/2023/11/15/newsid_312803
13. https://inbusiness.kz/ru/last/proizvodstvokozhi-v-kazahstane-sokratilos-no-eksport-shkur-vozros
14. Гриднева Е.Е., Калиакпарова Г.Ш., Калманова Н.М. Развитие животноводства в Республике
Казахстан: проблемы и пути их решения // Проблемы агрорынка. 2020. № 2. C. 119…125.
15. Есенгалиева С.М., Мансурова М.А., Махмудов А.Д., Федорченко Л.В. Современное состояние
и тенденции развития животноводства в Республике Казахстан // Экономика: стратегия и практика.
2021. № 2 (16). C. 134…144.
16. https://trends.rbc.ru/trends/green/6065e3779a7
94706921879d1?from=copy
REFERENCES
1. Volkova A.G. Sectoral structure of the economy as a typological feature // Bulletin of the Baltic
Federal University named after. I. Kant. Ser. Natural
and medical sciences. 2022, No. 3. P. 52…67.
2. Fedorova A.Yu. Economics of industry markets: textbook. 2nd edition, modified and expanded. St.
Petersburg: ITMO University, 2016. 89 p.
3. Gorodilov M. How the economy of Kazakhstan
works. https://journal.tinkoff.ru/kazakhstan-economy/
4. Alimbaev A.A., Kenesheva G.A. Structural
modernization of the economy of Kazakhstan // Universum: economics and jurisprudence: electron. scientific magazine. 2018. 11(56). C. 254…260.
5. Economy of Kazakhstan 2023. Figures, analysis,
forecasts.
https://marketingcenter.kz/20
/economy-kazakhstan.html
6. https://www.stat.gov.kz
7. Order 476 dated December 31, 2019 «On the
Strategic Plan of the Ministry of Agriculture of the
Republic
of
Kazakhstan
for
2020-2024»
https://www.gov.kz/
8. Seitov S.K. Livestock farming in Kazakhstan:
development problems // Bulletin of the Kazan State
Agrarian University. 2022, Vol. 16. No. 4 (64).
9. Mergenbayeva A.T., Abdikerimova G.I., Kulanova D.A., Seidakhmetov M.K. Analysis of export
and import of agricultural industry of the Republic of
Kazakhstan // E3 Web of Conferences 474, 03017
(2024) ICITE – 2023. https://doi.org/10.1051
/e3sconf/202447403017ICITE
10. Abdikerimova G.I., Kulanova D.A., Umbetaliev N.A. etc. Leather production: the consequences
of the pandemic and technological trends // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 1 (397).
C. 23…28.
11. Abdikerimova G.I., Yesbolova A.Y., Kulanova D.A. etc. Problems and prospects of leather industry
development in Kazakhstan // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2022. No. 1 (397). P. 28…32.
12. https://forbes.kz/news/2023/11/15/newsid_31
2803
13. https://inbusiness.kz/ru/last/proizvodstvokozhi-v-kazahstane-sokratilos-no-eksport-shkur-vozros
14. Gridneva E.E., Kaliakparova G.Sh., Kalmanova N.M. Development of livestock farming in the
Republic of Kazakhstan: problems and ways to solve
them // Problems of the agricultural market. 2020, (2).
P. 119…125.
15. Yesengalieva S.M., Mansurova M.A.,
Makhmudov A.D., Fedorchenko L.V. Current state and
trends in the development of livestock farming in the
Republic of Kazakhstan // Economics: strategy and
practice. 2021. No. 2 (16). P. 134…144.
16. https://trends.rbc.ru/trends/green/6065e3779a
794706921879d1?from=copy
Рекомендована кафедрой менеджмента и маркетинга Южно-Казахстанского университета им.
М. Ауэзова. Поступила 06.02.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
65
УДК 658.56
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_66
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ В ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
QUALITY MANAGEMENT IN TEXTILE INDUSTRY
Е.Г. ЕРЛЫГИНА, Е.П. ПОТАПОВА
E.G. ERLYGINA, E.P. POTAPOVA
(Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых,
Владимирский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы)
(Vladimir State University,
Vladimir Branch of the Russian Academy of National Economy and Public Administration)
E-mail: [email protected]
В современном мире в условиях высокой конкуренции бизнес сталкивается с необходимостью постоянного улучшения качества товаров или услуг.
Статистический контроль процессов и их оптимизация активно
используются в различных переделах текстильной промышленности.
Организация рабочей среды облегчает работникам поиск, сокращая время
простоя. Системы хранения данных и отлаженный рабочий процесс
позволяют уменьшить затраты, повысить эффективность производства.
Автоматизация процессов сокращает время производства и сводит к
минимуму человеческие ошибки. Обучение сотрудников и поддерживание
их знаний в соответствии с новейшими технологиями повышает
производительность. Использование интеллектуальной системы управления
запасами позволяет контролировать количество сырья и готовой
продукции в режиме реального времени и избегать ситуации с нехваткой
материалов или наличием избыточных запасов. Внедрение системы
управления качеством на предприятиях текстильной промышленности
позволяет стабильно выпускать продукцию и контролировать ее
качество, способствует повышению объемов производства и выходу на
новые рынки сбыта. Повышение качества выпускаемой продукции позволяет продавать ее дороже, увеличивает общую конкурентоспособность
предприятия, а также стабилизирует финансовое состояние организации
и способствует экономическому росту компании.
In today's highly competitive world, businesses face the need to constantly improve the quality of goods or services. Statistical process control and optimization
are actively used in various stages of the textile industry. Organization of the working environment makes it easier for employees to find what they need, reducing
downtime. Data storage systems and a streamlined workflow help reduce costs and
increase production efficiency. Process automation reduces production time and
minimizes human errors. Training employees and maintaining their knowledge in
accordance with the latest technologies increases productivity. Using an intelligent
inventory management system allows you to control the amount of raw materials
and finished products in real time and avoid a situation with a shortage of materials or excess inventory. Implementation of a quality management system at textile
enterprises allows for stable production and quality control, contributes to an increase in production volumes and entry into new markets. Improving the quality of
manufactured products allows you to sell them at a higher price, increases the
66
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
overall competitiveness of the enterprise, and also stabilizes the financial condition
of the organization and contributes to the economic growth of the company.
Ключевые слова: управление качеством, текстильная промышленность, экономический рост.
Keywords: quality management, textile industry, economic growth.
Введение
В современном мире в условиях высококонкурентной экономики бизнес сталкивается с необходимостью постоянного улучшения качества (рис. 1) товаров или услуг.
Философия тотального менеджмента
качества развивается с учетом меняющихся рыночных условий и требований клиентов [1].
ются причины любых сбоев, а затем предпринимаются соответствующие действия
для исправления ошибок. Данная концепция контроля качества получила широкое
признание во всем мире [3]. Одним из таких секторов, где применяется TQM, является текстильная промышленность.
Рис. 2
Рис. 1
Всеобщее управление качеством (TQM)
это система управления, которая основана
на производстве качественной с точки зрения заказчика продукции и услуг и
направлена на планомерное достижение
стратегической цели организации через
непрерывное улучшение работы [2].
Основные базовые управленческие
элементы концепции TQM представлены
на рис. 2.
В производственном секторе TQM
начинается с выборочного отбора продукции, которая тестируется по всем аспектам, важным для потребителей. Выявля-
Рассмотрим подходы к управлению качеством в различных технологических переходах (переделах) текстильной промышленности.
Формирование волокон
В процессах формирования синтетических волокон активно используется статистический контроль процессов. Ведущие
компании формируют обширные партнерские отношения с заказчиками, которые
используют командные концепции. Для
укрепления этих партнерских отношений
применяются такие инструменты, как QFD
(Quality Function Deployment) или структурирование (развертывание) функции качества метод принятия решений, исполь-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
67
зующийся в разработке товаров или услуг.
Ведущие компании становятся более организованными, делают упор на командную
концепцию управления, а не на иерархическую. Принятие решений в этих организациях возлагается на наделенных полномочиями сотрудников операционного уровня.
Крашение и отделка
Статистический контроль процессов и
анализ добавленной стоимости также используются в этой отрасли. Анализ рабочего процесса и временных циклов проводится в компаниях, более продвинутых в
своей системе TQM. Возможно привлечение межфункциональных команд в областях обслуживания клиентов и повышения
качества.
Прядение
На предприятиях по производству пряжи, оснащенных более совершенными системами TQM, часто происходит обучение
сотрудников таким вещам, как техническая сертификация, статистический процесс и контроль качества, а также развитие
команды. Обучение проводится и внутри
компании, и внешними источниками, такими как муниципальный колледж. На
предприятиях разработаны программы
улучшения процессов, основанные на вовлечении сотрудников. Создаются естественные рабочие группы и группы по совершенствованию процессов. Также ис-
пользуются партнерские отношения с клиентами и опросы удовлетворенности.
Ткачество
В ткацкой промышленности есть компании, которые используют статистический
контроль процессов и анализ добавленной
стоимости. В этих компаниях созданы команды для оказания помощи в обслуживании клиентов и повышении качества.
Вязание
На некоторых предприятиях трикотажной промышленности сотрудники благодаря обучению статистическому контролю
процессов и производству точно в срок
получают возможность улучшить производственный процесс. Упрощение процесса осуществляется с помощью аудитов качества, которые выявляют проблемы и
критически важные решения. На других
заводах созданы группы по совершенствованию процессов в технологической области. Как и на предприятиях по производству пряжи, партнерские отношения с клиентами также являются тенденцией.
В процессе управления качеством продукции возникают затраты, понесенные в
связи с предотвращением дефектов продукции и/или в результате производства
дефектного материала, который либо попадает к потребителю, либо обнаруживается еще внутри компании (табл. 1).
Таблица 1
№
п/п
1.
68
Затраты
Описание
Затраты
на профилактику
Стоимость предотвращения ошибок или поддержания постоянства качества
(обучение новых сотрудников, затраты на оборудование, обслуживание, проектирование, планирование и внедрение)
Затраты проверки приобретенных товаров и материалов, стоимость контроля
рабочего процесса и готовой продукции (соответствующая документация и ведение учета, калибровка испытательного оборудования и лабораторные изменения, исследование уровня удовлетворенности клиентов)
Затраты, которые возникают, когда дефект качества обнаруживается до того, как
товар попадает к потребителю (затраты на утилизацию, на повторную проверку
времени простоя из-за нарушения качества и связанные с этим административные расходы)
Дефекты качества, которые доводятся до сведения заказчика, некоторые из них
связаны с прямыми гарантийными расходами на возврат и замену (ремонт в полевых условиях, стоимость реагирования на жалобы, косвенные издержки из-за
недовольства клиента, ущерба представительству, стоимость страхования ответственности)
2.
Затраты
на инспекцию
и оценку
3.
Затраты
на внутренние сбои
4.
Затраты
на внешние сбои
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Укрупненно ключевые задачи, которые
стоят перед предприятиями текстильной
промышленности, а также их решения
можно представить в виде семи шагов повышения эффективности (рис. 3).
Рис. 3
Результаты и обсуждения
Организация рабочей среды играет
большую роль в повышении эффективности производства и улучшении качества
продукции на текстильном предприятии.
Поддержание чистоты и хорошо организованной среды облегчает работникам быстрый и эффективный поиск того, что им
нужно. Инвестирование в эффективные
системы хранения данных и создание отлаженного рабочего процесса позволяют
сократить ошибки, уменьшить затраты,
повысить эффективность производства.
Автоматизация процессов может оказать значительное влияние на эффективность деятельности. Внедрение современного оборудования сокращает время производства и сводит к минимуму человеческие ошибки [4]. Но автоматизация не
ограничивается только производством, она
также может улучшить общее управление
текстильной организацией от планиро-
вания рабочей силы до отслеживания заказов и управления цепочкой поставок.
Внедрение подходящей системы планирования ресурсов предприятия (ERP) может
облегчить координацию всех аспектов и
оптимизировать операции в целом [5].
Обучение сотрудников и поддерживание их знаний в соответствии с новейшими
технологиями имеет важное значение в
текстильном производстве. Компетентная
команда не только повышает производительность, но и снижает вероятность дорогостоящих ошибок.
Использование интеллектуальной системы управления запасами позволяет контролировать количество сырья и готовой
продукции в режиме реального времени и
избегать ситуации с нехваткой материалов
или наличием избыточных запасов [6].
Для обеспечения высокого качества
продукции в текстильном производстве
важно осуществлять строгий контроль качества на каждом этапе производственного
процесса, проводить тщательные проверки
с целью выявления возможных дефектов
текстильных изделий [7]. Таким образом,
проблемы могут быть обнаружены и
устранены до того, как продукция попадет
в руки покупателей. Это положительно
скажется на репутации компании, поможет
избежать претензий и возвратов со стороны клиентов и повысить их лояльность.
Регулярное проведение профилактического обслуживания машин и оборудования поможет поддерживать их в отличном
рабочем состоянии, предотвратить непредвиденные расходы и простои [8].
В табл. 2 рассмотрены ключевые аспекты деятельности предприятий текстильной промышленности и предложены
стратегии повышения эффективности текстильной отрасли.
Таблица 2
№
п/п
1.
2.
Аспекты деятельности
Стратегии
Управление запасами
Внедрение системы JIT
(точно в срок)
Производственные
процессы
Автоматизация
Описание
Сокращение затрат на хранение и сведение к
минимуму отходов, производство только того,
что необходимо, когда это необходимо
Использование современного оборудования и
автоматизированных систем для ускорения
производства и уменьшения количества ошибок
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
69
3.
Планирование
производства
4.
Управление качеством
5.
Обучение сотрудников
6.
Энергоэффективность
7.
Управление заказами
8.
Профилактическое
обслуживание
9.
Управление затратами
10.
Исследования
и разработки
Внедрение системы MRP
(планирование потребностей в материалах)
Внедрение системы контроля качества
Непрерывное обучение
Использование энергоэффективных технологий
Внедрение интегрированной системы управления
заказами
Разработка программы
регулярного технического
обслуживания
Анализ и сокращение
ненужных затрат
Разработка новых
продуктов
Комплексное управление качеством
используется многими организациями по
всему миру и доказало свою эффективность [9]. Внедрение философии TQM в
работу организации часто сталкивается с
№
1.
Проблемы
Подход TQM не сфокусирован
2.
Усилия сдерживаются высокой точностью и бумажной
работой
3.
Использование TQM
как средства быстрого
решения проблемы
4.
Данные трудно получить
и использовать
5.
Внутрифирменные конфликты замедляют TQM
6.
Плохое планирование сводит
на нет TQM
7.
Неправильное измерение
8.
Менеджмент может быть
препятствием на пути
к успеху TQM
70
Окончание табл. 1
Использование системы MRP для эффективного
планирования производства на основе спроса
и уровня запасов
Проведение регулярных проверок качества
продукции
Проведение постоянного обучения и развития
сотрудников с целью повышения их навыков и
знаний
Внедрение технологий, снижающих потребление энергии
Использование централизованной системы
управления заказами, сокращающей количество
ошибок и задержек с доставкой
Выполнение профилактического обслуживания
машин и оборудования для предотвращения
незапланированных простоев
Определение области с высокими затратами
и поиск способов их снижения без ущерба
для качества
Инвестиции в создание новых или улучшение
существующих продуктов для поддержания
конкурентоспособности
рядом проблем, которые существенно снижают эффективность изменений [10]. Наиболее распространенные причины неудач
внедрения TQM представлены в табл. 3.
Таблица 3
Описание
Компания не в состоянии определить ключевые факторы, которые
отражают стратегические цели в области качества.
Качество становится дополнительным бременем, а не интегрированным
аспектом операций. Принципы TQM, такие как упрощение и сокращение времени цикла, не применяются к самому процессу обеспечения качества.
Компания в беде, и TQM рассматривается как способ быстрого решения множества проблем. Менеджеры стремятся к краткосрочным результатам и расстраиваются, когда их не удается быстро достичь.
Программа заброшена, а усилия потрачены впустую.
TQM не основан на фактах, потому что у сотрудников компании нет
нужных данных для принятия решений. Слишком много данных часто
может быть столь же пагубным, как и слишком мало.
Некоторые отделы персонала неохотно уступают свои «территории».
В результате межфункциональный подход, требуемый TQM, становится невозможным.
Иногда компании используют «готовый» подход к TQM, часто реализуемый консультантом. Менеджеры не осознают, до какой степени
TQM необходимо настраивать для каждой компании.
Компания не в состоянии сосредоточиться на характеристиках, которые на самом деле определяют качество. Она игнорирует тот факт,
что многие недостатки не имеют отношения к клиентам, которые гораздо больше заинтересованы в своевременной доставке.
Вместо того чтобы руководить усилиями по обеспечению качества,
менеджеры просто говорят об этом. Не желая брать на себя обязательства, перекладывая ответственность на более низкие уровни, они препятствуют внедрению TQM.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Заключение
Внедрение системы управления качеством на предприятиях текстильной промышленности позволяет решить различные задачи, которые в дальнейшем приведут к экономическому росту компании.
Система помогает стабильно выпускать
продукцию и контролировать ее качество,
способствует повышению объемов производства и выходу на новые рынки сбыта.
Повышение качества выпускаемой продукции позволяет продавать ее дороже,
увеличивает общую конкурентоспособность
предприятия, а также стабилизирует финансовое состояние организации.
8. Можаева Т.П. Совершенствование управления кадровыми процессами в системе менеджмента
качества организации // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности. 2019. № 3(381). С. 9…13. – EDN VSFUGU.
9. Ползунова Н.Н. Цифровые технологии в деятельности предприятий текстильной промышленности и эффективность их применения // Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 1(403). С. 40…44. –
DOI 10.47367/0021-3497_2023_1_40. – EDN GHIOUK.
10. Штебнер С.В., Чубрина К.А., Лебедев И.А.
Факторы экономического развития предприятий
текстильной промышленности // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. № 5(377). С. 51…54. – EDN
VUFRFL.
REFERENCES
ЛИТЕРАТУРА
1. Абламский Д.Н., Родионов В.А. Всеобщее
управление качеством (TQM), его всеобщий контроль качества (TQC), управление качеством в
масштабах компании (CWQC) // Приднепровский
научный вестник. 2022. Т. 4, № 11. С. 24…27. –
EDN XESLMZ.
2. Ерлыгина Е.Г., Елисеева Е.Н. Внедрение
CRM-системы на предприятиях текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.
2023. № 2(404). С. 29…32. – DOI 10.47367/00213497_2023_2_29. – EDN VABHJI.
3. Ерлыгина Е.Г., Ордов К.В. Управление рисками на предприятиях текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной
промышленности.
2021.
№ 3(393). С. 35…38. – DOI 10.47367/00213497_2021_3_35. – EDN OXWODD.
4. Оборин М.С., Савельев И.И. Современные
достижения в текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2024. № 1(409).
С. 17…23. – DOI 10.47367/0021-3497_2024_1_17. –
EDN KIOJZW.
5. Ловкова Е.С., Кашицына Т.Н., Гончаров А.В., Соколов И.В. Применение гибких подходов в управлении проектами текстильной промышленности // Известия высших учебных заведений.
Технология текстильной промышленности. 2023.
№ 1(403). С. 54…59. – DOI 10.47367/00213497_2023_1_54. – EDN IWGNMB.
6. Лапидус В.А. Всеобщее управление качеством в российской промышленности // Методы
менеджмента качества. 2017. № 4. С. 14…20. –
EDN YHWUQZ.
7. Мишачева Е.С. Внутренние факторы, влияющие на процесс смены бизнес-модели // Наука
Красноярья. 2023. Т. 12, № 2-2. С. 104…108. – EDN
SESNKJ.
1. Ablamsky D.N., Rodionov V.A. General quality
management (TQM), its universal quality control
(TQC), company-wide quality management (CWQC) //
Pridneprovsky nauchny vestnik. 2022. Т. 4, № 11.
P. 24…27. EDN XESLMZ.
2. Erlygina E.G., Eliseeva E.N. Implementation of
crm-system at textile industry enterprises // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi
Promyshlennosti.
2023.
№ 2(404).
P. 29…32. DOI 10.47367/0021-3497_2023_2_29.
EDN VABHJI.
3. Erlygina E.G., Ordov K.V. Risk management in
the textile industry // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021. № 3(393). P. 35…38. DOI
10.47367/0021-3497_2021_3_35. EDN OXWODD.
4. Oborin M.S., Saveliev I.I. Modern achievements
in textile industry // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2024. № 1(409). P. 17…23. DOI
10.47367/0021-3497_2024_1_17. EDN KIOJZW.
5. Lovkova E.S., Kashitsyna T.N., Goncharov A.V.,
Sokolov I.V. Applying of flexible approaches to project
management in the textile industry // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. № 1(403).
P. 54…59. DOI 10.47367/0021-3497_2023_1_54.
EDN IWGNMB.
6. Lapidus V.A. General quality management in the
Russian industry // Methods of quality management.
2017. № 4. P. 14…20. EDN YHWUQZ.
7. Mishacheva E.S. Internal factors influencing the
process of changing the business model // Nauka Krasnoyarya. 2023. Т. 12, № 2-2. P. 104…108. EDN
SESNKJ.
8. Mozhaeva T.P. Improving the management of
human processes in the quality management system of
the organization // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2019. № 3(381). P. 9…13. EDN VSFUGU.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
71
9. Polzunova N.N. Digital technologies in the activities of the textile enterprises and the efficiency of
their application // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. № 1(403). P. 40…44. DOI
10.47367/0021-3497_2023_1_40. EDN GHIOUK.
10. Shtebner S.V., Chubrina K.A., Lebedev I.A.
Factors of economic development of enterprises of
textile industry // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2018. № 5(377). P. 51…54. EDN VUFRFL.
Рекомендована кафедрой менеджмента и маркетинга Института экономики и туризма Владимирского государственного университета имени
А.Г. и Н.Г. Столетовых. Поступила 22.04.24.
_______________
УДК 338.45
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_72
ОСОБЕННОСТИ ВНУТРЕННИХ КОММУНИКАЦИЙ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ
INTERNAL COMMUNICATIONS IN THE RUSSIAN TEXTILE INDUSTRY:
UNDERSTANDING THE PECULIARITIES
А.М. КУШНИР
A.M. KUSHNIR
(Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В представленной работе на основе системного подхода адаптированы
к российским реалиям и перепроверены результаты предшествующих исследований внутренних коммуникаций, проведенных на предприятиях текстильной промышленности Шри-Ланки. Обработка первичных данных анкетирования проводилась с использованием корреляционного анализа.
Установлено, что специфика производственных отношений оказывает
большее влияние на внутренние коммуникации, чем национальные особенности. При этом показатели отечественных компаний имеют некоторые
отличия от ланкийских. Во-первых, в российских компаниях существенно
выше значимость социальных медиа, телефонных звонков и личного общения. Во-вторых, незначительно выше общения через руководителей и
официальных сообщений. В-третьих, ниже официальных мероприятий,
электронной почты, досок объявлений и т. п. В-четвертых, несмотря на
значительный потенциал, как и в Шри-Ланке, крайне низкие показатели
характеризуют значимость собраний трудовых коллективов. Поэтому
представляется важным повышение действенности обратной связи. Это
может способствовать снижению конфликтного потенциала между работодателями и работниками.
72
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
The study confidently adapted previous research on internal communications
in the textile industry in Sri Lanka to the Russian context and cross-checked the
findings using a systematic approach. Correlation analysis was confidently used to
process the primary questionnaire data. The results confidently showed that the
nature of industrial relations has a stronger impact on internal communications
than national characteristics. This observation highlights the need for domestic
companies to reassess their communication strategies and adopt a more assertive
approach to achieve better performance. Russian companies prioritize social media, phone calls, and face-to-face communication, as well as communication
through supervisors and official channels. They place lower importance on official
events, emails, and notice boards. Despite the significant potential, similar to Sri
Lanka, the importance of workforce meetings is very low. Improving the effectiveness of feedback is crucial in reducing potential conflicts between employers and
employees.
Ключевые слова: производственные отношения, каналы коммуникации, обратная связь, сравнительный анализ, доверие, информация, коммуникационные барьеры, национальные особенности бизнеса.
Keywords: industrial relations, communication channels, feedback, comparative analysis, trust, information, communication barriers, national business peculiarities.
Введение
Как известно, производительность труда и прибыльность бизнеса в целом в существенной мере связаны с тем, насколько
эффективно на предприятии организована
система внутренних коммуникаций. В условиях возрастания глобальной конкуренции указанный тезис становится весьма
актуальным по отношению к российским
предприятиям текстильной промышленности. Между тем у отечественных исследователей данная проблематика традиционно
оставалась на периферии научного поиска.
Исключение составляют работы А. Уткина,
С. Сперанского, О. Рябовой, Т. Амаржаргалан, А. Муратовой, М. Шумилиной,
М. Лапшиной [1, 2], в которых внутренние
коммуникации рассматриваются через
призму кросс-функционального управления или маркетинговых коммуникаций.
Работы зарубежных авторов, выполненные
в данной сфере, характеризуются выраженной спецификой реализации национального менталитета либо были проведены относительно давно в несколько иных социально-экономических условиях [3, 4, 5].
Весьма интересные и содержательные исследования общей проблематики внутрен-
них коммуникаций промышленных предприятий или каких-то иных отраслей без
существенной адаптации будет весьма затруднительно использовать на текстильных производствах [6]. В этой связи представляется целесообразным определение
специфики, выявление факторов, влияющих на систему внутренних коммуникаций
российских организаций текстильной сферы, а также выработка на этой основе
предложений, позволяющих повысить ее
эффективность.
Методы
В настоящей работе использовался системный подход, включающий применение инструментария институционального
анализа/синтеза, методов научной абстракции, единства исторического и логического. Верификация фактологического
материала, статистических данных и результатов анкетирования базировалась на
проведении корреляционного анализа.
Для измерения основных переменных
использовалась пятибалльная шкала Ликерта от 1 (полностью не согласен) до 5
(полностью согласен). Все элементы измерений были взяты из предыдущих исследований и адаптированы для использова-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
73
ния в текущих условиях на предприятиях
текстильной промышленности России.
Результаты и обсуждения
Как известно, производственные процессы в текстильной промышленности
имеют целый ряд особенностей, непосредственно влияющих на систему внутренних
коммуникаций:
1. Сложность технологических процессов: производство текстильных изделий
включает в себя множество этапов, таких
как прядение, ткачество, отделка и окраска
тканей. Каждый из них требует специализированного оборудования и квалифицированных специалистов.
2. Довольно высокая степень автоматизации: современные текстильные предприятия повсеместно используют компьютеризированные производственные линии,
что повышает производительность и качество продукции. Между тем существует
ряд операций, которые требуют ручного
труда.
3. Разнообразие тканей, нитей, волокон
и других материалов, что требует от работников специализированных знаний и
навыков. Каждый тип сырья предопределяет особый подход к организации производства.
4. Ключевая роль качества продукции,
поэтому важно соблюдать соответствующие стандарты и контролировать технологические процессы на всех этапах производства, начиная с выбора сырья и заканчивая финальной проверкой готовой продукции.
5. Довольно сложная цепочка поставок,
включая закупку сырья, производство,
хранение и распределение готовой продукции.
6. Изменение спроса на текстильную
продукцию в зависимости от сезона, модных тенденций и праздников. Поэтому
компании должны учитывать эти факторы
при планировании производства и управлении запасами. Соответственно, текстильные предприятия должны быть гибкими и быстро реагировать на изменения в
спросе и модных тенденциях. Гибкость
производства позволяет компаниям адап-
74
тироваться к новым условиям рынка и оперативно выпускать актуальные продукты.
7. Необходимость обращать внимание
на экологичность своей продукции и соответствующих производственных процессов.
Кроме того, текстильная промышленность России имеет ряд своих специфических характеристик. Среди них наиболее
значимыми являются следующие.
Во-первых, достаточно высокий уровень физического и морального износа используемых машин и оборудования. При
этом инвестиционные возможности для
технологического перевооружения при текущей стоимости кредитов и уровне государственной поддержки остаются весьма
скромными.
Во-вторых, отечественные производители не имеют конкурентных преимуществ
на мировом рынке текстильной продукции, в отличие от его крупнейших участников. Так, лидерство в инновациях удерживают компании из Японии и Испании;
крупнейшими внутренними рынками сбыта обладают организации из Индии и КНР,
относительно дешевую рабочую силу используют фирмы, разместившие свои производственные площадки в Пакистане,
Бангладеш, других государствах ЮгоВосточной Азии или Африки.
В-третьих, последнее десятилетие российская экономика находится в состоянии
стагнации, что негативно влияет на покупательную способность значительной части граждан и профессиональных потребителей [7].
В-четвертых, остаются весьма существенными масштабы теневого производства
и реализации [8]. В результате легальные
производители оказываются в невыгодном
положении по сравнению с подпольными
цехами, уклоняющимися от налогообложения, или продавцами рынков типа «Садовод», массово использующими серые
схемы импорта зарубежной продукции.
Все вышеперечисленные факторы актуализируют повышение эффективности внутренних коммуникаций на предприятиях
российской текстильной промышленности.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Надо признать, что проведено довольно
много исследований по оценке эффективности коммуникационных процессов, связанных с производственной деятельностью
(как в рабочее, так и во внеслужебное время). Так, К. Йейтс пришла к выводу, что
если организация будет инвестировать в
повышение эффективности существующих
коммуникационных процессов, то в будущем она сможет получить от них существенную отдачу, а эффективная система
внутренних коммуникаций оказывает прямое влияние на прибыльность компании
[9]. Кроме того, она проанализировала отдельные аспекты внутренних коммуникаций, такие как «коммуникационный поток», «координация», «обмен знаниями и
навыками», «коммуникационные барьеры»,
«точность», «надежность / достоверность»,
«своевременность», «медиаэффективность»,
«частота взаимодействия» и др., которые
оказывают существенное влияние на эффективность коммуникационных процессов в организациях.
В свою очередь Д. Шорман установила,
что эффективность коммуникационных
систем зависит от типа сообщения и может
быть существенно улучшена за счет повышения его «своевременности» [10]. При
этом существуют некоторые барьеры в
коммуникации, которые могут создавать
трудности в общении, особенно между сотрудниками, которые мало знают друг
друга или их отношения характеризуются
низким доверием. По данным К. Рекера
[11], если один отдел фирмы предоставил
неверную или неполную информацию, то
другие взаимосвязанные структурные подразделения будут интерпретировать и использовать ту же неверную или неполную
информацию для своей работы. В результате между отделами могут возникнуть
разногласия, а общие результаты деятельности компании могут оказаться далекими
от плановых.
Как показали исследования специалистов из Шри-Ланки [3], наиболее значимыми проблемами коммуникации в текстильной промышленности выступают
следующие.
Во-первых, различия в опыте сотрудников. Так, одни из них понимают команды, задачи, изменения в обстановке на интуитивном уровне, т. е. с полуслова, а иным
требуется многократное повторение и объяснение задач.
Во-вторых, различные ментальные характеристики и стили мышления, начиная
от темперамента и заканчивая общим стилем общения.
В-третьих, организационные проблемы,
связанные с распределением сотрудников
по рабочим местам и выполняемым операциям, определением приоритетов в выполнении задач, созданием временных коллективов.
Надо признать, что указанные факторы
трудно назвать уникальными, касающимися только текстильной промышленности.
Скорее наоборот, их можно считать универсальными, характеризующими многие
отрасли промышленного производства.
А вот что касается результатов изучения
факторов, влияющих на эффективность
системы внутренних коммуникаций на
текстильных предприятиях Шри-Ланки, то
они заслуживают отдельного внимания
[3, 4]. Так, установлено, что по убыванию
значимости основными формами внутренней коммуникации в 2016 г. выступали
следующие (табл. 1).
Факторы
внутренней коммуникации
Таблица 1
Значимость,
%
Телефонные звонки
Личное общение
Общение через руководителей
Официальные сообщения
Официальные мероприятия
Электронная почта
Доски объявлений
Публикации
Внутрикорпоративная сеть интранет
Собрания трудовых коллективов
12,4
10,0
9,2
14,8
11,8
11,9
16,1
6,2
6,1
1,5
Используя аналогичные методы, провели обследование работников производственных цехов двух крупных российских
текстильных предприятий в конце 2023 –
начале 2024 г. Естественно, показатели
отечественных компаний имеют некото-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
75
рые отличия с ярко выраженным креном в
сторону использования социальных медиа
(которые пришлось добавить при валидизации анкеты), особенно в рамках неформального общения. Полученные результаты представлены в табл. 2.
Факторы
внутренней коммуникации
Социальные медиа
и телефонные звонки
Личное общение
Общение через руководителей
Официальные сообщения
Официальные мероприятия
Электронная почта
Доски объявлений
Публикации
Внутрикорпоративная сеть
интранет
Собрания трудовых коллективов
Таблица 2
Значимость,
%
29,0
17,2
15,1
12,6
7,8
6,5
5,7
3,1
2,1
0,9
Так, существенно выше оказалась значимость социальных медиа и телефонных
звонков, личного общения; несколько ниже – общения через руководителей и официальных сообщений. Что же касается
остальных факторов (официальных мероприятий, электронной почты, досок объявлений, публикаций, внутрикорпоративной
сети интранет), то их влияние несколько
ниже, что обусловлено как различиями в
национальном менталитете, социальноэкономическом положении, так и развитием технических средств коммуникации за
последние годы. Как и ранее, в Шри-Ланке
удивительно низкие показатели продемонстрировала значимость собраний трудовых
коллективов, хотя потенциально данный
инструмент может быть одним из наиболее действенных.
В качестве коммуникационных барьеров, препятствующих распространению
позитивных изменений, по мере повышения значимости и отечественные, и ланкийские работники назвали следующие:
- отсутствие интереса к сообщению,
порожденное боязнью возможных изменений в худшую сторону;
- недостаток знаний и способностей для
понимания сути сообщения, что делало
невозможной коммуникацию (более значимо для ланкийцев);
76
- недоверие к каналу или источнику
информации (более значимо для соотечественников);
- недостатки в методе (средстве) коммуникации, который использует руководитель / отправитель для передачи сообщений (более выражено у отечественных работников).
Кроме того, была проведена повторная
проверка гипотез о существовании взаимосвязи между субъективным восприятием эффективности внутренних коммуникаций и основными факторами, связанными с ними: достоверностью передаваемых
сведений (HI), своевременностью их
предоставления (H2), полнотой полученной информации (H3), уровнем компетентности сотрудника (H4), используемыми каналами коммуникации / технологиями (H5) и частотой взаимодействия (H6).
Результаты корреляционного анализа подтвердили все гипотезы за исключением
последней. Схожие результаты были получены и ранее, только на ланкийских текстильных производствах не подтвердились
гипотезы Н1 и Н6. То есть можно констатировать, что частота взаимодействия не
оказывает значимого влияния на эффективность внутренних коммуникаций. Что
же касается достоверности передаваемых
сведений, то ее влияние (отсутствие влияния) стоит исследовать дополнительно.
При этом необходимо понимать, что полученные выводы могут быть распространены на аналогичные по размерам (крупные)
текстильные предприятия.
В качестве теоретического вывода следует признать, что особенности реализации производственных отношений оказывают существенно большее влияние на
эффективность внутренних коммуникаций,
нежели национальная специфика или другие факторы. То есть существуют универсальные характеристики, предопределяющие сущность и содержание внутренних
коммуникаций на текстильных предприятиях в целом.
Практические рекомендации могут быть
связаны с повышением действенности и
устойчивости обратной связи: крайне низкие показатели значимости собраний тру-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
довых коллективов свидетельствуют об
отстраненности работников от реальных
процессов управления предприятием, отсутствии или формальном функционировании
профсоюзных организаций, декларативном
выполнении законодательных требований
в сфере социального партнерства. Такое положение порождает недопонимания и конфликты между работодателем и сотрудниками, негативно сказывается не только на
коммуникационной эффективности, но и в
конечном счете на показателях финансовохозяйственной деятельности.
В качестве дальнейших направлений
исследования предлагается повторно проверить те же гипотезы, используя другой
набор данных в аналогичных и иных условиях. Кроме того, для повышения достоверности исследования можно использовать и другие методы статистического
анализа, чтобы выяснить степень влияния
каждой из независимых переменных.
Данное исследование также имеет ряд
ограничений, которые должны быть учтены в будущем. Во-первых, были проанализированы только данные, полученные от
сотрудников, без учета мнения руководителей, что ограничивает прогностичность
полученных выводов. Будущие исследования могут учитывать мнение управленцев,
которые обычно задают тон в процессах
внутренних коммуникаций, что может
обеспечить более целостное понимание
исследуемого феномена. Во-вторых, в данном исследовании использовалось анкетирование, в ходе которого сложно установить причинно-следственные связи между
зависимыми и независимыми переменными.
В-третьих, целесообразно проведение экспериментальных и лонгитюдных исследований в этих целях. В-четвертых, в будущих
исследованиях может быть продолжено
изучение влияния других факторов на внутренние коммуникации текстильных предприятий, а также каналов их реализации.
ВЫВОДЫ
1. Система внутренних коммуникаций
текстильного предприятия не только обеспечивает эффективное взаимодействие
между различными производственными и
обслуживающими подразделениями, но и
предопределяет психологический климат и
настрой, которые выступают важными нематериальными активами компаний. Полноценный и своевременный информационный обмен помогает избежать задержек
и ошибок в организации производственного процесса.
2. Важно создать открытую атмосферу,
где сотрудники могут свободно высказывать свои идеи, замечания и предложения
по улучшению производственного процесса. Регулярные собрания, опросы, анкетирование и другие формы обратной связи
могут улучшить внутренние коммуникации.
При этом современные текстильные предприятия все чаще используют цифровые
платформы и программы для управления
внутренними коммуникациями, такие как
мессенджеры, корпоративные чаты, электронные доски объявлений и т. п. Это помогает ускорить передачу информации и
повысить эффективность коммуникаций.
3. Следует предположить, что обучение
сотрудников навыкам коммуникации, в
том числе эффективной работы в команде,
умению слушать и выражать свои мысли
также может играть важную роль в улучшении внутренних коммуникаций на текстильных предприятиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Уткин А.И., Сперанский С.Н., Рябова О.Н.,
Амаржаргалан Т. Кросс-функциональное управление эффективностью бизнес-процессов текстильного предприятия с использованием сбалансированной системы показателей // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 2 (404). С. 42…50. DOI
10.47367/0021-3497_2023_2_42.
2. Муратова А.Р., Шумилина М.А., Лапшина М.И. Современные подходы к организации эффективного управления маркетинговой деятельностью предприятий текстильной промышленности //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2017. № 4 (370).
С. 53…57.
3. Fernando C.B.P., Wattegama E.J. Factors affecting an internal communication system: a study on a
textile and apparel manufacturer in Sri Lanka // Proceedings of the 8lh Symposium on Applied Science,
Business & Industrial Research. 2016. –
http://repository.wyb.ac.lk/handle/1/1760
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
77
4. Amarathunga B., Wijethunga S. The Relationship between Effective Communication and Employee
Retention of Operational Level Employees in the Apparel industry in Sri Lanka // Wayamba Journal of
Management. 2021. № 9. P. 30…38. DOI:
10.4038/wjm.v9i2.7496.
5. Margalina V.M., Lavín J.M. (ed.). Management and Inter/intra Organizational Relationships in
the Textile and Apparel Industry. – Hershey: IGI Global, 2019. 426 р. DOI: 10.4018/978-1-7998-1859-5
6. Ali B.J. et al. Business communication strategies: analysis of internal communication processes //
Journal of Humanities and Education Development. –
2021. Т. 3, № 3. рр. 16…38.
7. Бузгалин А.В., Хубиев К.А., Эпштейн Д.Б.
Альтернативы стагнации российской экономики:
новый контекст // Альтернативы. 2023. № 2.
С. 37…66. DOI: 10.5281/zenodo.7979634.
8. Капица Л.М. Структурные особенности
формирования национальных форм теневой экономики // Экономика: вчера, сегодня, завтра. 2020.
Т. 10,
№
9-1.
С.
153…161.
DOI:
10.34670/AR.2020.12.57.016.
9. Yates K. Internal communication effectiveness
enhances bottom‐line results // Journal of organizational excellence. 2006. Т. 25, №. 3. P. 71…79. DOI:
10.1002/joe.20102
10. Shorman D.R. Evaluating effectiveness, of
communication methods // Colorado Denver. 2008. 75 р.
11. Röcker C. Informal communication and
awareness in virtual teams // Communications in Information Science and Management Engineering. –
2012. Т. 2, №. 5. P. 1…15.
REFERENCES
1. Utkin A.I., Speransky S.N., Ryabova O.N.,
Amarzhargalan T. Cross-functional management of the
performance of atextile enterprise business processes
using the balanced scorecard // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi
Promyshlennosti. 2023. № 2 (404). P. 42…50. DOI
10.47367/0021-3497_2023_2_42.
2. Muratova A.R., Shumilina M.A., Lapshina M.I. Modern approaches to organisation of effective marketing activity management of textile industry
enterprises // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zave-
78
denii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti.
2017. № 4 (370). P. 53…57.
3. Fernando C.B.P., Wattegama E.J. Factors affecting an internal communication system: a study on a
textile and apparel manufacturer in Sri Lanka // Proceedings of the 8lh Symposium on Applied Science,
Business & Industrial Research. 2016. –
http://repository.wyb.ac.lk/handle/1/1760.
4. Amarathunga B., Wijethunga S. The Relationship between Effective Communication and Employee
Retention of Operational Level Employees in the Apparel industry in Sri Lanka // Wayamba Journal of
Management. 2021. № 9. P. 30…38. DOI:
10.4038/wjm.v9i2.7496.
5. Margalina V.M., Lavín J.M. (ed.). Management and Inter/intra Organizational Relationships in
the Textile and Apparel Industry. Hershey: IGI Global,
2019. 426 р. DOI:10.4018/978-1-7998-1859-5.
6. Ali B.J. et al. Business communication strategies: analysis of internal communication processes //
Journal of Humanities and Education Development. –
2021. Т. 3, №. 3. P. 16…38.
7. Buzgalin A.V., Khubiev K.A., Epstein D.B. Alternatives to stagnation of the Russian economy: a new
context // Alternatives. 2023. № 2. P. 37…66. DOI:
10.5281/zenodo.7979634.
8. Kapitsa L.M. Structural features of the formation of national forms of shadow economy // Economics: yesterday, today, tomorrow. 2020. Т. 10, № 9-1.
P. 153…161. DOI: 10.34670/AR.2020.12.57.016.
9. Yates K. Internal communication effectiveness
enhances bottom‐line results // Journal of organizational excellence. 2006. Т. 25, №. 3. P. 71…79. DOI:
10.1002/joe.20102.
10. Shorman D.R. Evaluating effectiveness, of
communication methods // Colorado Denver. 2008. 75 р.
11. Röcker C. Informal communication and
awareness in virtual teams // Communications in Information Science and Management Engineering. –
2012. Т. 2, №. 5. P. 1…15.
Рекомендована кафедрой экономики и менеджмента РГУ им. А. Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 338:331
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_79
ВОПРОСЫ НОРМИРОВАНИЯ ТРУДА ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ
РАБОТНИКОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ISSUES OF LABOR RATIONING FOR ENGINEERING AND TECHNICAL STAFF
AT LIGHT INDUSTRY ENTERPRISES
Л.В. НЕФЕДОВА, Д.Б. ШАЛЬМИЕВА, Е.А. ПРИШЛЯК
L.V. NEFEDOVA, D.B. SHALMIEVA, E.A. PRISHLYAK
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Нормирование труда специалистов в легкой промышленности тесным
образом связано с повышением производительности труда и конкурентоспособности предприятий. Актуальность проблемы определяется инновационной составляющей труда конструкторов, дизайнеров, технологов и
других специалистов. Нормирование труда инженеров-конструкторов и
инженеров-технологов представляет собой задачу, решение которой предполагает расчет и обоснование планирования работ не только на определенный период, но и на создание конкретного проекта. Целью статьи является анализ методологических подходов к нормированию труда инженерно-технических работников и специалистов на предприятиях легкой
промышленности, а также выработка предложений по применению методов изучения затрат рабочего времени. В представленной работе на основе системного подхода выполнен анализ методики определения трудоемкости процессов конструкторских работ и разработки технологии изготовления изделия. Выполнена идентификация элементов в структуре
нормы времени специалистов и инженерно-технических работников с
учетом социально-экономических изменений в процессах труда.
The rationing of labor of engineering and technical staff in light industry is
closely related to increasing labor productivity and competitiveness of enterprises.
The relevance of the problem is determined by the innovative component of the
work of couturier, designers, technologists and other specialists. In innovative
products, the basic element in the cost structure for its design and implementation
is labor intensity. It is quite difficult to determine and justify the labor intensity
when rationing the work of engineering and technical workers. The complexity is
primarily due to the fact that the need to normalize the work of these workers is associated with estimating the cost of a product/collection of products at different
stages of the life cycle and optimizing the business processes of the enterprise. Rationing the work of design engineers, process engineers is a task whose solution
involves calculating and justifying not only the planning of work for a certain period, but also for a specific project. In addition, the workload of personnel, the possibilities of optimizing labor organization, the cost of design and technological
work are determined, and the project budget is developed. The purpose of the article is to analyze methodological approaches to the rationing of labor of specialists
in light industry enterprises, as well as to develop proposals for the use of methods
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
79
for studying the cost of working time of engineering and technical staff. In the
presented work, based on a systems approach, an analysis of the methodology for
determining the labor intensity of design work processes and developing product
manufacturing technology is performed. Identification of elements in the structure
of the time standard for specialists and engineering and technical workers is carried out taking into account socio-economic changes in labor processes.
Ключевые слова: нормирование труда, нормы труда, методы нормирования интеллектуального труда, нормирование труда конструкторов,
нормирование труда технологов.
Keywords: labor rationing, labor standards, methods of intellectual labor
rationing, labor rationing of designers, labor rationing of technologists.
Введение
Изменения в обществе приводят к качественно новым отношениям в производственных и управленческих процессах,
обеспечивающих жизнеспособность экономики. Непосредственно это влечет за
собой перемены в организации труда, под
которым понимается целесообразная деятельность человека, направленная на создание материальных и духовных благ.
Реализация Сводной стратегии развития обрабатывающей промышленности
России до 2030 года и на период до 2035
года требует формирования конкурентоспособного промышленного сектора с высоким экспортным потенциалом. Перед
предприятиями реального сектора экономики и, в частности, перед легкой промышленностью ставятся задачи, решение
которых будет способствовать расширению сферы использования систем управления на всех видах производств и всех
стадиях производственного процесса [1].
Повышение благосостояния общества
трудно обеспечить без выработки эффективных процессов развития промышленной сферы. Подобная глобальная задача
неосуществима без использования подходов к нормированию труда, предоставляющих возможность учитывать множество
разнообразных факторов, влияющих на
производственную деятельность [2]. Нормирование труда является важным видом
управленческой деятельности и одной из
основ управления бизнес-процессами. Совершенствование трудовых процессов позволяет творчески подходить к решению
80
важных задач, связанных с развитием легкой промышленности России.
Нормирование труда как область научной и практической деятельности имеет
богатую историю. Проблемами нормирования труда инженерно-технических работников в 70-80-х годах XX века занимались коллективы кафедр экономики и организации производства Всесоюзного заочного института текстильной и легкой
промышленности и Московского технологического института легкой промышленности. Результаты их исследований внесли
значительный вклад в развитие методов
измерения труда специалистов и служащих в сфере легкой промышленности.
В тот период было определено, что к организации труда инженерно-технических работников и служащих применимы основные принципы научной организации труда
рабочих. Исходя из специализации работников и выраженной творческой составляющей методы нормирования должны
отражать специфику и нюансы создания
коллекций в условиях быстрых экономических изменений.
Важно отметить, что, во-первых, последние 30 лет функция нормирования
труда была практически исключена из деятельности предприятий легкой промышленности. В легкой промышленности России в настоящий момент отсутствует производственный опыт нормирования труда
специалистов и служащих в условиях
цифровизации. Во-вторых, сложность
нормирования рассматриваемой деятельности связана с ее творческой и научной
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
составляющими, сложно поддающимися
регламентации, а также необходимостью
учета множества психофизиологических,
технических и социальных факторов.
Вопросам нормирования труда на
предприятиях легкой промышленности на
протяжении долгого времени уделяется
пристальное внимание. Нормирование труда обычно рассматривают как установление
необходимых затрат времени на единицу
работы или определение количества единиц продукции, которая должна быть изготовлена рабочим за установленный период времени [3].
Возможности нормирования труда слабо применимы к деятельности инженернотехнических работников (ИТР) и служащих
предприятий легкой промышленности.
Необходимость нормирования труда специалистов и инженерно-технических работников в легкой промышленности актуализируется в связи с бурным развитием цифровых технологий. Вносятся коррективы в
широкий ряд профессий, к которым относят дизайнеров, инженеров-конструкторов,
инженеров-технологов и др. Следует отметить необходимость регулирования трудовой деятельности работников, определяемую меняющимися оценочными процедурами при расчете себестоимости изготавливаемого продукта с учетом стадий жизненного цикла и оптимизацией бизнеспроцессов [4].
Труд специалистов и служащих относится к созданию интеллектуально-информационной продукции. Отметим здесь четкое разделение научно-исследовательских
и опытно-конструкторских работ, а также
деятельность по выработке и передаче
управляющих воздействий при наличии
нечеткой обратной связи. Нормирование
труда и проектирование процессов труда
специалистов и служащих в легкой промышленности должно быть ориентировано
на изменение качества труда, в реалиях
сегодняшнего дня связанное с цифровизацией экономики и общества [5].
Методы исследования
Целью исследования является анализ
методологических подходов к нормированию труда специалистов, в том числе ин-
женерно-технического персонала в сфере
легкой промышленности. Методы проведенного исследования включают системный и эмпирический подходы, позволяющие концентрировать внимание на рассмотрении наиболее существенных аспектов нормирования труда инженернотехнических работников.
Результаты и обсуждения
В легкой промышленности достаточно
много предприятий, занимающихся научноисследовательскими и опытно-конструкторскими работами. Предприятия в современных условиях имеют возможность самостоятельно разрабатывать и производить
коллекции изделий на основе системного
изучения направлений развития моды и
специфики потребительского спроса. Существует возможность создавать конструкторские подразделения на предприятиях, ранее не имеющих экспериментальных
подразделений. Востребованными являются конструкторские бюро, тяготеющие к
проектной деятельности. Коллективы предлагают услуги по разработке коллекций с
сопутствующим предоставлением заказчикам полного комплекта документации для
сопровождения производства востребованной на рынке продукции.
Можно говорить о сформировавшемся в
России рынке инженерно-конструкторских
услуг в легкой промышленности. Продуктом подобной сферы услуг является комплект конструкторско-технологической документации на производство коллекции
изделий. В связи со сложившейся в легкой
промышленности ситуацией требуется создание целостной системы нормирования
труда не только для отдельных категорий
рабочих, но и для специалистов. Даже при
высоком уровне механизации и автоматизации рабочих процессов доля живого труда
составляет около 80% от затрат на этапе
разработки коллекции, что оказывает значительное воздействие на формирование себестоимости продукта/коллекции изделий [6].
Нормирование труда инженеров-конструкторов и инженеров-технологов представляет собой творческую комплексную
задачу. Решение такой задачи предполагает расчет и обоснование планирования ра-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
81
бот на определенный период, выполнение
конкретного проекта (заказа) и реализацию
множества иных процедур, предусмотренных регламентирующими документами. Для
процедур нормирования имеет значение
загрузка персонала, оптимизация организации труда, оценка стоимости конструкторских и технологических работ, справедливое вознаграждение труда специалистов и служащих, автоматизация учета затрат, бюджетирование проекта (заказа).
Среди видов интеллектуального труда,
определяемых для нормирования, отметим
следующие:
научно-исследовательский
труд,
включающий научно-исследовательские
разработки (НИР);
творчество, относимое к трудно
формализуемому виду труда;
опытно-конструкторские и технологические разработки (ОКР), направленные на создание документации, а также
изготовление опытного образца и проведение испытаний и при необходимости
корректировки;
конструкторско-технологическое промышленное проектирование или работы по
созданию проектной документации, на основании которой будет изготавливаться
изделие.
Анализ служебных обязанностей специалистов и инженерно-технических работников легкой промышленности выявил,
что содержание труда данной категории
работников соответствует вышеприведенной классификации видов интеллектуального труда. В исследованиях многие авторы, занимающиеся вопросами нормирования, разделяют исследовательский, научный и опытно-конструкторский труд [7].
Особенности интеллектуального труда
допускают в процессе его нормирования
применение ряда методов. К широко востребованным методам изучения организации труда и затрат рабочего времени инженерно-технических работников относятся
аналитические и экспертные во взаимосвязи.
Фотография рабочего времени и метод
моментных наблюдений дополняются методами анкетного и устного опроса (рис. 1).
82
Рис. 1
Использование методов, основанных на
анкетировании и опросе кадрового состава, позволяет определить мнение специалистов о том, насколько рационально организован их труд. Дополнительным преимуществом анкетирования является получение представления о качестве распределения полномочий и обязанностей. Для
руководящего состава интерес представляет информация о том, на какой срок планируется работа, какой удельный вес в ней
составляют внеплановые работы, не входящие в прямые обязанности, какие есть
потери рабочего времени и их причины,
уровень автоматизации труда специалиста
в структуре рабочего времени. Методы опроса способствуют выявлению и систематизации рационализаторских предложений
работников, задействованных во всех стадиях создания продукции, и предложений,
касающихся совершенствования организации труда.
Метод фотографии дает возможность
определить производительные затраты рабочего времени. Фотография рабочего
времени проводится специально выделенным лицом, может быть сплошной (в течение всего рабочего дня) или выборочной.
Фотография рабочего времени способствует изучению затрат по отдельным
функциям (видам работ), в том числе повторяющимся, а также по отдельным периодам (циклам) работ. При проведении
самофотографии учет затрат рабочего времени проводится непосредственно работающим под руководством служб нормирования или других подразделений пред-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
приятия. Учет затрат ведется с помощью
специальных листов наблюдений, в которых регистрируются все выполняемые работы и перерывы. На основе анализа и
обобщения данных, полученных из анкет,
листов фотографий и самофотографий за
весь период проведения, составляются
таблицы затрат рабочего времени по
должностям или другим признакам в зависимости от цели исследований. В конечном итоге определяются и совершенствуются нормы труда, а также устраняются
выявленные недостатки.
Для изучения содержания труда и затрат рабочего времени различных категорий специалистов и инженерно-технических работников рекомендуется метод моментных наблюдений, позволяющий определять ненормируемые (непроизводительные) затраты и оценивать достоверность
полученных результатов.
Принципы и методика проведения
наблюдений в отношении специалистов в
основном совпадают с изучением затрат
труда рабочих, но тем не менее имеют
свои особенности. Среди основных аспектов, влияющих на нормирование и организацию труда специалистов и инженернотехнических работников, следует отметить
вопросы, связанные с условиями и организацией труда на предприятии и в отрасли в
целом. На трудовой процесс и нормы труда
влияют следующие факторы: 1) усложнение труда; 2) увеличение доли творческого
труда; 3) корректировка объема получаемой
и перерабатываемой информации при наличии непрерывной коммуникации; 4) непрерывное обучение и переобучение работников на всех уровнях в условиях внедрения
новых технологический решений; 5) влияние организационной культуры на результативность труда; 6) формирование особого стиля управления и др.
К значимым факторам, влияющим на
нормы труда инженера-конструктора в
легкой промышленности, отнесем следующие: сложность категории ассортимента,
сложность и уровень новизны коллекции;
опыт и квалификация исполнителя, организационные и производственные условия
(массовое или индивидуальное/проектное
производство); технологии совместного
использования информации в процессах
труда в ходе прохождения жизненного
цикла коллекции на предприятии; уровень
автоматизации производства и т.д.
Конструкторские работы предусматривают выполнение следующих функций:
● изучение тенденций развития моды
и трендов на рынке;
● участие в работе художественных
советов;
● анализ и выбор технического решения конструкции изделия;
● осуществление расчетных операций;
● анализ и обобщение научно-технической информации, данных исследований,
выполнение чертежей базовых, исходных
и модельных конструкций;
● участие в производстве образцов
моделей коллекции;
● внесение изменений в исходные
модельные и модельные конструкции после примерок и внесения изменений;
● разработка лекал;
● подготовка соответствующей документации на коллекцию моделей и др.
Конструирование дополняется вспомогательными и обслуживающими процессами, связанными с градацией деталей,
хранением, учетом и др. Одной из особенностей конструкторского труда является
то, что даже при высокой степени автоматизации доля затрат живого труда, к которому относится интеллектуальная и творческая деятельность, составляет довольно
большой удельный вес от всех затрат времени. Результатом конструкторского труда
является комплект документации: разработка базового комплекта лекал коллекции
изделий; градация (размножение) лекал по
размерам и ростам; раскладка лекал с учетом ширины, рисунка и усадки материала;
составление технического описания на модель; отшив образца, печать готовых лекал
на плоттере, отрисовка эскиза; спецификация деталей, разработка табеля мер и т. д.
Выбор методов нормирования зависит
от особенностей объекта нормирования и
возможности количественного измерения.
Объектами нормирования могут быть:
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
83
1) коллекции, модели/изделия и детали
конструкции с учетом сложности и новизны;
2) основные, вспомогательные и обслуживающие процессы выполнения конструкторских работ;
3) состав основных и вспомогательных
функций конструкторских работ.
Выбор объекта нормирования является
основной задачей, определяющей методологию и организацию всей деятельности
по нормированию труда ИТР и специалистов на предприятии. При планировании
процедур нормирования следует создавать
классификаторы объектов нормирования
для каждой специальности на отраслевом
уровне и непосредственно на предприятии.
Например, методика определения трудоемкости процессов конструкторских работ
может определяться по формуле:
, (1)
где r – коэффициент изменения трудоемкости, зависящий от сложности и новизны
коллекции, организации производственных
процессов; Тосн трудоемкость основных
конструкторских работ; Твсп – трудоемкость вспомогательных процессов; Тобсл –
трудоемкость обслуживающих процессов.
Среди факторов, влияющих на величину затрат труда технологов, можно выделить следующие: единицы измерения технологической работы, ее сложность и объем; сложность и уровень новизны коллекции; опыт и квалификация исполнителя,
организационные и производственные условия (экспериментальный цех или производственный); уровень технического и
программного обеспечения решений в отрасли и др.
Объектом нормирования технологов
является его труд, затрачиваемый на выполнение различного вида технологических работ. Усилия в наибольшей степени
концентрируются на разработке технологий изготовления коллекции изделий (и
конкретного продукта) и технологических
процессов, связанных с уровнем сложности и новизны коллекции моделей одежды.
Трудоемкость разработки технологии
изготовления изделия может определяться,
84
например, с учетом сложности технологической обработки узлов, уровня новизны
коллекции и уровня автоматизации производственных и технологических процессов
по формуле:
,
(2)
где – трудоемкость j-го вида работ (узла
изделия) i-й сложности; К Н – коэффициент
новизны; К П – поправочный коэффициент,
учитывающий особенности организации производства, бизнес-процессов предприятия.
При нормировании учитывается множество факторов, влияющих на нормы и
структуру труда инженерно-технических
работников. Нормирование труда как составляющая научной организации производственной деятельности должно основываться на всестороннем тщательном изучении бизнес-процессов предприятия. Требуется принимать во внимание сложность
производственных и технологических процессов, затраты рабочего времени, особенности структуры рабочего времени дизайнера, инженера-конструктора, инженератехнолога. Содержание нормирования и
научной организации труда специалистов и
служащих на предприятиях легкой промышленности представлено на рис. 2.
Внедрение на предприятиях легкой
промышленности системы нормирования
труда специалистов и инженерно-технических работников должно в укрупненном
виде включать следующие этапы:
1) постановка цели и определение индикаторов получения результатов (т. е.
определение конкретных показателей, которые потребуются для осуществления
нормирования труда);
2) качественный и количественный
анализ деятельности, позволяющий получать достоверную информацию о состоянии производственных процессов на предприятии;
3) выбор релевантной методологии на
основе определенных объектов нормирования и факторов, влияющих на трудозатраты;
4) разработка комплекса основных норм
и нормативов численности, времени и трудоемкости;
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
5) составление документов, в т. ч. необходимых инструкций;
6) апробация и корректировка созданных материалов и решений.
Рис. 2
Нормирование труда специалистов и
инженерно-технических работников на
предприятиях легкой промышленности,
помимо затрат рабочего времени на основную деятельность, должно учитывать дополнительные затраты труда. В таких затратах учитываются изменения, происхо-
дящие в социальной и экономической сферах жизни общества. Развитие науки и техники должно найти отражение в структуре
нормы времени на выполнение соответствующих работ. Рекомендуемая структура
нормы времени для работников интеллектуального труда предложена на рис. 3.
Рис. 3
Созидательная деятельность, к которой
в том числе относится труд инженернотехнических работников предприятий легкой промышленности, не представляет собой исключительно поиск способов удо-
влетворения потребностей общества, а в
полной мере относится к такому виду умственного труда, как интеллектуальнотворческая деятельность. Следует принимать во внимание процесс удовлетворения
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
85
интеллектуальных потребностей участников
трудовых коллективов. Реализация творческого потенциала работников повышает
продуктивность интеллектуального и научно-технического труда, соответственно, оказывает положительное воздействие на конечный результат и приводит к сокращению
трудоемкости изготовления продукции [8].
Интенсивность труда специалистов зависит от наличия творческого интереса к
решению определенной профессиональной
задачи. Творческая составляющая труда
усиливает заинтересованность в повышении квалификации работников в условиях
повышенного внимания к снижению вероятности проявления неблагоприятных событий [9, 10]. Отсюда можно сделать вывод об ограниченности использования
прямолинейного подхода к учету затрат
рабочего времени в сфере научноисследовательских и опытно-конструкторских работ. Продолжительность официально
затрачиваемого рабочего времени не отражает действительных затрат труда творческих коллективов и отдельных специалистов. Интеллектуальный труд предполагает продолжение созидательной деятельности за пределами сферы выполнения регламентированных рабочих обязанностей.
ВЫВОДЫ
При проведении исследования определено, что фактором, влияющим на нормы
труда специалистов, является широкое использование коммуникационных технологий. Непрерывно циркулирующие неупорядоченные и структурированные массивы
данных определяют специфику создания
информационной среды для управления
предприятиями легкой промышленности.
Определение элементов в структуре
нормы времени специалистов и инженерно-технических работников осуществляется с учетом социально-экономических изменений в процессах труда. В разработке
нормативов на инженерно-технические
работы в легкой промышленности должны
участвовать все заинтересованные специалисты. Нормирование труда инженернотехнических работников на предприятиях
86
легкой промышленности предполагает
решение профессиональных задач в области разработки и внедрения нормативов, а
также накопление статистического материала для их корректировки в соответствии с изменениями бизнес-процессов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сводная стратегия развития обрабатывающей промышленности России до 2030 года и на
период до 2035 года: Распоряжение от 9 сентября
2023 года №2436-р. http://government.ru/news
/49489/ (дата обращения 23.04.2024).
2. Shalmieva D.B., Nefedova L.V., Puryskina V.A.
et al. Factors influencing the labor process designing //
AIP Conference Proceedings: International conference
on textile and apparel innovation (ICTAI 2021).
Vitebsk: AIP Publishing, 2022. Vol. 2430. P. 060002.
– DOI 10.1063/5.0077940.
3. Шальмиева Д.Б., Нефедова Л.В. Значение
организации нормирования труда на предприятиях
для развития легкой промышленности // Развитие
социально-экономического потенциала регионов:
дифференциация и приоритеты. М.: РГУ им.
А.Н. Косыгина, 2020. С. 224…229.
4. Пивкин С.А. Нормирование конструкторских работ: методология и практика // Управленческий учет. 2022. № 5-2. С. 547…559. – DOI
10.25806/uu5-22022547-559.
5. Шальмиева Д.Б., Нефедова Л.В., Пришляк Е.А.
Вопросы организации и нормирования труда служащих на предприятиях легкой промышленности //
Ориентиры социально-экономического развития
регионов и управленческие технологии. М.: РГУ
им. А.Н. Косыгина, 2022. С. 192…198.
6. https://niitruda.com/news/2020/normirovanietruda-inzhenerov-konstruktorov / (accessed 04/23/2024).
7. Феоктистова О.А. Нормирование научноисследовательского труда: методологические подходы // Интернет-журнал Науковедение. 2014.
№ 5(24). С. 138.
8. Сербиновский Б.Ю., Калмыкова Н.Г., Боташев Р.А. Развитие самозанятости населения и
проблема нормирования творческого труда в R@Dорганизациях: теоретико-методологический аспект
анализа процесса создания нового знания, продукта, технологии и техники. Ч. 1 // Инженерный вестник Дона. 2013. № 1(24). С. 46.
9. Радько С.Г., Лысова Т.М. Трудовые риски и
повышение квалификации кадров // Международный научный журнал. 2015. № 5. С. 72…79.
10. Радько С.Г., Невмержицкая О.Н. Формирование оптимальной модели оценки конкурентоспособности кадрового состава, адаптированной к
потребностям предприятия // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 1(397). С. 59…63. – DOI
10.47367/0021-3497_2022_1_59.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
REFERENCES
1. Consolidated Strategy for the development of
the manufacturing industry in Russia until 2030 and for
the period up to 2035, Order No. 2436-R. dated September 9, 2023. http://government.ru/news/49489/
2. Shalmieva D.B., Nefedova L.V., Puryskina V.A.
et al. Factors influencing the labor process designing //
AIP Conference Proceedings: International-al conference on textile and apparel innovation (ICTAI 2021).
Vitebsk: AIP Publishing, 2022. Vol. 2430. P. 060002.
– DOI 10.1063/5.0077940.
3. Shalmieva D. B., Nefedova L. V. The importance
of the organization of labor rationing at enterprises for
the development of light industry // Development of
socio-economic potential of regions: differentiation
and priorities. Moscow: RSU named after A.N. Kosygin, 2020. P. 224…229.
4. Pivkin S.A. Rationing of design works: methodology and practice // Managerial accounting. 2022.
No. 5-2. P. 547…559. – DOI 10.25806/uu5-22022547-559.
5. Shalmieva D. B., Nefedova L. V., Prishlyak E. A.
Issues of organization and rationing of labor of employees at light industry enterprises // Guidelines for
the socio-economic development of regions and management technologies. Moscow: RSU named after
A.N. Kosygin, 2022. P. 192…198.
6. https://niitruda.com/news/2020/normirovanietruda-inzhenerov-konstruktorov / (accessed 04/23/2024).
7. Feoktistova O.A. Rationing of scientific research
work: methodological approaches // Online journal of
Science. 2014. № 5(24). P. 138.
8.
Serbinovsky
B.Y.,
Kalmykova
N.G.,
Botashev R.A. The development of self-employment of
the population and the problem of rationing creative
work in R&D organizations: a theoretical and methodological aspect of the analysis of the process of creating new knowledge, product, technology and technology. Part 1 // Engineering Bulletin of the Don. 2013.
№ 1(24). P. 46.
9. Radko S. G., Lysova T. M. Labor risks and professional development // International Scientific Journal. 2015. No. 5. P. 72…79.
10. Radko S.G., Nevmerzhitskaya O.N. Formation
of an optimal model for assessing the staff competitiveness, adapted to the enterprise needs // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. № 1(397).
P. 59…63. – DOI 10.47367/0021-3497_2022_1_59.
Рекомендована кафедрой экономики и менеджмента РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила 27.05.24.
_______________
УДК 338.4
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_87
ИННОВАЦИИ ИНФРАСТРУКТУРЫ И ВОЗМОЖНОСТИ
РАСШИРЕНИЯ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
INFRASTRUCTURE INNOVATIONS AND OPPORTUNITIES
FOR EXPANDING THE RAW MATERIAL BASE OF LIGHT INDUSTRY
Н.С. МАКАРОВА1, А.В. ГЕНЕРАЛОВА1, Н.М. КВАЧ1, Д.Н. БЕРЕСНЕВ2
N.S. MAKAROVA1, A.V. GENERALOVA1, N.M. KVACH1, D.N. BERESNEV2
(1Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство),
2
Российский государственный геологоразведочный университет им. Серго Орджоникидзе)
(1The Kosygin State University of Russia,
Russian State Geological Prospecting University named after Sergo Ordzhonikidze)
2
E-mail: [email protected]
В статье представлен подробный анализ проблем, существующих на
предприятиях легкой промышленности. Дан анализ мер государственной
поддержки предприятиям легкой промышленности. Охарактеризованы
инвестиции в основной капитал предприятий промышленности. Определена необходимость законодательно подкрепленной экономической государственной политики, стимулирующей инновационные процессы в отрасли. Сформированы предложения и рекомендации, позволяющие решить
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
87
вопросы расширения сырьевой базы. Даны предложения по созданию инновационной инфраструктуры и финансовых инструментов для развития
легкой промышленности.
The article presents a detailed analysis of the problems existing at light industry
enterprises. An analysis of government support measures for light industry enterprises is given. Investments in fixed capital of industrial enterprises are characterized. The need for a legislatively supported economic government policy stimulating innovation processes in the industry is determined. Proposals and recommendations are formed to resolve issues of expanding the raw material base. Proposals
are given for the creation of an innovation infrastructure and financial instruments for the development of light industry.
Ключевые слова: меры государственной поддержки, инновационная
деятельность, финансовые программы, инвестиции, текстильная промышленность.
Keywords: measures of state support, innovative activity, financial programs, investments, textile industry.
Введение
В последние годы легкая промышленность Российской Федерации в условиях
жестких санкций и специальной военной
операции стала стратегическим сектором
экономики. Правительство проводит ряд
мероприятий по финансированию отрасли,
активизируя научно-технический потенциал, делая попытки выстраивать научную
базу и полноценную инновационную систему отрасли. Но ей не удается использовать предложенные инструменты и адаптироваться к существующим в мировом
сообществе направлениям технологического развития.
Методы исследования
Для исследования использованы материалы «Россия в цифрах» Росстат [6] и результаты опроса представителей предприятий легкой промышленности, проведенного Инновационным центром текстильной и легкой промышленности (ИНПЦ
ТЛП). Для получения информации об инвестировании в отрасль изучена информация из базы данных «Инвестиции в России». На основе предыдущих исследований проанализирована отрасль по показателям, отражающим состояние легкой
промышленности, сырьевой базы, инвестиций. Для работы с данными использованы методы синтеза и анализа.
88
Результаты и обсуждения
Легкая промышленность включает несколько подотраслей: текстильную, швейную, кожевенную, меховую, обувную. Развитие легкой промышленности является
сложной задачей, оказывающей огромное
влияние на развитие государства.
В 2023 г. производство готовой одежды
обогнало производство текстильных изделий. В общем объеме выпуска на одежду
пришлось 45,7%, на текстильные изделия
43,2% и еще 11,1% на кожу и изделия
из кожи. Производство текстильных изделий выросло в 2023 г. на 0,6%, одежды
на 4,1%, кожи и изделий из нее на 12,3%.
Однако рост не позволяет решить проблему импортозависимости.
Объем импорта изделий текстильной и
легкой промышленности по итогам 2023
года составил $18 млрд. Готовая одежда
занимает 48% в общем объеме импорта
изделий текстильной и легкой промышленности [6]. При этом объем экспортных
продаж изделий текстильной и легкой
промышленности по итогам 2023 г. составил $608 млн, что на 52,5% ниже показателей предыдущего года [1].
Основной проблемой развития легкой
промышленности России является сырье,
так как предприятия-изготовители используют 95% импортируемого сырья.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Проблемы, озвученные производителями в ходе опроса:
1) почти полное отсутствие собственной сырьевой базы;
2) недостаток квалифицированных кадров;
3) необходимость модернизации действующих производств.
Для решения проблемы отсутствия сырьевой базы назрела острая необходимость
развития сырьевых предприятий. Производство изделий из тканей, меха, кожи
необходимо начинать с процесса выращивания сырья, вернее, с семенного фонда
для выращивания льна и хлопка, производства грены для выращивания шелка,
выращивания овец, коз, крупного рогатого
скота для производства шерсти, кожи и
меха. На это требуются земельные угодья
и финансирование, чтобы подойти к объемам выращивания доперестроечного периода. Необходимы племенные животные,
позволяющие получить
тонкорунную
шерсть, мех, кожу для всех видов одежды
и кожгалантереи. Сегодня активно выращивается мелкий рогатый скот в Дагестане
и Калмыкии, там содержится более 4,9 млн
овец и 2,9 млн коз. Достаточно большое
поголовье в республиках Адыгея, Крым,
Ингушетия, Карачаево-Черкесия, Чечня,
Тыва и Хакассия. Лен выращивают в Вологодской, Костромской, Ярославской областях [8]. Шелководство активно развивается в Краснодарском и Ставропольском
краях. В доперестроечный период тутовый
шелкопряд активно размножался также в
Северной Осетии, Дагестане, ЧеченоИнгушской
Республике,
КабардиноБалкарии, Ростовской, Волгоградской,
Астраханской областях, Калмыкии [3].
Хлопок в основном произрастает в Калмыкии и Астраханской области, существует
возможность его посевов в Волгоградской
области и Краснодарском крае [2].
Вопрос сырьевого обеспечения легкой
промышленности государство способно
решить, объединив усилия министерства
промышленности и министерства сельского хозяйства, возглавив исследования и
разработки и обеспечив стимулы к развитию кооперативных процессов в области
государственного и частного партнерства в
процессе построения инновационной модели развития легкой промышленности.
В 2020-2023 гг. государством предприняты меры, которые позволят решить
проблемы легкой промышленности и благодаря которым крупные и средние предприятия отрасли получали помощь для
модернизации действующих и создания
новых производств, поддержку в выходе
на международную арену и содействие в
наращивании объемов производства; субсидии на стимулирование спроса (единая
лизинговая субсидия); субсидирование затрат по производству пряжи с содержанием льна; льготное кредитование за счет
средств Фонда развития промышленности
(ФРП); зонтичный механизм предоставления поручительства; льготный режим для
производств особых экономических зон
(ОЭЗ); расширение инвесторов в рамках
специального инвестиционного контракта
(СПИК).
Надо отметить, что данную отрасль
представляют предприятия малого бизнеса,
доля которых составляет 75%, которым
сложно получить инвестиции в основной
капитал, достаточно мизерные в объемах
производства страны (табл. 1).
Вид производства
Таблица 1
Инвестиции,
доля от общего объема
2019 2020 2021 2022 2023
Производство текстильных изделий 0,02 0,04 0,05 0,05 0,05
Производство
одежды
0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
Производство
кожи и изделий
из кожи
0,003 0,004 0,004 0,004 0,004
На основании таблицы можно отметить, что объемы финансирования предприятий легкой промышленности ничтожно
малы [10]. Для получения финансирования
согласно региональным и федеральным
программам финансовая деятельность предприятий должна соответствовать определенным требованиям: не иметь задолженности по налогам и сборам, по платежам в
бюджет и внебюджетные фонды, по заработной плате, по платежам за погашение
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
89
кредита. Точечное финансирование государством программ легкой промышленности осуществляется в основном в тех регионах и отраслях, где выращивается лен [9].
Научная база в России существует, но
отсутствует полноценная инновационная
система. Государство пытается активизировать научно-технический потенциал, на
первый план сегодня выходит проблема
мотивации к инновационной деятельности
сырьевых предприятий и производителей
продукции легкой промышленности [1].
Усилиями правительства, предпринимателей и научной среды строится национальная инновационная система, в которой
сочетаются: исследовательская среда, обладающая высокой квалификацией, с предпринимательской средой; механизм взаимодействия этих двух сред, организующий
уровень знаний, их распределение и
трансформацию в конкурентные технологии для предпринимательской среды; ориентация исследовательской среды на удо-
влетворение возникающих инновационных
потребностей развития производства.
В современных условиях текстильные
и швейные предприятия проявляют экономическую пассивность, даже производители, проявляющие склонность к инвестициям, стремятся избегать инновационных
вложений, поскольку этот процесс связан с
риском [4].
Программа ФРП "Лизинг" не решает
вопросы обеспечения предприятий отраслей техникой и оборудованием для производства продукции легкой промышленности. Основные причины: ничтожно малые
суммы займа, достаточно высокий первоначальный взнос.
Данную проблему может решить создание инновационного центра развития
легкой промышленности и модели инновационного регулирования легкой промышленности, которая позволит объединить деятельность сельхозпроизводителей,
сырьевых предприятий, финансовые институты (рис. 1) [7].
Рис. 1
Инновационный центр должен осуществлять развитие подотраслей легкой
промышленности, взаимодействовать с
министерствами, определять основные
направления развития, начиная от планирования производства готовой продукции,
определения необходимых производственных мощностей, технологического обору-
90
дования, объема сырья и заканчивая выдачей заданий на выращивание сельскохозяйственного сырья, выделение земель,
проектирование и производство нового
технологичного оборудования, подготовку
необходимого персонала, а также разработкой финансовых инструментов: лизинг,
кредитные механизмы, страхование [5].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Для развития инновационной среды
необходимы финансовые институты: банк,
страховая и лизинговая компании, работающие с предприятиями легкой промышленности по льготным программам.
Необходима лизинговая компания с
государственным участием в капитале, деятельность которой была бы направлена на
техническую и технологическую модернизацию отечественной легкой промышленности. Производителям необходимо предоставить более 25000 наименований оборудования для производства и выращивания
сырья, выпуска тканей, кожи, меха, пошива
одежды, обуви и кожгалантереи. Предлагаемые в лизинг техника и оборудование
могут быть как отечественных, так и зарубежных производителей, на условиях льготного лизинга: авансовый платеж – от 0%;
удорожание от 1%; срок лизинга – до 8 лет;
без требований к гарантийному обеспечению; корпоративные скидки на технику и
специальные акции с поставщиками [7].
ВЫВОДЫ
Основной проблемой развития легкой
промышленности является сырье. В России
существуют возможности выращивания
сырья, однако меры государственной поддержки не дают должного результата, инвестиции в основной капитал предприятий
ничтожно малы.
Для решения сырьевой проблемы государство должно объединить усилия министерства промышленности и министерства
сельского хозяйства, создать структуру,
возглавившую исследования и разработки,
и обеспечить стимулы к построению инновационной модели развития легкой промышленности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Барышева А.В. и др. Инновации: учеб. пособие. М.: Дашков и К°, 2006. 380 с. – ISBN 5-91131129.
2. Белая А.Н. Против шерсти // Растениеводство
России 2022: тез. докл. М.: Национальная Ассоциация ученых, 2022. С. 28.
3. Богословский В.В. Состояние и перспективы
развития шелководства. М.: Пчеловодство, 2021. №
8. С. 14. – https://shelk.ylejbees.com/shelkovodstvo-vregionakh (дата обращения 04.02.2024).
4. Васин В.А., Миндели Л.Э. Национальная инновационная система в социально-экономическом
пространстве. М.: ИПРАН, 2011. 239 с.
5. Иванова В.Н. Современная сеть хранения и
переработки пищевой продукции в Центральном
федеральном округе: моногр. М.: Финансы и статистика, 2017. С. 31…45. – ISBN 978-5-279-03589-2.
6. https://www.online-documents.ru/report/2021
/russia/ (дата обращения 04.02.2024).
7. Макарова Н.С. Необходимость централизованного планирования в управлении легкой промышленности // Дизайн, технологии и инновации в
текстильной и легкой промышленности (ИННОВАЦИИ-2022): сб-к матер. междунар. науч.-техн. конф.
Ч. 3. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2022. С. 167…169.
8. Макарова Н.С., Генералова А.В., Береснев Д.Н. и др. Анализ возможности расширения
сырьевой базы для легкой промышленности // Дизайн и технологии. 2023. № 96. С. 117…124. –
https://d-and-t.ru/files/journal/96.pdf (дата обращения
23.04.2024).
9. Полякова Е.А. От производителя к продукту //
Транспортное дело России. 2022. № 6. Ч. 2. С. 4. –
https://cyberleninka.ru/article/n/ot-proizvoditelya-kproduktu/viewer (дата обращения 04.02.2024).
10. Симон Г. Скрытые чемпионы прорыв в
Глобалию. Почему немецкие компании доминируют в мире. М.: Библиос, 2019. 408 с. – ISBN 978-5905641-47-3.
REFERENCES
1. Barysheva A.V. et al. Innovations: studies. the
manual. Moscow: Dashkov and Co., 2006. 380c. –
ISBN 5-91131-129.
2. Belaya A.N. Against the wool // Crop production
in Russia 2022: tez. dokl. Moscow: National Association of Scientists, 2022. P. 28.
3. Bogoslovsky V.V. The state and prospects of the
development of sericulture. Moscow: Beekeeping,
2021. No. 8. P.14. – https://shelk.ylejbees.com/shelkovodstvo-v-regionakh (accessed 02/04/2024).
4. Vasin V.A., Mindeli L.Е. National innovation
system in the socio-economic space. Moscow: IPRAN,
2011. 239 p.
5. Ivanova V.N. Modern food storage and processing network in the Central Federal District: monograph. Moscow: Finance and Statistics, 2017.
Pp. 31…45. – ISBN 978-5-279-03589-2.
6. https://www.online-documents.ru/report/2021
/russia/ (accessed 02/04/2024).
7. Makarova N.S. The need for centralized planning in the management of light industry // Design,
technologies and innovations in the textile and light
industry (INNOVATIONS-2022): collection of materials of the International Scientific and Technical Conference. Part 3. Moscow: Kosygin Russian State University, 2022. P. 167…169.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
91
8. Makarova N.S., Generalova A.V., Besnev D. N.
et al. Analysis of the possibility of expanding the raw
material base for light industry // Design and Technology. 2023. No. 96. P. 117…124. – https://d-andt.ru/files/journal/96.pdf (accessed 04/23/2024).
9. Polyakova E.A. From the manufacturer to the
product // Transport Business of Russia. 2022. No. 6.
Part 2. P. 4. – https://cyberleninka.ru/article/n/ot-proizvoditelya-k-produktu/viewer (accessed 02/04/2024).
10. Simon G. Hidden Champions - a breakthrough
into Globalism. Why German companies dominate the
world. Moscow: Biblios, 2019. 408 p. – ISBN: 978-5905641-47-3.
Рекомендована кафедрой финансов и бизнесаналитики РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила
23.05.24.
_______________
УДК 331.446.4
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_92
СОВРЕМЕННАЯ, УНИКАЛЬНАЯ И ПРИВЛЕКАТЕЛЬНАЯ
ФИРМЕННАЯ СПЕЦОДЕЖДА КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ
ИНСТРУМЕНТ СТИМУЛИРОВАНИЯ РАБОТНИКОВ
MODERN, UNIQUE AND ATTRACTIVE BRANDED WORKWEAR
AS AN EFFECTIVE TOOL FOR STIMULATING EMPLOYEES
А.А. ВАСИЛЕВСКИЙ, Н.В. РОДИОНОВА
A.A. VASILEVSKIY, N.V. RODIONOVA
(Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых)
(Vladimir State University named after Alexander and Nikolay Stoletovs)
E-mail: 89162634290@mail; [email protected]
Фирменная специальная рабочая одежда оказывает все большее влияние
на мотивацию персонала и деловую репутацию предприятия. Инвестиции
предприятия в обеспечение работников современной, уникальной и
привлекательной рабочей одеждой приносят высокие эффекты.
Соответственно рынок фирменной рабочей одежды характеризуется
быстро растущим спросом и диверсифицированным предложением.
Однако у работников, особенно у молодежи, растут требования к
качеству, стилю, дизайну и внешнему виду рабочей одежды. Эти требования не могут быть удовлетворены традиционными текстильными и
швейными производствами. Исследуется проблема удовлетворения растущего спроса в контексте совершенствования инструментов неденежного
стимулирования работников. Для решения исследуемой проблемы предлагается для создания рабочей одежды использовать цифровые технологии
3D-сканирования. Для производства современной, уникальной и привлекательной рабочей одежды предлагается использовать трехмерную печать.
Branded special work clothes have an increasing impact on the employee motivation and the company's business reputation. The company's investments in
providing employees with modern, unique and attractive work clothes bring high
effects. Accordingly, the branded work clothes market is characterized by rapidly
growing demand and diversified supply. However, workers, especially young people, have increasing demands on the quality, style, design and appearance of work
clothes. These requirements cannot be met by traditional textile and clothing in-
92
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
dustries. The problem about meeting the growing demand in the context of improving the tools of non-monetary employee incentives is investigated. To solve the
problem under study, it is proposed to use digital 3D-scanning technologies to create work clothes. They allow you to meet the most refined requirements, and their
use brings high effects to sewing companies. It is proposed to use threedimensional printing to produce modern, unique and attractive work clothes.
Ключевые слова: неденежная мотивация, фирменная рабочая одежда,
эффективность, цифровые технологии, 3D-печать одежды.
Keywords: non-monetary motivation, branded work clothes, efficiency, digital technologies, 3D clothing printing.
Введение
На промышленных предприятиях в системах управления персоналом все большее распространение находят организационные услуги, которые оказывают на работников более сильное мотивирующее
влияние, чем денежное стимулирование.
Например, результаты многих исследований доказывают, что к приверженности и
продуктивному труду работников может
мотивировать современная, уникальная и
привлекательная фирменная специальная
одежда. Она также может вызывать чувства единства, равенства и отчасти справедливости взаимоотношений в рамках
компании или сообщества, что важно для
повышения уровня корпоративной культуры и укрепления делового доверия потребителей и деловых партнеров.
Фирменная специальная одежда очень
востребована на современном мировом
рынке, на котором этот товар по емкости
сегмента занимает четвертую позицию [1].
В России рынок спецодежды является одним из наиболее стабильных, чему способствует его государственное регулирование.
По данным аналитической компании
BusinesStat, объемы продаж профессиональной одежды в России в период с 2016
по 2020 год выросли на 80%: с 0,65 до 1,16
млрд штук, что связано с реализацией программы импортозамещения [1, 2]. Такая
динамика обусловлена тем, что, с одной
стороны, активно развиваются российские
промышленные производства разных отраслей экономики потребители фирменной одежды, а с другой – открываются новые производства в швейной индустрии
производители одежды, оснащенные высокотехнологичным оборудованием.
Однако существуют проблемы, препятствующие получать наибольшие стимулирующие положительные эффекты от использования фирменной специальной одежды. К таким проблемам относятся качество
материала, кроя, пошива, удобства, стиля и
внешнего вида рабочей одежды. Стили и
фасоны, дизайны производимой специальной рабочей одежды быстро устаревают и
не привлекают современных работников,
особенно молодежь. Кроме того, часто
размеры закупленной специализированной
одежды не соответствуют заявленным. Дело в том, что действующие стандарты лекал, которые применялись в советское
время с развернутыми размерными сетками, установленными на основе антропометрических исследований изменения в
размерах фигуры мужчин и женщин на тот
период времени, уже являются некорректными. Они потеряли свою актуальность в
связи с изменениями пропорций, объемов
и других характеристик фигуры современного работника. Кроме того, возникли несовпадения в размерных сетках разных
компаний по пошиву одежды, которые используют лекала по стандартам и упрощенным размерным рядам европейским,
американским, китайским и др. Особенно
остра проблема подбора спецодежды для
работников с нестандартными фигурами.
Другая проблема применения фирменной спецодежды – подавление индивидуальности. Стандартизированная униформа
может оказывать влияние на снижение
уровней инициативности и креативности
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
93
представителей некоторых профессий. Для
решения этой проблемы требуется дифференцированный подход к выбору рабочей
одежды в рамках фирменного ряда, а также целесообразно дополнять ее отличительными деталями и акцентами.
Современные достижения текстильной
и химической промышленности и возможности цифровых технологий позволяют
успешно решать данные проблемы.
Методы
При проведении исследования использовались методы индукции, обзора научных статей [1…11], обобщения.
Результаты и обсуждения
1. Мотивирующее влияние фирменной
рабочей спецодежды
Результаты исследования взаимосвязи
между униформой, ощущением счастья и
продуктивностью работников, опубликованные в журнале Fashion Marketing and
Management, показали, что 22 % респондентов ощущают себя значительно счастливее при выполнении своих рабочих обязанностей, если их униформа качественно
покроена и пошита, подходит по размеру и
фигуре, нравится и удобна [3]. Так в основном считают работники в возрасте от
25 до 34 лет, именно они составляют основную часть трудового потенциала компаний.
Ряд исследований, проведенных в сфере услуг, также подтверждает эффективное
влияние на трудоспособность и позитивное отношение работников к предприятию
фирменной рабочей одежды, имеющей
привлекательный дизайн и учитывающей
запросы работников [4].
Как показывает практика, общий корпоративный дресс-код ускоряет адаптацию
новых работников, позволяет им психологически легче включиться в рабочие процессы и проявить себя. Использование на
предприятии фирменной специальной рабочей одежды освобождает работников от
потребности самостоятельного ее выбора,
расходов на нее, а также от психологического дискомфорта, обусловленного дилеммами «уместно/неуместно», «эстетично/нелепо». Работник спокойно трудится,
не беспокоясь о том, как он выглядит, если
94
его дресс-код соответствует имиджу предприятия и профессии (должности) и, главное, если так выглядят все.
Различными исследованиями отмечено,
что фирменная одежда влияет на отношение к выполнению своих обязанностей,
повышает ответственность и способствует
развитию качеств, необходимых для той
или иной работы, быстрее настраивает на
рабочий лад. Удобная, функциональная
одежда, обеспечивающая безопасность на
рабочих местах, положительно влияет на
продуктивность труда работников. Кроме
того, уникальная и привлекательная одежда, особенно у русских, может создавать
комфорт пребывания на рабочем месте,
улучшать настроение и трудовую мотивацию.
Следует отметить, что опрятный внешний вид работников в фирменной одежде
также благотворно влияет на потребителей
и способствует повышению уровня доверия предприятию, его работникам, качеству товара (услуг) и, как следствие, увеличению продаж. Единый стиль одежды
через цвет и атрибутику помогает запомнить предприятие и его продукцию, что
ускоряет процессы узнавания фирменного
бренда, а значит, требует меньше усилий
работников на создание положительного
мнения о товаре (услуге); приобретение
товара (услуги) приносит доход и положительные эмоции работникам и руководству
предприятия. Кроме того, фирменная
одежда вызывает у потребителей определенную дисциплину поведения и приятные
чувства, облегчает процессы их взаимодействия с работниками предприятия.
Исследование
компании
Cintas
Corporation показало, что доверие потребителей выше к тем предприятиям, на которых работники одеты в современную
фирменную одежду. Это отметили 65 %
опрошенных, объясняя, что предприятия,
которые не экономят на работниках, создают впечатление безопасности и хорошего имиджа [4].
Таким образом, современная, уникальная и привлекательная фирменная специальная рабочая одежда может быть действенным стимулирующим инструментом,
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
влияющим не только на эффективность
труда работников, но и на потребительский выбор.
2. Создание фирменной спецодежды с
помощью технологий 3D-сканирования
Технологии 3D-сканирования могут
использоваться для массового производства фирменной спецодежды. Их применение в конструировании одежды снижает
риск получения производственных травм
на 16…34%, а также позволяет сократить
время на подбор и выдачу спецодежды в
1,5…3 раза [5]. На предприятиях на
9…18% сокращаются запасы рабочей
одежды на складах. Современные технологии позволяют быстро, бесконтактно и
точно снимать мерки человека. Специальная программа создает и обеспечивает
хранение базы рекомендованных размеров
каждого работника.
3D-сканер тела за 30 секунд способен
создавать точную трехмерную копию человека, делая свыше 100 обмеров тела по
стандарту ГОСТ Р ИСО 8559-1 [5]. С помощью алгоритма непараметрической регрессии программа не только разрабатывает обоснованные рекомендации по подходящему размеру, но и позволяет создавать
персонализированные комплекты спецодежды, включая средства индивидуальной защиты; улучшать до заданных уровней как качественные, так и защитные ее
характеристики. По таблицам с ключевыми размерными признаками для пошива
можно изготавливать индивидуальные лекала, учитывающие особенности фигуры
каждого человека. Результаты исследований показывают высокую точность цифровых замеров тела, погрешность автоматических измерений сканера на 50% ниже,
чем при ручных измерениях.
Кроме того, программное обеспечение
дает возможность сделать быструю виртуальную примерку, экономя время, которое
уходит на физическую примерку. Виртуальное пространство дает возможность
примерить разработанные образцы спецодежды в разных положениях и движениях, характерных для рабочего процесса работников. С помощью программы можно
многократно менять посадку и дизайн, до-
биваясь желаемого внешнего вида одежды
без создания физических образцов, тем
самым сокращая расходы на материалы и
экономя время.
Анализ возможных материалов, которые могут использоваться для производства спецодежды на этапе трехмерной печати с использованием 3D-технологий
(рис. 1), позволил выделить высокотехнологичные полимеры, композиты, оптоволоконные кабели, текстильные волокна [6].
Рис. 1
С момента появления технологии трехмерной печати для изготовления деталей
применяли твердый пластик (PLA, ABS,
PETG), гипс, фотополимеры, нейлон, мягкий металл (алюминий или медь). SLSтехнология позволяет использовать для
заправки 3D-принтера порошковый полимер, например Flex, который придает
напечатанному объекту свойства эластичности. Инновационными признаны высокотемпературные термопластичные полиуретаны (TPU), гибкость и прочность которых
приближают свойства изделия к характерным для текстиля [7, 8, 9]. Одежду, напечатанную из TPU, можно стирать машинным способом, форма остается стабильной.
Перспективен проект компании Electroloom
по созданию 3D-принтера, печатающего
одежду с помощью распыления жидкой
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
95
смеси волокон полиэстера и хлопка на
шаблон будущего изделия (рис. 2) [10].
Рис. 2
Жидкая смесь распыляется на 3Dшаблон при помощи электромагнитных
полей и застывает. Микроскопические волокна, которые формируют 3D-изделие,
имитируют свойства текстильных материалов: гибкость, пластичность, воздухопроницаемость. Преимуществом 3D-изделий
является их бесшовность, что оптимизирует процесс их производства, исключая
необходимость в швейном оборудовании.
3. Обоснование эффективности использования специальной одежды, изготовленной с помощью технологии 3Dпечати
В интернет-магазинах цены на готовую
спецодежду с элементами 3D несущественно отличаются от цен традиционной
спецодежды [11, 12]. Тем не менее индивидуальный заказ обойдется дороже товаров массового спроса. Но высокорентабельные компании решаются нести дополнительные издержки, например ГК «Восток-Сервис» и «Газпромнефть-Снабжение»
[13]. Часть этих издержек компании компенсируют экономией и эффектами от использования рабочей одежды нового типа.
Менее рентабельным компаниям можно порекомендовать следующие решения:
1) включить дорогую спецодежду в
соцпакет как долгосрочную беспроцентную ссуду с окупаемостью 5 лет, что будет
способствовать снижению текучести кад-
96
ров, т. к. при увольнении работнику придется возмещать «остаточную стоимость»
одежды;
2) применить
дифференцированный
подход, при котором дорогостоящую
одежду покупать за счет средств компании
только эффективным работникам, а
остальных обеспечивать спецодеждой по
доступным ценам, что создаст стимул работать эффективнее;
3) заказывать и покупать дорогую
спецодежду за счет средств работников,
компенсируя согласованную с ними долю
их затрат за счет средств компании. При
этом целесообразно, чтобы в индивидуальных заказах учитывались предпочтения
работников.
Следует упомянуть еще один важнейший эффект от применения компаниями
спецодежды Textil Uniform 3D+ – это снижение углеводородного следа на 7…21%
[13], что способствует цели 12 глобальной
программы ЦУР ООН 30. Участие компаний в проектах и программах социальной
ответственности и устойчивого развития в
контексте ESG-повестки, в данном случае
по теме «Трудовые практики», является
фактором их стратегического развития и
сулит выгоды в долгосрочной перспективе.
3D-технологии только начинают проникать в текстильные и швейные производства, и пока их использование связано с
дополнительными издержками, но они
несут предприятиям и колоссальные конкурентные преимущества. Изобретательская мысль активно развивается, и следует
ожидать, что вскоре новые технологии
станут более доступными.
ВЫВОДЫ
Современность, уникальность, привлекательность, комфорт и функциональность
рабочей спецодежды оказывают все большее влияние на мотивацию работников,
продуктивность их труда и удовлетворенность работой. Инвестиции предприятия в
фирменную рабочую одежду имеют стратегическое и тактическое значение, способствуют его устойчивости, конкурентоспособности и привлекательности для дей-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ствующих и потенциальных работников,
потребителей и деловых партнеров.
Возможности цифровых технологий
позволяют вывести производство фирменной рабочей одежды на новый, более высокий уровень спроса и популяризировать
современную спецодежду нового поколения, стимулирующая роль которой будет
возрастать.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шилов Ю. Как меняется спецодежда в России:
объем рынка и тренды // Интернет-журнал Retail &
Loyalty. https://dzen.ru/a/YXldcbaoawAMKxIH
(дата обращения 06.05.2024).
2. Ахметова Г.Ж., Бердикулов М.А., Полежаева И.С. и др. Мировой рынок спецодежды и перспективы его развития в условиях пандемии // Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2021. №3 (393).
С. 30…35.
3. https://texfash.com/update/better-uniformsmake-employees-happier-university-research-finds
(дата обращения 06.05.2024).
4. Николаев Н. Действительно ли униформа повышает продуктивность персонала // РБК Тренды.
https://trends.rbc.ru/trends/social/630633049a79471e5f90
3c36?from=copy (дата обращения 06.05.2024).
5. https://texel.graphics/ru/articles/specodezhdabezopasnost/ (дата обращения 06.05.2024).
6. Гусева М.А., Гетманцева В.В., Андреева Е.Г.,
и др. Технологии 3D-печати в производстве персонифицированных швейных изделий // Территория
новых возможностей. Вестник Владивостокского
государственного университета экономики и сервиса. 2020. Т. 12, № 3. С. 132…142.
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=43960621&ysclid
=lvv09o857h354721732 (дата обращения 06.05.2024).
7. Колиева Ф.А., Гобеева А.В., Гркикян А.О.,
Гетманцева В.В. Перспективы применения 3D печати при проектировании предметов одежды //
Научный журнал «Костюмология». 2021. Т. 6, №1.
С.
1…13.
–
https://kostumologiya.ru/PDF
/06TLKL121.pdf (дата обращения 25.07.2024).
8. http://www.printfuture.ru/moda/ (дата обращения: 25.11.19).
9. https://top3dshop.ru/blog/3d-printed-clotheslarge-review.html (дата обращения: 25.11.19).
10. https://habr.com/ru/articles/365535/?mobile=y
es (дата обращения: 05.04.2024).
11. https://siz124.ru/catalog/category/trikotazh/
(дата обращения 25.07.2024).
12. https://www.avito.ru/krasnoyarsk/odezhda_obu
v_aksessuary/muzhskaya_odezhda-ASgBAgICAUTe
AtgL?q=3d (дата обращения 25.05.2024).
13. https://texel.graphics/ru/texel-uniform-3d/ (дата обращения 25.05.2024).
REFERENCES
1. Shilov Yu. Kak menyaetsya speczodezhda v
Rossii: ob``em ry`nka i trendy` // Internet-zhurnal Retail
& Loyalty. https://dzen.ru/a/YXldcbaoawAMKxIH
(data obrashheniya 06.05.2024).
2. Axmetova G.Zh., Berdikulov M.A., Polezhaeva I.S. etc. Global clothing market and prospects for
development in pandemic conditions // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 2021. №3 (393). S. 30…35.
3. https://texfash.com/update/better-uniformsmake-employees-happier-university-research-finds
(data obrashheniya 06.05.2024).
4. Nikolaev N. Dejstvitel`no li uniforma povy`shaet
produktivnost` personala // RBK Trendy`.
https://trends.rbc.ru/trends/social/630633049a79471e5f
903c36?from=copy (data obrashheniya 06.05.2024).
5. https://texel.graphics/ru/articles/specodezhdabezopasnost/ (data obrashheniya 06.05.2024).
6. Guseva M.A., Getmanceva V.V., Andreeva E.G.
etc. Texnologii 3D-pechati v proizvodstve personificirovanny`x shvejny`x izdelij // Territoriya novy`x
vozmozhnostej. Vestnik Vladivostokskogo gosudarstvennogo universiteta e`konomiki i servisa. 2020.
V. 12, № 3. S. 132…142. https://www.elibrary.ru
/item.asp?id=43960621&ysclid=lvv09o857h35472173
2 (data obrashheniya 06.05.2024).
7. Kolieva F.A., Gobeeva A.V., Grkikyan A.O.,
Getmanceva V.V. Perspektivy primeneniya 3D pechati
priproektirovanii predmetov odezhdy // Nauchnyj
zhurnal «Kostyumologiya». 2021. V 6, №1. S. 1…13.
– https://kostumologiya.ru/PDF/06TLKL121.pdf (data
obrashcheniya 25.07.2024).
8. http://www.printfuture.ru/moda/ (data obrashheniya: 25.11.19).
9. https://top3dshop.ru/blog/3d-printed-clotheslarge-review.html (data obrashheniya: 25.11.19).
10. https://habr.com/ru/articles/365535/?mobile=y
es (data obrashheniya: 05.04.2024).
11. https://siz124.ru/catalog/category/trikotazh/
(data obrashcheniya 25.07.2024).
12. https://www.avito.ru/krasnoyarsk/odezhda_obu
v_aksessuary/muzhskaya_odezhda-ASgBAgICAUTe
AtgL?q=3d (data obrashcheniya 25.05.2024).
13. https://texel.graphics/ru/texel-uniform-3d/ (data obrashcheniya 25.05.2024).
Рекомендована кафедрой менеджмента и маркетинга Института экономики и туризма Владимирского государственного университета имени
А.Г. и Н.Г. Столетовых. Поступила 05.06.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
97
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677.017
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_98
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ
МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ПОДКЛАДОЧНЫХ ТКАНЕЙ
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR DETERMINING
THE THERMAL PROPERTIES OF METALLIZED LINING FABRICS
Е.В. КОЗЛОВА, А.В. КУРДЕНКОВА, Ю.С. ШУСТОВ, Я.И. БУЛАНОВ
E.V. KOZLOVA, A.V. KURDENKOVA, Yu.S. SHUSTOV, Ya.I. BULANOV
(Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Подкладочные материалы с металлизированным слоем используются
для улучшения тепловых свойств одежды благодаря специфическим характеристикам металлизации. Преимуществом таких материалов является
хорошая теплоизоляция, так как металлизированный слой способствует
задержанию и отражению тепла, что помогает сохранить тепло тела
внутри одежды. Это особенно важно в условиях низких температур и ветреной погоды. Металлизированный слой обладает хорошей теплоизоляцией
при относительно небольшой толщине, что делает подкладку легкой и
тонкой, не добавляющей лишнего объема к одежде. Подкладка с металлизированным слоем может быть особенно полезна для зимней одежды, такой
как куртки и пальто, обеспечивая дополнительное тепло и комфорт при
низких температурах. С целью установления тепловых характеристик металлизированных подкладочных тканей разработано устройство для определения темпа остывания исследуемых образцов металлизированных подкладочных тканей с учетом влажно-температурного состояния в пододежном пространстве при активном движении человека. Установлена зависимость времени остывания исследуемых образцов от числа стирок.
Metallized lining materials are used to improve the thermal properties of clothing
due to the specific characteristics of the metallization. The advantage of such materials is good thermal insulation, since the metallized layer helps retain and reflect
heat, which helps retain body heat inside the clothing. This is especially effective in
98
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
low temperatures and windy conditions. The metallized layer has good thermal insulation with a relatively small thickness, which makes the lining light and thin
without adding extra bulk to the garment. Metallic layer lining can be especially
useful for winter clothing such as jackets and coats, providing extra warmth and
comfort in cold temperatures. In order to determine the thermal characteristics of
metallized lining fabrics, a device to determine the cooling rate of the samples under
study was developed. A study was carried out to determine the cooling rate of samples of metallized lining fabrics, taking into account the moisture-temperature state
in the underwear space during active human movement. The influence of the cooling time of the studied samples depending on the number of washes was established.
Ключевые слова: металлизированные подкладочные ткани, тепловые
свойства, методика испытаний, темп остывания, многократные стирки.
Keywords: metallized lining fabrics, thermal properties, test methods, cooling
rate, multiple washes.
Введение
Разработка методики определения тепловых свойств металлизированных подкладочных тканей является важным шагом в
исследовании и анализе этих материалов.
Тепловые свойства играют ключевую роль
в определении эффективности подкладочных тканей при использовании их в одежде
для защиты от холода [1…7].
Методика
определения
тепловых
свойств металлизированных подкладочных
тканей включает несколько этапов. В
начале исследования проводится анализ
структуры материала и его состава. Затем
разрабатывается устройство для определения тепловых характеристик. После проведения всех необходимых экспериментов и
измерений полученные данные анализиру-
ются и обрабатываются. Результаты позволяют определить тепловые свойства металлизированных подкладочных тканей, такие
как их способность сохранять тепло, пропускать или отражать тепловой поток, а
также эффективность в различных климатических условиях [8…10].
Методы
В качестве объектов исследования выбраны 5 металлизированных подкладочных
тканей. Образцы 1–4 имеют поверхностный
металлический слой, нанесенный в виде
геометрических фигур разной формы и размеров, образец 5 содержит в своей структуре нити с металлизированным покрытием.
В табл. 1 приведены структурные характеристики объектов исследования.
Наименование показателя
Поверхностная плотность, г/м2
Плотность по основе, количество
нитей /10 см
Плотность по утку, количество
нитей/10 см
Линейная плотность нитей основы, текс
Линейная плотность нитей утка, текс
Образец 1
64
Образец 2
75
Образец 3
70
Образец 4
70
Таблица 1
Образец 5
73
630
685
685
685
695
650
685
688
690
695
5,0
5,0
5,0
5,3
5,1
5,1
5,1
5,1
5,2
5,3
Ткани подвергались многократным мокрым обработкам с применением порошкообразного моющего средства в соответствии с
ГОСТ Р ИСО 6330 «Материалы текстильные.
Процедуры домашней стирки и сушки, при-
меняемые для испытаний». В табл. 2 представлены фотографии выбранных объектов
исследования, полученные с помощью
цифрового микроскопа DigMicro Pro.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
99
Наименование
Образец 1
До проведения мокрых обработок
Таблица 2
После 20 машинных стирок
Образец 2
Образец 3
100
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Окончание табл. 2
Образец 4
Образец 5
Из фотографий видно, что в результате
химических и механических воздействий
произошло частичное разрушение металлизированного слоя в виде повреждения геометрических фигур. Это окажет непосредственное влияние на теплоотражающие
свойства материалов, так как экранирующая поверхность изменила свою конфигурацию.
Разработка методики определения тепловых свойств металлизированных подкладочных тканей является важным шагом в
развитии новых материалов и технологий
для промышленности. Это позволит улучшить качество и эффективность подкладочных материалов, а также создать более комфортные и защищенные от воздействия пониженных температур условия для потребителей [8…10].
Рис. 1
На рис. 1 представлена схема устройства для определения темпа остывания образцов металлизированных подкладочных
тканей с учетом влажно-температурного
состояния в пододежном пространстве при
активном движении человека.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
101
Устройство снабжено датчиком температуры, размещенным под образцом. В процессе проведения эксперимента образец
нагревается потоком горячего воздуха в течение 3 минут. Также происходит периодическое увлажнение исследуемого образца
для моделирования пододежного микроклимата. При этом фиксируется конечная
температура нагрева образца за указанное
время. После окончания нагрева образец
Рис. 2
остывает до температуры человеческого
тела, составляющей 36,6С. Фиксируется
динамика изменения температуры и время
остывания.
Результаты измерения температуры на
поверхности рассматриваемых материалов
без стирок, после 10 и 20 стирок по истечении времени представлены на рис. 2…4.
Рис. 3
окружа-ющую среду, так как в данном случае дополнительно происходит перенос
температуры в структуре ткани от металлизированных нитей к неметаллизированным.
Металлизированные элементы у образца 1
нанесены разрежено, поэтому он остывает
медленнее, чем образцы 2 и 4.
ВЫВОДЫ
Рис. 4
Зависимость температуры образцов от
времени остывания определяется линейной
функцией.
Темп остывания образца 5 ниже, чем у
образцов 1-4, поэтому температурные потери у него ниже. На это оказывает влияние
площадь нанесения металлизированных
элементов на поверхность материала, которая приводит к изменению теплоотдачи в
воздушное пространство. Наличие нитей с
металлизированным покрытием в структуре образца 5 влияет на передачу тепла в
102
Площадь металлизированной поверхности оказывает влияние на темп остывания
образцов, так как металл выполняет функцию экрана при передаче тепла и быстрее
отдает его в окружающую среду. Чем
больше разница температур между поверхностью ткани и воздухом, тем быстрее происходит теплоотдача металлизированной
поверхности.
Установлено также, что на темп остывания оказывает совокупное влияние толщина образца, поверхностная плотность,
площадь и частота расположения металлизированных элементов, а также цвет основного полотна.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ЛИТЕРАТУРА
1. Курденкова А.В., Буланов Я.И. Материалы для
специальной одежды. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина,
2023. 217 с.
2. Скобова Н.В., Ясинская Н.Н. Оценка функциональных свойств модифицированных полиэфирных нитей и текстильных материалов из них // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 1 (403).
С. 69…75.
3. Новосад Т.Н., Сташева М.А., Гойс Т.О. и др.
Анализ и перспективы развития цифровых методов
измерения показателей свойств текстильных материалов и изделий // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.
2023. № 3 (405). С. 15…33.
4. Новосад Т.Н., Гойс Т.О., Сташева М.А. и др.
Анализ состояния и направления совершенствования оценки качества текстильных материалов и изделий // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 4
(406). С. 5…24.
5. Киселев А.М., Румянцев Е.В., Одинцова О.И.,
Румянцева В.Е. Современные технологии получения
текстильных материалов со специальными свойствами и области их применения // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2 (398). С. 121…133.
6. Курденкова А.В., Буланов Я.И., Шустов Ю.С.
Оценка качества тканей ведомственного назначения
// Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2019. № 6 (384).
С. 94…98.
7. Zhai M, zhu X, Pei R, tian W, Xiong B, Yin W-Y.
A reflective textile metasurface for indoor signal coverage enhancement // Textile Research Journal. 2024;0(0).
doi:10.1177/00405175241247722
8. Родичева М.В., Шустов Ю.С., Абрамов А.В.,
Филиппов А.Д. Исследование теплопроводности материалов для изготовления стелек зимней обуви //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2021. № 2 (392).
С. 50…53.
9. Абрамов А.В., Родичева М.В., Панов О.Д. Комплексный метод исследования ряда теплофизических свойств пакетов теплозащитной одежды // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2017. № 1 (367).
С. 161…165.
10. Абрамов А.В., Родичева М.В., Гнеушева Е.М.
Исследование теплообмена в системе "человек
одежда среда" при комбинированном воздействии
пониженных температур и ветра // Технологии и качество. 2022. № 4 (58). С. 12…18.
REFERENCES
1. Kurdenkova A.V., Bulanov Ya.I. Materials for
special clothing. M.: RSU named after. A.N. Kosygina,
2023. 217 p.
2. Skobova N.V., Yasinskaya N.N. Evaluation of the
modified polyester yarns’ functional properties and textile materials made from them // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2023. No. 1 (403). S. 69…75.
3. Novosad T.N., Stasheva M.A., Gois T.O. etc.
Analysis and prospects for the development of digital
methods for measuring the properties of textile materials
and products // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. No. 3 (405). S. 15…33.
4. Novosad T.N., Gois T.O., Stasheva M.A. etc.
Analysis of state and directions of quality assessment
improvement of textile materials and products //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. No. 4
(406). S. 5…24.
5. Kiselev A.M., Rumyantsev E.V., Odintsova O.I.,
Rumyantseva V.E. Modern technologies for obtaining
textile materials with special properties and their fields
of application // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 2 (398). pp. 121…133.
6. Kurdenkova A.V., Bulanov Ya.I., Shustov Yu.S.
Quality assessment of departmental purpose tissues //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2019. No. 6
(384). pp. 94…98.
7. Zhai M, zhu X, Pei R, tian W, Xiong B, Yin W-Y.
A reflective textile metasurface for indoor signal coverage enhancement // Textile Research Journal. 2024;0(0).
doi:10.1177/00405175241247722
8. Rodicheva M.V., Shustov Yu.S., Abramov A.V.,
Filippov A.D. Research of heat conductivity of materials
for manufacture of winter shoes insoles // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021. No. 2 (392).
S. 50…53.
9. Abramov A.V., Rodicheva M.V., Panov O.D.
Complex method of the research of a number heatphysical properties of heat-shielding clothes packages //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2017. No. 1
(367). pp. 161…165.
10.
Abramov
A.V.,
Rodicheva
M.V.,
Gneusheva E.M. Study of heat transfer in the “person clothing - environment” system under the combined influence of low temperatures and wind // Technologies
and quality. 2022. No. 4 (58). pp. 12…18
Рекомендована кафедрой материаловедения и
товарной экспертизы РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила 08.04.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
103
УДК 677.024
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_104
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТИ ЛУБЯНОГО ВОЛОКНА
ПРИ ЕГО СКОРОСТНОМ ИЗГИБЕ В ВИДЕ КОНСОЛЬНОЙ БАЛКИ *
MEASURING BENDING RIGIDITY OF BAST FIBER
DURING HIGH-SPEED CANTILEVER BENDING
Е.Л. ПАШИН1 С.Н. РАЗИН1 А.В. ОРЛОВ2
E.L. PASHIN1 S.N. RAZIN1 A.V. ORLOV2
(1Костромская государственная сельскохозяйственная академия,
2
Костромской государственный университет)
(1Kostoma State Agricultural Academy,
2
Kostroma State University)
E-mail: [email protected]
В статье представлены результаты разработки нового метода определения изгибной жесткости лубяного волокна при его скоростном изгибе.
Необходимость этой работы вызвана расширением области использования
волокон, в том числе как армирующих элементов для производства композитов. Целью работы является повышение точности определения изгибной
жесткости, сокращение времени анализа и приближение условий испытания к характеру изгибных деформаций, имеющих место при переработке волокон и эксплуатации получаемых из них материалов. Предложена схема
испытания путем прогиба закрепленного в виде консоли образца волокна при
взаимодействии его конца с качающимся бойком маятника. Дано теоретическое обоснование метода испытания изгибом с учетом влияния сил трения и смещения точки контакта вдоль прогибаемого волокна. Для оценки
изгибной жесткости EI предложен контроль работы сил, возникающих при
прогибе. Представлен алгоритм расчета отношения затраченной работы
сил к изгибной жесткости волокна. Установлено значение коэффициента
трения (в пределах от 0,1 до 0,3), возникающего при соприкосновении металлического бойка маятника с волокном. В отличие от методов, требующих
контроля деформации или возникающего усилия, предложенный метод является более эффективным при проведении испытаний при увеличенных
прогибах и повышенной скорости деформации с учетом особенностей взаимодействия испытываемого образца с бойком маятника.
The article presents the results of developing a new method for determining the bending rigidity of bast fiber during its high-speed bending. The need for this work is
caused by the expansion of the field of fiber use, including as reinforcing elements
for the production of composites. The purpose of the work is to improve the accuracy
of bending rigidity determination, reduce the analysis time and bring the test conditions closer to the nature of bending deformations that occur during fiber processing
and the use of materials obtained from them. A test scheme is proposed by deflection
of a fiber sample fixed in the form of a console when its end interacts with a swinging
pendulum striker. A theoretical justification for the bending test method is given taking into account the effect of friction forces and displacement of the contact point
*
Исследование выполнено за счет средств гранта Российского научного фонда (проект № 23-26-00147).
104
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
along the fiber being bent. To estimate the bending rigidity EI, control of the work of
forces arising during deflection is proposed. An algorithm for calculating the ratio of
the expended work of forces to the bending rigidity of the fiber is presented. The value
of the friction coefficient (within the range from 0.1 to 0.3) arising when the metal
pendulum striker comes into contact with the fiber is established. Unlike methods requiring control of deformation or the resulting force, the proposed method is more
effective when conducting tests with increased deflections and increased deformation
rates, taking into account the specifics of the interaction of the test sample with the
pendulum striker.
Ключевые слова: лубяные волокна, изгибная жесткость, метод измерения, скоростной изгиб, затраты энергии при изгибе.
Keywords: bast fibers, bending stiffness, measurement method, speed bending, energy consumption during bending.
Перспективные направления использования лубяных волокон как сырья для производства текстильных изделий, композитов и других материалов специального
назначения [1…3] требуют изучения их
свойств для оптимизации значений параметров процессов их получения и переработки. Поэтому совершенствование способов определения и контроля свойств волокон является актуальным направлением.
Важнейшим показателем качества лубяного волокна является его изгибная жесткость. Стандартный метод определения этой
характеристики по ГОСТ Р 53484-2009
«Лен трепаный. Технические условия» основан на испытании закрепленной в средней части пробы-навески определенной
массы и длины (соответственно 0,42 г и
27 см) посредством прогиба под собственным весом ее свободных участков. Это происходит при малой кривизне оси пробы, что
существенно отличается от характера взаимодействия волокон с рабочими органами
перерабатывающего оборудования при их
получении и переработке [4]. Кроме этого,
испытание волокон по стандартному методу с учетом подготовительных операций
является продолжительным (более 6 часов),
а получаемые результаты подвержены влиянию субъективных факторов и не являются точными [5].
Анализ других известных методов
определения изгибной жесткости нитей и
волокон выявил их недостаток, обусловленный характером нагружения волокон.
Они в основном реализуются под действием статических нагрузок, что также
не соответствует производственным условиям [6…8].
С учетом вышеуказанного поставлена
задача по совершенствованию стандартного метода с целью сокращения продолжительности анализа, повышения точности и прогнозирующей способности результатов испытаний на основе приближения условий их реализации к изгибным
воздействиям, имеющим место в условиях
практики при переработке волокон и эксплуатации получаемых из них материалов.
При решении указанной задачи предложена схема испытания прогиба волокон
при скоростном изгибе в виде консольной
балки (рис. 1).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 1
105
Рассмотрим особенности схемы нагружения волокна при таком прогибе (рис. 2).
энергий в начале испытания и после взаимодействия с прядью по формуле:
𝜋
𝑄п = Р𝑙цт[cos ( − 𝜑0 ) − 𝑐𝑜𝑠𝜑], (1)
2
Рис. 2
При анализе предложенной схемы следует заметить, что известные алгоритмы
расчетов изгибной жесткости базируются
на использовании гипотезы плоских сечений, а особенности деформации подчиняются закону Гука. При таких условиях
необходимо принимать допущение о малости отношения ∆/L < 0,1. Важным обстоятельством также является неучет ряда эффектов, возникающих при взаимодействии
рабочего органа в виде маятника с анализируемым участком волокнистого образца.
Это касается сил трения между поверхностью маятника и волокном, а также имеющего место факта «сползания» по пряди на
величину ≈ Хк точки соприкосновения К
(см. рис. 2). Неучет этих особенностей
нагружения и взаимодействия будет приводить к снижению точности результатов
определения изгибной жесткости EI. Поэтому применительно к схеме, представленной на рис. 1, будем пренебрегать затратами энергии маятника на волновые процессы, возникающие в пряди при ее прогибе вследствие взаимодействия с маятником. Такое допущение оправдано тем, что
масса пряди невелика (≈ 0,1…0,3 г). Полную потерю энергии маятника возможно
определить по разности потенциальных
где Р – вес маятника, равный произведению
его массы и ускорения свободного падения;
𝑙цт расстояние от оси маятника до его центра тяжести; φ и φ0 – конечный и начальный
углы отклонения маятника (см. рис. 1).
Очевидно, что потеря энергии обусловлена двумя факторами: силами сопротивления пряди при ее изгибе и силами трения
маятника о прядь в процессе их взаимодействия. Работу этих сил сопротивления обозначим А. На основе предложенного возможно решение задачи по определению изгибной жесткости волокна EI путем знания
величины А.
Величину работы сил сопротивления Ас
будем определять согласно [9]. Тогда работа, затраченная на изгиб, будет определяться следующим образом: А = Qп – Qс .
Рассмотрим схему нагружения образца
волокон от действия изгибающей силы F
(рис. 3).
Рис. 3
Силы реакции в заделке образца в т. А
определим из уравнений:
∑ 𝑥 = 𝑅𝐴𝑥 − 𝐹𝑠𝑖𝑛𝛾 + 𝐹𝑓𝑐𝑜𝑠𝛾 = 0 , … . (2)
∑ 𝑦 = 𝑅𝐴𝑦 + 𝐹𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝐹𝑓𝑠𝑖𝑛𝛾 = 0, (3)
∑ 𝑀𝐴 = 𝑀𝐴 + 𝐹 (𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑓𝑠𝑖𝑛𝛾) 𝐿 + +𝐹 (𝑠𝑖𝑛𝛾 − 𝑓𝑐𝑜𝑠𝛾) 𝑦𝐵 = 0,
где γ – угол наклона касательной к упругой
линии пряди в точке контакта.
В результате получим:
𝑅𝐴𝑥 = 𝐹 (𝑠𝑖𝑛𝛾 − 𝑓𝑐𝑜𝑠𝛾) ;
106
(4)
𝑅𝐴𝑦 = −𝐹 (𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑓𝑠𝑖𝑛𝛾) .
(5)
𝑀𝐴 = −𝐹[(𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑓𝑠𝑖𝑛𝛾) 𝐿 +
+𝐹 (𝑠𝑖𝑛𝛾 − 𝑓𝑐𝑜𝑠𝛾) 𝑦𝐵 ].
(6)
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Для определения формы изогнутой оси
пряди подобно [10] используем известную
зависимость [11]:
𝑦 ′′
𝐸𝐼𝑧 (1+(𝑦′)2)1.5 = ∑ 𝑀𝑧 .
где 𝑅𝐴𝑥 ; 𝑅𝐴𝑦 ; 𝑀𝐴 определяются по формулам (5) и (6).
Уравнение (8) является нелинейным, поэтому для его решения воспользуемся численным методом Эйлера, согласно которому:
(7)
𝑦 ′′ =
В нашем случае это выражение примет
вид:
где
𝑥𝐵
𝑘=
𝐹
𝐸𝐼
, шаг
𝑅𝐴𝑦 𝑥𝑖−1−𝑅𝐴𝑥 𝑦𝑖−1−𝑀𝐴
𝐹
𝑦
) [1 + ( 𝑖−1
;
𝑦′ =
𝑦𝑖−1−𝑦𝑖−2
∆𝑥
. (9)
) ]
∆𝑥 2 + 2𝑦𝑖−1 − 𝑦𝑖−2 .
(10)
Значение коэффициента трения f согласно
справочным данным [12] приняли равным
0,2. В процессе расчетов величину прогиба (∆ = yв) пряди изменяли от 0 до 5 мм
с шагом 1 мм.
Итоги расчетов представлены в виде графиков на рис. 4 и 5, где а для L1=10 мм;
б для L1= 30 мм.
Из анализа графиков, представленных
на рис. 4, следует нелинейный характер изменения параметра k, а значит, и нелинейный характер изменения силы, действующей на прядь (считаем EI = const). Очевидно, что с уменьшением L степень нелинейности возрастает.
Графические зависимости, представленные на рис. 5, позволяют определить, при
каком значении прогиба пряди произойдет
потеря ее контакта с маятником при его перемещении. Это будет возникать, когда
длина упругой линии изогнутой пряди
сравняется с длиной пряди.
интегрирования ∆𝑥 =
𝑁
|𝑦𝑁 − 𝑦𝐵 | ≤ 𝜀;
1,5
−𝑦𝑖−2 2
∆𝑥
, число шагов N = 1000.
В уравнении (10) имеем две неизвестные величины, это k и угол γ, от которого
зависят реакции связей. Отметим, что в
точке контакта 𝑡𝑔𝛾 = 𝑦 ′ (𝐿 ).
Решение (10) осуществили с использованием программы Mathcad, обеспечивая
точность вычислений, определяемую величиной 𝜀 = 10−6 , а также выбором таких
значений k и γ, при которых выполняются
следующие неравенства:
=
∆𝑥 2
Преобразовав (8) с учетом формул (5),
(6), (9), получим:
𝑦 ′′
𝐸𝐼𝑧 (1+(𝑦′)2)1.5 = 𝑅𝐴𝑦 𝑥 − 𝑅𝐴𝑥 𝑦 − 𝑀𝐴 , (8)
𝑦𝑖 = −𝑘 (
𝑦𝑖 −2𝑦𝑖−1+𝑦𝑖−2
𝑦𝑖−1 − 𝑦𝑖−2
≤ 𝜀.
∆𝑥
Расчеты провели для разных значений
расстояния L, но при каждом из них ‒ для
двух значений длины консоли L1, а именно
для 10 и 30 мм. Так, для консоли длиной
10 мм величину L приняли равной: 8,0; 9,0;
9,5 мм, а для 30 мм – L = 28,0; 29,0; 29,5 мм.
а)
б)
Рис. 4
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
107
а)
б)
Рис. 5
Для расчета значений прогиба, при котором произойдет потеря контакта пряди с
маятником, осуществили аппроксимацию
данных полиномом (рис. 4 и 5). При выборе
его степени установлено, что полином второго порядка достаточно точно описывает
полученные значения при расчетах. Допол-
нительно также получили полином для зависимости угла наклона касательной к
упругой линии пряди в точке контакта от
величины прогиба, то есть γ(yB). Например,
для консоли длиной L1 = 30 мм и при
L = 29,5 мм зависимости k(yB), L2(yB) и
γ(yB) имеют вид:
k(yB)=a+byB+cyB2; L2(yB)=a1+b1yB+c1yB2 ; γ(yB)=a2+b2yB+2cyB2 ,
где a = -6,26036; b = 131,11865; c = -3,17585,
a1 = 29,48987; b1 = 0,01333; c1 = 0,01856,
a2 = -0,00105; b2 = 0,05286; c2 = -0,00037.
Приравняв L2(yB) к длине пряди L1 и
решив полученное уравнение, можно найти
величину yB, при которой контакт между
маятником и прядью прерывается. Так,
например, при длине консоли L1=30 мм и
L = 29,5 мм контакта не будет при отклонении yB = 4,9 мм, а при L = 29,0 мм и
(11)
L = 28,0 мм это произойдет соответственно
при yB = 6,98 и 9,82 мм.
Обобщение результатов расчетов позволило получить графические зависимости
прогиба консоли L1 длиной 10 мм и 30 мм
в момент прекращения ее контакта с маятником от расстояния L (рис. 6: а для
L1=10 мм; б ‒ для L1=30 мм).
а)
б)
Рис. 6
108
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
а)
б)
Рис. 7
Известно [13], что работу А сил, изгибающих прядь, можно найти, проинтегрировав силу в пределах перемещения точки ее
приложения. Тогда отношение работы А к
изгибной жесткости пряди EI возможно
определить по формуле:
А
𝐸𝐼
формации или возникающего усилия, предложенный метод является более эффективным в части точности анализа в условиях
повышенной скорости прогиба и учета особенностей взаимодействия испытываемого
образца с бойком маятника.
ВЫВОДЫ
𝑦𝐵
= ∫0 𝑘(𝑥)(𝑐𝑜𝑠𝛾 + 𝑓𝑠𝑖𝑛𝛾) 𝑑𝑥 , (12)
где yв – прогиб пряди, при котором теряется ее контакт с маятником; k(x) и γ –
функции, определяемые по выражениям (11).
В результате численного интегрирования выражения (12) получили зависимости
А/EI = f(L) для разных значений L1 при коэффициенте трения f = 0,2 (рис. 7).
Для практического использования зависимостей А/EI = f(L) представляет интерес
влияние на величину отношения А/EI значения коэффициента трения f. Поэтому
проведены расчеты с использованием выражения (12) и программы Mathcad для разных значений f (0,1; 0,2; 0,3). Оценку влияния f провели при условии, что L равно 9 и
29 мм. Полученные результаты позволили
заключить, что в пределах изменения коэффициента трения от 0,1 до 0,3 относительная погрешность при определении А/EI составит не более 6%. Такой результат позволяет величину f при расчетах принимать
равной 0,2.
Таким образом, в результате проведенного анализа дано теоретическое обоснование метода оценки изгибной жесткости волокон в зависимости от величины совершенной при изгибе образца работы. В отличие от методов, требующих контроля де-
1. Существующие методы определения
гибкости волокон длительны и реализуются в условиях упругих деформаций и статического нагружения анализируемого образца, что снижает точность результатов
анализа и их прогнозирующую способность
из-за несоответствия условий испытаний
характеру взаимодействий волокон с рабочими органами машин, имеющих место при
их переработке и эксплуатации.
2. Для сокращения продолжительности
анализа и обеспечения скоростного изгиба
предложена схема испытания на основе
прогиба анализируемой пробы волокна в
виде консоли концом бойка маятника при
его перемещении.
3. Характерной при предложенном виде
испытаний является величина в виде отношения совершаемой при изгибе работы к
изгибной жесткости волокна. Предложенный алгоритм расчета этого отношения при
учете сил трения и смещения точки контакта волокна с бойком маятника позволяет
на основе совершаемой при изгибе работы
определять изгибную жесткость анализируемой пробы волокна в интервале изменения
коэффициента трения волокна с бойком маятника от 0,1 до 0,3.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
109
ЛИТЕРАТУРА
REFERENCES
1. Смирнова В.Р., Чернявский С.В., Васильева Ю.С. Легкая промышленность России в разрезе
государственной политики импортозамещения и инновационного развития // Вестник Томского государственного университета. Экономика. 2023. № 63.
С. 74…91.
2. Севастьянов Д.В., Сутубалов И.В., Дасковский М.И., Шеин Е.А. Полимерные биокомпозиты на
основе биоразлагаемых связующих, армированных
натуральными волокнами (обзор) // Авиационные
материалы и технологии. 2017. № 4. С. 42…50.
3. Surid S.M., Sayed Patwary M.A., Gafur M.A. A
Review on Fabrication and Physico-Mechanical сharacterizations of Fiber Reinforced вiocomposites // International jounal of scientific. Technology research. № 9,
september 2020. ‒ https://www.researchgate.net/publication/348009586.
4. Смельская И.Ф., Ильин Л.С., Жуков В.И., Кротов В.Н. Прядение льна: учебник. Кострома: КГТУ,
2007. 544 с.
5. Пашин Е.Л., Орлов А.В. Недостатки существующего метода определения гибкости трепаного
льноволокна и их влияние на его номер по стандарту
// Аграрный вестник Нечерноземья 2023. № 4.
С. 58…68.
6. Крутикова В.Р., Общанская И.В., Лустгартен Н.В. Определение жесткости нити при изгибе //
Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2004. № 2. С. 11…14.
7. Егоров Н.В., Щербаков В.П. Новый метод расчета жесткости нити при изгибе // Известия вузов.
Технология текстильной промышленности. 2010.
№ 5. С. 23…27.
8. Гречухин А.П. Способ определения жесткости
нити при изгибе // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2014. № 5. С. 47…51.
9. Орлов А.В., Пашин Е.Л. Совершенствование
способа верификации разрывной машины копрового типа по потерям энергии на трение // Технологии и качество. 2023. № 3. С. 17…22.
10. Разин С.Н., Пашин Е.Л., Орлов А.В. Метод
определения изгибной жесткости льняного волокна
для его квалиметрии: обоснование алгоритма испытания // Известия вузов. Технология текстильной
промышленности. 2023. № 3. С. 81…87.
11. Попов Е.П. Теория и расчет гибких упругих
стержней. М.: Наука, 1986. 296 с.
12. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения: справ. пособие. 2-е изд. М.:
Машгиз, 1962. 220 с.
13. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. М.: Кнорус, 2011. 603 с.
1. Smirnova V.R., Chernyavski S.V., Vasiljeva Yu.S.
Russian light industry in the context of state policy of
import replacement and innovation // Vestnik
Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Ekonomika.
2023, No 63, pp. 74…61.
2. Sevastjanov D.V., Sutubalov I.V., Daskovskij M.I., Shein E.A. Polymer bio-composites based on
bio-degradable compounds, reinforced with natural fibers (overview) // Aviation materials and technologies.
2017, No 4, pp. 42…50.
3. Surid S.M., Sayed Patwary M.A., Gafur M.A. A
Review on Fabrication and Physico-Mechanical сharacterizations of Fiber Reinforced вiocomposites // International jounal of scientific. Technology research. No 9,
september 2020. ‒ https://www.researchgate.net/publication/348009586.
4. Smelskaja I.F., Iljin L.S., Zhukov V.I., Krotov V.N.
Flax spinning: textbook. Kostroma, KSTU, 2007. 544 p.
5. Pashin E.L., Orlov A.V. Flaws of existing method
of measuring flexibility of scutched flax fiber and their
effect on standard category number // Agrarnyj vestnik
Nechernozemja. 2023, No 4, pp. 58…68.
6. Krutikova V.R., Obschanskaja I.V., Lustgarten N.V. Determining rigidity of thread during bending // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2004, No 2,
pp. 11…14.
7. Egorov N.V., Scherbakov V.P. New method of
calculating fiber flexibility during bending // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 2010, No 5, pp. 23…27.
8. Grechukhin A.P. The method of determining the
rigidity of the thread at the bend // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi
Promyshlennosti. 2014, No 5, pp. 47…51.
9. Orlov A.V., Pashin E.L. Improving verification of
pendulum-based tensile strength testing machine using
energy loss due to friction // Tekhnologii i kachestvo.
2023, No 3, pp. 17…22.
10. Razin S.N., Pashin E.L., Orlov A.V. A method
of measuring bending rigidity of flax fiber during its
qualimetry: determining properties of a testing algorithm // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2023, issue 3, pp. 81…87.
11. Popov E.P. Theory and calculation of flexible
elastic rods. Moscow: Nauka, 1986. 296 p.
12. Kragelsky I.V., Vinogradova I.E. Friction coefficients: reference manual. 2nd ed. Moscow: Mashgiz,
1962. 220 p.
13. Jablonskij A.A., Nikiforova V.M. Course of theoretical mechanics. Moscow: Knorus. 2011. 603 p.
Рекомендована кафедрой технических систем в
агропромышленном комплексе Костромской ГСХА
15.04.24.
_______________
110
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 685.34.07, 685.61
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_111
ВЛИЯНИЕ РИСУНКА ПРОТЕКТОРА ПОДОШВЫ
НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБУВИ
INFLUENCE OF SOLE TREAD PATTERN
ON THE PERFORMANCE CHARACTERISTICS OF FOOTWEAR
О.В. СИНЕВА, В.В. КОСТЫЛЕВА, Ю.С. КОНАРЕВА, Л.А. КИРЕЕВА
O.V. SINEVA, V.V. KOSTYLEVA, Y.S. KONAREVA, L.A. KIREEVA
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В работе предложены научно-практические решения задачи разработки
функционально и эргономически обоснованного рисунка протектора подошв.
В качестве исходных данных для разработки рисунка ходовой поверхности
плоской подошвы служит теоретический анализ кинематики движения
нижних конечностей при ходьбе. Проанализированы особенности воздействия городской среды на работу ходовой поверхности подошвы. Показаны
происхождение и области использования ламелей. Результаты исследования представлены в виде рисунка ходовой поверхности подошвы с водоотводящими каналами.
The work proposes scientific and practical solutions to the problem of developing
a functionally and ergonomically sound tread pattern for soles. The initial data for
developing the pattern of the running surface of a flat sole is a theoretical analysis
of the kinematics of movement of the lower extremities when walking. The features
of the impact of the urban environment on the operation of the running surface of
the sole are analyzed. The origin and areas of use of the lamellas are shown. The
results of the study are presented in the form of a drawing of the running surface of
the sole with drainage channels.
Ключевые слова: стопа, фазы ходьбы, подошва, рисунок протектора, ламели, конструкторско-технологические решения.
Keywords: foot, walking phases, sole, tread pattern, lamellae, design and technological solutions.
Введение
Влияние кинематики и динамики движения нижних конечностей во время ходьбы на
проектирование подошвы.
Динамика ходьбы дает представление о
силах, действующих на человека во время
ходьбы. Иннервационная структура ходьбы
представляет собой внешние и внутренние
вращающие моменты, которые определяются мышечным усилием в различные фазы
ходьбы, а также распределение усилий
различных групп мышц и пространственно-временную характеристику работы мышц [1, 2]. При ходьбе стопа выполняет четыре основные функции: адаптация к неровностям поверхности, поглощение энергии удара при приземлении,
функцию жесткого увеличения рычага
для передачи вращательного момента вышележащим сегментам, перераспределе-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
111
ние и смягчение ротационных усилий вышележащих сегментов. На рис. 1 представлены
4 основные фазы опорной реакции [2].
Можно заметить, что биомеханика стопы и
функции стопы в различные фазы шага различны.
Рис. 1
В работе Петра Бриша проведен анализ
функционального состояния стоп, который
показал, что в точке опоры на пятку приходиться 3/6 веса всего тела, в точке опоры на
первую и пятую плюсневую кости 2/6 и 1/6
веса тела соответственно. Согласно этому в
конструкции подошвы обуви целесообразно
создавать ложе для пятки. Изобразим
наглядно, как располагается такая кривая
максимального давления стопы на опору во
время ходьбы (рис. 2) [3].
Рис. 2
Самые большие изменения давления
происходят в области пятки (20-60 Н/см2),
под головкой первой плюсневой кости (2065 Н/см2) и зависят от физико-механических
свойств подошвы.
Теоретические основы конструирования
подошв
Формованные подошвы изготавливают из
резиновых смесей (тунит), термоэластопластов (ТЭП), поливинилхлорида (ПВХ), полиуретана (ПУ), термополиуретана (ТПУ), облег-
112
ченного полиуретана (ПУ Light), этиленвинилацетата (EVA) с каблуком [4] и без
каблука, профилированные, имеющие
разную толщину на различных участках, и
плоские, одинаковой толщины по всей
площади. Подошвы могут иметь рисунки
на ходовой поверхности, урезе каблука,
простилочный выступ, рант, полости для
облегчения каблука и подошвы.
Рассмотрим подробнее проектирование
ходовой поверхности подошвы. Внешний
контур подошвы определяется горизонтальной проекцией неходовой поверхности подошвы [5]. С учетом наклона и
формы уреза подошвы строится контур ее
ходовой поверхности. Рисунок разрабатывается с учетом технологических, эксплуатационных и эстетических требований.
Очевидным преимуществом формованных
подошв является возможность воплощения значительного числа дизайнерских
решений, фантазии модельеров обуви.
Обычно функциональность подошвы с
конкретным рисунком ходовой поверхности включает в себя три аспекта [6]:
- химическая формула материала подошвы (подметки);
- рисунок протектора;
- возможность комбинирования материалов различной плотности (вязкости)
подметки.
Геометрия рисунка протектора в значительной мере влияет на оптимальное
соотношение сцепление/износостойкость.
Чем уже элемент протектора, тем лучше
сцепление; чем шире, тем выше износостойкость [7]. Для лучшего сцепления
необходимо большое количество элементов в носочно-пучковой части (подметка)
в совокупности с достаточной глубиной
протектора, а для износостойкости минимальное количество элементов и максимальная площадь их контакта с поверхностью. Результаты испытаний одиннадцати
типов рисунков рифлений показали, что
ламели рисунков, выполненных асимметричным зигзагом и ромбами, почти не забиваются грязью, не скользят и износостойки. Неудовлетворительные результаты показали:
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
- симметричные рисунки рифлений, так
как они сильно забивались грязью и камнями;
- продольно-поперечное рифление ввиду
неудовлетворительной износостойкости;
- букле, которое практически не имеет
сцепления с мягким грунтом.
В работе Глазуновой Н.А. [8] исследовались деформационные и прочностные характеристики низа обуви в зависимости от
формы, размера и местоположения рифления
подошвы. Установлено, что при прочих равных условиях:
● с увеличением толщины подошвы от 8 до
15 мм при постоянной форме рифлений напряжения в рифлении увеличиваются на 41%;
● при увеличении глубины рифления от 5
до 7,5 мм напряжения в подошве возрастают
на 25%;
● при увеличении радиуса закругления в
наивысшей точке рифления напряжения при
изгибе подошвы уменьшаются. Для рифлений
глубиной 6,5 мм при увеличении радиуса закругления от 1,5 до 5 мм напряжения снизились на 20%. Для рифлений глубиной 7,5 мм
при увеличении радиуса закругления от 1,1 до
5 мм напряжения сократились на 24%;
● при одинаковой нагрузке в рифлении с
прямоугольным сечением напряжения на 8%
выше, чем в рифлении с круглым сечением.
Рекомендуемые размеры рифления: минимальная ширина между элементами протектора 2 мм, минимальная глубина рифления 2 мм, ширина элемента варьируется от 3
до 20 мм. В области пучков: канавки рифлений не должны располагаться параллельно
линии перегиба стопы в фазе ходьбы «перекат с пятки на носок»; контуры рифлений не
должны иметь прямых углов как в основании
канавки, так и на ходовой поверхности; для
рифлений, расположенных параллельно линии изгиба в носочно-пучковой части, отношение ширины канавки к высоте рифлений
должно быть 1:1; чем больше разница между
высотой приподнятости пяточной части и
толщиной подошвы в пучковой части, тем
меньше эффективный угол изгиба и напряжение при изгибе подошвы.
Происхождение и применение ламелей
Ламель узкая канавка на протекторе
шины. Первоначально слово обозначало
участки протектора, разделенные канавками,
но постепенно слово «ламелирование»
(нарезание бороздок, разделяющих протектор на пластинки) перешло на обозначение самих нарезанных канавок.
Протектор (от лат. protector тот, кто
прикрывает, защищает) [9] элемент
шины (покрышки) колеса, предназначенный для защиты внутренней части шины
от проколов и повреждений, а также для
формирования оптимального пятна контакта шины.
Термин «ламели» появился в первой
половине 60-х годов ХХ века, когда серийно производимые шины стали совершенствоваться и на рисунке их протектора появились небольшие разрезы в блоках профиля покрышки. Этот элемент дизайна и технического решения позволил
существенно улучшить сцепление шины с
дорожным полотном. От формы и глубины ламелей зависят сцепные свойства
различных покрытий. Ламели присутствуют как на летних моделях, так и на
моделях шин для зимней эксплуатации.
В последнем случае наличие ламелей играет предопределяющую роль в выборе
авторезины для снега или льда. Наличие
ламелей на блоках протектора существенно увеличивает эластичность шины.
Причем это свойство проявляется только
тогда, когда в нем есть потребность. При
помощи технологии ламелирования удается увеличить тяговое усилие без изменения размера пятна контакта. Использование ламелей в протекторе имеет и обратную сторону: большое количество ламелей ухудшает сцепление с полотном в
условиях дождя. Такие шины подвержены
аквапланированию. Для решения этой
проблемы инженеры предложили снабжать рисунок протектора глубокими канавками высокой жесткости. Они компенсируют эластичность ламелированной
шины, позволяют эффективно отводить
воду из-под пятна контакта. Применительно к обуви ламели выполняются в
виде каналов, отводящих воду, а также
надсечек, увеличивающих сцепление с поверхностью. В повседневной обуви подошва рассматривается в основном с
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
113
точки зрения дизайна, и поэтому на рисунке
протектора не отображена четкая система водоотводящих ламелей. Ведущие производители спортивной обуви, напротив, уделяют
больше внимания разработке подошвы более
функциональной, чем эстетичной. На рисунке протектора спортивной обуви ламели
обычно располагаются радиально либо перпендикулярно к оси следа подошвы.
Особенности среды, в которой применяются подошвы
Защита от воздействия факторов окружающей среды, таких как атмосферные осадки
в виде дождя и снега, холод, является одной
их важнейших функций одежды и обуви.
Анализ результатов многочисленных экспертных исследований показывает, что одной из значимых характеристик, определяющих качество потребительских товаров, является водозащитная функция используемых
материалов [10].
Главными особенностями для любой городской среды европейской части России,
где климат в основном умеренно-континентальный, являются повышенное содержание
пыли и грязи, твердый грунт (асфальт, брусчатка, плитка), наличие неровных участков,
которые в сезон выпадения осадков наполнены водой, так как сток для дождевой воды
не везде предусмотрен. К примеру, в Москве
и области за год выпадает в среднем
550…650 мм осадков, две трети в виде дождя, одна треть в виде снега. Кроме того,
территория Московской области расположена в большей степени в низменности, что
объясняет такое частое явление, как лужи,
из-за высокого уровня грунтовых вод. Поэтому в период сезонных осадков городские
жители используют в огромных количествах
водоотталкивающие средства для обуви, что
отрицательно сказывается на потребительских свойствах обуви и затратах на их поддержание. Разрабатываемый рисунок протектора в теории должен снизить инерционные брызги, образующиеся во время переноса веса тела и становления на пятку. Очевидно, что разрабатываемые конструкторско-технологические решения в деталях низа
обуви не обеспечат потребителям менее загрязненные детали верха в равной степени,
так как у всех свой характер походки. В этом
114
случае будет целесообразно уделить большее внимание свойствам воды и характеру ее движения между подошвой и опорой во всех фазах шага. Во время первых
трех фаз (опоры на пятку, полного становления на стопу и переката) вода будет двигаться в направлении движения человека
и в стороны. Для наилучшего сцепления
подметки с поверхностью необходимо
обеспечить централизованный отвод воды
по канальцам. В фазы отталкивания стопы
от опоры некоторое количество воды с поверхности остается в углублениях рисунка рифления подошвы. Эта оставшаяся
часть воды в фазу переноса стопы и становления на пятку движется по траектории стопы относительно коленного сустава с учетом сил межмолекулярного
воздействия и поверхностного натяжения,
а также веса и сил притяжения. В связи с
вышеизложенным человек, перенося
стопу во время ходьбы, увеличивает потенциальную энергию оставшейся в протекторе его обуви воды. При выбросе ноги
для осуществления шага вода движется по
ходовой стороне подошвы со скоростью
идущего человека, и, отрываясь от поверхности носочной части, капли воды по
инерции подлетают вверх и потом падают
вниз на верх обуви, при этом траектория
полета некоторых капель похожа на
петлю (крюк).
Результаты и обсуждения
Выполнение рисунка на ходовой поверхности в основном процесс творческий, однако в данной работе при его разработке учтены все положения, определяющие построение конструктивно-декоративных элементов рисунка рифления подметки, описанные выше. Главной направляющей для оформления элементов рисунка протектора является кривая максимального давления на опору во время
ходьбы [3]. Вдоль заданной линии строятся широкие элементы (от 20 до 30 мм)
разной конфигурации по задумке разработчика, которые имеют сглаженные края
и повторяют изгиб ходовой поверхности
подошвы. По краям располагаются меньшие по размерам (от 10 до 20 мм) эле-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
менты. Такая геометрия подошвы с рисунком рифлений, удерживающим воду на ходовой поверхности (рис. 3), обеспечит высокую износостойкость и необходимое сцепление с грунтом в условиях городской среды.
Рекомендуется изготовлять элементы протектора и подошву из разных материалов для
достижения необходимого соотношения
«долговечность – комфорт».
Предлагаемое конструкторско-технологическое решение позволяет осуществлять отвод воды из области контакта с поверхностью опоры и в фазы переноса
стопы изменять траекторию полета капель, направляя их вниз. Разработанный
рисунок протектора решает проблему загрязнения одежды и верха обуви инерционными брызгами с учетом требований к
износостойкости подошвы и ее сцеплению с поверхностью.
ВЫВОДЫ
Рис. 3
Расстояние между элементами уменьшается с 5 до 1,5…2 мм в направлении от центра к краю подошвы, что обеспечивает задержку воды в ламелях при осуществлении
локомоторного акта. Вода свободно движется по наиболее крупным водоотводящим
канальцам. При их сужении скорость жидкости теряется благодаря силам поверхностного натяжения, которые уравновешиваются
силами тяжести жидкости и силами инерции.
На рис. 4 представлена схема движения воды
по ламелям протектора подошвы. За отвод
основного объема воды на рисунке протектора отвечает главная направляющая, так как
она имеет наибольшую ширину, и в местах
пяточного и носочного закруглений глубина
ламели плавно переходит на толщину всей
подошвы.
Рис. 4
Разработаны конструкторско-технологические решения рисунка протектора подошвы, направленные на снижение загрязнений одежды и обуви брызгами, образованными силами инерции, возникающими при совершении локомоторного акта:
- уменьшение от центра к краям подошвы размеров элементов протектора и
расстояния между ними;
- расположение главной водоотводящей ламели по кривой наибольших напряжений стопы на опору во время ходьбы;
- плавный переход глубины главного
водоотводящего канала на общую толщину
подошвы, который обеспечивает изменение траектории полета капель во время переноса стопы для осуществления шага.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кочетков К.С. Исследование изгибной
жесткости обуви и ее влияния на биомеханику
нижних конечностей: дис. … канд. техн. наук. М.,
2017. 162 с.
2. Угнивенко В.И. Кинематика и динамика
стопы при ходьбе. – https://tri.by/articles/pitanie-imedicina
/kinematika-i-dinamika-stopy-pri-hodbe/
(дата обращения 17.04.2024).
3. Бриш П. Разработка и обоснование конструктивных параметров низа обуви для активного
отдыха: дис. … канд. техн. наук. М., 1989. 148 с.
4. Белицкая О.А., Костылева В.В., Фокина
А.А. и др. Материалы шумопоглощающих
устройств каблуков обуви // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 3(405). – С. 243…249. –
DOI 10.47367/0021-3497_2023_3_243.
5. Стронгин Б.М. Проектирование пресс-форм
обувного производства. М.: Легпромбытиздат,
1988. 120 с.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
115
6. Костылева В.В., Синева О.В. Поверхности и
элементы формованной подошвы в дизайне обуви //
Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности (ИННОВАЦИИ-2020). М.: РГУ
имени А.Н. Косыгина, 2020. Ч. 1. С. 136…139.
7. Коновалов К.Г. Прогнозирование износостойкости подошв рабочей обуви // Потребительская кооперация. 2016. № 1(52). С. 53…58.
8. Глазунова Н.А. Разработка и применение метода определения деформационных и прочностных
характеристик низа обуви с использованием метода
конечных элементов: дис. … канд. техн. наук. Самара,
2009. 145 с.
9. Кондрашов В.О., Соколова М.Ю. Определение напряженно-деформированного состояния протектора шины в местах крепления шипов // Известия
ТулГУ. Естественные науки. 2015. №4. C. 144…152.
10. Зимина М.В., Чагина Л.Л. Комплексная
оценка водозащитных свойств материалов с учетом
действия эксплуатационных и технологических факторов // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2023. № 4(406).
С. 103…110. – DOI 10.47367/0021-3497_2023_4_103.
REFERENCES
1. Kochetkov K. S. Study of the bending rigidity of shoes
and its effect on the biomechanics of the lower extremities:
diss... . Ph.D. tech. Sci. – M., 2017. – 162 p.
2. Ugnivenko V.I. Kinematics and dynamics of the
foot when walking / TRI.by: website. – URL:
https://tri.by/articles/pitanie-i-medicina/kinematika-idinamika-stopy-pri-hodbe/ (date accessed 04/17/2024).
3. Brish P. Development and justification of the design parameters of the bottom of shoes for active recreation: diss…. Ph.D. tech. Sci. M., 1989. 148 pp.
4. Belitskaya O.A., Kostyleva V.V., Fokina A.A. et al.
Materials of soundabsorbing devices heel shoes //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
116
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023.
No. 3(405). P. 243...249. – DOI 10.47367/00213497_2023_3_243.
5. Strongin B. M. Design of molds for shoe production. – Moscow: Legprombytizdat, 1988. – 120 p.
6. Kostyleva V.V., Sineva O.V. Surfaces and elements of molded soles in shoe design // Design, technologies and innovations in textile and light industry
(INNOVATIONS-2020). Moscow: RSU named after
A.N. Kosygina, 2020. Part 1. P. 136...139.
7. Konovalov K.G. Forecasting the wear resistance
of work shoe soles // Consumer cooperation. 2016. No.
1(52). pp. 53…58.
8. Glazunova N. A. Development and application
of a method for determining the deformation and
strength characteristics of the bottom of shoes using
the finite element method: dis. Ph.D. tech. Sciences.
Samara, 2009. 145 p.
9. Kondrashov V.O., Sokolova M.Yu. Determination of the stress-strain state of the tire tread at the
points where the studs are attached // Izvestia of Tula
State University. Natural Sciences. 2015. No. 4.
https://cyberleninka.ru/article/n/opredelenie-napryazhenno-deformirovannogo-sostoyaniya-protektorashiny-v-mestah-krepleniya-shipov (date of access:
06/25/2024).
10. Zimina M.V., Chagina L.L. Comprehensive assessment of the waterproof properties of materials taking into account the action operational and technological factors // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2023. No. 4(406). P. 103...110. – DOI
10.47367/0021-3497_2023_4_103.
Рекомендована кафедрой художественного
моделирования, конструирования и технологии
изделий из кожи РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677. 076
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_117
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ
КОМПОЗИТНОГО СЛОИСТОГО ТЕКСТИЛЬНОГО ИЗДЕЛИЯ
DEFINING PROPERTIES
OF COMPOSITE LAYERED TEXTILE PRODUCT
М.А. СТАШЕВА, Т.О. ГОЙС, Т.Н. НОВОСАД, В.А. ЗЯБЛОВ, С.Е. ШИПОВА
M.A. STASHEVA, T.O. GOIS, T.N. NOVOSAD, V.A. ZYABLOV, S.E. SHIPOVA
(Ивановский государственный политехнический университет)
(Ivanovo State Polytechnic University)
E-mail: k_ [email protected]
Разработка текстильных материалов с заранее заданными свойствами
и эффективное их использование при проектировании и изготовлении изделий бытового и технического назначения является актуальной и новой задачей в области производства «умного» текстиля. Переход к композитным
текстильным изделиям, полученным различными способами соединения отдельных их компонентов, позволяет производить качественно новые текстильные изделия с заданными эксплуатационными свойствами и приобретенными дополнительными технологическими функциями.
В работе с целью определения необходимых по составу свойств композитных слоистых текстильных изделий предложена форма условных обозначений их различных структур, применяемых для производства бытовой,
адаптивной и специальной одежды, предметов домашнего текстиля, электропроводящих текстильных изделий, анатомических и ортопедических
матрасов, теплоизоляционных и строительных материалов. Приведены результаты экспериментальных исследований композитного слоистого текстильного изделия по определяющим показателям качества с возможностью прогнозирования значений по показателям обкладочных тканых полотен. Применено инновационное решение по способу производства, раскрою
и креплению композитных слоистых текстильных изделий в соответствии
с их назначением в бытовом или технологическом объекте.
The development of textile materials with predetermined properties and their effective use in the design and manufacture of household and technical products is an
urgent and new task in the field of "smart textiles" production. The broad possibilities in this direction lie in the transition to composite textiles obtained by various
methods of joining their individual components. As a result, this approach allows us
to have qualitatively new textile products with specified performance properties and
acquired additional technological functions.
In order to determine the properties of composite layered textiles necessary in
terms of composition, the form of conditional values of their various structures used
for the production of household, adaptive and special clothing, household textiles,
electrically conductive textiles, anatomical and orthopedic mattresses, thermal insulation and building materials is proposed. The results of experimental studies of a
composite layered textile product according to the defining quality indicators with
the possibility of predicting values based on the indicators of lining woven fabrics
are presented. An innovative solution has been applied for the production method,
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
117
cutting and fastening of composite layered textiles in accordance with their purpose
in a designated household or technological facility.
Ключевые слова: текстильное изделие, слоистый композит, варианты
компоновки, показатели качества, оценка.
Keywords: textile product, layered composite, layout options, quality indicators, assessment.
Введение
Научный и производственный интерес к
разработке композитных слоистых (многослойных) текстильных изделий (КСТИ)
объясняется прежде всего потенциальной
возможностью создания изделий с дополнительными полезными свойствами, в которых сочетаются разнообразные свойства
и технологические функции исходных материалов.
Ассортимент композитных слоистых
текстильных изделий достаточно широкий,
они применяются как для изготовления
продукции бытового назначения (например, верхней [1], адаптивной [2] и специальной [3] одежды, анатомических и ортопедических матрацев [4]), так и для использования в объектах технического назначения (например, при теплоизоляции трубопроводов горячего и холодного водоснабжения [5], производстве бетонного полотна
[6]). В общероссийском классификаторе
продукции ОК 034-2014 (КПЕС-2008) по
видам экономической деятельности КСТИ
можно условно отнести к 13 классу соответствующих групп:
- 13.99.16 Материалы текстильные
стеганые в куске;
- 13.99.19 Материалы и изделия текстильные прочие, не включенные в другие
группировки.
Необходимо отметить, что развернутой
классификации КСТИ (например, по признаку назначения, как это осуществлено
для других текстильных изделий) в ОК 0342014 не предусмотрено, что, очевидно, связано с отсутствием структурного описания
и соответствующего обозначения (кодирования) данного класса текстильных изделий.
Поэтому на первом этапе исследования
проводили структурный анализ существующих вариантов составления композита
(пакета) из текстильных материалов различных видов и способов их соединения,
применяемых для решения как бытовых,
так и технических задач, с выделением соответствующих приобретенных определяющих свойств (табл. 1).
Таблица 1
Вариант
Структура
слоистого
изделия
Назначение
Определяющие свойства
Условные обозначения:
ТП – тканое полотно; ТрП – трикотажное полотно; НП – нетканое полотно; МТ – мембранная ткань;
ГМ – гидрофобная мембрана; ТС – тканая сетка; МП – мембранная пленка; ТБ – ткань из базальтовых волокон;
В – войлок; НН – несвязный наполнитель; ЭН – электропроводная нить; НС – ниточное соединение;
КС – клеевое соединение; СС – соединение сваркой
1
(ТП+НП+ТП)НС
Производство стеганых одеял
Плотность
(исследуемое изделие)
Теплопроводность
2
(МТ+НН+ТП)НС
Производство пуховой одежды [1, 7]
Плотность
Теплопроводность
Сжимаемость
3
(МТ+НП+ТрП)НС
Теплоизоляция адаптивной одежды [2, 8]
Теплопроводность
Воздухопроницаемость
Паропроницаемость
4
(ТП+ГМ+НП)КС
Теплозащита одежды специального
Теплопроводность
назначения [3, 9, 10]
Воздухопроницаемость
Паропроницаемость
118
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
5
(ТП+ЭН+НП)КС
Производство электропроводящего
текстильного изделия [11]
6
(ТП+НП+В)
Производство верха матраца [4]
7
(ТС+ НП+ТБ)НС
8
(ТС + НП + МП)
Теплоизоляция трубопроводов
и технологического оборудования
(ГОСТ 21880-2011. Маты из минеральной
ваты прошивные теплоизоляционные.
Технические условия)
Производство бетонного полотна [6]
9
(ТС+ НП+ТБ)НС
Теплоизоляция в качестве ограждающих
конструкций зданий и сооружений [12]
Методы исследования
В качестве объекта исследования выбран композитный трехслойный материал
артикула «Q3.5.090.БВ» (внутренний артикул предприятия, связанный с особенностями технологического процесса производства изделия), содержащий термоскрепленный нетканый материал с обкладками из
хлопчатобумажных тканых полотен вида
«байка», соединенных ниточными швами в
продольном и поперечном направлении.
Нетканый материал имеет артикул «Вайкан
70 софт 096/б», который расшифровываГруппа
показателей
качества
Назначения
Эксплуатационной
надежности
Технологичности
Показатель качества,
единица измерения
Поверхностная плотность, г/м2
Коэффициент вариации
по поверхностной плотности, %
Разрывная нагрузка, Н
- по длине
- по ширине
Жесткость, мН·см2
Устойчивость к действию светопогоды
(падение прочности), %
- по длине
- по ширине
Воздухопроницаемость, дм3/м2 с
Гигроскопичность, %
Несминаемость, %
Изменение линейных размеров
после мокрых воздействий, %:
- по длине
- по ширине
Окончание табл. 2
Теплоотдача
Сопротивление
(углеродной нити)
Плотность
Прочность (на растяжение)
Плотность
Теплопроводность
Сжимаемость
Упругость
Прочность (на растяжение)
Толщина
Прочность (на растяжение)
Жесткость (гибкость)
Насыщаемость
цементно-песчаной смесью
Плотность
Теплопроводность
Сжимаемость
ется следующим образом: содержит 70 %
полиэфирных и 30% отбеленных пеньковых (конопляных) волокон; ширина изделия составляет 0,96 м; буква «б» указывает
на бежевый цвет волокна. Данное композитное изделие выпускается ООО «Предприятие нетканых материалов» (г. Вязники
Владимирской области) и предназначено
для производства предметов домашнего
текстиля (одеял, подушек, чехлов), верха
матрацев, а также других изделий бытового
назначения.
Таблица 2
Значения показателей качества
Композитное
Полотно
слоистое
тканое
нетканое
текстильное
(прогнозируемое/
изделие
нормативное)
960
207
376 / 360
2,8
6,5
4,6 / 5,0
813,0
1080,0
893
4,5
7,5
59
409 / 441
544 / 441
476 / 510
18
15
73
6,9
47
18
15
216
7,7
35
18 / 20
15 / 20
152 / не менее 100
7,3 / 6,0
41 / 36
- 8,6
- 2,1
2,2
0,5
- 8,2 / - 5,0
- 2,0 / ± 2,0
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
119
Испытания по показателям назначения,
эксплуатационной надежности и технологичности обозначенного объекта вида
(ТП+НП+ТП)НС и его составляющих осуществляли стандартными методами по
определяющим
показателям
качества
(табл. 2) с применением соответствующих
измерительных и испытательных приборов, находящихся в лабораториях кафедры
МТСМ ИВГПУ. Ввиду отсутствия в лаборатории производителя ООО «Предприятие нетканых материалов» необходимых
измерительных приборов для оценки показателей качества и расходных материалов
(например, тканых полотен) авторами
предложен метод экспериментального прогнозирования
значений
показателей
свойств обкладочных тканей, в том числе с
учетом методов, изложенных в [13].
Результаты и обсуждения
Анализ данных табл. 2 показывает относительную близость прогнозируемых значений показателей качества хлопчатобумажной байки и значений, полученных по
результатам испытаний композитного изделия и нетканого полотна, с нормативными значениями, приведенными в ГОСТ
а)
29298-2005 «Ткани хлопчатобумажные и
смешанные бытовые. Общие технические
условия» и ТУ 858-5732-2005 «Байка хлопчатобумажная». Значительное отклонение
от нормативных значений по показателям
разрывной нагрузки по ширине полотна
связано с использованием соответствующего вида двухслойного переплетения.
При решении проблемы раскроя и крепления композитного слоистого текстильного изделия на технологическом оборудовании (например, на переходных участках
трубопровода горячего водоснабжения)
предложено инновационное техническое
решение [14] с нашивкой по определенному рисунку элемента «петли» ленты-липучки (рис. 1: а – изображение переходного
участка «ответвление» трубопровода; б –
схема раскройки КСТИ с последующей
нашивкой по полученным контурам составляющих развертки элемента «петли»
ленты-липучки переходного участка трубопровода; в – монтаж и закрепление составляющих разверток КСТИ с применением
элемента «крючки» ленты-липучки переходного участка трубопровода).
б)
в)
Рис. 1
ВЫВОДЫ
1. Проведен структурный анализ различных композитных слоистых текстильных изделий, применяемых для производства верхней одежды, теплоизоляционных
и строительных материалов, с целью возможного включения соответствующей информации в общероссийский классифика-
120
тор продукции по видам экономической деятельности (ОК 034-2014), который периодически проходит обновление по своему
содержанию.
2. Приведены результаты исследований
композитного слоистого текстильного изделия вида (ТП+НП+ТП)НС по определяющим показателям качества с возможностью
прогнозирования значений показателей
свойств обкладочных полотен.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
3. Предложено и применено инновационное решение по изготовлению, раскрою
и креплению композитного слоистого текстильного изделия в соответствии с его
назначением в техническом объекте.
ЛИТЕРАТУРА
1. Чижик М.А., Долгова Е.Ю. Методика автоматизированного проектирования пакетов пуховой
одежды заданной объемно-пространственной формы
// Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2. С. 191…198.
2. Зимина М.В., Чагина Л.Л., Иванов В.В. Оценка
паропроницаемости систем материалов для адаптивной одежды людей с ограниченными двигательными возможностями // Технологии и качество.
2022. № 2 (56). С. 16…23.
3. Ташпулатов С.Ш. и др. Обзор современных
материалов и наполнителей пакетов для теплозащитной специальной одежды // Universum: Технические науки: электрон. науч. журнал. 2023. №3 (108).
С. 13…18. https://7universum.com/ru/tech/archive
/item/15144.
4. Яцук И.В., Иштыбаева М.И., Шишкина С.Б.
Анализ потребительских свойств матрасов в зависимости от их видов и конструкции // Труды БГТУ.
2016. № 2. С. 145…149.
5. Шильникова Н.В., Андрияшина Т.В. Исследование защитных свойств и особенностей технического текстиля для оборудования и трубопроводов //
Вестник технологического университета. 2017. Т.20,
№15. С. 67…70.
6. Кормашова Е.Р., Грузинцева Н.А., Зяблов В.А.,
Гусев Б.Н. Определение показателей качества композитного слоистого текстильного изделия для изготовления бетонного полотна // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2024. № 2.
С. 233…239.
7. Бекмурзаев Л.А., Денисова Т.В., Назаренко Е.В., Кузнецова И.Ю. Проектирование рациональной конструкции теплозащитных пакетов с отсеками оптимальной геометрии // Естественные и
технические науки. 2014. № 1. С. 276...278.
8. Зимина М.В., Чагина Л.Л. Исследование и
прогнозирование полуцикловых разрывных характеристик систем материалов для адаптивной одежды
// Технологии и качество. 2023. № 1 (59). С. 10…15.
9. Siegert K. Zusatznutzen von Textilien – nene
Wege und Chancen // Melliand Textilberichte. 2005, 3.
P. 153…154.
10. Vlasenko V., Bereznenko M., Liszczuk V. Modern approach to prepare multifunctional sandwich-type
textile composites with predicted characteristics // Innovations in clothing technology & measurement techniques (Warsaw). 2012. P. 85…93.
11. Бесшапошникова В.И., Жагрина И.Н., Липатова Л.А., Змеева Е.Д. Разработка многослойного
электропроводящего текстильного материала // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2017. № 1. С. 83…88.
12. Кусенкова А.А., Зяблов В.А. Совершенствование технологии утепления жилых и административных зданий волокнистыми материалами // Инженерные и социальные системы. Иваново: ИВГПУ, 2017.
Вып. 2. С. 35…39.
13. Шустов Ю.С. Современные методы прогнозирования свойств текстильных материалов: моногр.
М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2018. 234 с.
14. Пат. 2809425 РФ (СПК F16L 59/02; B32B
19/06). Способ изготовления волокнистого теплоизоляционного прошивного мата.
REFERENCES
1. Chizhik M.A., Dolgova E.YU. Comprehensive
methodology of automated design of down clothing
packets of a given volume and shape // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022, 2. Р. 191...198.
2. Zimina M.V., Chagina L.L., Ivanov V.V. Evaluation of steam permeability of materials systems for
adaptive clothing of people with limited motor capabilities // Technologies & quality. 2022, 2 (56). P. 16...23.
3. Tashpulatov S.SH. and others Review of modern
materials and fillers of packages for heat-protective special clothing // Universum: Technical sciences: electron.
scientific journal. 2023, 3 (108). P. 13...18.
https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15144
4. Yatsuk I.V., Ishtybaeva M.I., Shishkina S.B. Analysis of consumer properties of mattresses depending on
their types and design // Proceedings of BSTU. 2016, 2.
P. 145...149.
5. Shilnikova N.V., Andriyashina T.V. Investigation
of protective properties and features of technical textiles
for equipment and pipelines // Herald of technological
university. 2017, Vol.20, 15. P. 67…70.
6. Kormashova E.R., Gruzintseva N.A., Zyablov V.A., Gusev B.N. Definition of quality indicators of
composite layered textile product for the production of
concrete cloth // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2024, 2. P. 233…239.
7. Bekmurzaev L.A., Denisova T.B., Nazarenko E.V., Kuznetsova I.Yu. Designing a rational design of heat-protective packages with compartments of
optimal geometry // Natural and technical sciences.
2014, 1. P. 276...278.
8. Zimina M.V., Chagina L.L. Investigation and prediction of semi-cycle discontinuous characteristics of
material systems for adaptive clothing // Technologies
& quality. 2023, 1 (59). P. 10…15.
9. Siegert K. Additional benefits of textiles - new
paths and opportunities // Melliand Textilberichte. 2005,
3. P.153…154.
10. Vlasenko V., Bereznenko M., Liszczuk V. Modern approach to prepare multifunctional sandwich-type
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
121
textile composites with predicted characteristics // Innovations in clothing technology & measurement techniques (Warsaw). 2012. P. 85…93.
11. Besshaposhnikova V.I., Jagrina I.N., Lipatova L.A., Zmeeva E.D. Creation of a multilayer electrically conductive textile material // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi
Promyshlennosti. 2017, 1. P. 83…88.
12. Kusenkova A.A., Zyablov V.A. Improvement of
technology insulation of residential and office buildings
fibrous materials // Engineering and social systems: collection of scientific papers of the IVSPU Institute of
Civil Engineering. Ivanovo: IVSPU, 2017, 2. P.35…39
122
13. Shustov Yu.S. Modern methods of forecasting
the properties of textile materials: monograph. M.: Kosygin Russian State University, 2018. P.234
14. Pat. 2809425 Russian Federation (SEC F16L
59/02; B32B 19/06). Method for manufacturing fibrous
thermal insulating mat.
Рекомендована кафедрой материаловедения,
товароведения, стандартизации и метрологии
ИВГПУ. Поступила 17.06.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677.024
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_123
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ
И ФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТКАНИ В ПЛАТКАХ КЕЛАГАИ
THEORETICAL METHOD OF STUDYING THE PROCESSES
OF FABRIC ELEMENTS FORMATION IN KELAGAI SHAWLS
М.Г. ФАРЗАЛИЕВ1, Х.А. РАМАЗАНОВА2
M.G. FARZALIEV1, H.A. RAMAZANOVA2
(1Азербайджанский государственный экономический университет,
2
Азербайджанский технологический университет)
(1Azerbaijan State University of Economics (UNEC),
2
Azerbaijan Technological University)
E-mail: [email protected]; [email protected]
В работе представлено исследование процессов образования и формирования элемента ткани национального платка келагаи на основе разработанного энергетического метода. Ткань платка келагаи должна иметь устойчивость к климатическим и механическим воздействиям, хорошую износостойкость, художественно-эстетические и другие потребительские свойства. Для повышения носкости ткани келагаи крайне важно строение поверхности ткани. С увеличением опорной поверхности ткани келагаи интенсивность ее износа уменьшается, так как удельное давление на единицу
площади уменьшается и, следовательно, уменьшается сила трения. Поэтому для увеличения сроков носки келагаи ткань должна иметь V фазу
строения.
The paper presents the study on the formation of a tissue element of the national
kelaghayi shawl, based on the developed energy method. The fabric of the keleghayi
shawl should have certain quality indicators, determined by the conditions of their
operation, providing resistance to climatic and mechanical influences, wear resistance, artistic, aesthetic, and other consumer properties. The structure of the fabric surface is extremely important to increase the wearability of the keleghayi fabric.
With an increase in the supporting surface of the keleghayi fabric and the intensity
of its wear decreases, since the specific pressure per unit area decreases and, consequently, the friction force decreases. Therefore, to increase the wearing time of kelaghayi, the fabric must have the V phase of the structure.
Ключевые слова: келагаи, ткань, сила давления, жесткость при изгибе,
модуль упругости, фаза строения ткани, потенциальная энергия.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
123
Keywords: Kelaghayi shawl, fabric, pressure force, bending stiffness, modulus of elasticity, fabric element formation phase, potential energy.
Изучение процессов образования и формирования ткани связано с изучением сил,
действующих на основные и уточные нити
[1…6]. Для изучения взаимосвязи между
характеристиками основы и утка, показателями строения ткани использовалась расчетная схема, учитывающая силовые взаимодействия между основными и уточными
нитями только в точке их контакта. При такой расчетной схеме процессов образования и формирования ткани не учитывается
жесткость при изгибе основных и уточных
нитей, которая присуща реальным нитям, и
условия закрепления концов обеих систем
нитей, а также величина заступа, длина передней ветви зева в период образования и
формирования элементов ткани.
В настоящей работе нами представлена
новая расчетная схема образования и формирования ткани полотняного переплетения, которая позволяет учитывать параметры заправки машины и жесткости основных и уточных нитей. Параметры фазы
строения меняются после снятия ткани со
станка в течение 48 часов, что относится к
допущениям. В процессе формирования
ткани после положения заступа прибойные
органы батанных механизмов взаимодействуют с уточной нитью сначала перемещают, а затем прибивают ее к опушке
ткани. В период перемещения и прибоя
уточной нити к опушке ткани между основными и уточными нитями возникают силы
взаимного давления, что приводит к деформации нитей. Силы взаимного давления,
возникающие между основными и уточными нитями в точке их соприкосновения,
изменяются по мере перемещения уточной
нити к опушке ткани. В современных ткацких станках перемещение и прибой уточной нити к опушке ткани осуществляются
1
1
за промежуток времени
÷ секунд. Ис30 40
следованиями [3] установлено, что распространение упругой деформации в 1 метре
нити осуществляется за 7·10−4 секунд.
Сравнительный анализ показывает, что
124
процессы перемещения и прибоя уточной
нити к опушке ткани осуществляются в
37...47 раз быстрее, чем распространение
упругой деформации в одном метре нити.
При таких условиях процесса образования
и формирования ткани силы взаимного давления между основными и уточными нитями в точках их контакта можно рассматривать как силы статического давления.
При медленном постепенном возрастании
силы взаимного давления между основными и уточными нитями скорость перемещения сечения основной и уточной нити в
точке их контакта будет весьма незначительная. Поэтому силами инерции перемещающихся масс в точке их контакта можно
пренебречь и, следовательно, можно считать, что деформация основной и уточной
нити в процессе образования и формирования ткани не будет сопровождаться изменением кинетической энергии. В этих условиях при взаимной деформации основной и
уточной нитей потенциальная энергия
уточной нити преобразуется в потенциальную энергию основной нити или наоборот.
В процессе образования и формирования
ткани в каждый момент времени имеет место равновесие основной и уточной нити в
каждом раппорте переплетения и в целом
по ширине ткани под действием внешних
сил и реакции. Таким образом, в процессе
формирования ткани происходит преобразование потенциальной энергии основной
нити в потенциальную энергию уточной
нити или наоборот, если деформация основной и уточной нити возникает без нарушения равновесия ткани или раппорта переплетения, т. е. если не происходит обрыва основной и уточной нити. Изменение
потенциальной энергии нитей основы и
утка определяется работой сил взаимного
давления нитей друг на друга в точках контакта в процессе образования и формирования ткани.
Обозначим величину накопленной потенциальной энергии деформации основной
нити через 𝑈𝑜 , а уменьшение потенциальной
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
энергии уточной нити 𝑈у. Тогда величина
𝑈у измеряется положительной работой Ау,
𝑈𝑜 – отрицательной работой А𝑜 . В процессе
образования и формирования ткани закон
сохранения энергии при деформации основной и уточной нити имеет вид [8]:
𝑈у = 𝑈𝑜
(1)
А у = − А о.
(2)
представлена на рис. 1 (схема расположения нитей основы и утка и действующих
сил: а в процессе образования элемента;
б – в процессе формирования ткани).
или
Равенство (2) показывает, что при перемещениях без нарушения равновесия основной и уточной нити сумма работ всех
сил, приложенных к точкам основной и
уточной нити, равна нулю. При этом потенциальная энергия деформации основной
нити 𝑈𝑜 численно равна работе силы давления уточной нити Ау при этой деформации:
𝑈𝑜 = Ау .
(3)
Анализ показывает, что в зависимости
от величин возникающих потенциальных
энергий в основных и уточных нитях в период формирования ткани происходит изгиб основной и уточной нити и ткань принимает соответствующие фазы строения. В
зависимости от соотношения величин потенциальных энергий основной и уточной
нити возможны образования всех фаз строения ткани. Так, например, при равном значении потенциальных энергий основной и
уточной нити 𝑈о = 𝑈у происходит одинаковая деформация уточной и основной нити,
при 𝑈о < 𝑈у деформация основных нитей,
а при 𝑈о > 𝑈у деформация уточной нити.
Таким образом, определив потенциальные
энергии основных и уточных нитей в процессе формирования ткани в одном раппорте переплетения и сравнивая их значения, можно установить вид деформации и
соответствующую фазу строения ткани.
Процесс формирования осуществляется
в два этапа [1…6]. На первом этапе образуется элемент ткани, на втором происходит
формирование ткани. Расчетная схема
а)
б)
Рис. 1
Образование элемента ткани начинается
с момента прокладывания уточной нити в
зев, образованный нитями основы, и заканчивается в момент контакта основных и
уточных нитей, что происходит в фазе заступа. Далее под действием сил натяжения
происходит взаимный изгиб основных и
уточных нитей и начинается процесс образования ткани. Этот этап процесса образования ткани продолжается до начала взаимодействия зубьев берда с уточной нитью.
Далее начинается второй этап процесса образования ткани, в котором происходит перемещение уточной нити к опушке ткани и
дальнейшая деформация основных и уточных нитей. Этот процесс продолжается до
начала взаимодействия уточной нити с
опушкой ткани. Затем происходит деформация основных нитей и образованного
элемента опушки ткани, которая продолжается до окончания процесса прибоя уточной нити к опушке ткани. По мере отхода
батана от опушки ткани происходит изменение ее структуры за счет сил натяжения
основных и уточных нитей и упругой системы заправки. При этом с момента образования ткани, который соответствует
началу контакта основных и уточных нитей, с увеличением высоты зева увеличива-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
125
ется натяжение уточной и основной нити.
На ткацких станках типа СТБ в начале процесса образования и формирования ткани
оба конца уточной нити закреплены на
краях ткани, уточная нить не имеет возможности переместиться в осевом направлении. Поэтому концы уточной нити можно
принять защемленными. На ткацких станках в процессе образования и формирования ткани один конец основной нити зажат
уточными нитями, находящимися в ткани,
а другой конец намотан на навой, и оба
конца не могут перемещаться вдоль основной нити. Поэтому оба конца основной
нити считаем защемленными. Таким образом, расчетная схема для начала процессов
образования ткани имеет вид, показанный
на рис. 2.
Рис. 2
При составлении расчетной схемы процесса образования и формирования элемента ткани принята модель жесткой нити,
подробно изложенная в [3].
Согласно принятой расчетной схеме
можно определить потенциальную энергию основной и уточной нити в одном раппорте переплетения. В процессе образования и формирования элемента ткани на основные и уточные нити действуют только
упругие силы. При указанных условиях потенциальную энергию основных и уточных
нитей можно определить зависимостями:
𝑈о =
𝑈у =
126
1
2
1
2
𝐺о 𝛿02 ,
( 4, a)
𝐺у𝛿у2 ,
(4, б)
где 𝐺о , 𝐺у приведенная жесткость соответственно основной и уточной нити в точке
их контакта в одном раппорте переплетения; 𝛿0 , 𝛿у величины перемещения соответственно основной и уточной нити в
одном рапорте переплетения.
Приведенная жесткость основной и
уточной нити в одном раппорте переплетения в точке их контакта определяется зависимостями [7]:
для основной нити
𝐺о =
48Ео Уо
х20 (3𝑙0′ −4𝑥о )
,
(5, а)
,
(5, б)
для уточной нити
𝐺у =
48Еу Уу
𝑏у2 (3𝑙0 −4𝑏0)
где Ео Уо , Еу Уу – жесткость при изгибе соответственно основной и уточной нити;
𝑙0′ длина передней ветви зева в начале
процесса образования ткани, а в процессе
формирования ткани будет равняться расстоянию между двумя уточными нитями;
𝑥о = 𝑙 величина заступа, т. е. расстояние
между предпоследней, расположенной в
ткани уточной нитью и последней проложенной уточной нитью; 𝑙0 – расстояние
между тремя основными нитями; 𝑏о расстояние между двумя основными нитями;
Еу, Ео – модуль упругости соответственно
уточной и основной нити, зависит от материалов уточной и основной нити; Уо , Уу
момент инерции сечения соответственно
основной и уточной нити, зависящий от
толщины (номера) используемых нитей;
𝑙у – расстояние между тремя уточными нитями и 𝑥у = 𝑏у расстояние между двумя
уточными нитями, зависит от плотности
ткани по утку.
Таким образом, приведенные жесткости
основных и уточных нитей учитывают
свойства нитей, геометрические параметры
ткани и длину передней ветви зева конструктивной заправочной схемы ткацкого
станка.
Величину деформации основной и уточной нити в зависимостях (4, а) и (4, б)
можно определить через силу давления
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
уточной нити на основную и силу давления
основной нити на уточную по следующим
формулам:
𝛿о =
Ну
𝐺о
;
Но
𝛿у =
𝐺у
,
(6)
где Ну сила давления уточной нити на основные; Но − сила давления основной нити
на уточные, которые зависят соответственно
от натяжения уточной и основной нити.
Подставляя эти формулы в зависимости
(4, а) и (4, б), получаем выражения для потенциальной энергии основной и уточной
нити:
𝑢0 =
𝑢𝑦 =
𝐻𝑦2Х20(3𝑙0′ − 4𝑥0 )
96 𝐸0𝐽0
𝐻02𝑏02(3𝑙0− 4𝑏0 )
96 𝐸0𝐽0
,
(7, а)
.
(7, б)
Из полученных выражений видно, что в
период образования ткани потенциальная
энергия основных и уточных нитей зависит
от сил давления уточной нити на основные
и основной нити на уточные, величины заступа, длины передней ветви зева, т. е. расстояния от опушки ткани до первой ремизки, расстояния между основными и
уточными нитями, т. е. от плотности ткани
по основе и утку, от жесткости при изгибе
основной и уточной нити. Согласно теории
энергетического метода в зависимости от
значения потенциальных энергий основных
и уточных нитей возможно получение различной фазы строения ткани. Удовлетворя-
3
2
ющим требованием для эксплуатации келагаи является равномерный изгиб основных
и уточных нитей, что соответствует пятому
порядку фазы строения ткани. Для получения пятого порядка фазы строения ткани
потенциальная энергия основных и уточных нитей в одном раппорте должна быть
одинаковой. Из равенства потенциальных
энергий основной и уточной нити получим:
𝐻𝑦2 х20 (3𝑙0′ − 4𝑥0 )ЕуУу −
− Ео Уо 𝐻02 𝑏02 ( 3𝑙о − 4𝑏о) = 0.
В структуру полученного уравнения
входят все основные геометрические и силовые параметры строения ткани. После решения уравнения (8) относительно определяемого параметра строения ткани находим
его значение при условии равного изгиба
основных и уточных нитей в тканом полотне, т. е. в случае формирования ткани
пятого порядка фазы строения.
В нашем примере определим величину
заступа, обеспечивающего равномерный
изгиб основных и уточных нитей в начале
процесса образования ткани. После преобразования уравнения (8) получим:
х30 −
где
3
4
х20 𝑙0′ − А = 0,
Н2о [𝑏02 ( 3𝑙0 − 4𝑏0 )Ео Уо ]
А=
.
4Н2у Еу Уу
2
2
′3
Н [𝑏 ( 3𝑙 −4𝑏 )Е У ]
𝑙
Н [𝑏 ( 3𝑙 −4𝑏 )Е У ]
хо = √− о 0 02 0 о о + √{ о 0 02 у о о } + о .
1
8Ну Еу Уу
Анализ полученного выражения показывает, что величина заступа при формировании ткани пятого порядка фазы строения
зависит от величины жесткостей при изгибе основных и уточных нитей, плотности
ткани по основе и утку, силы натяжения основной и уточной нити в начале процесса
(9)
После решения уравнения получим:
2
2
(8)
8Ну Еу Уу
64
(10)
образования ткани, модуля упругости и
толщины используемой нити.
В Шекинском шелковом комбинате
«Азер ирек ООО» проведены экспериментальное исследование и нормализация процессов образования и формирования ткани
пятого порядка фазы.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
127
ВЫВОДЫ
1. Обоснована возможность применения
энергетического метода для исследования
процессов образования и формирования
элемента ткани – платка келагаи. С этой целью разработана расчетная схема расположения нитей в момент начала процесса образования ткани, приведенная к одному
раппорту переплетения.
2. Получено выражение для определения геометрических и силовых параметров
строения ткани, обеспечивающих выработку ткани пятого порядка фазы строения.
3. Установлено, что величина заступа
при формировании ткани пятым порядком
фазы строения зависит от величины жесткостей при изгибе основных и уточных нитей, плотности ткани по основе и утку,
силы натяжения основной и уточной нити в
начале процесса образования ткани, модуля
упругости и толщины используемой нити.
ЛИТЕРАТУРА
1. Фарзалиев М.Г. Разработка методов расчета и
проектирования ткани, формирующего механизма и
исследование процесса прокладки уточной нити в
волнообразных зевах основы широких многозевных
ткацких машин типа ТММ: дис. … д-ра техн. наук.
СПб., 1990. С. 250.
2. Чугин В.В. Энергетический анализ структуры
однослойной ткани // Известия вузов. Технология
текстильной промышленности. 1990. № 5. С. 48…51.
3. Федорченко О.В. Закора О.В., Рязанова О.Ю.
Дослідження динаміки зміни структури тканин полотняного переплетення у процесі формування
// Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2015. №6/11 (78). С. 15…20.
4. Евдокименко Е.М., Закора А.В., Коваленко Л.В.
Технологические параметры ткачества как фактор
влияния на дизайн тканей // Kyiv Tex&Fashion: сб-к
матер. II Междунар. науч. конф. текст. и фэшн-технологий. Киев, 2018. С. 46…48.
5. Николаев С.Д., Михаева Н.А., Парфенов О.В.
Влияние вида переплетения на параметры строения
тканей // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 2008. №2. С. 59.
6. Степанов С.Г. Математическая модель взаимодействия основных и уточных нитей в зоне формирования однослойной ткани полотняного переплетения // Известия вузов. Технология текстильной
промышленности. 2006. № 4С. С. 73…76.
7. Чепелюк О.В. Розробка технології проектування структури тканини та умов заправлення ниток
основи на ткацьких верстатах: автореф. дис. … канд.
техн. наук. Херсон, 2002. 20 c.
128
8. Закора О.В., Евдокименко О.М., Рязанова А.Ю.,
Федорченко О.В. Классификация методов проектирования дизайна тканей технологическими средствами / Свидетельство о регистрации авторского
права на произведение №79574.
9. Самойлова Т.А., Севостянов П.А., Юхин С.С.
Конечномерная динамическая модель формирования элемента ткани // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2021. № 3 (393). С. 91…95.
10. Мартынова А.А., Слосгина Г.Л., Власова Н.А.
Строение и проектирование тканей. М.: МГТУ
им. Баумана, 2008. 243 с.
11. Искандерова Э. Рамазанова Х., Фарзалиев М.
Исследование параметров изготовления структуры
и дизайна азербайджанского национального платка
// Индустрия моды 2. С. 35…40 2019/9/30 КНУТД
REFERENCES
1. Farzaliev M.G. Development of methods for
calculating and designing fabric, forming mechanism
and investigation of the process of laying weft thread in
the undulating mouths of the main wide multi-seeded
weaving machines of the TMM type // Bulletin of the
Bauman Moscow State Technical University. the basis
of wide multi-loading looms of the TMM type.
Dissertation for the degree of Doctor of Technical
Sciences. St. Petersburg. 1990. 250 pages.
2. Chugin V.V. Energy analysis of the structure of a
single-layer fabric // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 1990. No. 5. P. 48...51.
3. Fedorchenko O.V., Zakora O.V., Ryazanova O.Y.
Study of the dynamics of changes in the fabric structure
of linen binding in the process of formation // Eastern
European Journal of Advanced Technologies. 2015.
№6/11 (78). P. 15...20.
4. Evdokimenko О.M., Zakora O.V., Kovalenko L.V.
Technological characteristics of weaving as a factor
influencing fabric design // KyivTex and fashion:
Collection of materials of the II International Scientific
Textile Conference and fashion technology. Kyiv, 2018.
P. 46...48.
5. Nikolaev S.D., Mikhaeva N.A., Parfenov O.V.
The influence of the type of weave on the parameters of
the structure of tissues // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2008. N. 2. P. 59.
6. Stepanov S.G. A mathematical model of the
interaction of basic and weft threads in the zone of
formation of a single-layer fabric of plain weave //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2006.
No. 4C. P. 73...76.
7. Chepelyuk O.V. Development of technology for
designing fabric structures and conditions for threaded
threads based on weaving machines: abstract of thesis. dis.
at the Academy of Sciences. PhD degree in technical
sciences. Erson, 2002. 20 p.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
8.
Zakora
O.V.,
Evdokimenko
O.M.,
Ryazanova O.Y., Fedorchenko O.V. Classification of the
method of projecting the design of the fabric with
technological zasobami / This is about the restoration of
the copyright to TVIR No. 79574.
9. Samoilova T.A., Sevostyanov P.A., Yukhin S.S.
Finite-dimensional dynamic model of the formation of a
fabric element // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021. No. 3 (393). P. 91...95.
10. Martynova A. A., Slosgina G.L., Vlasova N.A.
Structure and design of fabrics. Moscow: Bauman
Moscow State Technical University, 2008. 243 p.
11. Iskenderova E. Ramazanova H., Farzaliev M.
Study of manufacturing parameters of the structure and
design of the azerbaijan national kerchief // Fashion
Industry. P. 35…40 2019/9/30 KNUTD
Рекомендована кафедрой инженерии легкой
промышленности и дизайна Азербайджанского технологического университета. Поступила 07.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
129
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 543.544:663.51
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_130
ПРИМЕНЕНИЕ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТАВА УВЛАЖНЯЮЩЕГО РАСТВОРА
APPLICATION OF IR SPECTROSCOPY
FOR STUDYING THE COMPOSITION OF MOISTURIZING SOLUTION
Х.А. БАБАХАНОВА1, М.Г. АБДУХАЛИЛОВА2, О.Д. ХАКНАЗАРОВА1, М.А. БАБАХАНОВА3
Kh.A. BABAKHANOVA1, M.G. ABDUXALILOVA2, O.D. XAKNAZAROVA1, M.A. BABAKHANOVA3
(1Ташкентский институт текстильной и легкой промышленности, Республика Узбекистан,
2
Наманганский инженерно-строительный институт, Республика Узбекистан,
3
Ташкентский государственный технический университет ГУП “Фан ва тараккиёт”,
Республика Узбекистан)
(1Tashkent Institute of Textile and Light Industry, Uzbekistan,
2
Namangan Civil Engineering Institute, Uzbekistan,
3
Tashkent State Technical University State Unitary Enterprise “Fan va tarakkiet”, Uzbekistan)
E-mail: [email protected]
В статье исследован состав увлажняющего раствора для офсетного
способа печати методом ИК-спектроскопии. В качестве объектов
исследования использовали увлажняющий раствор MC, в составе которого
вместо изопропилового спирта спиртовой отход эфироальдегидной
фракции (ЭАФ) и «мягкая» слабощелочная вода. Для регистрации спектров
ИК поглощения использовался ИК-Фурье спектрометр Bruker INVENIO-S,
оснащенный НВПО-приставкой с алмазным элементом. Полученные
результаты свидетельствуют о перспективности метода ИКспектроскопии для экспресс-анализа состава увлажняющего раствора, так
как появляется возможность управления технологическим процессом
производства печатной краски, свойства которой обеспечат качество
печати. Для изучения влияния нового состава увлажняющего раствора на
качество воспроизведения денситометрическим методом оценены
оттиски, отпечатанные на офсетной листовой печатной машине SM 744 (Германия). Анализ цветовых характеристик оттисков выявил
возможность использования увлажняющего раствора нового состава для
получения идентичных по качеству оттисков.
The article examines the composition of the moisturizing solution for the offset
printing method using IR spectroscopy. The objects of study were a moisturizing
solution MC, which instead of isopropyl alcohol contained alcoholic waste of the
etheraldehyde fraction (EAF) and “soft” slightly alkaline water. To record IR absorption spectra, a Bruker INVENIO-S IR-Fourier spectrometer equipped with an
130
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
NVPO attachment with a diamond element was used. The results obtained indicate
the promise of the IR spectroscopy method for express analysis of the composition
of the moisturizing solution, since it becomes possible to control the technological
process of producing printing ink, the properties of which will ensure the quality of
printing. To study the effect of the new composition of the moisturizing solution on
the quality of reproduction, prints printed on an SM 74-4 sheetfed offset printing
machine (Germany) were evaluated using the densitometric method. Analysis of
the color characteristics of the prints revealed the possibility of using a moisturizing solution of a new composition to obtain prints of identical quality.
Ключевые слова: увлажняющий раствор, спиртовой отход
эфироальдегидной фракции, офсетная печать, метод ИК-спектроскопии.
Keywords: moisturizing solution, alcohol waste of the etheraldehyde
fraction, offset printing, IR spectroscopy method.
Введение
В настоящее время вместо дорогостоящих и затратных физико-химических и
биохимических методов для исследований
cостава и строения полимеров, полимерных
изделий широко применяется инфракрасная спектроскопия. Инфракрасная спектроскопия позволяет в электромагнитном спектре диапазона от 5000 до 200 см-1 получить
спектральные характеристики исследуемого объекта. По набору полос поглощения
на ИК-спектрах, представляющих собой
сложную кривую с большим числом максимумов и минимумов, выявляется наличие в молекуле соответствующих им
функциональных групп. Количество и интенсивность пиков и их полуширина зависят от масс составляющих ее атомов, геометрического строения, особенностей межатомных сил, распределения заряда и др.,
что и является ценным при идентификации
и изучении строения известных и неизвестных веществ [1…7].
Появление Фурье-спектрометров позволило упростить процедуру анализа и за
несколько минут вместо 30-40 минут получать информацию о молекулярном составе и его изменениях, об идентификации
материалов [8…11]. Использование в комплексе приставок нового поколения способствовало минимизации процесса пробоподготовки и полной автоматизации
процесса
идентификации
полимеров.
Например, в работе [12] с помощью ИКспектроскопии исследован новый состав
проклеивающего вещества из живицы черешневого дерева для бумажной отрасли
[13] и выявлена идентичность его состава
клею из сосновой живицы, в результате
решена проблема снижения объема использования дефицитной канифоли.
В
работе
[14]
методом
ИКспектроскопии исследован состав нового
увлажняющего раствора для офсетной
печати. В состав увлажняющего раствора
кроме воды добавляется изопропиловый
спирт для обеспечения равномерного и
стабильного нанесения на печатную форму.
Многочисленные
научные
работы
направлены
на
поиск
заменителей,
исключающих такие недостатки изопропилового спирта, как растворение краски,
вымывание пластификаторов из резиновых
валиков и офсетного полотна, испарение в
окружающую среду и пожароопасность.
В целях устранения этих дефектов и обеспечения баланса «краска – увлажняющий
раствор» в работе [15] исследован состав и
показатели воды двух разных регионов
Республики Узбекистан, так как показатели
воды (кислотность, жесткость и электропроводность) напрямую влияют на эмульгирование краски, тенение, перетискивание, качество цветопередачи, деформацию
бумажного листа. По результатам выявлено, что при использовании мягкой обессоленной воды двух регионов при показателе
жесткости меньше 5 в процессе печатания
краска на оттиске слабо закрепится.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
131
В работе [16] исследовано влияние на
качество офсетной печати увлажняющего
раствора MC, в составе которого спиртовой
отход эфироальдегидной фракции (ЭАФ)
с параметрами: рН 7,6; электропроводность
245 µS. Для сравнения использован увлажняющий раствор Chembyo Fountain Solution
Supreme 22 – СS22 (Китай), в составе которого 10,12% изопропилового спирта. Изучен
градационный переход от 3 до 100% относительной площади растровых точек основных
цветов по контрольной шкале. Для оценки
баланса «краска – увлажняющий раствор»
использованы цветовые координаты колориметрической системы CIE Lab. По степени воспроизведения градаций и цветов на
оттисках выявлена возможность использования спиртового отхода эфироальдегидной
фракции вместо изопропилового спирта в
составе увлажняющего раствора для листовой офсетной печати. Для рекомендации к
практическому применению данного варианта необходимо глубокое исследование состава увлажняющего раствора, что и явилось целью данной работы.
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследования
использовали увлажняющий раствор MC,
в составе которого спиртовой отход эфиро-
альдегидной фракции и «мягкая» слабощелочная вода [17].
Для регистрации спектров ИК поглощения использовался ИК-Фурье спектрометр
Bruker INVENIO-S, оснащенный НВПОприставкой с алмазным элементом. ИКФурье спектрометр представляет собой
интерферометр Майкельсона, в котором
одно из трех зеркал выполнено подвижным, что позволяет варьировать разницу
хода лучей. Смещение зеркала производится механическим приводом, управляемым ЭВМ [18]. Параметры регистрации
спектров: спектральный диапазон от 4000
до 400 сm-1, разрешение 4 сm-1, усреднение
по 20 измерениям. ИК-Фурье анализ проводили с использованием приставки нарушенного полного внутреннего отражения
(НПВО) Platinum-ATR без подготовки образцов
и
расходных
материалов.
Полученные ИК-спектры не подвергались
последующей дополнительной обработке.
На рис. 1 представлены спектры ИК
поглощения увлажняющего раствора MC,
в составе которого спиртовой отход эфироальдегидной фракции, и увлажняющего
раствора, в составе которого изопропиловый спирт, взятый для сравнения.
Рис. 1
Как видно из рис. 1, на спектрах ИК поглощения исследуемых увлажняющих растворов количество и интенсивность пиков
132
и их полуширина абсолютно одинаковы,
что говорит об идентичности масс составляющих их атомов.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 2
Как видно из рис. 1…3, линии спектра,
проявляющиеся в области 3650-3200 см-1
в двух анализируемых растворах, свидетельствуют о наличии большого количества Н 2O. Различные спирты (СН3ОН,
С3Н7ОН, С4Н9ОН и др.), содержащиеся в
ЭАФ, вызывают формирование широких
спектральных линий за счет образования
межмолекулярных Н-связей. Сигналы выше 3000 см-1, а также в диапазоне 30002840 см-1 характерны для sp3-гибридизированных групп С-Н соединений, принадлежащих к разным классам (простой эфир,
альдегид, спирт и т. д.). Если валентные
колебания, соответствующие карбонильной
группе (С=O) ацетальдегида (СН3 СНO),
содержащегося в ЭАФ, возникают в районе 1640 см-1, то в области 1450-1200 см-1
появляются спектральные линии умеренной и слабой интенсивности, соответствующие деформационным колебаниям группы O-Н (в спиртах). Сигналы средней интенсивности, возникающие в диапазоне
1084-1043 см-1, соответствуют валентным
колебаниям эфирных связей С-O-С. Также
на ИК-спектрах выявлены валентные колебания, принадлежащие другим связям
малой интенсивности, и деформационные
колебания, наблюдаемые из-за изменения
валентных углов между связями.
В производственных условиях полиграфического
предприятия
«POLIGRAF
EXTRA» на офсетной четырехкрасочной
печатной машине SM 74-4 (Германия) использованы исследуемый увлажняющий
раствор MC, в составе которого спиртовой
отход эфироальдегидной фракции, и раствор
Chembyo Fountain Solution Supreme 22 –
Рис. 3
СS22 (Китай), взятый для сравнения, в составе которого 10,12% изопропилового
спирта. Баланс «краска – увлажняющий
раствор» в процессе печати оценен по цветовым координатам колориметрической
системы CIE Lab, измеренным по шкалам
на оттисках денситометрическим методом
[19]. По результатам измерений построены
цветовые охваты оттисков, отпечатанных
на офсетной печатной машине на мелованной бумаге 230 г/м2 (рис. 4 – цветовой
охват: 1 – при увлажняющем растворе
Chembyo Supreme 22; 2 – при увлажняющем растворе из местного сырья, в составе
которого спиртовой отход эфироальдегидной фракции). Известно, что чем больше
площадь цветового охвата, тем больше
число воспроизведенных цветов.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 4
133
Как видно из рис. 5, по степени воспроизведения цветов и получения идентичных по качеству четырехкрасочных оттисков выявлена возможность использования спиртового отхода эфироальдегидной
фракции вместо изопропилового спирта в
составе увлажняющего раствора для листовой офсетной печати. Результаты печатания показали, что баланс «краска вода»
при исследуемых растворах обеспечил
воспроизведение одинакового количества
цветов, что видно по площади цветовых
охватов оттисков.
Заключение
В результате оценки цветовых характеристик оттисков, отпечатанных на офсетной листовой печатной машине SM 74-4
(Германия), выявлена возможность использования увлажняющего раствора нового состава, где в качестве спиртовой добавки применен отход эфироальдегидной
фракции, для получения качественных оттисков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Толстой В.П. Введение в оптическую
абсорбционную спектроскопию наноразмерных
материалов. СПб.: Изд-во СОЛО, 2014. 187 с.
2. Коровкин М.В., Ананьева Л.Г. Инфракрасная
спектроскопия карбонатных минералов: учебное
пособие. Томск: Изд-во Томского политех. ун-та,
2016. 96 с.
3. Осмоловская Н.А., Кузина А.Н., Кротова И.В.
Совершенствование экспресс-метода определения
цвета полиамидных волокон // Изв. вузов.
Технология текстильной промышленности. 2020.
№6 (390). С. 44…47.
4. Комов А.П., Власова И.В., Терехова Е.Н.
Применение
ИК-спектроскопии
многократно
нарушенного полного внутреннего отражения для
классификации различных объектов // Вестник Омского университета. 2018. Т. 23, №1. С. 26…34.
5. Фатхуллина Д.Г., Жукова Е.В., Маргарянц Н.Б.
Исследование слоя красителя методом спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения
// НТВ технологий, механики и оптики. 2016. Т.16,
№3. С. 416…421.
6. Бёккер Ю. Спектроскопия = Spektroskopie. М.:
Техносфера, 2009. 528 с. ISBN 978-5-94836-220-5.
7. Арчегова О.Р., Еремина А.Ф., Магкоев Т.Т.,
Пашков А.Д. Изучение кластерной структуры в системе лед – вода методом ИК-спектроскопии //
Вестник Владикавказского научного центра. 2018.
Т. 18, №2. С. 36…41.
134
8. Вытовтов А.А., Мешалкина М.Н. Применение ИК Фурье-спектроскопии для определения
подлинности и качества молочных продуктов //
ТНВ СПбГПУ. 2011. №6. С. 226…232.
9. Деев И.А., Бурындин В.Г., Ельцов О.С. Расчет
содержания кристаллической, промежуточной и
аморфной областей полиэтилена и его производных
по данным Фурье-ИК спектроскопии // Химия.
Технология и использование полимеров.
https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-soderzhaniyakristallicheskoy-promezhutochnoy-i-amorfnoy-oblastey-polietilena-i-ego-proizvodnyh-po-dannym-furie-ik.
10. Тарасевич Б.Н. Основы ИК-спектроскопии
с преобразованием Фурье. М., 2012. 22 с.
11. Лаптинский К.А., Буриков С.А., Сарманова О.Э. и др. Диагностика вредных примесей в водных средах с помощью спектроскопических методов и алгоритмов машинного обучения // Оптика и
спектроскопия. 2023. Т. 131, № 6. С. 810…816.
12. Бабаханова Х.А., Садриддинов А.А., Бабаханова М.А. и др. Применение методов ИК-спектроскопии в исследовании составов для проклейки
бумаги // НТВ Информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, №6. С. 1048…1054.
13. BY 24087. Способ получения клея для
гидрофобизации бумаги и картона в нейтральной
среде.
14. Бабаханова Х.А., Абдухалилова М.Г. Экспрессное определение компонентов увлажняющего
раствора для офсетной печати методом газовой
хроматографии // Текстильный журнал Узбекистана. 2023. №3. С. 103...108.
15. Бабаханова Х.А., Абдухалилова М.Г. Анализ
состава и показателей компонентов печатного процесса, влияющих на баланс «краска – увлажняющий раствор» // Известия вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2023. №2. С. 8...13.
16. Бабаханова Х.А., Абдухалилова М.Г.
Исследование свойств увлажняющих растворов для
офсетной печати // Композиционные материалы.
2023. №2. С. 220…223.
17. Бабаханова Х.А., Абдухалилова М.Г.
Исследование влияния состава увлажняющего
раствора на качество печати // Universum.
Технические науки. №12 (117). 2023. DOI
10.32743/UniTech.2023.117.12.16415
18. Красникова О.В., Гордецов А.С., Конторщикова К.Н., Крылов В.Н. Изменение параметров
ИК-спектров биологических тканей животныхопухоленосителей на фоне совместного введения
доксорубицина и озона // СТМ. 2011. №3. С. 83...88.
19. Домасев М.В., Гнатюк С.П. Цвет, управление цветом, цветовые расчеты и измерения. СПб.:
Питер, 2009. 224 с.
REFERENCES
1. Тоlstoy V.P. Introduction to optical absorption
spectroscopy of nanoscale materials. SPb.: Izd-vo
SОLО, 2014. 187 p.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
2. Kоrovkin М.V., Аnanyeva L.G. Infrared
spectroscopy of carbonate minerals: a textbook. Тоmsk:
Izd-vo Тоmskogo politex. un-ta, 2016. 96 p.
3. Оsmolovskaya N.А., Кuzina А.N., Кrotova I.V.
Improvement of the express method of determining of
polyyamide fiber color // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2020. №6 (390). P. 44…47.
4. Коmov А.P., Vlasova I.V., Теrexova Е.N. Application of multiply attenuated total internal reflection IR
spectroscopy for classification of various objects //
Vestnik Оmskogo universiteta. 2018. Т. 23, №1.
P. 26…34.
5. Fatxullina D.G., Jukova Е.V., Маrgaryants N.B.
Study of a dye layer by attenuated total internal
reflection spectroscopy // NTV техnologiy, mexaniki i
optiki. 2016. Т. 16, №3. P. 416…421.
6. Bekker Yu. Spektroskopie. М.: Техnosfera, 2009.
528 p. ISBN 978-5-94836-220-5.
7. Аrchegova О.R., Еremina А.F., Маgkoev Т.Т.,
Pashkov А.D. Study of the cluster structure in the ice –
water system using IR spectroscopy // Vestnik Vladikavkazskogo nauchnogo sentra. 2018. Т. 18, №2.
P. 36…41.
8. Bitovtov А.А., Меshalkina М.N. Application of
Fourier transform infrared spectroscopy to determine
the authenticity and quality of dairy products // ТNV
SPb GPU. 2011. №6. P. 226…232.
9. Deev I.А., Burindin V.G., Еlsov О.S. Calculation of the content of crystalline, intermediate and
amorphous regions of polyethylene and its derivatives
according to Fourier transform IR spectroscopy data.
https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-soderzhaniyakristallicheskoy-promezhutochnoy-i-amorfnoy-oblastey-polietilena-i-ego-proizvodnyh-po-dannym-furie-ik.
10. Таrasevich B.N. Fundamentals of Fourier
transform IR spectroscopy. М., 2012. 22 p.
11. Laptinskiy К.А., Burikov S.А., Sarmanova О.E.
etc. Diagnostics of harmful impurities in aquatic
environments using spectroscopic methods and
machine
learning algorithms
//
Оptika
I
spektroskopiya. 2023. T. 131 (6). P. 810…816.
12. Babakhanova Kh.А., Sadriddinov А.А.,
Babakhanova М.А. etc. Application of IR spectroscopy
methods in the study of paper sizing compositions //
NTV Informatsionnix texnologiy, mexaniki I optiki.
2022. Т. 22, №6. P. 1048…1054.
13. BY 24087 A method for producing adhesive
for hydrophobizing paper and cardboard in a neutral
environment.
14. Babakhanova Kh.А., Abduxalilova М.G. Rapid
determination of the components of a dampening
solution for offset printing using gas chromatography //
Теkstilniy jurnal Uzbekistana. 2023. №3. P. 103...108.
15. Babakhanova Kh.А., Abduxalilova М.G. Analysis of the composition and indicators of the components of the printing process that affect the balance of
“ink dampening solution” // Izvestiya vuzov Problemi
poligrafii I izdatelskogo dela. 2023. №2. P. 8...13.
16. Babakhanova Kh.А., Abduxalilova М.G. Study
of the properties of dampening solutions for offset
printing // Коmpozitsionnie materiali. 2023. №2.
P. 220…223.
17. Babakhanova Kh.А., Abduxalilova М.G. Study
of the influence of the composition of the moisturizing
solution on print quality // Universum. Техnicheskie
nauki. №12 (117). 2023. DOI 10.32743/UniTech.
2023.117.12.16415
18. Krasnikova О.V., Gordesov А.S., Коntorshikova К.N., Krilov V.N. Changes in the parameters of
the IR spectra of biological tissues of tumor-bearing
animals during the combined administration of
doxorubicin and ozone // СТМ. 2011. №3. P. 83...88.
19. Domasev М.V., Gnatuak S.P. Color, color
management, color calculations and measurements.
SPb.: Piter, 2009. 224 p.
Рекомендована кафедрой технологии полиграфического и упаковочного производства Ташкентского института текстильной и легкой промышленности. Поступила 14.03.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
135
УДК 66.091.2:614.841.41
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_136
РАЗРАБОТКА ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ГОРЮЧЕСТИ ТКАНЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
DEVELOPMENT OF POLYMER COMPOSITIONS
TO REDUCE THE FLAMMABILITY OF TECHNICAL FABRICS
О.Г. ЦИРКИНА1, С.А. СЫРБУ1, Н.А. ТОРШИНИНА2,3, В.Г. СПИРИДОНОВА1,
Н.Н. КУЗЬМИНА1,4, А.Х. САЛИХОВА1
O.G. TSIRKINA1, S.A. SYRBU 1, N.A. TORSHININA2,3, V.G. SPIRIDONOVA1,
N.N. KUZMINA1,4, A.H. SALIKHOVA1
(1Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
2
Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН,
3
Ивановский государственный химико-технологический университет,
4
МИРЭА-Российский технологический университет)
(1Ivanovo Fire and Rescue Academy
of the State Fire Service of the Ministry of the Russian Federation for Civil Defense
2
Institute of Chemistry of Solutions named after G.A. Krestov of the Russian Academy of Sciences,
3
Ivanovo State University of Chemical Technology,
4
MIREA - Russian Technological University)
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected]
Сфера использования технического текстиля очень обширна, включает
различные отрасли промышленности и зависит от свойств материала,
которые, в свою очередь, определяются составом, плотностью, типом
переплетения полотна и химической природой отделочного препарата,
наносимого на ткань на этапе заключительной отделки. Представленная
работа направлена на разработку составов на основе поливинилхлорида
(ПВХ), наносимых на поверхность ткани и придающих ей повышенную
устойчивость к действию открытого пламени за счет введения в
полимерную композицию антипиренов различной химической природы.
Проведен анализ свойств полученных материалов с помощью современных
методов исследования. Изучена морфология и элементный состав поверхности исходного материала и образцов с ПВХ-покрытиями с использованием системы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, на
основании чего сделан вывод о равномерности распределения вводимых
добавок в состав ПВХ-паст. Получены данные термического анализа для
образцов с различными наполнителями ПВХ-паст и данные по устойчивости образцов к прожиганию. Отмечено, что в качестве наполнителя,
придающего ткани с полимерным пленочным покрытием дополнительную
защиту от воздействия открытого пламени, наилучшие результаты
показывает шунгит.
The scope of use of technical textiles is very extensive, includes various industries and depends on the properties of the material, which, in turn, are determined
by the composition, density, type of weave of the fabric and the chemical nature of
the finishing preparation applied to the fabric at the final finishing stage. The presented work is aimed at developing compositions based on polyvinyl chloride
(PVC), applied to the surface of the fabric and giving it increased resistance to the
action of an open flame due to the introduction of flame retardants of various
chemical nature into the polymer composition. The properties of the obtained m a-
136
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
terials are analyzed using modern research methods. The morphology and elemental composition of the surface of the starting material and samples with PVC
coatings were studied using an energy dispersive X-ray spectroscopy system, on the
basis of which a conclusion about the uniformity of the distribution of the additives introduced into the compositions of PVC pastes was made. Thermal analysis
data were obtained for samples with various fillers of PVC pastes and data on the
resistance of samples to burning. It is noted that as a filler, which gives the fabric
with a polymer film coating additional protection from exposure to open flames,
shungite shows the best results.
Ключевые слова: технический текстиль, поливинилхлорид, антипирен,
наполнители, рентгеновская спектроскопия, термический анализ, огневое
воздействие, прожигание.
Keywords: technical textiles, polyvinyl chloride, flame retardants, fillers,
X-ray spectroscopy, thermal analysis, fire exposure, burning.
Введение
Ткани технического назначения представляют собой большую группу текстильных материалов, которые вырабатываются из различных по природе волокон
и которым придают специальные свойства
в зависимости от области их дальнейшего
применения и условий эксплуатации. Сфера
использования технического текстиля очень
обширна и включает различные отрасли
промышленности. В зависимости от этого
материалы технического назначения могут
быть ткаными или неткаными, состоять из
натуральных или синтетических волокон,
иметь специальные пропитки или полимерные покрытия.
В мире принципиально меняется понятие технического текстиля. Это уже не
только суровые ткани, но и ткани с пропиткой и отделкой, в том числе и адгезивами, дублированием, термообработкой
(каландрированием), супертяжелые или
суперлегкие ткани, ткани с токопроводящими нитями, ткани с заданными свойствами и так называемый «умный» текстиль,
суперширокие ткани, сетки и сита, геотекстиль, трикотаж и многое другое [1].
Таким образом, область применения
технического текстиля зависит от его
свойств, а они, в свою очередь, определяются составом, плотностью и типом переплетения полотна, а также химической природой отделочного препарата, наносимого
на ткань на этапе заключительной отделки.
По сфере наиболее широкого применения
технические ткани подразделяются на
фильтрационные, обтирочные, изоляционные, огнеупорные и водоотталкивающие.
Технические ткани, прошедшие специальные виды отделки, в частности огнезащитную и гидрофобную, востребованы при
изготовлении специальной и защитной
одежды. Они могут также использоваться
как укрывной и тентовый материал [2].
Помимо классификации по областям
применения технические ткани делят по
составу и типу переплетения. Основными
видами сырья для изготовления тканей
технического назначения могут являться
натуральные целлюлозные волокна (хлопок, лен, джут), искусственные волокна,
стекловолокно, металловолокна, базальтовые и углеродистые волокна.
Ткани, выработанные из льняных волокон, обладают высокими физико-механическими характеристиками и устойчивостью к большинству химических реагентов, а полотняное переплетение материала
дополнительно придает ему прочность и
износостойкость. В частности, льняной и
полульняной брезент разной плотности
изготавливается путем пропитки технической ткани специальными составами –
именно они наделяют материал уникальными свойствами. Например, для пожарных или работников сталелитейных заводов создаются огнеупорные полотна, способные выдерживать высокие температуры и воздействие пламени [3].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
137
Одним из видов тканей технического
назначения является материал с покрытием на основе поливинилхлорида (ПВХ).
ПВХ-покрытие может наноситься на текстильный материал, выработанный из любого вида волокон, и обеспечивать его водонепроницаемость. За счет введения в
состав полимерного покрытия антипиренов можно добиться одновременного придания материалу огнезащитных свойств,
поскольку важным требованием к такой
ткани является пониженная пожароопасность, которая включает три основные характеристики: горючесть, дымообразование и токсичность летучих веществ, выделяющихся из материала во время пожара.
Для снижения пожароопасности существуют добавки целенаправленного действия: антипирены, дымоподавители, адсорбенты токсичных веществ [4].
Авторы работ [5, 6] отмечают следующие основные пути снижения горючести
полимерных материалов:
1. Использование различных гидратов
солей и соединений, которые в результате
термодеструкции выделяют инертные вещества и уменьшают температуру пламени.
2. Использование различных органических и неорганических ингибиторов горения, огнезащитных средств, которые изменяют скорость деструкции. С одной стороны, такие ингибиторы уменьшают содержание горючих летучих продуктов деструкции, с другой стороны, интумесцентные
антипирены обеспечивают условия, позволяющие образовываться коксовому слою с
низкой теплопроводностью на горящей
поверхности. Процесс протекает благодаря
изменению реологических свойств высокотемпературных продуктов термолиза и скорости газообразования во время деструкции.
3. Использование газофазных ингибиторов горения, например, галогенсодержащих
соединений, которые изменяют механизм
реакции в пламени и предпламенной зоне.
К тому же эти ингибиторы снижают полноту сгорания продуктов деструкции. С одной стороны, их использование снижает
тепловыделение в пламени, с другой – увеличивает радиационные потери тепла в связи с увеличением доли образующейся сажи.
138
4. Наполнение полимерной матрицы
инертными веществами для увеличения
индукционного периода воспламенения и
энергии зажигания.
Общепринято, что образование продуктов карбонизации изолирует полимер от
пламени [7, 8].
Таким образом, ткани технического
назначения с полимерным пленочным покрытием, обладающие рядом специфических свойств, имеют большую перспективу
использования в различных областях жизнедеятельности человека, поэтому исследования в данном направлении являются
актуальными.
Целью представленной работы является разработка составов на основе поливинилхлорида, наносимых на поверхность
ткани и придающих ей повышенную
устойчивость к действию открытого пламени за счет введения в полимерную композицию антипиренов различной химической природы, и анализ свойств полученных материалов с помощью современных
методов исследования.
Объекты и методы исследования
В качестве текстильной основы для
нанесения ПВХ-покрытия выбрана хлопкольняная ткань «брезент» с поверхностной
плотностью 580 г/м2, поскольку она обладает высокими физико-механическими характеристиками.
В качестве наполнителей, вводимых в
ПВХ-пасту, использованы диоксид титана,
шунгитовый порошок (в количестве 2% от
массы ПВХ-пасты) и смесь указанных добавок (по 1 масс. % каждой). Выбор
наполнителей обусловлен тем, что они
имеют значительно более высокую термическую стойкость по сравнению с целлюлозой и ПВХ. Помимо этого, шунгитовый
порошок может образовывать в ПВХпленке коксовый слой, защищающий материал от контакта с кислородом воздуха,
а TiO2 имеет высокую отражающую способность и хорошую совместимость с любым пленкообразователем. Характеристика
основных компонентов для получения полимерного покрытия на основе ПВХ представлена в табл. 1.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Название
Поливинилхлорид (ПВХ) эмульсионный
Диоктилфталат (ДОФ)
Шунгитовый порошок
Диоксид титана
Формула
- (CH2 – CHCl)n C6H4(COOC8H17)2
Ств. (96-99%)
TiO2
Составы на основе ПВХ (ПВХ-пластизоль) для поверхностного нанесения на
ткань готовили следующим образом: смешивали поливинилхлорид эмульсионный и
диоктилфталат при комнатной температуре
до получения однородной пасты, после чего
помещали в термошкаф с температурой
30…35 ºС на 0,5…1 час при условии постоянного перемешивания. Готовый состав
охлаждался в течение 15…20 минут до
комнатной температуры. Далее для получения различных образцов вводили наполнители: шунгитовый порошок, диоксид
титана и их смесь.
Готовые составы наносили на ткань методом воздушной ракли. При этом толщина
наносимого слоя составляла 0,50 ± 0,01 мм.
Далее проводили обработку образцов в
среде горячего воздуха с температурой
145…150 ºС в течение 5 мин.
Таким образом, для дальнейших исследований были получены пять образцов
хлопкольняной ткани, пронумерованные
следующим образом:
- образец №1 – брезент без покрытия;
- образец №2 – брезент с ПВХ-пленкой;
- образец №3 – брезент с пленкой ПВХ
+ ТiО2;
- образец №4 – брезент с пленкой ПВХ
+ шунгит;
- образец №5 – брезент с пленкой ПВХ
+ ТiО2 + шунгит.
Исследование морфологии и элементного состава поверхности исходного брезента и образцов с ПВХ-покрытиями проводили с использованием системы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS Thermo Fisher Scientific) для микроскопа Quattro S на оборудовании Центра
коллективного пользования «Верхневолжский региональный центр физико-химических исследований», созданного Институтом химии растворов имени Г.А. Крестова
РАН (http://www.isc-ras.ru/ ru/struktura/ckp).
Таблица 1
Агрегатное состояние
Твердый порошок белого цвета
Вязкая жидкость
Черный порошок tпл.~3527 оС
Белый порошок tпл.= 1850…1870 оС
Принцип работы сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) и результаты,
которые возможно получить при его использовании, подробно изложены в работах [9, 10]. Максимальная погрешность
исследования при получении количественных данных по элементному составу покрытий составляет 0,6 %.
Термическую устойчивость исходного
и полученных образцов исследовали на термическом анализаторе SETSYS Evolution
[11] в соответствии с ГОСТ Р 53293-2009 в
кислородно-азотной смеси, имитирующей
воздушную среду. Экспериментальные
данные по представленному этапу работы
получены с использованием оборудования
ЦКП РТУ МИРЭА при поддержке Минобрнауки России в рамках Соглашения №07515-2021-689 от 01.09.2021.
Устойчивость к действию открытого
пламени проводили для сравнительного
анализа полученных образцов путем прожигания материала по центру газовой горелкой, расположенной перпендикулярно
к плоскости ткани. При этом фиксировалось время полного прожигания ткани (с).
Результаты и обсуждение
С научной точки зрения представляет
значительный интерес изучение морфологии и элементного состава поверхности
исходного «брезента» и образцов с ПВХпокрытиями, предотвращающими возгорание. При этом можно оценить качественный и количественный состав покрытия и
равномерность распределения частиц наполнителя в полимерной пленке. С этой
целью на начальном этапе исследования
проведена сканирующая электронная микроскопия, которая позволяет получить
следующие характеристики объекта: композиционный и ориентационный контраст,
состав микрокомпонентов, рельеф поверхности материала, наличие микропримесей,
а также определить элементный состав ком-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
139
понентов материала. Данные, полученные
на сканирующем электронном микроскопе
Quattro S в виде фотографий объектов ис-
следования, и результаты элементного
картирования приведены на рис. 1…5 для
образцов №№ 1…5 соответственно.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
140
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 4
Рис. 5
Элементное картирование представляет
собой один из современных способов исследования объектов на основе визуализации и анализа пространственного распределения элементов в образце или пробе
[12]. Метод позволяет визуализировать
распределение химических элементов по
поверхности объекта с неравномерным со-
ставом, а также исследовать влияние состава на свойства твердой поверхности.
Данные элементного состава, полученные с использованием системы энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии,
сведены в табл. 2.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
141
Таблица 2
Элементный
состав
образцов
Количество,
%
Атомарное
Массовое
Атомарное
О
Массовое
Атомарное
N
Массовое
Атомарное
Cl
Массовое
Атомарное
Ti
Массовое
Прочие элементы
С
№1
№2
Брезент
без покрытия
Брезент
с ПВХ
39,1
32,5
48,3
53,5
11,1
10,8
S, Mg, K, Na, Ca
56,1
38,6
24,7
22,6
18,0
36,7
Pb, Si
При анализе табличных данных обращает на себя внимание факт увеличения
массовой доли углерода в образце №4
(брезент + ПВХ + шунгит). Это связано с
тем, что шунгит представляет собой природный композит, имеющий углеродную и
силикатную составляющие. Он содержит
глобулярный графитоподобный углерод с
вкрапленными частицами оксида кремния,
преимущественно кварца, и алюмосиликаты. В углеродных глобулах распределены
вода, микроэлементы, фуллерены в форме
С60 и С70 и нанотрубки [13].
Анализ рисунков и табличных данных
показывает также наличие соединений
кремния как в составе пленки исходного
ПВХ, так и в ПВХ-пленках с добавлением
диоксида титана и шунгита. В литературе
[14, 15] имеются данные, что кремнийсодержащие добавки вводят в исходный
ПВХ-порошок в качестве наполнителей.
На наш взгляд, они могут выполнять различные функции: увеличивать способность
прочих наполнителей встраиваться в полимерную матрицу, повышать термическую
стабильность композитного материала и
являться хорошими внутренними смазками, за счет чего могут служить состабилизаторами полимера. В качестве стабилизаторов ПВХ могут быть также использованы
соединения свинца, которые и были обнаружены в образце №2 (брезент с ПВХ).
142
Образец
№3
Брезент
с ПВХ +
ТiО2
59,2
42,3
24,3
23,2
15,2
32,0
0,4
1,1
S, Si
№4
Брезент
с ПВХ +
шунгит
59,5
44,3
27,3
27,1
12,3
27,0
Si, Al, Ca
№5
Брезент
с ПВХ + ТiО2
+ шунгит
56,7
39,3
24,3
22,4
17,5
35,8
0,2
0,6
Si
Необходимо также отметить, что массовое содержание обнаруженного титана
коррелирует с количеством диоксида титана, введенного в ПВХ-составы.
Визуальный анализ представленных на
микрофотографиях данных позволяет судить о равномерности распределения по
поверхности частиц наполнителей, введенных в ПВХ-матрицу. Однако априори нельзя
сделать вывод об эффективности их действия в качестве антипирирующих добавок.
Поэтому на следующем этапе проведен термический анализ (ТА) имеющихся образцов
на термическом анализаторе SETSYS Evolution в кислородно-азотной смеси, имитирующей воздушную среду. Ранее в работах
[16, 17] нами была показана возможность
применения термического анализа для характеристики пожароопасных свойств исходных и обработанных антипиренами образцов, поскольку полученные результаты
имеют числовое выражение.
Целью термического анализа, проведенного в данной работе, является получение зависимостей скорости разложения
целлюлозы и ПВХ-покрытия от различных
температур для прогнозирования термостойкости получаемых материалов, а также
получение данных по качественному составу газообразных продуктов термоокислительной деструкции образцов. Результаты
термических исследований испытуемых
образцов представлены в табл. 3.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Таблица 3
Пики на кривых
Скорость потери
массы, % / мин
№1
№2
Образец
№3
Брезент
без покрытия
Брезент
с ПВХ
Брезент
с ПВХ + ТiО2
max: 271,52
448,00
Тепловой
поток Q
1-й пик: 314,19
2-й пик max:
451,03
Продукты
разложения
CO2
H2O
CH2O
Температура
разложения
ПВХ-пленки
с выделением
HCl + Cl ат
-
№4
Брезент
с ПВХ + шунгит
Температурные пики на кривых термического анализа, ºС
max: 269,02
max: 269,32
max: 271,64
428,77
442,74
425,30
1-й пик: 303,69
2-й пик max:
445,91
CO2
H2O
CH2O
выделения
HCl + Cl ат
не зафиксировано
Целью термического анализа, проведенного в данной работе, является получение
зависимостей скорости разложения целлюлозы и ПВХ-покрытия от различных
температур для прогнозирования термостойкости получаемых материалов, а также получение данных по качественному
составу газообразных продуктов термоокислительной деструкции образцов. Результаты термических исследований испытуемых образцов представлены в табл. 3.
Из литературных данных известно, что
главными продуктами термического распада целлюлозы являются уголь, водный дистиллят, смола и газы. Жидкие продукты
распада содержат уксусную кислоту, ацетон и многие другие вещества. Разными
исследователями найдены муравьиная кислота, формальдегид, фурфурол, оксиметилфурфурол, метилфурфурол, фураны, метилэтилкетон, фенол, следы толуола [18]. Данные, полученные в ходе представленной
работы, также выявили наличие в продуктах разложения целлюлозной составляющей материала воды, углекислого газа,
формальдегида и угольного остатка, а при
термодеструкции образцов с ПВХ-покрытием и наполнителями еще и хлороводорода
в смеси с атомарным хлором.
Последовательно проанализируем данные, представленные в табл. 3. Из анализа
показателя скорости потери массы в зави-
№5
Брезент
с ПВХ + ТiО2 +
шунгит
max: 269,02
446,00
1-й пик: 300,75
2-й пик max:
428,26
CO2
H2O
CH2O
HCl + Cl ат
1-й пик: 300,46
2-й пик max:
436,70
CO2
H2O
CH2O
HCl + Cl ат
1-й пик: 307,45
2-й пик max:
447,31
CO2
H2O
CH2O
HCl + Cl ат
285-295
285-295
285-295
симости от температуры видно, что для
всех образцов первый максимум скорости
потери массы наблюдается примерно при
одинаковой температуре 269…271 ºС, характерной для начала процесса деполимеризации целлюлозы. Вторые пики на кривых ДСК, обработанных методом модуляционных стандартов, имеют место при
температурах выше 400 ºС и связаны с
полным разрушением макромолекулярных
цепей. Однако для образцов №№ 2, 3, 4
максимальная скорость потери массы фиксируется в области более низких температур по сравнению с исходным образцом:
брезент без покрытия (№1) – 448,00 ºС;
брезент с ПВХ (№2) – 442,74 ºС; брезент
с ПВХ + ТiО2 (№3) – 425,30 ºС; брезент
с ПВХ + шунгит (№4) – 428,77 ºС. На наш
взгляд, данный факт можно объяснить как
наличием в составе образцов поливинилхлорида, так и влиянием на его свойства
наполнителей ПВХ-пленки. Будучи более
простым по химическому составу и структуре полимером, ПВХ подвергается термоокислительной деструкции гораздо легче,
чем целлюлозное волокно, поэтому значения температуры, при которых скорость
потери массы максимальна, смещаются
влево.
При
указанной
температуре
(~420…450 ºС) ТiО2 и шунгит не достигают своих температур плавления, но в составе механической смеси с поливинил-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
143
хлоридом снижают температуру, при которой скорость исчерпывающей деструкции максимальна. Совместное введение в
состав ПВХ-композиции ТiО2 и шунгита
(№5), возможно, имеет синергический эффект и обеспечивает более высокую термостойкость остаточных продуктов деполимеризации в силу физических свойств
наполнителей и/или за счет механического
предотвращения доступа кислорода в зону
реакции и замедления вследствие этого их
окончательного разрушения. На правильность высказанного предположения указывает значение температурного пика состава ПВХ + ТiО2 + шунгит (№5) – введение в ПВХ-состав диоксида титана в сочетании с шунгитом смещает значение температурного пика вправо до 446,00 ºС.
Рассмотрим изменения значений температурных пиков для характеристики
«тепловой поток». Для образцов с нанесенным ПВХ-слоем (№2) и ПВХ-слоем,
содержащим наполнители (№№ 3, 4), максимальные пики на кривых теплового потока смещаются в диапазон более низких
температур по сравнению с образцом без
покрытия (№1): с 445,91ºС для образца с
ПВХ-покрытием до 428,26 ºС для ПВХ +
ТiО2 и 436,70 ºС для ПВХ + шунгит. Для
покрытия ПВХ + ТiО2 + шунгит максимальный пик на кривых теплового потока
имеет место при 447,31ºС, то есть здесь
так же, как и в случае со скоростью потери
массы, проявляется синергический эффект
двух наполнителей, увеличивающий термостойкость полимерного покрытия по
сравнению с образцами №3 и №4.
В ходе проведения эксперимента также
получены данные по качественному составу газообразных продуктов термического
разложения исходного образца и образцов
с ПВХ-покрытием. Выявлено, что для образцов с наполнителями в процессе термоокислительной деструкции в диапазоне
температур 285…295 ºС наблюдается выделение смеси HCl и атомарного Clат, что
не было зафиксировано для образца с «чистой» ПВХ-пленкой. Возможно, в указанных случаях наполнители являются катализаторами скорости разложения поливинилхлорида, и образующиеся концентрации газов HCl + Cl ат могут улавливаться
термоанализатором.
На следующем этапе работы получены
практические результаты, позволяющие
судить об эффективности огнезащиты исследуемых составов. Полученные образцы
испытывались на устойчивость к прожиганию по показателю времени (с), за которое
материал полностью прогорал. Поскольку
материал имеет пленочное покрытие, то
использовать гостированную методику,
предусматривающую поджигание образца
с необработанного края, не представляется
целесообразным. Для сравнительного анализа образцы прожигались по центру газовой горелкой, расположенной перпендикулярно к плоскости ткани. При этом фиксировалось время полного прожигания материала. Время прожигания образцов с разным составом ПВХ-покрытия представлено в табл. 4.
Таблица 4
Образец
Характеристика
Время полного
прожигания образца, с
№1
№2
№3
№4
Брезент
без покрытия
Брезент
с ПВХ
Брезент
с ПВХ + ТiО2
Брезент
с ПВХ + шунгит
20±1
55±1
45±1
153±1
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что нанесение на ткань
ПВХ-покрытия увеличивает время прогорания материала как минимум в 2,5 раза.
В условиях огневого воздействия образец
№5 (брезент с ПВХ + ТiО2 + шунгит) не
144
№5
Брезент
с ПВХ + ТiО2 +
шунгит
58±1
показал наилучших результатов, однако
это не противоречит результатам термических исследований, поскольку они не
предусматривают воздействия на поверхность материала открытого пламени.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Максимальной устойчивостью к огневому воздействию обладает образец №4 с
нанесенным ПВХ-составом, содержащим
шунгит. Данный факт предположительно
можно объяснить следующим образом:
шунгит, высвобождаясь из расплавленного
слоя поливинилхлорида, претерпевает
структурные изменения под воздействием
открытого пламени и образует барьер из
кокса, который обеспечивает двойную защиту ткани – и от внешнего источника
тепла (пламени), и от поступления к ткани
кислорода воздуха. Таким образом обеспечивается повышенная устойчивость материала к горению. Снижение устойчивости
к открытому пламени образца №5 (брезент
с ПВХ + ТiО2 + шунгит) по сравнению с
№4 (брезент с ПВХ + шунгит), на наш
взгляд, можно объяснить тем, что в композиции №5 содержание шунгита в массовых
частях в 2 раза меньше, нежели в №4. Следовательно, образующийся барьер из кокса
имеет недостаточную толщину, чтобы защитить ткань от прогорания.
Высказанные предположения будут являться перспективой дальнейшей работы в
указанном направлении.
ВЫВОДЫ
1. Предложены составы на основе поливинилхлорида, наносимые на ткань с
целью получения материала с высокой
устойчивостью к действию открытого
пламени.
2. С помощью сканирующей электронной микроскопии проведено морфологическое исследование поверхности образцов,
в результате чего сделаны выводы о равномерности распределения вводимых добавок в составы ПВХ-паст.
3. Получены данные термического
анализа, свидетельствующие о высокой
термостойкости образца с нанесенной
ПВХ-пленкой, содержащей шунгит.
4. Получены данные по устойчивости
образцов к прожиганию, которые подтвердили перспективность использования шунгита в качестве наполнителя, придающего
ткани с полимерным пленочным покрыти-
ем дополнительную защиту от воздействия
открытого пламени.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бондарчук М.М. Подходы к классификации
технического текстиля // Современные проблемы
науки и образования. 2015. № 11 (41). С. 95…99.
2. https://fabrikant-textile.ru/articles/tekhnicheskietkani-nbsp-vidy-nbsp-i-naznachenie/ (дата обращения
27.02.2024).
3. https://evatex37.ru/articles/chto-takoe-tehnicheskietkani-sostav-vidy-svoystva (дата обращения 27.02.2024).
4. Фомина О.А. Оценка пожароопасности поливинилхлоридных пленок, содержащих новый
антипирен // Вестник науки и творчества. 2016. № 2
(2). С. 117…123.
5. Khalturinskij N.A., Berlin A.A. Polymer Combustion // Degradation and Stabilization of Polymers.
N.Y.Elsevier. 1989. Р. 145…294.
6. Асеева Р.М., Заиков Г.Е. Горение полимерных материалов. М.: Наука, 1981. 280 с.
7. Халтуринский Н.А., Новиков Д.Д., Жорина Л.А. и др. Влияние интумесцентных антипиренов на горючесть ПВХ пластикатов // Химическая
физика и мезоскопия. 2009. № 11 (1). С. 23…27.
8. Zaikov G.E. Low Flammability Polymeric Materials // Polymer News. 2005. Vol. 30. № 7. Р. 216.
9. Устройство и преимущество сканирующего
электронного микроскопа // Развитие науки.
https://v-nayke.ru/?p=16862 (дата обращения 28.02.24).
10. Быков Ю.А., Карпухин С.Д. Растровая электронная микроскопия и рентгеноспектральный
микроанализ. Аппаратура, принцип работы, применение: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2002. 44 с.
11. Ивлев В.И., Фомин Н.Е., Юдин В.А. Термический анализ. Ч. 1. Методы термического анализа.
Саранск: Изд-во Мордовского университета, 2017.
44 с.
12. Scruggs B., Haschke M., Herczeg L.,
Nicolosi J. XRF mapping: new tools for distribution
analysis // Advances in X‐ray Analysis. 2000, V 42.
P. 19…25.
13. Волочко А.Т., Лыньков Л.М., Криштопова Е.А. Шунгитовый минерал и области его применения // Инженер-механик. 2009. № 3. С. 38…45.
14. Гроссман Ф. Руководство по разработке
композиций на основе ПВХ. СПб.: Научные основы
и технологии, 2009. 550 с.
15. Гузеев В.В. Структура и свойства наполненного поливинилхлорида (ПВХ). СПб.: Научные
основы и технологии, 2012. 284 с.
16. Сырбу С.А., Циркина О.Г., Салихова А.Х. и др.
Проблемные вопросы придания текстильным материалам специальных защитных свойств // Современные проблемы гражданской защиты. 2023. № 2
(47). С. 134…141.
17. Спиридонова В.Г., Циркина О.Г. Исследование пожароопасных свойств тканей из целлюлозных волокон методами термического анализа //
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
145
Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2023. № 2 (404). С. 123…128.
18. Кононов Г.Н. Химия древесины и ее основных компонентов: учеб. пособие. М: МГУЛ, 2002.
260 с.
REFERENCES
1. Bondarchuk M. M. Approaches to the classification of technical textiles // Modern problems of science
and education. 2015, 11 (41). P. 95...99.
2. https://fabrikant-textile.ru/articles/tekhnicheskietkani-nbsp-vidy-nbsp-i-naznachenie
/
(accessed
02/27/2024).
3. https://evatex37.ru/articles/chto-takoe-tehnicheskietkani-sostav-vidy-svoystva (accessed 02/27/2024).
4. Fomina O.A. Assessment of the fire hazard of
vinyl chloride films containing a new flame retardant //
Bulletin of Science and creativity. 2016, 2 (2).
P. 117...123.
5. Khalturinskij N.A., Berlin A.A. Polymer Combustion // Degradation and Stabilization of Polymers.
N.Y.Elsevier. 1989. Р. 145…294.
6. Aseeva R.M., Zaikov G.E. Combustion of polymer materials. M.: Nauka, 1981. 280 p.
7. Khalturinsky N.A., Novikov D.D., Zhorina L.A.
etc. The influence of intumescent flame retardants on
the flammability of PVC plastics // Chemical physics
and mesoscopy. 2009, 11 (1). P. 23…27.
8. Zaikov G.E. Low Flammability Polymeric Materials // Polymer News. 2005, Vol.30, № 7. Р. 216.
9. Design and advantage of a scanning electron
microscope // Development of science. https://vnayke.ru/?p=16862 (access date 02/28/24).
10. Bykov Yu.A., Karpukhin S.D. Scanning electron
microscopy and X-ray spectral microanalysis. Equipment, principle of operation, application: textbook. M.:
146
Publishing house of MSTU im. N.E. Baumana, 2002.
44 p.
11. Ivlev V.I., Fomin N.E., Yudin V.A. Thermal
analysis. Part 1. Methods of thermal analysis. Saransk:
Mordovian University Publishing House, 2017. 44 p.
12. Scruggs B., Haschke M., Herczeg L.,
Nicolosi J. XRF mapping: new tools for distribution
analysis // Advances in X‐ray Analysis. 2000, V 42.
P. 19…25.
13. Volochko A.T., Lynkov L.M., Krishtopova E.A.
Shungite mineral and areas of its application // Mechanical Engineer. 2009, 3. P. 38...45.
14. Grossman F. Guide to the development of
compositions based on PVC. SPb.: Scientific principles
and technologies, 2009. 550 p.
15. Guzeev V.V. Structure and properties of filled
polyvinyl chloride (PVC). SPb.: Scientific principles
and technologies, 2012. 284 p.
16. Syrbu S.A., Tsirkina O.G., Salikhova A.Kh. etc.
Problematic issues of imparting special protective
properties to textile materials // Modern problems of
civil protection. 2023, 2 (47). P. 134…141.
17. Spiridonova V.G., Tsirkina O.G. Study of firehazardous properties of fabrics made of cellulose fibers
by thermal analysis methods // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi
Promyshlennosti. 2023, 2 (404). P. 123…128.
18. Kononov G.N. Chemistry of wood and its main
components: textbook. M: MGUL, 2002. 260 p.
Рекомендована кафедрой пожарной безопасности объектов защиты (в составе учебно-научного
комплекса «Государственный надзор») Ивановской
пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России.
Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677.027.6
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_147
РАЗРАБОТКА МИКРОКАПСУЛИРОВАННЫХ ПРЕПАРАТОВ
НА ОСНОВЕ БЕЛКОВ ДЛЯ АНТИБАКТЕРИАЛЬНОЙ ОТДЕЛКИ ТКАНЕЙ *
DEVELOPMENT OF MICROENCAPSULATED
PROTEIN-BASED PREPARATIONS FOR ANTIBACTERIAL FABRIC FINISHING
А.А. ЛИПИНА, Л.С. ПЕТРОВА, В.Ю. ПЕТРУШИНА, К.А. ЕРЗУНОВ, О.В. КОЗЛОВА, О.И. ОДИНЦОВА
A.A. LIPINA, L.S.PETROVA, V.Y. PETRUSHINA, K.A. ERZUNOV, O.V. KOZLOVA, O.I. ODINTSOVA
(Ивановский государственный химико-технологический университет)
(Ivanovo State University of Chemical Technology)
E-mail:[email protected]
Исследована возможность микрокапсулирования белков для создания
текстильных материалов медицинского назначения. Приведен обзор
способов микрокапсулирования. Одним из перспективных методов синтеза
является послойная самосборка (LbL) оболочек нанокапсул на коллоидных
частицах. Для формирования архитектуры оболочки капсулы применяют
биосовместимые и биоразлагаемые полиэлектролиты. Предложен
темплатный способ создания микрокапсул с включением в ядро белков
лизоцима и тирозина-L. При помощи способа layer-by-layer осуществлен
синтез биодеградируемых оболочек данных микрокапсул. Методом
динамического рассеяния света определены размерные характеристики и
построены гистограммы распределения частиц дисперсии. При помощи
оптической и сканирующей микроскопии получены изображения
синтезированных капсул. Для идентификации наличия свободного белка в
системе использована ксантопротеиновая реакция. C применением метода
дисков выявлена антибактериальная активность капсулированных форм
лизоцима и тирозина-L.
The possibility of microcapsulation of proteins for the creation of textile materials for medical purposes was investigated. An overview of microcapsulation
methods was provided. One of the promising synthesis methods is layered selfassembly (LbL) of nanocapsule shells on colloidal particles.
Biocompatible and biodegradable polyelectrolytes were used to form the architecture of the capsule shell. A template method for creating microcapsules with the
inclusion of lysozyme and tyrosine-L proteins in the core was proposed. Using the
layer-by-layer method, biodegradable microcapsule shells, containing lysozyme
and tyrosine-L in their core were synthesized. The dimensional characteristics
were determined by the method of dynamic light scattering and histograms of the
distribution of dispersion particles were constructed. Images of synthesized capsules using optical and scanning microscopy were obtained. A xanthoprotein reaction was used to identify the presence of free protein in the system. The antibacterial activity of encapsulated forms of lysozyme and tyrosine-L was revealed using
the disk method.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (номер проекта FZZW2023-0008).
*
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
147
Ключевые слова: микрокапсулы, белки, темплаты, антибактериальный текстиль, биодеградируемые полиэлектролиты, хитозан, ксантановая
камедь, лизоцим, тирозин-L.
Keywords: microcapsules, proteins, templates, antibacterial textiles, biodegradable polyelectrolytes, chitosan, xanthan gum, lysozyme, tyrosine-L.
Важной тенденцией в развитии технологий текстильной промышленности является разработка инновационных антибактериальных текстильных материалов медицинского назначения, предназначенных
для прямого контакта с кожей пациента.
Такие ткани должны быть устойчивы к
микроорганизмам, обладать биоцидными и
требуемыми функциональными (кровоостанавливающими, ранозаживляющими)
свойствами. Одним из перспективных
направлений, позволяющих решить эту
задачу, является иммобилизация микрокапсулированных функциональных веществ
на текстильном носителе [1].
На сегодняшний день наблюдается значительный прогресс в области применения
микрокапсулированных систем в фармацевтической, косметической, пищевой,
текстильной и сельскохозяйственной промышленности [2]. Заключенное в микрокапсулу функциональное вещество защищено от внешних воздействий, что обуславливает его постепенное высвобождение из капсулы. Свойства микрокапсул зависят от проницаемости оболочки, в которой находится ядро частицы или функциональное вещество. При изменении материала капсулы, толщины ее стенок и других
характеристик появляется возможность
регулирования концентрации и скорости
высвобождения активного вещества, а следовательно, пролонгируется его действие и
значительно снижается острая токсичность
ряда веществ.
В промышленности микрокапсулирование функциональных веществ применяется для разработки инновационных текстильных изделий. Производство таких
материалов однозначно повышает их конкурентоспособность за счет создания таких эффектов, как долговечность, стабильность, проницаемость, огнестойкость, химическая и бактерицидная защита и др.
148
При разработке микрочастиц должна
учитываться вся суть процесса: природа
частиц, механизм высвобождения и компоненты. Чтобы получить удовлетворительный продукт, все эти параметры
должны быть оптимизированы. Существует множество методов микрокапсулирования в зависимости от свойств материала,
подлежащего инкапсуляции, размера частиц, толщины и проницаемости стенок,
растворимости пленкообразующего материала, скорости высвобождения и физических свойств веществ [3]. Большой интерес связан с эффективностью защиты инкапсулированного активного ингредиента
от разложения и возможностью контролировать скорость высвобождения активного
вещества.
Многие системы микрокапсуляции используют комбинацию различных процессов, и иногда бывает трудно классифицировать эти методы.
Химические методы используются для
капсулирования твердых и жидких веществ.
В этом случае образование оболочек вокруг ядер инкапсулируемого вещества
происходит в результате реакции полимеризации и поликонденсации пленкообразующих компонентов. Реакция протекает
на границе раздела двух фаз вода – масло
при определенных соотношениях капсулируемого вещества и материала оболочки, а
также при определенных концентрациях
полимера в растворе. Материал оболочки
легко адсорбируется на поверхности диспергированных частичек [4].
Метод поликонденсации приводит к
созданию оболочки в результате реакции
двух соединений, одно из которых растворено в дисперсионной среде, а другое – в
капсулируемом веществе [5]. Данный способ используется для инкапсулирования
водных растворов, дисперсий и лиофильных веществ.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Метод хемосорбции основан на микрокапсулировании твердых веществ, которые
содержат гидроксильные группы в оболочке из неорганического силиката типа
глины. Данный метод используется очень
редко [6].
В процессе микрокапсулирования мономеров используют эмульсионный способ
и полимеризацию в растворе. Полимеризацию иногда проводят в среде неполярного
органического растворителя и используют
растворимые в нем полярные капсулируемые вещества. Данный процесс может
протекать по катионному или анионному
механизму. Катализатор, полученный при
полимеризации, добавляют в состав капсулируемого вещества, или роль инициатора
выполняет само вещество [7].
Физико-химические методы основаны
на разделении фаз, которые способствуют
заключению вещества в оболочку в любом
агрегатном состоянии, а также получению
микрокапсул с разными по размеру и свойствам пленками (толщина, пористость,
эластичность и др.) [8].
Процесс коацервации высокомолекулярных соединений рассматривается как
образование двухфазной системы в результате расслаивания. Одна из фаз является раствором высокомолекулярного вещества в растворителе, другая фаза представляет собой раствор растворителя в высокомолекулярном веществе. Раствор содержит большое количество высокомолекулярных веществ, часто выделяется в виде коацерватных капель, что связано с переходом от полного смешения к ограниченной растворимости [9]. Простые коацерваты получаются путем обезвоживания гидрофильных коллоидов для снижения их растворимости. Таким методом
можно капсулировать не только жидкости,
но и твердые и водонерастворимые лекарственные вещества.
Суть физических методов заключается
в механическом нанесении оболочки на
твердые или жидкие частицы лекарственных веществ [10].
Метод дражирования применяется для
микрокапсулирования твердых лекарственных веществ. Образующиеся пленки
высушивают нагретым воздухом. Толщина
оболочки зависит от концентрации пленкообразователя, природы, скорости и температуры нагревания [11].
Метод распыления используется для
микрокапсулирования твердых веществ,
переведенных в состояние тонких суспензий. Ядра суспендируют в растворе или
расплаве жировых веществ с последующим распылением и сушкой суспензии в
распылительной сушилке. Частицы покрываются жидкими оболочками, затвердевающими в результате испарения растворителя или охлаждения. Полученные микрокапсулы имеют размер от 30 до 50 мкм [12].
При микрокапсулировании жидких лекарственных веществ происходит эмульгирование или растворение при нагревании в водном растворе пленкообразующего препарата. Нагретую эмульсию разбрызгивают с помощью форсунки и распыляют в камеру под действием сжатого
воздуха, поступившего из ресивера [13].
Полученные микрокапсулы имеют правильную сферическую форму и одинаковый размер, зависящий от вязкости, поверхностного натяжения и характеристик
применяемого устройства.
Метод центрифугирования представляет собой воздействие центробежной силы
на частицы капсулируемых лекарственных
веществ, проходящих через раствор пленкообразователя, в качестве которых используют вещества, обладающие достаточным поверхностным натяжением и оптимальной вязкостью [14]. От этого зависит размер и форма микрокапсул.
Содержимое микрокапсул высвобождается путем механического разрушения
оболочек под действием определенных
факторов, таких как давление, трение,
ультразвуковое воздействие, плавление,
разрывание изнутри парами или газообразными веществами, выделяющимися при
изменении внешних условий, а также в результате диффузии содержимого при набухании стенок микрокапсул в окружающей жидкости [15].
Во всех рассматриваемых случаях
необходимо учитывать сочетание возможности достаточно полного высвобождения
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
149
вещества в момент использования с
надежной защитой его от окружающей
среды в период хранения.
Одним из значимых направлений в области медицины на сегодняшний день является создание текстильных материалов с
антимикробными и вирулицидными свойствами на основе пептидов. Для предохранения пептидов от негативных воздействий внешней среды и снижения скорости
их гидролиза предложено использовать
способ микрокапсулирования. Целью настоящей работы являлось создание методики микрокапсулирования пептидов для
создания текстильных материалов медицинского назначения. Базой для разработки технологии капсулирования служили
работы, проведенные на кафедре химической технологии волокнистых материалов
ИГХТУ [16].
Одним из перспективных методов синтеза является послойная самосборка (LbL)
оболочек нанокапсул на коллоидных частицах. Для формирования архитектуры
оболочки капсулы применяют биосовместимые и биоразлагаемые полиэлектролиты [17, 18]. Предложен темплатный способ
создания микрокапсул с включением в ядро белков лизоцима и тирозина-L. Помимо
того, что лизоцим оказывает бактерицидный и бактериостатический эффект, он
также усиливает хемотаксис, обладает
противовоспалительным действием, сорбционными свойствами в отношении микрофлоры, повышает фагоцитарную активность лейкоцитов, активирует комплемент,
способствует репарации тканей, способен
нейтрализовать некоторые микробные токсины и стимулирует антителогенез. Тирозин-L необходим для поддержки нервной,
сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма и использован в качестве
сравнительной модели для оценки возможности микрокапсулирования пептидов.
Методика эксперимента
Лизоцим предоставлен фирмой Neofrox
GmbH, а тирозин-L лабораторией ДИА-М,
г. Москва. Приготовление водного 0,5%-ного
раствора лизоцима проводилось следующим
образом: 0,5 г белка растворяли в 100 мл
дистиллированной воды, далее 20 мл по-
150
лученного раствора добавляли к 0,25 г
темплатов и оставляли на сутки до полной
проницаемости белка в пористую структуру темплата. При этом рН поддерживали
на уровне 4…4,5.
Создание микрокапсул на темплатах
осуществляли методом полиионной сборки. Для этого темплаты обрабатывали переменно полиэлектролитами, заряженными
разноименно. В работе опробованы биодеградируемые препараты: положительнозаряженный хитозан (Х) и отрицательнозаряженные ксантановая камедь (КК), акации камедь (АК), пектин (П), гуаровая камедь (ГК).
На отрицательно заряженные ядра карбоната кальция наносили слой положительно заряженного полиэлектролита (0,2 г),
интенсивно перемешивали в течение
20 минут и промывали дистиллированной
водой. Далее добавляли 0,2 г отрицательно
заряженного полиэлектролита, перемешивали в течение 20 минут и промывали.
Введение в систему противоположно заряженных полиэлектролитов повторяли
для получения многослойных капсул.
С целью получения полой проницаемой
капсулы ядра СаCO3 растворяли посредством введения в систему тринатриевой
соли этилендиаминтетрауксусной кислоты
(ЭДТА). При этом кальций образовывал
устойчивый комплекс с ЭДТА и извлекался из капсулы, освобождая оболочку.
Результаты и их обсуждение
Влияние состава дисперсии на размерные характеристики и распределение в системе полученных микрокапсул определяли
методом динамического рассеяния света
на приборе Photocor Compact-Z (табл. 1).
Данные, приведенные в табл. 1, представляют гистограммы распределения
микрочастиц по размерам частиц в дисперсии и показывают, что достаточно узкая размерная полоса характеризует капсулы, оболочка которых включает хитозан
и акации камедь. В этом случае средний
размер капсул составляет 271 нм.
Минимальным размером характеризуются капсулы c лизоцимом, в состав оболочек которых входят противоположно
заряженные полиэлектролиты – хитозан и
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
пектин, их размер составляет 31 нм. При
использовании в качестве оболочкоформирующих веществ хитозана и гуаровой
камеди размер частиц составляет 79,9 нм.
Большим размером частиц характеризуются капсулы на основе хитозана и
ксантановой камеди – 536 нм, полоса распределения на гистограмме для таких объектов значительно расширяется.
Для снижения агрегации в системе капсул с тирозином-L на основе хитозана и
гуаровой камеди введены добавки спиртов.
Установлено, что в присутствии этилового
спирта размеры частиц меньше (301,2 нм)
и распределение в системе более узкое по
сравнению системой, куда добавлен изопропиловый спирт (603,5 нм) (табл. 1).
Таким образом, минимальными размерами характеризуются капсулы на основе
белка лизоцима, в состав оболочек которых входят противоположно заряженные
полиэлектролиты – хитозан и пектин.
Рис. 2
Рис. 1
На рис. 1 представлено фото микрокапсул на основе лизоцима и гуаровой камеди, на котором довольно четко видны капсулы. Мелкие частицы похожи на объемные сферические микрокапсулы с белком,
которые неоднородно распределены в рассматриваемой системе. Для подтверждения
наличия капсул в системе в состав полученной дисперсии вводили этиловый спирт,
после чего выпаривали, в результате были
получены капсулы-звездочки, приведенные
на рис. 2.
Таблица 1
- 0,1% тирозин-L
-Х
- КК
-Х
- КК
Среднее содержание частиц в составе,
%
100
Гистограмма распределения частиц по размеру
в растворе, содержащем микрокапсулы с белком
1,0
содержание частиц, ед
Состав, г/л, последовательность формирования капсул
Средний
размер
частиц,
нм
536,4
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
200
400
600
800
1000
r, нм
271
100
1,0
содержание частиц, ед
- 0,1% тирозин-L
-Х
- АК
-Х
- АК
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
200
400
600
800
1000
r, нм
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
151
Окончание табл. 1
603,5
100
1,0
содержание частиц, ед
- 0,1% тирозин-L
(с изопропиловым спиртом)
-Х
- ГК
-Х
- ГК
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
200
400
600
800
1000
800
1000
r, нм
301,2
100
1,0
содержание частиц, ед
- 0,1% тирозин-L
(с этиловым спиртом)
-Х
- ГК
-Х
- ГК
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
200
400
600
r, нм
79,9
100
1,0
содержание частиц, ед
- 0,5% лизоцим
-Х
- ГК
-Х
- ГК
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
200
400
600
800
1000
r, нм
31
100
1,0
содержание частиц, ед
- 0,5% лизоцим
-Х
-П
-Х
-П
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
200
400
600
800
1000
r, нм
Присутствие белка в системе оценивалось качественным методом при помощи
ксантопротеиновой реакции и количественным методом УФ-спектрофотометрии.
Ксантопротеиновая реакция, являющаяся
по сути нитрованием и основанная на электрофильном замещении в ароматическом
ядре, дает возможность выявления аромати-
152
ческих аминокислот – фенилаланина, тирозина-L, гистидина, триптофана. При действии концентрированной азотной кислоты,
например, на тирозин-L образуется продукт,
окрашенный в желтый цвет (рис. 3). Если в
полученный раствор добавить несколько
капель едкого натра, то насыщенность окраски изменится от желтой к оранжевой [19].
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
H2N
CH
H2N
COOH
H2N
COOH
CH
CH2
CH2
COOH
CH2
HNO3 conc.
-H O
2
N
OH
CH
OH
O
NaOH
H2O
ONa
N
O
O
O
Рис. 3
Для подтверждения наличия белка в
исходном растворе и растворе с полиэлектролитными микрокапсулами вводили
0,1 мл азотной концентрированной кислоты, далее растворы нагревали, после чего
№ / состав
Цвет
1. Раствор
лизоцима
2. Темплаты,
белок и хитозан
Ярко-оранжевый
3. Темплаты,
белок, хитозан
и гуаровая камедь
4. Темплаты,
белок, хитозан,
гуаровая камедь
и хитозан
5.Темплаты,
белок, хитозан,
гуаровая камедь,
хитозан и гуаровая камедь
охлаждали и добавляли 0,1 мл едкого
натра (36,7% раствор). В табл. 2 представлена зависимость изменения оптической
плотности раствора белка от количества
нанесенных слоев полиэлектролитов.
Таблица 2
Зависимость изменения оптической плотности раствора белка
от количества нанесенных слоев полиэлектролитов
В течение нескольких
часов интенсивность
окраски снизилась
практически вдвое
Желтый
Бледно-желтый
Бесцветный
Ярко-оранжевая окраска получена в результате реакции лизоцима с концентрированной азотной кислотой с последующим добавлением едкого натра. При введении в исходную дисперсию хитозана интенсивность окраски резко снижается. Если ксантопротеиновую реакцию проводили после введения хитозана и гуаровой камеди, т.е. формирования первого слоя оболочки капсулы, система имела бледножелтую окраску. При проведении реакции
в системе с двухслойными капсулами состав практически получается бесцветным.
Наблюдаемое визуально изменение
цветности полученных окрасок подтверждает прохождение эффективного поглощения темплатом белка и последующее
его капсулирование. Рассматривая тенденцию изменения цвета дисперсии, необходимо отметить, что часть белка встраивается между слоями полиэлектролитной
капсулы. Для подтверждения наличия белка в закапсулированной форме проведено
сравнение УФ-спектров полученных составов (рис. 4…7).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
153
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 7
Сравнение спектральных кривых позволяет судить о наличии незакапсулированного белка в системе, в спектрах рис. 5
и 7 полностью отсутствует пик, характеризующий лизоцим и тирозин-L, т. е. практически весь белок находится в закапсулированном виде. На спектре исходного раствора наблюдается максимум, отвечающий
за присутствие белка, этот же пик, только
более сглаженный, наблюдается в закапсулированном бислойном растворе белка.
Изображения чашек Петри
Проведены исследования антибактериальной активности закапсулированной формы белков по отношению к грамположительным, грамотрицательным и патогенным
грибам группы Кандида. Зоны задержки
роста представлены в табл. 3. Для дальнейшей работы выбраны белки тирозин-L
и лизоцим. Зоны задержки составили для
лизоцима 8-9 мм. Для тирозина-L наблюдается бактериостатический эффект.
№ образца
1 – Лизоцим (50 г/л)
2 – Р-р Ag
3 – Тирозин-L
Таблица 3
Зона задержки роста, мм
8
5
2
1 – Лизоцим (50 г/л)
2 – Р-р наночастиц Ag
3 – Тирозин-L
9
5
Бактериостатический эффект
1 – Лизоцим (50 г/л)
7 – Тирозин-L (5 г/л)
3
Бактериостатический эффект
8 – Р-р наночастиц Ag
5
154
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ВЫВОДЫ
В статье предложен темплатный способ
создания микрокапсул с оболочками из
биодеградируемых полиэлектролитов с
включением в ядро белков лизоцима и тирозина-L. При помощи методов динамического рассеяния света, сканирующей электронной и оптической микроскопии определены размерные характеристики частиц
их внешний вид и распределение в системе. Предложено наилучшее сочетание биодеградируемых полиэлектролитов (хитозан/пектин), позволяющее получить капсулы наименьшего размера (31 нм) с узким
размерным распределением. При помощи
ксантопротеиновой
реакции доказано
наличие закапсулированного белка в системе. Методом дисков подтверждена антибактериальная активность для лизоцима
и бактериостатическая для тирозина-L.
ЛИТЕРАТУРА
1. Lengyel M., Kállai-Szabó N., Antal V. et al. Microparticles, microspheres, and microcapsules for advanced drug delivery // Sci Pharm. 2019. № 20. (87).
P. 1…31.
2. Белошапкина О.М., Громакова А.И. Технологические аспекты получения микрокапсул субстанций растительного происхождения // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии.
2021.
№ 5 (24). С. 5…14.
https://doi.org/10.29296/25877313-2021-05-01
3. Pastorino L., Dellacasa E., Dabiri Н. Towards
the Fabrication of Polyelectrolyte-Based Nanocapsules
for Bio-Medical Applications // BioNanoSci. 2016.
№ 6 (4). Р. 496…501. DOI:10.1007/s12668-016-0267-0
4. Choudhury N., Meghwal M., Das, K. Microencapsulation: An overview on concepts, methods, properties and applications in foods // Food Frontiers. 2021.
№ 4 (2). Р. 426…442. https://doi.org/10.1002/fft2.94
5. Petrila L.-M., Bucatariu F., Mihai, M., Teodosiu C. Polyelectrolyte Multilayers: An Overview on
Fabrication, Properties, and Biomedical and Environmental Applications // Materials. 2021. № 14 (15).
Р. 4152. DOI:10.3390/ma14154152
6. Abdulrahman R. Mahmood et. al. Use of flavonoids and green tea extracts as antioxidants induced by
oxidative stress: a review article // Galore International
Journal of Health Sciences and Research. 2022. № 2 (7).
Р. 4…12. DOI: https://doi.org/10.52403/gijhsr.20220402
7. Ricardo F, Pradilla D, Luiz R, Alvarez Solano O.A. A Multi-Scale Approach to Microencapsulation by Interfacial Polymerization // Polymers (Basel).
2021, № 13 (4). P. 644. doi:10.3390/polym13040644.
8. Miss.Gupta Khushi B., Mrs. Khandre R. An
overview on microencapsulation techniques // International Journal of Research Publication and Reviews.
2022. № 6 (3). P. 3558…3573.
9. Tulshyan A., Dedhia E. An overview of microencapsulation technology in the application of aroma
and antibacterial finishes // International Journal of
Home Science. 2021. № 7 (1). P. 34…39.
https://doi.org/10.22271/23957476.2021.v7.i1a.1105
10. Woraphatphadung T., Sajomsang W., Gonil P.
etc. pH-Responsive polymeric micelles based on amphiphilic chitosan derivatives: Effect of hydrophobic
cores on oral meloxicam delivery // Int J Pharm. 2016,
№ 497(1-2). P. 150…60. doi:10.1016/j.ijpharm.2015.
12.009.
11. Полковникова Ю.А., Ковалёва Н.А. Современные исследования в области микрокапсулирования // Фармацевтическая технология. 2021.
№ 10(2). С. 50…61. https://doi.org/10.33380/23052066-2021-10-2-50-61
12. Автина Н.В. Разработка детской лекарственной формы на основе микрокапсул с метронидазолом // Научные ведомости Белгородского
государственного университета. Медицина. Фармация. 2011. № 4 (99). С. 170…176.
13. Albuquerque P., Azevedo S., Andrade C.,
D’Ambros, N. et al. Biotechnological Applications of
Nanoencapsulated Essential Oils: A Review // Polymers.
2022, № 14. P. 5495. DOI:10.3390/polym14245495
14. Meng Q., Zhong S., Wang J., Gao Y., Cui X.
Advances in chitosan-based microcapsules and their
applications // Carbohydr Polym. 2023. № 15.
P. 300:120265. doi: 10.1016/j.carbpol.2022.120265.
15. Yazdankhah S.P. et al. Triclosan and antimicrobial resistance in bacteria: an overview // Microbial
drug resistance. 2006. №. 2 (12). P. 83…90.
16. Липина А.А., Петрова Л.С., Одинцова О.И.
и др. Микрокапсулирование активных фрагментов
биополимеров, содержащих дипептиды Tyr-Proгидрохлорид // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. № 6 (65). С. 97…104.
17. Burhan A.M., Abdel-Hamid S.M., Soliman M.E.,
Sammour O.A. Optimisation of the microencapsulation
of lavender oil by spray drying // Journal of Microencapsulation. 2019, № 3 (36). P. 250…266. DOI:
10.1080/02652048.2019.1620355.
18. Одинцова О.И., Петрова Л.С., Козлова О.В.
Микрокапсулирование биологически активных
веществ и их использование для функционализации
текстильных материалов // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2018. №. 4. C. 85…89.
19. Чиркин А.А., Данченко Е.О. Биохимия. М.:
Медицина, 2010. 605 с.
REFERENCES
1. Lengyel M., Kállai-Szabó N., Antal V. et al. Microparticles, microspheres, and microcapsules for advanced drug delivery // Sci Pharm. 2019, № 20. (87).
P. 1…31.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
155
2. Beloshapkina O.M., Gromakova A.I. Technological aspects of obtaining microcapsules of substances
of plant origin // Questions of biological, medical and
pharmaceutical chemistry. 2021, № 5 (24). P. 5…14.
https://doi.org/10.29296/25877313-2021-05-01
3. Pastorino L., Dellacasa E., Dabiri Н. Towards
the Fabrication of Polyelectrolyte-Based Nanocapsules
for Bio-Medical Applications // BioNanoSci. 2016, № 6
(4). Р. 496…501. DOI:10.1007/s12668-016-0267-0
4. Choudhury N., Meghwal M., Das K. Microencapsulation: An overview on concepts, methods, properties and applications in foods // Food Frontiers. 2021,
№ 4 (2). Р. 426…442. https://doi.org/10.1002/fft2.94
5. Petrila L.M., Bucatariu F., Mihai, M., Teodosiu C. Polyelectrolyte Multilayers: An Overview on
Fabrication, Properties, and Biomedical and Environmental Applications // Materials. 2021, № 14 (15).
Р. 4152. DOI:10.3390/ma14154152
6. Abdulrahman R. Mahmood et. al. Use of flavonoids and green tea extracts as antioxidants induced by
oxidative stress: a review article // Galore International
Journal of Health Sciences and Research. 2022, № 2 (7).
Р. 4…12. https://doi.org/10.52403/gijhsr.20220402
7. Ricardo F, Pradilla D, Luiz R, Alvarez Solano O.A. A Multi-Scale Approach to Microencapsulation by Interfacial Polymerization // Polymers (Basel).
2021, № 13 (4). P. 644. doi: 10.3390/polym13040644.
8. Miss.Gupta Khushi B., Mrs. Khandre R. An
overview on microencapsulation techniques // International Journal of Research Publication and Reviews.
2022, № 6 (3). P. 3558…3573.
9. Tulshyan A., Dedhia E. An overview of microencapsulation technology in the application of aroma
and antibacterial finishes // International Journal of
Home Science. 2021, № 7 (1). P. 34…39.
https://doi.org/10.22271/23957476.2021.v7.i1a.1105
10. Woraphatphadung T., Sajomsang W., Gonil P.
etc. pH-Responsive polymeric micelles based on amphiphilic chitosan derivatives: Effect of hydrophobic
cores on oral meloxicam delivery // Int J Pharm. 2016,
№ 497(1-2). P. 150…160. doi:10.1016/j.ijpharm.
2015.12.009.
156
11. Polkovnikova Yu. A., Kovaleva N. A. Modern
research in the field of microencapsulation // Pharmaceutical technology. 2021, N. 10(2). P. 50…61.
https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-2-50-61
12. Avtina N.V. Development of a children's dosage form based on microcapsules with metronidazole //
Scientific bulletins of Belgorod State University. Medicine. Pharmacy. 2011, N. 4 (99). P. 170...176.
13. Albuquerque P., Azevedo S., Andrade C.,
D’Ambros N. et al. Biotechnological Applications of
Nanoencapsulated Essential Oils: A Review // Polymers.
2022, № 14. P. 5495. DOI:10.3390/polym14245495
14. Meng Q., Zhong S., Wang J., Gao Y., Cui X.
Advances in chitosan-based microcapsules and their
applications // Carbohydr Polym. 2023, № 15.
P. 300:120265. doi: 10.1016/j.carbpol.2022.120265.
15. Yazdankhah S.P. et al. Triclosan and antimicrobial resistance in bacteria: an overview // Microbial
drug resistance. 2006. № 2 (12). P. 83…90.
16. Lipina A.A., Petrova L.S., Odintsova O.I. et al.
Microcapsulation of active fragments of biopolymers
containing Tyr-Pro-hydrochloride dipeptides // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim.
Khim. Tekhnol.]. 2022, № 6 (65). P. 97...104.
17. Burhan A.M., Abdel-Hamid S.M., Soliman M.E., Sammour O.A. Optimisation of the microencapsulation of lavender oil by spray drying // Journal
of Microencapsulation. 2019, № 3 (36). P. 250…266.
DOI: 10.1080/02652048.2019.1620355.
18. Odintsova O.I., Petrova L.S., Kozlova O.V.
Microcapsulation of biologically active substances and
their use for the functionalization of textile materials //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2018. № 4.
P. 85...89.
19. Chirkin A.A., Danchenko E.O. Biochemistry.
M.: Medicine, 2010. 605 p.
Рекомендована кафедрой химической технологии волокнистых материалов ИГХТУ. Поступила
03.07.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 685.34.01
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_157
КОНЦЕПЦИЯ АДРЕСНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
ДЛЯ ЖЕНЩИН ЭЛЕГАНТНОГО ВОЗРАСТА
THE CONCEPT OF TARGETED DESIGN
PRODUCTS FOR WOMEN OF ELEGANT AGE
Е.С. РЫКОВА, Е.В. ФЕДОСЕЕВА, О.А. БЕЛИЦКАЯ, В.В. КОСТЫЛЕВА, А.А. ФОКИНА
E.S. RYKOVA, E.V. FEDOSEEVA, O.A. BELITSKAYA, V.V. KOSTYLEVA, A.A. FOKINA
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В эпоху массового потребления товаров и услуг для получения уникального изделия, отвечающего запросам потребителя, модельеру необходимо
реализовать дизайн-проект, который базируется на всесторонних предпроектных исследованиях, включающих выявление малой целевой аудитории по
возрастному, демографическому и типологическому признакам, социологические опросы по определению портрета и предпочтений потенциального
покупателя.
В статье установлена актуальность разработки универсального алгоритма адресного проектирования изделий легкой промышленности, в частности, на сегодняшний день отсутствуют рекомендации в области проектирования обуви для женщин старшего возраста.
Систематизация научной литературы по вопросам социальной геронтологии выявила необходимость исследований по уточнению возрастных границ и введения нового термина «женщины элегантного возраста». Авторами статьи предложена концепция адресного проектирования изделий для
женщин элегантного возраста. Представлены результаты социологических
исследований потребительских предпочтений, эскизы коллекции модельной
обуви, которые соответствуют эстетическим и функциональным запросам выделенной группы потребителей. Решения по адаптации модельной
обуви для старшей возрастной группы к модным тенденциям, алгоритм
формирования базы художественно-графических элементов составили основу интеграции приемов адресного и художественного проектирования и
веб-сайта для укрепления связи «потребитель-производитель» при реализации коллекции.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
157
In the era of mass consumption of goods and services, in order to obtain a unique
product that meets the needs of the consumer, a fashion designer needs to implement
a design project that is based on comprehensive pre-design studies, including identifying a small target audience by age, demographic and typological characteristics,
sociological surveys to determine the portrait and preferences of a potential buyer.
The article determines the relevance of developing a universal algorithm for targeted
design of light industry products, in particular, there are currently no recommendations in the field of shoe design for older women. The systematization of scientific
literature on social gerontology has revealed the need for research to clarify age
boundaries and introduce a new term "women of elegant age". The authors of the
article proposed the concept of targeted product design for women of elegant age.
The results of sociological studies of consumer preferences, sketches of a collection
of model shoes that correspond to the aesthetic and functional aspects of the identified needs, solutions for their adaptation to fashion trends, an algorithm for forming
a database of artistic and graphic elements based on the integration of targeted and
artistic design techniques and a website to strengthen the consumer-manufacturer
relationship for collection implementations.
Ключевые слова: проектная деятельность, адресное проектирование,
женщины, элегантный возраст, классификация, капсульная коллекция,
обувь.
Keywords: project activity, targeted design, women, elegant age, classification, capsule collection, shoes.
Введение
Сегодня в эпоху массового потребления
товаров и услуг в высшей степени затруднительно привлечь внимание целевой аудитории. В арсенале модельера, разрабатывающего любой вид дизайн-продукции, имеется такой вид проектирования, который
учитывает объективное построение предпочтений различных демографических и
социокультурных категорий клиентов. По
сути, это адресный подход, и заключается
он прежде всего в создании уникальной
коллекции изделий или целесообразных
капсульных серий исходя из требований
конкретной группы потребителей, отобранной из общего числа по определенным признакам [1].
Методы исследования
Конструктору-модельеру, создающему
новые модели одежды, головных уборов,
обуви и аксессуаров, необходимо обладать
знаниями, опытом из смежных специальностей и системно или «проектно» мыслить.
Проектная деятельность направлена на получение заранее определенного результата,
уникального продукта или услуги [2] и дает
158
модельеру наиболее полный набор инструментов для разработки уникального и кастомизированного продукта.
Нами предложена усовершенствованная
классификация проектной деятельности,
которая позволяет выделить операции,
средства и приемы управления проектами
разного типа. Классификация предоставляет модельерам возможность совершенствовать приемы и технологии проектного
управления, стабилизирует связку «потребитель-производитель», учитывая внутренние нюансы производителей и особенности
потребителей. В моделировании изделий
легкой промышленности важным аспектом
является не только функциональная составляющая проектируемой модели, но и эстетическая. В соответствии с этим нами выделены и описаны виды проектирования, при
взаимодействии которых получается уникальный продукт: художественное проектирование, адресное проектирование, дизайн-проект, экодизайн [2].
Универсальный алгоритм разработки
дизайн-проекта, который используют модельеры легкой промышленности для по-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
иска инновационных решений при создании
будущего изделия, представлен на рис. 1.
Следовательно, для получения уникального
изделия, отвечающего запросам потребителя, модельеру необходимо реализовать
дизайн-проект, который базируется на всесторонних предпроектных исследованиях,
включающих выявление малой целевой
аудитории по возрастному, демографическому и типологическому признакам, социологические опросы по определению
портрета и предпочтений потенциального
покупателя.
Рис. 1
В связи с вышеизложенным необходимо
разработать универсальный алгоритм адресного проектирования изделий легкой
промышленности. Структура исходной информации для адресного проектирования
включает в себя социологические исследования потребительских предпочтений, модные тенденции, возрастные, имиджевые,
физиологические и психологические особенности, по которым она анализируется и
синтезируется. Результаты анализа предпроектных исследований модельер трансформирует в концепцию проекта [3, 4].
Социологический опрос
Социологические исследования, проведенные на кафедре художественного моделирования, конструирования и технологии
изделий из кожи РГУ им. А.Н. Косыгина,
выявили острую нехватку актуального ассортимента обуви для пожилых женщин.
Производители обуви по-прежнему ориентированы на обувь молодого и зрелого
населения, в то время как морфология стоп
возрастных групп явно отличается от морфологии стоп молодых потребителей [5].
Тематика проектирования обуви для пожилых женщин, с одной стороны, является новой по отношению к дизайну, с другой –
имеет особую актуальность. Проектирование обуви для пожилых людей на сегодняшний день сводится только к поиску
комфорта, в то время как разработка модной обуви востребована, ее ждет потребитель. Представим дальнейшее исследование по разработке принципов адресного
проектирования изделий легкой промышленности на примере коллекций обуви для
женщин элегантного возраста.
Промышленные предприятия в поисках
новых сегментов рынка готовы рассмотреть возможность производства обуви для
возрастного покупателя. Коммерческая эффективность и качество будущего изделия
закладываются на этапе его художественного проектирования. Отсутствие рекомендаций в области проектирования обуви для
женщин старшего возраста подтверждает
актуальность настоящего исследования [6].
Существенной задачей при проектировании обуви для дам старшего поколения
становится формирование позитивного, современного имиджа. Для пожилых людей
важна свобода самовыражения в моде, пожилой человек сегодня желает ощущать в
полной мере социальную активность
[5…10]. Социологические опросы среди
пожилых женщин (старше 50 лет) показали,
что 89% считают себя «слишком молодыми, чтобы соглашаться на роль пожилых», и сильно отличаются от своих ровесниц из предыдущих поколений [7].
Таким образом, выявленная проблема –
отсутствие подходящей обуви для женщин
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
159
старшего возраста – может быть решена,
если:
● определен портрет потенциального
потребителя;
● установлены обоснованные требования к обуви выделенной потребительской группы;
● разработан концептуальный подход
к адаптации модных тенденций и стилистических особенностей обуви к потребностям
женщин старшего возраста.
Отсутствие ассортимента для женщин
старшего возраста, хотя их потребности
явно отличаются от потребностей молодежи или зрелых женщин, в первую очередь из-за отличий образа жизни и психического развития личности, послужило основанием для анализа работ по геронтологии. В соответствии с суждениями геронтологов старость проявляется больше в социальном, чем в физическом аспекте [8, 9].
Майкл Мунро и Джули Менант в своем исследовании отмечают, что более 80% пожилых людей заявляют о проблемах с ногами,
что является следствием использования
невпорной обуви [9]. Большинство исследователей приходит к выводу, что существует необходимость в обуви, специально
ориентированной на морфологию стопы и
потребности пожилых людей, включая и
дизайн [9…11].
Согласно классификации возрастов,
принятой Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ):
● молодой возраст – 18-44;
● средний возраст – 45-59;
● пожилой возраст – 60-74;
● старческий возраст – 75-90;
● долголетие – старше 90.
Это распределение использовано нами
при проектировании обуви для женщин
старших возрастных групп и составило основу исследований по уточнению возрастных границ.
По результатам проведенного нами
опроса, женщины (266 респондентов – жительницы г. Москвы от 55 до 78 лет), выходя на пенсию, в 80 % случаев не работают. При этом они не перестают следить за
модой, ведут активный образ жизни, испытывают потребность стильно одеваться и
160
продумывать свой внешний облик при каждом выходе из дома. Они интересуются изменениями моды, косметологией, стилистикой и правилами дефиле, посещают мероприятия, требующие определенного дресскода, одним из элементов которого является обувь. Соответственно, в первую очередь «остромодные» новинки следует адаптировать к обуви для зрелого потребителя
[6, 12]. Возрастной покупатель предъявляет
повышенные требования к качеству обуви
и стремится к созданию собственного индивидуального стиля.
Основные причины, которые препятствуют покупке понравившейся обуви, по
мнению опрошенных нами женщин старше
55 лет: высокая цена, отсутствие подходящего размера и сомнения в удобстве эксплуатации «остромодной» новинки [12].
Поэтому следующие этапы концепции проектирования модельной обуви для женщин
старших возрастных групп сводятся:
- к поиску возможных способов снижения стоимости изделия;
- проведению антропометрических
исследований среди потенциальных покупателей;
- разработке концептуального подхода
к адаптации модных тенденций и стилистических особенностей обуви к потребностям
женщин таких возрастных групп [6].
Вместе с этим важнейшим критерием при
выборе обуви для респондентов является
комфорт, что вполне справедливо. Так, 45%
опрошенных имеют патологии стоп, а 40%
используют вкладные приспособления. Основная задача при создании эргономичной
модельной обуви – разработка конструкции,
допускающей применение рациональной
вкладной стельки, которая правильно распределит нагрузку по стопе, снимет боли и
усталость в ногах, предупредит прогрессирование патологий стоп и опорно-двигательного аппарата в целом [6, 12].
Для дальнейшего исследования нами выбрана группа женщин пенсионного возраста
от 55 лет, потому что именно в этот период
большинство из них меньше работают или
вовсе перестают. На этом этапе жизни
важно сохранить социальный имидж так,
чтобы в первую очередь стилистические ас-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
пекты были уместны возрасту. На этом фоне
нами предлагается ввести новый термин
«женщины элегантного возраста» [13].
Женщины элегантного возраста – группа
в возрасте от 53 до 75 лет, которые следят
за тенденциями современной моды, ставя в
приоритет комфортные, лаконичные и
изысканные вещи. Они уже сформировали
собственный стиль и тщательно продумывают свой образ.
Результаты и обсуждение
Концепция адресного проектирования
для женщин элегантного возраста заключается в разработке модельной обуви, которая
соответствует выявленным эстетическим и
функциональным требованиям и, конечно,
модным тенденциям текущего сезона.
Наряду с этим имеет смысл соединить адресное и художественное проектирование,
то есть при разработке новых моделей использовать современные методы формообразования. Изучение теоретических положений формообразования позволило рекомендовать метод наводящей задачи как оптимальный для проектирования обуви женщин элегантного возраста [14].
Следующая задача исследования состояла в выявлении актуальных художественно-конструктивных признаков обуви
выделенной целевой аудитории. Наиболее
востребованным видом модельной обуви
являются туфли (56% ответов респондентов), предпочтительно с овальной (84% ответов респондентов) либо треугольной
(14% ответов респондентов) формой носочной части при оптимальной высоте
приподнятости пяточной части, по мнению респондентов, 30-40 мм (47%), 2030 мм (20%) и выше 40 мм (17 %). По
форме каблука женщины элегантного возраста предпочли устойчивые «кирпичик»,
«рюмочку», «клиновидный», «столбик».
В качестве материала верха 93% респондентов выбрали кожу черного или бежевого цветов, большей частью родственного или родственно-контрастного сочетаний цветов в модели обуви. По результатам исследования потребительских предпочтений женщин старших возрастных
групп установлено, что они готовы купить
новую пару модельных черных туфель из
натуральной кожи с овальной формой носочной части на устойчивом каблуке квадратной формы высотой 30-40 мм.
В среде редактора Adobe Photoshop с учетом предпочтений потенциальных потребителей разработана серия эскизов модельной
обуви. Отвечая на вопрос анкеты «Сформировать мнение о предложенных эскизах туфель», респонденты сделали выбор в пользу
модели «лодочка» черного цвета на устойчивом каблуке цвета металлик, обосновав его
тем, что конструкция обуви выглядит гармоничной, удобной, лаконичной, а каблук придает ей более современный вид. Наряду с
этим опрошенные изъявили желание видеть
что-то более элегантное.
Анализ ассортимента обуви ряда компаний позволяет утверждать, что разработка
капсульной коллекции – наиболее приемлемое решение в условиях адресного проектирования обуви для выделенной группы
потребителей [14]. Зачастую средства ограничены не только у производителей, но и у
целевой аудитории, тогда капсульный подход предоставляет женщинам элегантного
возраста возможность создавать образ и составлять комбинации из имеющейся в их
гардеробе одежды. Капсульные коллекции
имеют множество преимуществ перед сезонными коллекциями, и их грамотное планирование помогает не только увеличивать
продажи, но и привлекать внимание потенциальных клиентов бренда [14].
Рис. 2
В соответствии с этим мнением и общим результатом проведенного опроса
нами разработана серия эскизов коллекции
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
161
обуви, представленная на рис. 2. Модели
отличаются разнообразием конструкции
носочной части. При открытой пяточной
части сохраняется черно-белая цветовая
гамма и устойчивый широкий каблук. Одна
из моделей представляет ремешково-сандальную группу с декоративным элементом на ремне в носочной части, две модели
«мюли» на низком каблуке с декоративным
элементом в виде банта на союзке и без
него [15].
Обзор известных исследований по вопросу социальной психологии одежды позволил выявить, что мода сильно влияет на
человека именно в молодом возрасте, пока
происходит определение целей, формирование ценностей и отношения к себе. Молодость исследуемой аудитории пришлась на
1970–1980-е гг., соответственно, в когнитивной памяти остались впечатления о модных инновациях того времени, что определяет их сегодняшние предпочтения как старомодные [16].
Нами проведен опрос по выявлению потребительских предпочтений в отношении
моделей туфель 70-х гг. XX века и похожих
на них конструктивно моделей из современных коллекций. Респонденты (365 жительниц г. Москвы в возрасте от 53 до 75
лет) остановили свой выбор на более классических моделях. Таким образом, первостепенной задачей адресного проектирования является анализ конструктивных характеристик обуви моды 1970-х и 1980-х гг. и
гармонизация его результатов с тенденциями сезона весна-лето 2024 г.
Проведенные исследования позволили
нам сформулировать принципы адресного
проектирования коллекций обуви для
женщин элегантного возраста:
- выстраивание тесной связи с потребителем путем проведения социологических
исследований;
- подбор моделей-аналогов для определения требуемого внешнего вида обуви с
учетом потребительских предпочтений,
возрастных, имиджевых, физиологических
и психологических особенностей;
- адаптация моделей обуви к модным
трендам с учетом стилистических особенностей;
162
- комплексный подход к проектированию обуви интеграция разных видов
проектирования (экодизайн, художественное проектирование, адресное проектирование, дизайн-проектирование) для разработки уникального изделия;
- разработка капсульной коллекции
для сокращения сроков реализации проекта и экономической выгоды;
- разработка веб-сайта, на котором потребитель может ознакомиться с предлагаемыми моделями (для поддержания связи с
потребителями).
На основе разработанной концепции и
выделенных принципов адресного проектирования нами составлен алгоритм формирования базы художественно-графических (атрибутивных) элементов обуви для
женщин элегантного возраста (рис. 3).
Для апробации действенности предложенного алгоритма нами реализована база
данных художественно-графических элементов обуви, в основу которой положены
различные комбинации атрибутивных элементов:
- 4 колодки, различающиеся высотой
приподнятости пяточной части (10 мм,
40 мм) и геометрической формой носочной части (овальная, треугольная);
- 4 варианта конструктивного решения
заготовок деталей верха модели туфель
«лодочка»;
- 2 варианта каблука устойчивой формы
разных цветов;
- 3 варианта цветового решения деталей верха обуви (черный, бежевый и красный);
- 2 варианта декоративного оформления
моделей (жемчуг и без декора).
База данных допускает постоянное дополнение и корректировку атрибутивных
элементов. Комбинирование базовых художественно-графических элементов обуви
из представленной базы данных позволило разработать визуальный ряд капсульной коллекции обуви для женщин элегантного возраста, фрагмент базы данных
представлен на рис. 4.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 3
В ходе исследования наиболее популярных графических редакторов для создания
дизайна веб-сайта, представленных на рынке, мы сделали выбор в пользу онлайн-редактора «Figma» [17, 18]. Веб-сайт позициони-
руется как оперативный способ становления,
укрепления и удержания связи «производитель-потребитель» и эффективный инструмент модельера для сокращения сроков
реализации предпроектных исследований.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
163
Рис. 4
Веб-сайт состоит из страниц, содержащих:
- сведения о группе потенциальных потребителей;
- информацию о тенденциях моды, которую необходимо обновлять каждый сезон;
- способы адаптации моделей обуви к
современным трендам для женщин элегантного возраста;
- результаты маркетинговых исследований как обоснование выбора художественно-графической составляющей эскизного проектирования;
- онлайн-конструктор моделей обуви
из 96 комбинаций эскизов универсальной
капсульной коллекции обуви для женщин
элегантного возраста, адаптированных к
восприятию целевой аудиторией и соответствующих актуальным трендам.
Разработанный визуальный ряд капсульной коллекции обуви для женщин элегантного возраста и шаблон сайта для под-
164
держания связи «производитель-потребитель» успешно прошли апробацию.
ВЫВОДЫ
Для обеспечения эффективности адресного проектирования обуви для женщин элегантного возраста нами предложена концепция, предполагающая: разработку эскизов коллекции модельной обуви,
которые соответствуют эстетическим и
функциональным аспектам выявленных
потребностей; поиск способов их адаптации к модным тенденциям текущего сезона; интеграцию приемов адресного и художественного проектирования; наличие
алгоритма формирования базы художественно-графических элементов и веб-сайта
для укрепления связи «потребитель-производитель»; собственно реализацию коллекции.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ЛИТЕРАТУРА
1. Кривобородова Е.Ю. Методология адресного
проектирования одежды с использованием новых
информационных технологий: монография. М.:
МГУДТ, 2007. 264 с.
2. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С. Классификация
видов проектной деятельности в обувной промышленности // Научный альманах Центрального Черноземья. 2022. № 1-9. С. 97…101.
3. Алибекова М.И., Костылева В.В., Новиков А.Н., Фирсов А.В. Современные технологии в
проектировании обуви // Дизайн и технологии. 2017.
№ 57(99). С. 31…35.
4. Jiang S., Li J., Fu Y. Deep Learning for Fashion
Style Generation // IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems (Early Access), 26 February 2021, рр. 67…75.
5. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С. Эстетический аспект в эргодизайне обуви для женщин старшего поколения // Концепции, теория, методики фундаментальных и прикладных научных исследований в области прикладного дизайна и технологий. М.: РГУ
им. А.Н. Косыгина, 2020. Ч. 1. С. 79…82.
6. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С. О перспективах
развития проектирования модельной обуви для женщин старшего возраста // Инновационное развитие
техники и технологий в промышленности (ИНТЕКС
2020). М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2020. Ч. 4.
С. 68…70.
7. http://rusrep.ru/article/2011/03/23/fashion
8. Брайн С.Р. Геронтология и конструирование
старости: Transaction Publishers, 2016. P. 226.
9. Мунро М., Менант Дж. Обувь на испытании:
существует ли безопасная обувь для пожилых людей // Материалы XX съезда Международного общества биомеханики, 2009. C. 1.
10. Jellemaa A.H., Huysmansa T., Hartholtb K.,
Cammena T.J. Shoe design for older adults: Evidence
from a systematic review on the elements of optimal
footwear. Maturitas, 2019, 127, P. 64…81.
11. Кадилаева Р.Ш. Основные подходы в изучении старения и задачи геронтологии // Педагогика и
психология: проблемы и перспективы. Вып. 3. Махачкала: АЛЕФ, 2016. С. 119…125.
12. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С., Костылева В.В. Маркетинговые исследования рынка обуви
для женщин старших возрастных групп // Дизайн и
технологии. 2019. № 74(116). С. 24…29.
13. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С. Термин «Женщины элегантного возраста» // Молодые ученые –
развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК–2021). Иваново: ИВГПУ, 2021. 603 с.
14. Дашевская Т.С., Илларионова Т.И. Формирование потребительских предпочтений при создании
капсульной коллекции женской одежды // Фундаментальные и прикладные научные исследования:
актуальные вопросы, достижения и инновации.
Пенза: Наука и Просвещение (ИП Гуляев Г.Ю.),
2017. Ч. 1. С. 107…110.
15. Федосеева Е.В., Рыкова Е.С. Разработка форэскизов обуви методом наводящей задачи для жен-
щин элегантного возраста // Инновационные процессы в условиях глобализации мировой экономики: проблемы, тенденции, перспективы (IPEG2022): сб-к науч. тр. Прага: Vedecko vydavatelske
centrum Sociosfera-CZ s.r.o., 2022.
16. Johnson K., Lennon S.J., Rudd N. Dress, body
and self: research in the social psychology of dress
// Fashion and Textiles, 2014, 20(1).
17. Конарева Ю.С., Костылева В.В., Максимова И.А. и др. Концепция художественного онлайнпроектирования кастомизированных аксессуаров на
основе принципов осознанной моды // Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2(398). С. 279…284.
– DOI 10.47367/0021-3497_2022_2_279.
18. Коваль Е.А., Конарева Ю.С., Костылева В.В.
и др. Автоматизированное проектирование моделиобраза на основе принципов "онлайн-конструктора"
в производстве персонифицированных аксессуаров
// Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2022. № 5(401).
С. 167…170. – DOI 10.47367/0021-3497_2022_5_167.
REFERENCES
1. Krivoborodova E. Y. Methodology of targeted design of clothing using new information technologies:
monograph. M.: MGUDT. 2007. 264 p.
2. Fedoseeva E.V., Rykova E.S. Classification of
types of design activities in the shoe industry // Scientific almanac of the Central Black Earth Region, 2022.
No 1-9. Р. 97…101.
3. Alibekova M.I., Kostyleva V.V., Novikov A.N.,
Firsov A.V. Modern technologies in shoe design // Design and Technologies. 2017. No 57(99). P. 31…35.
4. Jiang S., Li J., Fu Y. Deep Learning for Fashion
Style Generation // IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems (Early Access), 26 February 2021, P. 67…75.
5. Fedoseeva E.V., Rykova E.S. The aesthetic aspect
in the ergodesign of shoes for older women. // Concepts,
theory, methods of fundamental and applied scientific
research in the field of applied design and technology.
Part 1. Moscow: Kosygin Russian State University,
2020. P. 79…82.
6. Fedoseeva E.V., Rykova E.S. About the prospects
for the development of designing model shoes for older
women // Innovative development of machinery and
technologies in industry (INTEX-2020). Moscow: Kosygin Russian State University, 2020. Part 4. P. 68…70.
7. http://rusrep.ru/article/2011/03/23/fashion
8. Brian S.R. Gerontology and the construction of
old age: Transaction Publishers, 2016, P. 226.
9. Munro M., Menant J. Shoes on trial: Is there a
safe shoe for the elderly? // Materials from the XX Congress of the International Society of Biomechanics, 2009.
10. Jellemaa A.H., Huysmansa T., Hartholtb K.,
Cammena T.J. Shoe design for older adults: Evidence
from a systematic review on the elements of optimal
footwear. Maturitas, 2019. 127, P. 64…81.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
165
11. Kadilaeva R.S. The main approaches in the
study of aging and the tasks of gerontology in the collection: Pedagogy and psychology: problems and prospects. Issue 3. Makhachkala: ALEF, 2016. P. 119…125.
12. Fedoseeva E.V., Rykova E.S., Kostyleva V.V.
Marketing research of the footwear market for women
of older age groups // Design and Technologies. 2019.
No. 74(116). P. 24…29.
13. Fedoseeva E.V., Rykova E.S. The term "Women
of elegant age" // Young scientists – development of the
National Technological Initiative (SEARCH–2021).
Ivanovo: IVSPU, 2021. P. 603.
14. Dashevskaya T.S., Illarionova T.I. Formation of
consumer preferences when creating a capsule collection of women's clothing // Fundamental and applied scientific research: current issues, achievements and innovations. Penza, 2017. P. 107…110.
15. Fedoseeva E.V., Rykova E.S. For-sketches Shoe
development by the suggestive task method for women
of elegant age // Innovative processes in the context of
globalization of the world economy: problems, trends,
prospects (groups-2022): Collection of scientific papers.
Prague: Vedetsko-Outstanding Center of the Sociosphere-CZ s.r.o., 2022.
16. Johnson K., Lennon S.J., Rudd N. Dress, body
and self: research in the social psychology of dress
// Fashion and Textiles, 2014, 20(1).
17. Konareva Yu.S., Kostyleva V.V., Maksimova I.A., Litvin E.V., Karaseva A.I., Sineva O.V. The
concept of artistic online design of customized accessories based on the principles of conscious fashion //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 2
(398). P. 279…284.
18. Koval E.A., Konareva Yu.S., Kostyleva V.V.,
Sineva O.V., Karaseva A.I. Computer- aided design of
the model-image based on the principles of the "online
constructor" in the production of personalized accessories // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No. 5
(401). P. 167…170.
Рекомендована кафедрой художественного моделирования, конструирования и технологии изделий из кожи РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила
23.05.24.
_______________
УДК 687.073
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_166
МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ ЭСКИЗА СПЕЦИАЛЬНОЙ ОДЕЖДЫ
С СИГНАЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
THE TECHNIQUE OF FORMING A SKETCH OF SPECIAL CLOTHING
WITH SIGNAL ELEMENTS
А.И. ФЕОФИЛАКТОВА1, Т.В. МЕЗЕНЦЕВА2, Г.П. ЗАРЕЦКАЯ2, Т.Л. ГОНЧАРОВА2
A.I. FEOFILAKTOVA1, T.V. MEZENTSEVA2, G.P. ZARETSKAYA2, T.L. GONCHAROVA2
(1 ООО «Промкомплектация»,
Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
2
(1Promkomplektatsiya LLC,
The Kosygin State University of Russia)
2
E-mail: [email protected]
Проектирование специальной одежды регламентируется нормативнотехнической документацией, которая учитывает такой фактор производственной среды, как недостаточная видимость. Одним из основных этапов
процесса разработки новой модели швейного изделия является формирование эскиза изделия. И в случае проектирования специальной одежды уже на
этапе эскизирования необходимо точно понимать, какие сигнальные элементы должны присутствовать на изделии. В зависимости от класса изделия сигнальные элементы могут быть разного размера и цвета, выполняться из разных материалов и, соответственно, нести различную функ-
166
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
цию. В статье рассмотрены вопросы формирования эскиза швейного изделия с сигнальными элементами на примере комплекта специальной одежды
работника нефтегазового промысла. В ходе исследования применялись методы систематизации и классификации, позволившие выявить основные
требования к специальной одежде, структурировать информацию о размерах и форме сигнальных элементов. Представлена методика формирования
эскиза швейного изделия специального назначения, позволяющая учесть размер, цвет и месторасположение сигнальных элементов из различных материалов на готовом изделии в соответствии с требованиями нормативнотехнической документации.
The design of special clothing is regulated by regulatory and technical documentation, which takes into account such a factor of the production environment as insufficient visibility. One of the main stages of the process of developing a new model
of a sewing product is the formation of a sketch of the product. And in the case of
designing special clothes, already at the sketching stage it is necessary to understand
exactly which signal elements should be present on the product. Depending on the
product class, the signal elements can be of different sizes and colors, made of different materials and, accordingly, have a different function. The article considers
the issues of forming a sketch of a garment with signal elements on the example of
a set of special clothing for an oil and gas field worker. In the course of the study,
methods of systematization and classification were used, which made it possible to
identify the basic requirements for special clothing, to structure information about
the size and shape of signal elements. The technique of forming a sketch of a specialpurpose sewing product is presented, which allows taking into account the size, color
and location of signal elements made of various materials on the finished product
in accordance with the requirements of regulatory and technical documentation.
Ключевые слова: технический эскиз, специальная одежда, световозвращающий элемент, флюоресцентный материал, цветовое сочетание.
Keywords: technical sketch, special clothing, retroreflective element, fluorescent material, color combination.
Проектирование швейных изделий состоит из ряда этапов, последовательное
прохождение которых позволяет разработать новую модель изделия [1, 2]. Этап эскизирования является одним из важнейших, так как разработанный эскиз дает возможность визуализировать конечный продукт в начале процесса проектирования.
Разрабатывая эскиз, необходимо опираться на требования к изделию (эстетические, эргономические, гигиенические, экономические и др.), учитывать назначение
изделия и выбранные материалы [3…6].
Это позволит сократить время на разработку конструктивной и технологической
документации за счет уменьшения времени
на отработку образца и внесение корректировок в конструкцию изделия и технологический процесс его изготовления. Швейное
изделие специального назначения уже на
стадии разработки эскиза должно проектироваться с учетом факторов внешнего воздействия [4] и требований нормативно-технической документации (НТД) (рис. 1 –
Рис. 1
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
167
формирование эскиза швейного изделия
специального назначения).
Эскиз – это плоскостное изображение
швейного изделия. Он позволяет визуально
представить внешний вид разрабатываемой
модели. Разработка эскиза представляет собой процесс создания одного или нескольких вариантов изображения внешнего вида
изделия. Эскиз может быть художественным, выполненным в любой технике рисунка и описывающим стилистические и
конструкторские характеристики модели, и
техническим, основой которого являются
особенности технологической обработки
изделия и конструктивных решений.
Для понимания соответствия будущего
изделия специального назначения предъявляемым требованиям эскиз можно представить в цвете, что позволит оценить сочетаемость цветов и оттенков, контрастность, а
также восприятие и идентификацию потребителя в условиях производственной среды.
Следовательно, материалы должны обладать не только рядом физико-механических
свойств, но и определенными цветовыми
характеристиками.
При изготовлении специальной одежды
для работников нефтегазового промысла
используются материалы:
− основной – фоновый материал, выступает в роли основы, является внешним
слоем пакета, обладает защитными от негативных факторов производственной среды
свойствами и отвечает требованиям НТД в
полной мере;
− дополнительный – материал, выступает в роли дополнительного внешнего
слоя и несет определенную функцию в зависимости от требований к разрабатываемому изделию. К дополнительным можно
отнести флуоресцентные материалы, из которых изготавливаются малые или средние
детали кроя (в этом случае такие материалы
схожи с основным материалом по свойствам), и световозвращающие элементы
(несущие функцию повышения видимости
и реагирования) [7…9].
При разработке одежды специального
назначения также необходимо уделять внимание сигнальным элементам в виде полос
флуоресцентного цвета или световозвращающим элементам, занимающим малую площадь по отношению к площади всего швейного изделия. При проведении работ в
условиях пониженной видимости существует риск снижения реакции идентифицирующего, следовательно, формирование
системы сигнальных элементов, сочетающих световозвращающие элементы и детали кроя, является актуальной задачей.
С целью понимания минимальных площадей деталей швейного изделия в процентах необходимо определить среднестатистическую площадь изделия. Среди средств
индивидуальной защиты, изготовленных на
швейных производствах, наибольшее применение нашли куртка, брюки и полукомбинезон. Расход материала на данные изделия может варьироваться в разных пределах в зависимости от выбранной модели, ее
конструктивных особенностей и решений
по технологической обработке. Например,
средний расход материалов на изготовление изделия размера 104/108 и роста
170/176 составляет: куртка – 1,5 м2, брюки –
1,7 м2, полукомбинезон – 2,1 м2. На рис. 2
представлены минимальные площади деталей, выполненных из основных и дополнительных материалов.
Рис. 2
168
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Анализ вариаций расположения деталей
сигнальных элементов выполнен с учетом
гигиенических и потребительских требований, а также психофизиологического
состояния потребителя в процессе эксплуатации швейного изделия. Для таких деталей
швейных изделий, как нагрудник и спинка
полукомбинезона, воротник куртки и подобные, применение флуоресцентных и
световозвращающих материалов нецелесообразно в связи с тем, что эти детали перекрыты другими частями или изделиями.
Следовательно, детали из флуоресцентных
и световозвращающих материалов стоит
применять в качестве накладок, а в случае,
если такая деталь все-таки касается тела потребителя, использовать подкладочный материал, обеспечивающий снижение трения
узлов и элементов изделия о поверхность
кожных покровов человека.
При анализе вариаций расположения деталей из фонового и световозвращающего
материала [10, 11] выявлено, что площадь
сигнальных элементов относительно площади всего изделия должна находиться в
следующих интервалах:
− для плечевого изделия: полочка –
12÷66%, спинка – 24÷60%, рукав – 19÷70%,
капюшон – 27÷64%;
− для поясного и плечепоясного изделия: передняя половинка – 12÷61%, задняя
половинка – 8÷78%.
При анализе ГОСТ 12.4.236-2007 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Одежда специальная для защиты от пониженных температур. Технические требования», ГОСТ Р 12.4.290-2013 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Одежда
специальная для защиты работающих от
воздействия нефти, нефтепродуктов. Технические требования», ГОСТ EN 340-2012
«Система стандартов безопасности труда
(ССБТ). Одежда специальная защитная.
Общие технические требования» получена
информация о процентном соотношении
деталей сигнальных элементов относительно сторон изделия – минимум 50±10%
минимальной площади фонового материала должно быть расположено на передней
стороне изделия, следовательно, минимум
40% от минимальной площади фонового
материала должно быть расположено на полочке, рукаве (со стороны переда), капюшоне (в области лицевого выреза) для плечевого изделия и передней половине для
поясного и плечепоясного изделия.
Для понимания сочетаемости цветовых
характеристик основного и дополнительного материалов проведен анализ контрастности и визуального восприятия (табл. 1).
На практике, как правило, применяется три
цвета флуоресцентного материала: желтый,
оранжевый и красный. Световозвращающий
материал визуально воспринимается серебряного цвета, но при наличии источника
света за счет отражения направленных на
него лучей визуально цвет становится белым
либо приближенным к нему [7, 9]. Основной материал специальной одежды работников нефтегазового сектора может быть
выполнен в любом варианте цветового решения, но чаще применяют темные цвета
(черный, серый, синий и другие). Так как
большая часть работ выполняется в условиях промысла и связана с вероятностью
попадания нефти и ее продуктов, то с целью
минимизации затрат на очистку швейного
изделия целесообразнее применять материалы темного цвета. Стоит отметить, что
применение зеленых и коричневых цветов
для основного материала встречается реже,
что теоретически можно связать с особенностью промыслов, расположенных чаще
всего в полевых условиях, и, как следствие,
минимизацией визуальной идентификации
работника на фоне рабочей среды [4, 12].
Немаловажным аспектом сочетаемости
материалов швейного изделия является его
контрастность по отношению к рабочей
среде. Данная особенность связана с одной
из функций средств индивидуальной защиты, а именно – визуальной идентификацией в условиях промысла. С целью определения наибольшей контрастности изучены вариации фона рабочей среды. Процесс получения нефтепродукта состоит из
6 этапов, основными из которых являются:
геологоразведочные работы, разработка и
эксплуатация скважин, добыча и подготовка продукта, хранение.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
169
Таблица 1
Цвет фонового материала
Черный
Цвет материала основы
Серый
Темно-синий
Синий
Желтый флуоресцентный
Оранжевый флуоресцентный
Красный флуоресцентный
Для выделенных этапов определены
наиболее характерные цветовые сочетания
окружающей среды (табл. 2). Стоит отметить, что в некоторой степени цветовые сочетания могут отличаться, что связано с
особенностями территориального расположения.
Для дальнейшей оценки восприятия
контрастности материалов разработаны вариации комбинирования цвета специальной
Геологоразведочные
работы
Разработка и эксплуатация скважин
В результате проведенного исследования разработана методика формирования
эскиза швейного изделия специального
назначения с функцией защиты в условиях
170
одежды и фона рабочей среды для плечевого и поясного изделия (табл. 2). Также
рассмотрен вариант «альтернативного» цветового сочетания, основным цветом в котором выступает фиолетовый. Данный цвет
выбран в связи с высокой контрастностью в
сравнении с фоном, характерным для рабочей среды, и с цветами основного и дополнительного материалов.
Добыча и подготовка
нефти
Таблица 2
Хранение и переработка
(НПЗ и нефтебазы)
недостаточной видимости (рис. 3). Полученные варианты эскиза швейного изделия
необходимо проверить на соответствие требованиям посредством визуальной оценки.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 3
В результате апробации представленной
методики разработан эскиз комплекта специальной одежды для работника нефтегазового промысла, состоящий из куртки и полукомбинезона (рис. 4), и рассчитаны процентные соотношения деталей из фонового
материала. Стоит отметить, что полученные
данные соответствуют нормативно-технической документации согласно требованиям
к площадям сигнальных элементов, выполненных из фонового материала. Площадь
деталей из фонового материала составляет
для плечевого изделия: полочка – 25%,
спинка – 15%, рукава – 7,5%, капюшон –
2,5%, для плечепоясного изделия: передняя
половинка – 23%, задняя половинка – 27%.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рис. 4
171
ВЫВОДЫ
Представленная методика позволяет
разрабатывать эскизы швейных изделий
специального назначения. Методика может
быть адаптирована к производству специальной одежды с сигнальными элементами
для различных отраслей.
REFERENCES
ЛИТЕРАТУРА
1. Добровольская Т.А. Автоматизация проектирования внешнего вида изделий легкой промышленности // Современные наукоемкие технологии.
2019. № 5. С. 35…40.
2. Кокина Д.С., Харлова О.Н., Кащеев О.В.
Метод проектирования одежды сотрудников отряда
специального назначения // Дизайн и технологии.
2018. № 66 (108). С. 50…53.
3. Зуева Т.В., Сурженко Е.Я, Медведев В.Ю.
Выбор показателей для оценки качества специальной одежды // Известия высших учебных заведений.
Технология текстильной промышленности. 1999.
№ 5. С. 132.
4. Феофилактова А.И., Мезенцева Т.В. Рекомендации к формированию элементов конструкции
швейных изделий для работников нефтегазового
комплекса с учетом факторов внешнего воздействия
// Вестник молодых ученых Санкт-Петербургского
государственного университета технологии и дизайна. 2022. №4. С. 19…23.
5. Роганова В.А. Изучение вариантов применения светоотражающих элементов в повседневной
одежде // Уральский научный вестник. 2023. Т. 5.
№9. С. 179…184.
6. Eom R., Lee Y. Working environments and clothing conditions in the construction industry. Fash Text 7,
9 (2020). https://doi.org/10.1186/s40691-019-0194-0.
7. Феофилактова А.И., Мезенцева Т.В., Зарецкая Г.П., Гончарова Т.Л. Люминесцентные и световозвращающие материалы в специальной одежде
// Естественные и технические науки. 2022. № 2(165).
С. 257…262.
8. Park S.J. Analysis of current wearing status and
satisfaction of warning clothing for road cleaner and
traffic workers. Family and Environment Research.
2018, 56(4), рр. 347…360. https://doi.org/10.6115/
fer.2018.025.
9. Park S.J. An evaluation of the suitability of fluorescent fabrics and retroreflective materials for road
traffic warning clothing in compliance with international
standards // Fashion and Textiles. 2019, Volume 6, Article number: 34. https://doi.org/10.1186 /s40691-0190190-4.
10. Петросова И.А., Артенян Л.С., Андреева Е.Г.
Разработка одежды с повышенными визуально-декоративными свойствами // Современные проблемы
науки и образования. 2014. №3. С. 81.
172
11. Леонова Е.В., Калинина Л.Н. Разработка
одежды для активного отдыха с элементами светодизайна и трансформации // Костюмология. 2019.
Т.4. №4. С. 15.
12. Кокина Д.С., Харлова О.Н., Андреева Е.Г.,
Семёнов О.Г. Методика выбора колористического
решения одежды служащих отряда специального
назначения на основе анализа "цветовой атмосферы" окружающей среды // Дизайн. Материалы.
Технология. 2016. №4 (44). С. 57…59.
1. Dobrovolskaya T.A. Automation of the design of
the appearance of light industry products // Modern
high-tech technologies, 2019. No. 5. P. 35...40.
2. Kokina D.S., Kharlova O.N., Kashcheev O.V.
The method of designing clothing for special forces personnel // Design and Technology, 2018. No. 66 (108).
P. 50...53.
3. Zueva T. V., Surzhenko E. Ya, Medvedev V. Yu.
The choice of indicators for assessing the quality of special clothing // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 1999. No. 5. P. 132.
4. Feofilaktova A. I., Mezentseva T. V. Recommendations for the formation of structural elements of garments for employees of the oil and gas complex, taking
into account external factors // Bulletin of Young Scientists of the St. Petersburg State University of Technology and Design. 2022. No.4. P. 19...23.
5. Roganova V. A. The study of options for the use
of reflective elements in everyday clothing // Ural Scientific Bulletin. 2023. Vol.5. No.9. P. 179...184.
6. Eom R., Lee Y. Working environments and clothing conditions in the construction industry. Fash Text 7,
9 (2020). https://doi.org/10.1186/s40691-019-0194-0
7. Feofilaktova A.I., Mezentseva T.V., Zaretskaya G.P., Goncharova T.L. Luminescent and retroreflective materials in special clothing // Natural and technical sciences. 2022. No. 2 (165). P. 257...262.
8. Park S.J. Analysis of current wearing status and
satisfaction of warning clothing for road cleaner and
traffic workers. Family and Environment Research.
56(4), P. 347...360. (2018). https://doi.org/10.6115/
fer.2018.025.
9. Park S.J. An evaluation of the suitability of fluorescent fabrics and retroreflective materials for road
traffic warning clothing in compliance with international standards // Fashion and Textiles, volume 6, Article number: 34 (2019). https://doi.org/10.1186
/s40691-019-0190-4
10. Petrosova I.A., Artenyan L.S., Andreeva E.G.
Development of clothing with enhanced visual and decorative properties // Modern problems of science and education. 2014. No.3. P. 81.
11. Leonova E.V., Kalinina L.N. Development of
clothes for outdoor activities with elements of lighting
design and transformation // Costumology. 2019. Vol.4.
No.4. P. 15.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
12. Kokina D.S., Kharlova O.N., Andreeva E.G., Semenov OG. Methodology for choosing a coloristic solution for clothing of special purpose detachment employees based on the analysis of the "color atmosphere" of
the environment // Design. Materials. Technology.
2016. No.4 (44). P. 57...59.
Рекомендована кафедрой художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила
23.05.24.
_______________
УДК 677.076.4, 677.076.24
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_173
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ
TECHNOLOGICAL METHODS OF SHAPING PRODUCTS FROM
NON-WOVEN MATERIALS .
С.Н. САПАРБАЙ, Г.П. ЗАРЕЦКАЯ, Д.Г. АМИЯН, В.А. САБИТОВА
S.N. SAPARBAY, G.P. ZARETSKAYA, J.G. АMIYAN, V.A. SABITOVA
(Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В статье представлены результаты исследования и анализа процесса
формования деталей сложной пространственной формы из плоской заготовки при помощи специального формующего устройства. Дана характеристика формовочной способности нетканого материала в зависимости от
геометрических параметров формозадающей поверхности. Описан характер изменения структуры нетканого материала при обтягивании колодки
кубической формы, выявлены достоинства и недостатки применяемого способа формования и предложены возможные решения для сохранения прочностных и эксплуатационных свойств материала в процессе формования,
рассмотрены возможности повышения формоустойчивости готовой формованной детали из нетканого материала. В заключение намечены пути совершенствования и дальнейшего развития предложенного способа изготовления деталей сложной пространственной формы из готовых нетканых
материалов. Исследования проведены с целью создания новой технологии
формования текстильных материалов и последующего ее внедрения в технологический процесс изготовления одежды массового производства.
The article describes the results of research and analysis of the shaping process
of complex spatial parts out of a flat workpiece by means of a special shaping device.
The shaping ability of nonwoven material in relation to the geometrical parameters
of the shaping surface is characterized. The character of structural changes of
nonwoven material during shaping of a cubic article is described, the advantages
and disadvantages of the applied shaping process are revealed and possible solutions
for strength and performance properties retention during shaping process are proposed, the possibilities of increasing the shape stability of the finished nonwoven
articles are considered. As a conclusion, the ways of improvement and further development of the proposed manufacturing method of complex spatial parts from
ready-made nonwoven materials are outlined. The aim of the research was to create
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
173
a new shaping process of textile materials and its subsequent implementation in the
technological process of mass production of clothing.
Ключевые слова: способы формования, сложная пространственная
форма, готовый нетканый материал, формованные изделия, кубическая
форма, релаксация, процесс формования, формообразующая поверхность,
закрепление формы.
Keywords: shaping methods, complex spatial shape, ready-made nonwovens,
shaped articles, cubical shape, relaxation, shaping processes, shaping surface,
shape fixation.
Введение
Совершенствование технологического
и технического процессов изготовления нетканых материалов делает их все более конкурентоспособными, так как приводит к более короткому циклу производства по сравнению с традиционными текстильными
ткаными и трикотажными материалами [1].
По своим физико-механическим характеристикам нетканые материалы обладают
большим преимуществом по сравнению с
текстильными материалами из натуральных растительных волокон: улучшенными
показателями сопротивляемости раздиранию, проколу, воздействию ультрафиолета,
химических и загрязняющих веществ, а за
счет модификации можно придать готовому изделию огнестойкость, повышенную
впитываемость, способность поглощать
энергию и т.п. [2, 3].
Формообразование играет большую
роль в процессе проектирования формованных изделий, так как опирается на знания о
механизмах образования и сохранения целостной формы без швов, принципах процесса формования деталей из нетканых материалов [4]. Одним из методов создания и
сохранения сложной формы изделия является формование, основанное на малооперационной технологии задания формы при
минимальном количестве швов.
Формовочная способность зависит от
жесткости, плотности, драпируемости, волокнистого состава, способа выработки, однако пластические свойства новых материалов, ранее не использовавшихся для изготовления одежды, мало изучены и не позволяют прогнозировать способность к формованию и поведение при эксплуатации.
174
В сфере производства нетканых материалов технического назначения возможность
прогнозирования их свойств имеет еще
большее значение [1, 3].
Таким образом, одной из задач, решаемых при проектировании и изготовлении
формованных изделий из готовых нетканых материалов, является получение сведений о формовочной способности для обеспечения формоустойчивости и более эффективного, качественного и малооперационного производства формованных деталей
одежды и изделий сложной пространственной формы.
Особенность объемных нетканых материалов заключается в возможности придать
изделию практически любую пространственную форму путем растягивающего усилия или прессования, однако исследования
физико-механических характеристик и особенностей структурных изменений при
формовании таких деталей малочисленны.
В работах [5, 6] приведены результаты исследования возможностей изготовления
полусферических деталей из нетканых материалов, полученных при помощи различных техник формования, однако указывается, что получение детали кубической
формы проблематично из-за особенностей
геометрии формы. В данной статье представлены результаты анализа процесса
формования на кубической формозадающей поверхности и оценки формоустойчивости образца после релаксации и снятия с
колодки.
Экспериментальная часть
Объемную форму деталям одежды
можно придать при помощи конструктивного, технологического или комбинирован-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ного способа формообразования, выбор которого зависит от сложности конфигурации
детали одежды, пластических свойств материала, модных тенденций и т. п. При изготовлении одежды конструктивному методу отдается наибольшее предпочтение,
так как он позволяет получить объемную
форму наиболее простым способом заданием конструктивных линий и вытачек, а
также характеризуется высокой устойчивостью полученной формы в процессе эксплуатации [7].
В свою очередь технологические способы формообразования основаны на способности структурных элементов материалов изменять углы между волокнами или
нитями, образовывать новые связи между
структурными элементами за счет перераспределения нитей и волокон под воздействием механических нагрузок в процессе
обтягивания или прессования [7].
Преимущество применения такого технологического способа формообразования,
как формование, для изготовления изделий
из нетканых материалов заключается в возможности получения любой пространственной формы с высокой степенью соответствия облегаемой поверхности без наличия
соединительных швов и вытачек, характерных для конструктивного метода формообразования.
Из всех существующих способов механического, термического или комбинированного формования механический способ
наиболее прост в применении, так как не
требует специального оборудования и позволяет получить практически любую объемную форму с хорошими показателями
формоустойчивости. Однако недостатки
такого способа заключаются в образовании
областей неравномерной толщины из-за перераспределения волокон материала в процессе формования, наличия излишков материала при облегании сложных пространственных форм, а также необходимости дополнительного закрепления полученной
формы.
Формовочная способность нетканых
материалов зависит от их структуры и способа скрепления волокон. Волокнистые
объемные нетканые материалы показывают
высокую способность к механическому
формованию по сравнению с материалами,
изготовленными по технологии спанбонд
или мелтблаун, особенности получения и
небольшая толщина которых не позволяют
применять к ним способы формования,
предполагающие значительное изменение
взаиморасположения волокон [3, 8].
Несмотря на то, что волокнистые объемные нетканые материалы в области производства одежды применяют в основном в
качестве утепляющего внутреннего слоя,
они имеют хорошие эргономические и формообразующие свойства [9, 10]. Это позволяет предположить, что детали из таких материалов после объемного формования и
нанесения защитного покрытия с внешней
стороны могут также использоваться как
верхний слой одежды.
В данном исследовании изучена формовочная способность нетканых объемных
материалов на примере волокнистого утеплителя из полиэфирных волокон торговой
марки Danelli Slim (Россия). Бархатистая
сторона утеплителя уменьшает вероятность
сдвига, а сторона, имеющая гладкую поверхность, препятствует миграции волокон
сквозь материал верха. При обтягивании
колодки заготовка размещалась бархатистой лицевой стороной наружу, а гладкой
стороной к формовочной поверхности.
Для изготовления образцов использовался утеплитель плотностью 200 г/м 2. В
качестве формозадающей поверхности использовалась колодка кубической формы с
длиной сторон 6 см. Предварительно для
анализа степени деформации материала в
процессе обтягивания на образцы наносилась сеть в виде системы взаимно перпендикулярных линий с длинами сторон ячеек
2 см. На рис. 1 показаны стадии процесса
формования образца кубической детали.
Образцы для проведения испытаний изготавливались путем формования растяжением. Для этого заготовку из нетканого материала накладывали на кубическую колодку, в процессе обтягивания придавали
нужную форму посредством механического воздействия до плотного прилегания
к формозадающей поверхности. Сформованный образец закрепляли по нижнему пе-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
175
риметру колодки с помощью специальных
приспособлений и выдерживали 24 часа
(рис. 1, а, б), в течение которых происходила релаксация возникших при формовании напряжений, поэтому заготовка, снятая
с колодки, сохраняла форму (рис. 1, в).
дования характеристик и особенностей
структурных изменений при формовании
объемных нетканых материалов практическое применение таких технологий для изготовления формованной одежды не получило широкого распространения.
Изготовление образцов подтверждает
возможность получения формованной детали сложной формы из нетканого синтетического материала выбранным способом,
благодаря которому могут быть получены
изделия без швов с улучшенными эксплуатационными характеристиками за счет образования и устойчивого закрепления заданной формы одежды.
ВЫВОДЫ
Рис. 1
При дальнейшем анализе формовочной
способности образцов нетканого материала
рассмотрены аналогичные образцы кубической формы, изготовленные с сокращенным периодом релаксации (рис. 2). Очевидно, что форма образца после снятия с
колодки сохранилась в меньшей степени.
Способность нетканых материалов изменять взаимное расположение волокон
под действием силовой нагрузки обуславливает возможность применения технологических способов формообразования объемных деталей одежды с минимальной последующей обработкой.
Показана возможность обтягивания
объемным нетканым материалом кубической колодки посредством механического
воздействия до плотного прилегания к формозадающей поверхности с закреплением
формы заготовки путем релаксации напряжений до снятия с колодки.
ЛИТЕРАТУРА
Рис. 2
Таким образом, возможность сохранения формы, приданной образцу нетканого
материала, тесно связана с продолжительностью его релаксации в закрепленном на
колодке состоянии.
Обсуждение и результаты
Особенность объемных нетканых материалов, имеющих трехмерную волокнистую структуру, заключается в возможности придать им сложную пространственную форму путем растягивающего усилия
или прессования, однако ввиду отсутствия
систематизированных результатов иссле-
176
1. Кащеев О.В. Производство материалов с
заданными свойствами – драйвер развития
технического текстиля России // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной
промышленности. 2023. №4 (406). С. 128…134.
2. Есиркепова А.М., Дуйсембекова Г.Р., Сабенова Б.Н. и др. Современные тенденции и перспективы развития мирового производства и потребления нетканых материалов // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2020. №3(387). С. 75…83.
3. Yilmaz K.B., Sabuncuoglu B., Yildirim B., Silberschmidt V.V. A brief review on the mechanical behavior of nonwoven fabrics // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 2020. №15. – https://doi.org/10.1177
/1558925020970197.
4. Вилкова М.Р., Степанидина С.В. Сопоставление взглядов на формообразование моделей одежды
// Карельский научный журнал. 2015. №2(11).
С. 108…111.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
5. Бектемирова Л.С., Зарецкая Г.П., Гончарова Т.Л. Исследование технологических свойств
полуфабрикатов деталей одежды из войлока //
Швейная промышленность. 2013. №3. С. 16…18.
6. Hoque M.T. An Overview of 3D Thin Shell Textile Preforms // Journal of Textile Science and Technology. 2023. №9. P. 183…197.
7. Сайитова У.С., Нутфуллаева Ш.Н., Нутфуллаева Л.Н., Алимов С.Р. Основные методы
формообразования при разработке моделей швейных изделий // Молодой ученый. 2016. №10(114).
С. 296…298.
8. Midha V., Arjun D. Spun bonding Technology
and Fabric Properties: a Review // Journal of Textile Engineering & Fashion Technology. 2017. №1(4).
P. 126…133.
9. Бесшапошникова В.И., Климова Н.А., Ковалева Н.Е. Исследование влияния структуры на
свойства объемных нетканых утеплителей одежды
// Материалы и технологии. 2018. №2(2). С. 28…33.
10. Трещалин М.Ю., Трещалин Ю.М. Воздухо- и
водопроницаемость нетканых материалов // Физика
волокнистых материалов: структура, свойства,
наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX).
Иваново: ИВГПУ, 2023. С. 14…20.
REFERENCES
1. Kashcheev O.V. Production of materials with target properties as a driver for the development of technical textile in Russia // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2023. №4 (406). P. 128…134.
2. Yessirkepova A.M., Duysembekova G.R., Sabenova B.N. etc. Modern trends and prospects for the development of global production and consumption of
non-woven materials // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2020. №3(387). P.75…83.
3. Yilmaz K.B., Sabuncuoglu B., Yildirim B., Silberschmidt V.V. A brief review on the mechanical behavior of nonwoven fabrics // Journal of Engineered Fibers and Fabrics. 2020. №15. – https://journals.
sagepub.com/doi/10.1177/1558925020970197
4. Vilkova M.R., Stepanidina S.V. Comparison of
separate points of view to morphogenesis of clothes design // Karelian Scientific Journal. 2015. №2(11).
P. 108…111.
5. Bektemirova L.S., Zaretskaya G.P., Goncharova T.L. Technological properties research of semiproducts felt clothes details // Sewing industry. 2013.
№3. P. 16…18.
6. Hoque M.T. An Overview of 3D Thin Shell Textile Preforms // Journal of Textile Science and Technology. 2023. №9. P. 183…197.
7. Sayitova U.S., Nutfullaeva Sh.N., Nutfullaeva L.N., Alimov S.R. The basic shaping methods in
the development of garment models // Young Scientist.
2016. №10(114). P. 296…298.
8. Midha V., Arjun D. Spun bonding Technology
and Fabric Properties: a Review // Journal of Textile Engineering & Fashion Technology. 2017. №1(4).
P. 126…133.
9. Besshaposhnikova V.I., Klimova N.A., Kovaleva N.E. Study of the Influence of Structure on the
Properties of Voluminous Nonwoven Insulation Clothing
// Materials and Technologies. 2018. №2(2). рp. 28…33.
10. Treshchalin M.Yu., Treshchalin Yu.M. Air and
water permeability of nonwoven materials // Physics of
Fiber Materials: Structure, Properties, Knowledge-intensive Technologies and Materials (SMARTEX). Ivanovo: IVGPU, 2023. P. 14…20.
Рекомендована кафедрой художественного конструирования, моделирования и технологии швейных изделий РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила
23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
177
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 677.027.04
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_178
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ПРОПИТКИ
ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКА
MATHEMATICAL MODELS OF THE IMPREGNATION PROCESS
OF TEXTILE MATERIALS UNDER THE INFLUENCE OF ULTRASOUND
А.С. МАРУЩАК
A.S. MARUSCHCHAK
(Витебский государственный технологический университет, Республика Беларусь)
(Vitebsk State Technological University, Republic of Belarus)
E-mail: [email protected]
Объект исследования – процесс пропитки нетканого полиэфирного материала при воздействии ультразвука. Целью работы является определение
основных закономерностей и получение математических моделей процесса
пропитки текстильных материалов в операциях заключительной отделки.
Автором проведены экспериментальные исследования и установлены зависимости параметров текстильных материалов и полимерной композиции от режимных параметров процесса пропитки.
Результаты работы позволяют прогнозировать изменение физико-механических характеристик аппретирующего состава и обрабатываемого нетканого материала в процессе заключительной отделки в условиях УЗ-обработки, оптимизировать технологические параметры процесса пропитки.
The object of the study is the process of impregnation of non–woven polyester
material under the influence of ultrasound. The purpose of the work is to determine
the basic patterns and obtain mathematical models of the impregnation process of
textile materials in the final finishing operations.
The author conducted experimental studies and established the dependences of
the parameters of textile materials and polymer composition on the operating parameters of the impregnation process.
The results of the work make it possible to predict changes in the physical and
mechanical characteristics of the dressing composition and the processed non-woven material during the final finishing in the conditions of ultrasonic processing, to
optimize the technological parameters of the impregnation process.
178
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Ключевые слова: пропитка нетканых материалов, поверхностное натяжение, вязкость, краевой угол смачивания, эффективный радиус капилляров, ультразвуковая пропитка, интенсификация пропитки.
Keywords: impregnation of nonwovens, surface tension, viscosity, wetting
edge angle, effective radius of capillaries, ultrasonic impregnation, impregnation
intensification.
Введение
Известно [1], что для улучшения потребительских и придания специфических
свойств текстильным материалам в зависимости от их назначения проводят обработку различными пропитывающими составами на операциях заключительной отделки.
Основными способами улучшения качества пропитывания текстильных материалов являются повышение гидрофильности
текстильного материала, смачивающей способности пропиточного раствора, фильтрация раствора через материал, удаление воздуха из капилляров и пор материала перед
пропиткой [2].
Дополнительным способом повышения
качества и интенсификации процессов отделки текстильных материалов является использование различных подводов энергии.
Традиционно используется конвективный
способ подвода тепла, однако существуют
определенные трудности, связанные с сушкой и термофиксацией, так как полимерные
вещества обычно мигрируют к поверхности материала, неравномерно распределяясь по толщине и локализуясь на поверхности волокнистого материала. В результате
этого качество отделки материала находится на невысоком уровне [3].
Современные способы подачи тепла, такие как инфракрасное излучение, электромагнитные волны сверхвысокочастотного
диапазона, акустическое воздействие ультразвукового диапазона и др., интенсифицируют процессы обработки текстильных
материалов. Анализ различных вариантов
интенсификации процесса свидетельствует
о возможности использования для этого
ультразвуковых колебаний [6, 7].
Ультразвуковая пропитка основана на
звукокапиллярном эффекте. Звукокапиллярный эффект обнаружен в 70-х годах ХХ века.
Согласно [4] звукокапиллярный эффект –
аномально высокое поднятие жидкости в
капиллярах при кавитации.
Под капиллярами понимаются непосредственно волокна материала, а поры –
воздушные промежутки между волокнами.
Наиболее распространено предположение о повышении среднего давления у
устья капилляра. При кавитации в отрицательный полупериод акустической волны
жидкость разрывается при давлении, близком к атмосферному (порог кавитации).
Между тем захлопывание кавитационных
пузырьков в стадии положительного полупериода сопровождается импульсами давления весьма большой величины. Поэтому
среднее за период давление в жидкости оказывается выше атмосферного, что и вызывает ее подъем в капилляре. Если бы это
было только так, то уровень подъема жидкости в капилляре не зависел бы от угла его
наклона. Однако уровень подъема жидкости увеличивается в несколько раз, когда
капилляр перпендикулярен к плоскости излучателя. Это свидетельствует о том, что на
подъем жидкости в основном влияют
направленные постоянные потоки, которые
всегда сопровождают кавитацию, так как в
них преобразуется акустическая энергия,
затраченная на образование самой кавитации [5].
Текстильные материалы представляют
собой анизотропную пористую структуру,
которая заполняется жидкостью и газами,
содержит капилляры и поры различного радиуса. Такую волокнистую систему нельзя
рассматривать как простую сумму линейных капилляров с одинаковым поперечным
сечением. Капилляры в волокнистых системах существенно отличаются от цилиндрических трубок, за которые их обычно принимают при выводе основных законов элементарной теории поднятия жидкости в ка-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
179
пиллярах. Таким образом, в процессе импрегнирования существует проблема неоднородности материала, которая возникает изза неполного заполнения капиллярно-пористой структуры полимерными составами,
когда несмотря на высокую скорость пропитывания материал пропитывается плохо
и большая часть капилляров остается незаполненной.
Эффективность процесса пропитывания
определяется высотой (капиллярностью) и
скоростью капиллярного поднятия полимерной композиции. Высота капиллярного
поднятия при ультразвуковой обработке
текстильных материалов зависит от условий
пропитывания (мощность и продолжительность), капиллярно-структурных свойств
волокна и физико-химических свойств полимерной композиции, наличия гидрофобных загрязнений и др.
Особенности пропитывания текстильных материалов в условиях воздействия
акустических колебаний ультразвукового
диапазона не позволяют использовать строгие соотношения, чтобы с достаточной точностью описать процессы капиллярного
проникания полимерной композиции в капиллярно-пористую структуру материала.
На практике применяются приближенные
методы определения скорости капиллярного проникания, основанные на различных предположениях о характере движения
жидкости, среди которых наибольшее распространение получило уравнение Волковой-Госкинса-Уошбурна, выведенное из
известного закона вязкости Пуазейля [2]:
h2 σ ПК cosθ
R,
2 ηПК
Показатель
Состав
Внешний вид
рH
Растворимость
Рекомендации по хранению
Морозоустойчивость
Устойчивость к стирке
и химической чистке
180
(1)
где h – высота подъема полимерной композиции (капиллярность), м; – продолжительность подъема полимерной композиции, с; σПК – поверхностное натяжение
полимерной композиции, Н/м; θ – краевой
угол, град; R – радиус капилляра, м; ηПК –
вязкость полимерной композиции, Па·с.
Методы
Для экспериментальных исследований
использовалась опытно-экспериментальная
установка (рис. 1) с максимальной мощностью 300 Вт и рабочими частотами
20…40 кГц. Мощность ультразвукового излучения менялась на ультразвуковом генераторе.
Рис. 1
Для проверки гипотезы интенсификации процесса пропитки при воздействии
акустических колебаний ультразвукового
диапазона проведен эксперимент №1 при
концентрации полимерной композиции
200 г/л. Мощность ультразвука составила
100 Вт. Применяемые частоты 20, 28, 40 кГц.
В качестве полимерной композиции для
пропитки использована дисперсия поливинилацетата. Свойства препарата представлены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики показателя
Дисперсия поливинилацетата в воде с пластификатором и специальными
добавками
Высоковязкая дисперсия белого цвета
Около 4–6
Смешивается с холодной и теплой (до 50 0С) водой в любом соотношении
Срок хранения в соответствующих условиях (при температуре от -20
до +700С) не менее 5 лет
Выдерживает 4-6 циклов заморозки-разморозки
Неустойчив к стирке и химчистке
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Для изучения влияния режимов ультразвуковой обработки на процесс пропитки
текстильных материалов проведен полный
Уровни проведения
эксперимента
Основной уровень фактора
Интервал варьирования фактора
Верхний уровень фактора
Нижний уровень фактора
факторный эксперимент №2. В качестве изменяемых факторов выбраны мощность и частота акустического воздействия (табл. 2).
Натуральные значения фактора
Х1
Х2
(мощность, Вт)
(частота, кГц)
200
28
100
300
40
100
20
Исследования проводились при трех
значениях концентрации полимерной композиции: 100 г/л, 200 г/л, 300 г/л.
Результаты и обсуждения
При обработке данных эксперимента №1
получены графические зависимости (рис. 2)
процесса пропитки полиэфирных образцов
от режимов ультразвукового воздействия.
После обработки данных эксперимента
№2 получена статистически значимая математическая зависимость высоты капиллярного подъема от мощности и частоты ультразвука и концентрации полимерной композиции:
hУЗ
Таблица 2
Кодированные значения фактора
Х1
Х2
(мощность)
(частота)
0
0
1
1
+1
+1
-1
-1
Регрессионные коэффициенты в зависимости (2) определены методом наименьших квадратов с использованием программного пакета для статистического анализа Statistica. Для проверки адекватности
коэффициентов регрессионных функций
определен коэффициент детерминации R2,
который составил 0,952. Можно сделать
вывод, что полученная регрессионная зависимость с достаточной точностью описывает рассматриваемый процесс и отклонения расчетных и экспериментальных данных находятся в пределах погрешности
проведения эксперимента.
(0,00003P 0,1279)(0,0298C 16,8298)τ
,мм . (2)
0,2166τ 11,5
Рис. 2
Анализ графических зависимостей высоты капиллярного подъема полимерной
композиции в условиях нагрева с использованием ультразвукового излучения, полученных при постоянной концентрации полимерной композиции (рис. 3), позволяет
сделать вывод о том, что при увеличении
частоты ультразвука высота подъема и соответственно эффективность пропитывания
увеличиваются.
Полученные закономерности можно
объяснить сочетанием капиллярного, гидростатического и кавитационного воздействий в условиях ультразвукового излуче-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
181
ния. Также следует отметить, что применение ультразвукового излучения позволяет
получить большую высоту капиллярного
подъема полимерного состава.
Сравнивая значения высоты при различных режимах ультразвукового воздействия,
можно сделать важное с практической
точки зрения предположение о том, что
применение акустического воздействия
позволяет добиться более качественного
результата пропитывания даже при мощно-
стях, в 2,5 раза меньших, чем в условиях
традиционного воздействия. Однако для
подтверждения данного предположения
необходимо провести детальный анализ
всех показателей, характеризующих эффективность процесса пропитывания. На
рис. 3 представлена зависимость высоты
капиллярного подъема ПК от времени при
концентрации ПК 200 г/л: 1 – 20 кГц, 2 –
28 кГц, 3 – 40 кГц.
Рис. 3
В результате дифференцирования уравнения (2) по времени получено выражение
для определения скорости капиллярного
УЗ
0,21656T (0,00003P 0,12796)(0,02988 C 16,82979)
,мм/c .
(0,21656T 11,50043) 2
Полученные зависимости скорости пропитывания от режимных параметров обработки соответствуют теории Уошбурна, согласно которой скорость движения жидкости в вертикальном цилиндрическом капилляре определяется разностью капиллярного и гидростатического давления. Таким
образом, можно предположить, что при
пропитывании текстильных материалов в
процессе заполнения капиллярно-пористой
структуры полимерным составом скорость
пропитки стремится к нулю.
Важной характеристикой контактного
смачивания является величина краевого угла,
т. е. угла между поверхностями жидкости и
твердого тела на границе с окружающей средой. Для увеличения полноты смачивания и
соответственно краевого угла необходимо,
чтобы в процессе обработки происходило
182
подъема полимерной композиции в заданный момент времени:
(3)
вытеснение адсорбированного воздуха с поверхности текстильного материала и установление равновесного краевого угла [2].
Если молекулы жидкости взаимодействуют с молекулами твердого тела сильнее,
чем между собой, то жидкость будет растекаться по поверхности или, как говорят,
смачивать ее. Растекание будет происходить до тех пор, пока жидкость не покроет
всю поверхность твердого тела или пока
слой жидкости не станет мономолекулярным. Такой случай называется полным смачиванием. Он наблюдается при нанесении
капли воды на поверхность чистого стекла.
Если молекулы жидкости взаимодействуют
друг с другом значительно сильнее, чем с
молекулами твердого тела, растекания не
произойдет. Наоборот, жидкость соберется
на поверхности в каплю, которая, если бы
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
не действовала сила тяжести, должна была
бы иметь почти сферическую форму [2].
Определять краевой угол непосредственно на тканях или пучках волокон затруднительно из-за шероховатости их поверхности и быстрого впитывания жидкости в волокнистую систему. Существующие методики не позволяют точно определить краевой угол на поверхности нетканого материала, поэтому в работе использовалась методика определения краевого угла
через максимальную высоту капиллярного
подъема hmax для эталонного капилляра известного радиуса Rэт, выражаемого из уравнения Жюрена [2]:
cosθ
hmax Rэт g ρапп
,
2σапп
где hmax – максимальная высота капиллярного подъема, м; σ апп – поверхностное
натяжение ПК, Дж/м2 ; θ – краевой угол,
рад; Rэт – радиус эталонного капилляра, м;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
ρ апп – плотность ПК, кг/м3.
Экспериментальные исследования изменения плотности полимерной композиции
показали, что плотность является функцией
концентрации и температуры и практически не зависит от мощности излучения.
С высокой точностью ( R2 0,99 ) закономерность изменения плотности полимерной композиции от условий обработки может быть представлена зависимостью:
(4)
ρапп 0,00165 0,999T ( 5,1464 107 P 1467 ,72 )( 0,3574С 192 ,46 ) ,
3
где коэффициенты определены методом
наименьших квадратов.
Для более детального анализа изменения краевого угла в процессе обработки в
условиях воздействия акустических коле-
(5)
баний ультразвукового диапазона рассмотрим график, показанный на рис. 4 (зависимость краевого угла от времени при частоте
ультразвукового воздействия 28 кГц: 1 –
300 г/л; 2 – 200 г/л; 3 – 100 г/л).
Рис. 4
Характер зависимостей краевого угла
смачивания от времени обработки (см.
рис. 4) позволяет сделать вывод о полноте
смачивания текстильного материала полимерным составом. Изменение краевого угла
в процессе обработки от начального до конечного значения называется динамическим гистерезисом смачивания [2].
ηУЗ
Природа вязкого течения связана с самодиффузией – переносом массы вследствие
последовательных актов обмена местами
атомов (молекул) в их тепловом движении.
В результате обработки экспериментальных данных получена регрессионная
зависимость вязкости:
0,853 ( 6 ,5543 1012 P 5,389 )( 0,005552C 1,4217 )
.
T 0 ,6298
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
(6)
183
Коэффициент детерминации R2 для зависимости (6) составляет 0,99. Анализ полученных зависимостей позволил сделать
вывод, что с повышением температуры полимерного состава вязкость уменьшается.
Увеличение концентрации состава вызывает увеличение вязкости. Увеличение частоты не вызывает существенных изменений вязкости полимерной композиции для
всех исследованных концентраций.
ВЫВОДЫ
При пропитывании текстильных материалов в условиях воздействия акустических колебаний ультразвукового диапазона
режимные параметры обработки влияют на
изменение высоты и скорости подъема
жидкости. Увеличение концентрации полимерной композиции приводит к уменьшению максимальной высоты и скорости капиллярного подъема полимерной композиции, а увеличение частоты излучения приводит к увеличению скорости поднятия полимерной композиции.
Установлена связь между параметрами
пропитывания и показателями эффективности смачивания: краевым углом смачивания, скоростью пропитывания и др.
Получены математические зависимости
изменения показателей эффективности
пропитывания от основных параметров обработки (мощности и частоты воздействия
ультразвукового излучения, концентрации
полимерной композиции), позволяющие
определять рациональные режимы процесса
пропитывания текстильных материалов.
Установлено, что увеличение мощности
излучения приводит к заметному уменьшению краевого угла, с течением времени краевой угол уменьшается и стремится к некоторому постоянному значению. Также увеличение мощности излучения вызывает
значительное уменьшение вязкости полимерной композиции для всех исследованных концентраций.
184
ЛИТЕРАТУРА
1. Кричевский Г.Е. Химическая технология текстильных материалов: учеб. для студентов вузов.
В 3 т. Т. 3. М., 2001. 298 с.
2. Ясинская Н.Н., Ольшанский В.И., Коган А.Г.
Композиционные текстильные материалы: монография. Витебск: ВГТУ, 2015. 299 с.
3. Бизюк А.Н., Жерносек С.В., Ясинская Н.Н.,
Ольшанский В.И. Исследование пропитки текстильных материалов в поле СВЧ-излучения // Вестник
Витебского государственного технологического
университета. 2014. № 1(26). С. 21…28.
4. Ультразвук: маленькая энциклопедия / под
ред. И.П. Голяминой. М.: ЁЁ Медиа, 2012. 400 с.
5. Сирютюк М.Г. Акустическая кавитация. М.:
Наука, 2008. 270 с.
6. Кузнецов В.Б., Корочкина Е.Е., Блинов О.В.
Пропитка суровых тканей и методы ее контроля //
Современные наукоемкие технологии. Региональное приложение. 2018. №1 (53).
7. Антонова М.В., Парсанов А.С., Красина И.В.
Исследование влияния ультразвуковой обработки
на свойства тканей // Костюмология. 2022. Т. 7, № 4.
REFERENCES
1. Krichevsky G.E. Chemical technology of textile
materials: textbook for university students. In 3 vol.
Vol. 3. Moscow, 2001. 298 р.
2. Yasinskaya N.N., Olshansky V.I., Kogan A.G.
Composite textile materials: a monograph. Vitebsk:
VGTU, 2015. 299 p.
3. Bizyuk A.N., Zhernosek S.V., Yasinskaya N.N.,
Olshansky V.I. Study of impregnation of tech-stylish
materials in the field of microwave radiation // Bulletin
of Vitebsk State Technological University. 2014.
№ 1(26). P. 21…28.
4. Ultrasound: a small encyclopedia / Chap. ed.
I.P. Golyamina. Moscow: HER Media. 2012. 400 p.
5. Siryutyuk M.G. Acoustic cavitation. Moscow:
Nauka, 2008. 270 p.
6. Kuznetsov V.B., Korochkina E.E., Blinov O.V.
Impregnation of harsh fabrics and methods of its control
// Modern high-tech technologies. A regional application. 2018. №1 (53).
7. Antonova M.V., Parsanov A.S., Krasina I.V. Investigation of the effect of ultrasonic treatment on the
properties of tissues // Kostymologiya. 2022. Vol. 7. No. 4.
Рекомендована кафедрой теплоэнергетики
Витебского государственного технологического
университета. Поступила 22.04.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 621.798.426.-52
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_185
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ
СЛОЖНЫМИ МНОГОМЕРНЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
TECHNICAL SOLUTIONS FOR OPTIMAL CONTROL
OF COMPLEX MULTIDIMENSIONAL DYNAMIC OBJECTS
OF TECHNOLOGICAL EQUIPMENT
М.С. ИВАНОВ, П.Г. ФРАСЫН, Ю.С. КОМБАРОВ
M.S. IVANOV, P.G. FRASYN, Y.S. KOMBAROV
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В данной статье ставится задача повышения качественных показателей нетканых материалов за счет оптимального управления скоростными
режимами электромеханических систем технологического оборудования
для их производства. Необходимость оптимального управления обусловлена
жесткой стабилизацией технологических параметров в процессе формирования и наматывания текстильных материалов. В статье рассмотрен метод электрического моделирования для анализа и расчета электромеханических систем технологического оборудования. Предложена структура механической модели волокнистого продукта и проведен анализ зоны деформации на основе метода электромеханических аналогий. Выполнено исследование зоны вытягивания на устойчивость и наличие автоколебаний. Осуществлена параметрическая оптимизация режима вытягивания волокнистого продукта с целью получения удовлетворительного качества переходного процесса. Реализована задача повышения производительности чесальной
машины посредством функциональной и структурной схем усовершенствованного способа выравнивания линейной плотности волокнистого продукта.
This article sets the task of improving the quality indicators of nonwoven materials. The implementation of indicators is achieved through optimal control of the
speed modes of electromechanical systems of technological equipment for the production of nonwoven materials. The need for optimal control is due to the strict stabilization of technological parameters in the process of forming and winding textile
materials. The article discusses the method of electrical modeling for the analysis
and calculation of electromechanical systems of technological equipment. The
structure of fibrous product mechanical model is proposed and an analysis of the
deformation zone out based on the method of electromechanical analogies is carried
out. A study of the pulling zone for stability and the presence of self-oscillations was
made. Parametric optimization of the fibrous product drawing mode was carried out
in order to obtain satisfactory quality of the transient process. The task of increasing
the productivity of the carding machine has been realized through functional and
structural diagrams of an improved method for leveling the linear density of the
fibrous product.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
185
Ключевые слова: нетканый материал, скоростной режим, электромеханические системы.
Keywords: non-woven fabric, high-speed mode, electromechanical systems.
Технологическое оборудование для
производства нетканых материалов имеет
ряд особенностей, влияющих на постановку
и методы решения задач энергоресурсосбережения путем управления скоростными
режимами [1]. Условия жесткой стабилизации технологических параметров в процессе формирования и наматывания волокнистого материала предъявляют к системам
автоматического регулирования (САР) высокие требования в отношении поддержания заданных скоростных режимов и качественных показателей волокнистого материала. При проектировании управляемых
электромеханических систем (ЭМС) определяющими факторами являются физикомеханические свойства волокнистого продукта прочность, удлинение, коэффициент заполнения объема, плотность намотки,
упругие, эластические и пластические деформации при вытягивании.
Для определения структуры ЭМС рационально использовать кинематический и
динамический анализ функционирования
оборудования. При учете различных влияющих факторов (электромагнитные процессы, гибкие связи, упругость механических передач и др.) структура ЭМС усложняется, а описание становится более детальным. Следование синергетическому подходу показывает, что совокупность факторов оказывает иное влияние на систему,
чем каждый по отдельности. Это подтверждается результатами, приведенными в работе [2]. Поэтому исследование сложных
динамических объектов и технологических
процессов на этапе проектирования является необходимым для создания эффективного управления.
Наиболее широкодоступным средством
теоретического исследования являются математические модели машин и их узлов,
описываемые системами дифференциальных и алгебраических уравнений. В боль-
186
шинстве случаев данные системы дифференциальных уравнений не имеют аналитического решения. Поэтому в основном применяются рекурсивные алгоритмы интегрирования на заданном интервале.
Математические модели позволяют исследовать поведение системы в широком
диапазоне амплитуды и спектрального состава управляющих и возмущающих воздействий. Показатели САР, характеризующие статические и динамические свойства
ЭМС, выявляют оптимальные величины задающих воздействий, а следовательно, позволяют на их основе сформулировать оптимальные законы управления.
Известные алгоритмы управления рассчитаны на знание математического описания объекта с точностью до конечного
числа постоянных параметров. На практике
достаточно точную модель объекта построить сложно, а иногда и невозможно. Использование известных на данный момент
современных методов и технологий позволяет исключить точное копирование нелинейностей объекта. Система управления
при этом рассчитана на больший уровень
неопределенности. Это позволяет на порядок повысить динамическую точность
управления скоростными режимами сложных динамических объектов с транспортирующими и наматывающими механизмами.
Аппаратная реализация современных технологий предусматривает внедрение высокоинтегрированных гибких микроконтроллеров, программируемых логических контроллеров, плат расширения персональных
компьютеров и т. д. Высокая стоимость
электронных компонентов силового и
управляющего оборудования электроприводов препятствует разработке и внедрению
интеллектуального управления электротехническими комплексами (ЭТК).
Для построения структуры, проектирования и исследования сложной электроме-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ханической системы производства нетканых материалов разработана соответствующая концепция. В качестве среды для математического моделирования и расчета ЭМС
выбраны пакеты современной версии системы Matlab, такие как Simulink, Neural
Network Toolbox, Fuzzy Logic Toolbox, a
также программа для моделирования электрических схем Multisim.
Поставлена и решена задача разработки
метода электрического моделирования для
анализа и расчета электромеханических систем технологического оборудования с учетом свойств волокнистого продукта и динамики его движения в процессе формирования и транспортирования. Особенностью
разработанной методики является ее физическая направленность на основе метода
электромеханических аналогий, то есть
представления электромеханических систем в виде эквивалентных электрических
цепей [3, 4].
Сравнение модели, построенной в виде
электрической цепи, и структурной модели
показывает, что первая отличается значительно большей наглядностью, так как каждый механический элемент имеет свое
электрическое изображение.
Реализация структурных моделей осуществляется с помощью современных
ПЭВМ при соответствующем программном
обеспечении.
Достоинство метода электромеханических аналогий проявляется тогда, когда моделируемые системы имеют большое число
линейных пассивных элементов (индуктивностей, емкостей, резистивных элементов),
то есть содержат разветвленную электрическую цепь и сложную механическую часть.
Электрическая цепь остается наглядным и обобщающим изображением моделируемой системы и при косвенном методе
ее реализации благодаря преимуществам
электрических аналогий. Для моделирования используется специальный «метод четырехполюсников». При этом модель анализируется и корректируется по частям с
помощью постановки дополнительных экспериментов в частных системах, которые
можно анализировать в отдельности, напри-
мер, вводя возмущения, проводя линеаризацию и т. д.
Разработана математическая модель
формирования волокнистого продукта на
чесальном аппарате CR-24 как объекта автоматического управления. Предложена
структура механической модели волокнистого продукта и проведен анализ зоны деформации на основе метода электромеханических аналогий.
Выполнено исследование зоны вытягивания на устойчивость и наличие автоколебаний. Осуществлена параметрическая оптимизация режима вытягивания волокнистого продукта с целью получения удовлетворительного качества переходного процесса.
Реализована задача повышения производительности чесальной машины. С этой
целью предложены функциональная и
структурная схемы усовершенствованного
способа выравнивания линейной плотности
волокнистого продукта.
Проведенная параметрическая оптимизация системы автоматического регулирования позволила определить оптимальные
параметры скоростных режимов исследуемой системы.
Авторами разработана и исследована
функциональная схема модернизированной
системы управления автоматизированной
линией производства объемных нетканых
полотен [5, 6]. Поставленной задачей являлось обеспечение заданного качества продукции и энергосбережения управляемого
электротехнического комплекса.
Как правило, самовес имеет один электропривод игольчатой решетки, работающий периодически. Остальные органы самовеса приводятся в движение от основного двигателя чесальной машины. Проведенные исследования статических и динамических характеристик самовеса чесальной машины показывают, что качество выходящего настила зависит как от постоянства массы порции волокнистого материала, так и от согласования скоростей рабочих органов самовеса распределительного
эксцентрика, уплотняющего щитка, игольчатой решетки и т. д.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
187
Предлагается использовать двухдвигательный электропривод, который осуществляет синхронизацию скоростных режимов
рабочих органов самовеса и последующих
машин, входящих в линию. Наличие дополнительного двигателя обеспечивает плавное и независимое регулирование скорости
вращения рабочих органов. При этом загрузка чесальной машины согласуется с
требуемым коэффициентом съема.
Исследование точностных показателей
релейной системы весового механизма показало возможность уменьшения вариации
массы порции волокнистой смеси за счет
использования тензодатчиков вместо весового механизма, а также изменения алгоритма управления скоростью игольчатой
решетки [7].
Приведение в движение органов преобразователя прочеса от главного двигателя
чесальной машины иногда влечет за собой
возникновение ударов о станину при смене
направления движения кареток. Данная
проблема решается двумя способами:
сложной настройкой механизма при существующей схеме или применением индивидуальных двигателей. Для плавного и независимого регулирования скоростей выгодно использовать второй способ, хотя
возникает необходимость синхронизации
скоростей движения прочеса по транспортерным лентам.
В разработанной схеме синхронизация
скоростей рабочих органов осуществляется
датчиками частоты вращения. При этом
сигналы задания для электроприводов формируются в микропроцессорном комплекте.
В процессе работы поддерживается постоянство загрузки чесальной машины и линейной плотности готового полотна. Наличие контроля качества выпускаемого полотна позволяет осуществлять коррекцию
скоростных режимов машин, входящих в
поточную линию.
ВЫВОДЫ
Проведена оптимизация скоростных режимов управляемого комплекса для производства нетканых материалов. Применен
метод электрического моделирования для
188
анализа и расчета электромеханических систем технологического оборудования с учетом свойств волокнистого продукта и динамики его движения в процессе формирования и транспортирования. Предложены
технические решения, позволяющие улучшить качество выпускаемого полотна и
обеспечить рациональное потребление материальных и энергетических ресурсов.
Теоретические модели объектов ЭМС и полученные в результате математического
моделирования показатели качества работы системы экспериментально подтвердили их адекватность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поляков А.Е., Поляков К.А. Технологические
решения, направленные на модернизацию электропривода текстильного оборудования // Текстильная
промышленность. 2005. № 2. С. 28…30.
2. Поляков А.Е. Оптимизация эффективности работы текстильного производства за счет управления
скоростными режимами электромеханических систем технологического оборудования: дис. … д-ра
техн. наук. М., 2001. 438 с.
3. Поляков К.А., Поляков А.Е., Шилов А.В. и др.
Метод электромеханических аналогий для характеристики реологических свойств полимерных материалов // Химические волокна. 2008. № 2. С. 24…27.
4. Иванов М.С., Поляков А.Е., Рыжкова Е.А. Разработка научных положений концепции построения
структуры и методов исследования многомерных
динамических объектов со сложными зонами деформации волокнистых материалов. Применение
теоретических основ электротехники, автоматизированного электропривода и положений теории интеллектуального управления для исследования влияния скоростных режимов электротехнических комплексов технологического оборудования на процессы деформации волокнистых материалов: монография. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2020. 221 с.
5. Дубовицкий В.А., Поляков А.Е. Модернизация
автопитателя чесальной машины для производства
нетканых материалов // Химические волокна. 2011.
№ 2. С. 41…44.
6. Поляков А.Е., Рыжкова Е.А., Иванов М.С.
Электротехнические комплексы и системы технологического оборудования как объекты управления
энергосберегающими режимами. Ч. 1. Основные
теоретические положения исследования энергосберегающих режимов сложных многомерных динамических объектов: монография. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2017. 241 с.
7. Пат. RU 110091 U1. Устройство для управления процессом холстообразования и наматывания.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
REFERENCES
1. Polyakov A.E., Polyakov K.A. Technological solutions aimed at modernizing the electric drive of textile
equipment // Textile industry. 2005. No. 2. P. 28…30.
2. Polyakov A.E. Optimization of the efficiency of
textile production by controlling the speed modes of
electromechanical systems of technological equipment:
dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. Moscow, 2001. 438 p.
3. Polyakov K.A., Polyakov A.E., Shilov A.V. et al.
The method of electromechanical analogies for characterizing the rheological properties of polymer materials
// Chemical fibers. 2008. No. 2. P. 24…27.
4. Ivanov M.S., Polyakov A.E., Ryzhkova E.A. Development of scientific provisions for the concept of
constructing a structure and methods for studying multidimensional dynamic objects with complex deformation zones of fibrous materials. Application of the
theoretical foundations of electrical engineering, automated electric drives and the provisions of the theory of
intelligent control to study the influence of speed modes
of electrical complexes of technological equipment on
the processes of deformation of fibrous materials: monograph. M.: Kosygin State University of Russia, 2020.
221 p.
5. Dubovitsky V.A., Polyakov A.E. Modernization of
the automatic feeder of a carding machine for the production of nonwovens // Chemical fibers. 2011. No. 2.
P. 41…44.
6. Polyakov A.E., Ryzhkova E.A., Ivanov M.S. Electrical complexes and technological equipment systems
as objects for controlling energy-saving modes. Part 1.
Basic theoretical principles for studying energy-saving
modes of complex multidimensional dynamic objects:
monograph. M.: Kosygin State University of Russia,
2017. 241 p.
7. Pat. RU 110091 U1. A device for controlling the
process of canvas formation and winding.
Рекомендована кафедрой автоматики и промышленной электроники РГУ им. А.Н. Косыгина.
Поступила 23.05.24.
______________
УДК 677.05
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_189
К ВОПРОСУ ВЫБОРА СЕЧЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ СВЯЗИ ОСТОВА
ТКАЦКОЙ МАШИНЫ
ON THE ISSUE OF CHOOSING THE FRONT CONNECTION
CROSS SECTION OF THE WEAVING MACHINE FRAME
Е.Н. ХОЗИНА, О.С. ЖУРАВЛЕВА, Н.Н. ЗИЁДУЛЛОЕВ, Т.З. МУЛЛОЕВ
E.N. KHOZINA, O.S. ZHURAVLEVA, N.N. ZIEDULLOEV, T.Z. MULLOEV
(Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia, Moscow, Russia)
E-mail: [email protected]
Рост производительности ткацкого оборудования непосредственно связан с повышением его скоростных параметров. Увеличение скоростных характеристик ткацких машин с малогабаритными прокладчиками утка является одной из причин возникновения вибрационных нагрузок в их узлах и
механизмах. Это оказывает негативное влияние на надежность машины и
качество получаемой ткани. Основным элементом ткацкой машины, воспринимающим вибрационные нагрузки, является остов, в состав которого
входят две боковые рамы, а также две связи – передняя и задняя. В настоящее время передняя связь остова имеет коробчатое сечение. В статье дана
оценка четырех различных профилей для изготовления передней связи
остова ткацкой машины: коробчатого, коробчато-крестообразного, коробчатого с одной диагональной связью и коробчатого с двумя диагональными
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
189
связями. Оценка профилей проводилась путем решения многокритериальной задачи, где в качестве критериев рассматривались величина изгибных
деформаций, технологичность конструкции, ремонтопригодность и экономичность. Выполнен расчет и сравнительный анализ основных массово-геометрических характеристик указанных видов профилей. На основе проведенного исследования даны рекомендации по выбору в качестве поперечного
сечения передней связи остова коробчатого сечения с одной диагональной
связью. Такой профиль является оптимальным по всем основным и дополнительным критериям.
The increase in the productivity of weaving equipment is directly related to an
increase in its speed parameters. An increase in the high-speed characteristics of the
projectile weaving machines is one of the reasons for the occurrence of vibration
loads in their units and mechanisms. This has a negative impact on the reliability of
the machine and the quality of the resulting fabric. The main element of the weaving
machine, which perceives vibration loads, is the frame, which consists of two side
frames, as well as two connections – front and rear. Currently, the front connection
has a box-shaped section. This article evaluates four different profiles for the manufacture of the front connection of a weaving machine: box-shaped, box-cruciform,
box-shaped with one diagonal connection and box-shaped with two diagonal connections. The assessment of profiles was carried out from the perspective of solving
a multi-criteria problem, where the magnitude of bending deformations, technological effectiveness of the structure, reparability and economic efficiency are considered as criteria. The calculation and comparative analysis of the main mass-geometric characteristics of these types of profiles has been performed. Based on the conducted research, recommendations on the choice of a box-shaped frame with a single diagonal connection as a cross-section of the front connection are given. This
profile is optimal for all basic and additional criteria.
Ключевые слова: ткацкая машина, остов, передняя связь, профиль, жесткость, прочность, технологичность, ремонтопригодность, экономичность.
Keywords: weaving machine, frame, front connection, profile, stiffness,
strength, technological effectiveness, reparability, economic efficiency.
Введение
Ввиду значительного увеличения скорости основных рабочих органов ткацких машин появилась проблема, связанная с возникновением вибрации отдельных механизмов, узлов и машины в целом [1]. Вибрация приводит к разладке механизмов,
преждевременному износу осей приводных
механизмов, значительным изгибным деформациям различных узлов, снижению
показателей надежности работы машины и
может являться одним из факторов, нарушающих технологический процесс ткачества. Эти проблемы негативно сказываются
на качестве вырабатываемой ткани, надеж-
190
ности и производительности ткацкого оборудования [2…5].
В ткацкой машине основным узлом,
способным поглотить возникающие вибрации, является ее остов, поскольку именно
на нем размещаются все механизмы и детали. Остов состоит из двух боковых вертикально установленных рам, соединенных
продольными, а в некоторых случаях и поперечными связями. В зависимости от ширины машины и ее назначения размеры рам
и связей могут варьироваться, причем
число связей определяется необходимостью установки на станке тех или иных механизмов.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Рассмотрим более подробно устройство
остова ткацкой машины с малогабаритными прокладчиками утка (ТМ с МП), которая в настоящее время широко используется на ткацких предприятиях России и выпускается в основном ОАО «Техмашхолдинг» (Россия).
Остов ТМ с МП включает в себя две боковые литые рамы, изготовленные из серого чугуна и соединенные двумя стальными связями: передней и задней. Дополнительной связью в остове является подскальная труба, которая прикрепляется к
кронштейнам рам. Передняя связь имеет
коробчатое сечение, на ней крепятся
уточно-боевая и приемная коробки, а
между ними располагается привод батанного механизма. Задняя связь имеет двутавровый профиль, на ней закреплен средний
кронштейн навоя и сборник пуха [6].
К остову ТМ с МП предъявляются следующие требования:
1) высокая жесткость, позволяющая
обеспечить снижение изгибных деформаций остова, приводящих к нарушению технологического процесса ткачества;
2) высокая прочность для обеспечения
сопротивления ударным нагрузкам, создаваемым в основном батанным механизмом;
3) способность поглощать вибрации,
создаваемые при работе машины механизмами с переменными характеристиками
движения;
4) транспортабельность, что особенно
важно для машин с большой заправочной
шириной;
5) приспособленность к монтажу и ремонту.
Методы исследования
Выполнение указанных выше требований рассматривали как оптимизационную
задачу о многокритериальной оценке и последовательном выборе определенных конструктивных параметров остова, которые в
той или иной степени удовлетворяют условиям поставленной задачи отбора единственного из множества возможного [7, 8].
Многокритериальный отбор предполагает наличие установленных критериев выбора характеристик остова. Основные кри-
терии, по которым рекомендуется осуществлять выбор параметров остова, представлены на рис. 1.
Рис. 1
Проведен расчет и сравнительный анализ различных конструкций передней связи
как одного из основных элементов остова.
Конструкции передней связи остова конкретной ткацкой машины с определенной
заправочной шириной могут различаться
лишь видом и размерами поперечного сечения самой связи [9].
На рис. 2 представлены различные профили передней связи: а) традиционное коробчатое сечение (сечение 1); б) коробчатокрестообразное сечение (сечение 2); в) коробчатое сечение с одной диагональной
связью (сечение 3); г) коробчатое сечение с
двумя диагональными связями (сечение 4).
У существующих ТМ с МП всего типоразмерного ряда передняя связь обычно выполнена в виде коробчатого сечения
(рис. 2, а), т. е. так называемого трубчатого
профиля. Однако она может иметь и другой
профиль, отличный от традиционного. На
рис. 2, б, в, г представлены варианты возможных профилей.
Их особенностью является наличие поперечных и диагональных ребер жесткости,
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
191
которые работают предпочтительно на сжатие и блокируют изгибные деформации.
BH 3 ( B 2a)( H 2b)3
Jx
, (2)
12
HB3 ( H 2b)( B 2a)3
Jy
. (3)
12
Осевые моменты сопротивления сечения можно вычислить по формулам:
J
(4)
Wx x ,
ymax
Jy
.
(5)
Wy
xmax
Радиусы инерции коробчатого сечения
рассчитываются по формулам:
Рис. 2
Для каждого поперечного сечения определим его геометрические характеристики:
площадь F, осевые моменты инерции J x и Jy,
осевые моменты сопротивления Wx и Wy,
радиусы инерции Rx и Ry, а также удельные
геометрические характеристики изгибной
жесткости ix и прочности wx, которые служат
критериями экономичности сечений. Кроме
того, вычислим массу m передней связи
при условии выполнения ее из Стали 10.
Длина связи lСВ определяется заправочной
шириной ткацкой машины и при решении
данной задачи выбрана равной минимальной заправочной ширине ТМ с МП.
Далее рассмотрен алгоритм определения всех перечисленных характеристик на
примере коробчатого сечения (рис. 2, а).
Площадь поперечного сечения определяется по формуле:
F BH [( H 2b)(B 2a)] .
192
B
м
0,276
a
м
0,010
b
м
0,006
(6)
(7)
Для определения массы передней связи
воспользуемся формулой:
m FlCB .
(8)
В формуле (8) параметр ρ характеризует
плотность материала передней связи
(Сталь 10).
Для определения удельных геометрических характеристик изгибной жесткости и
прочности следует использовать формулы:
Jx
,
F2
𝑤𝑥 = 𝑊𝑥 /√𝐹3 .
ix
(1)
Для вычисления осевых моментов инерции сечения воспользуемся следующими
формулами:
H
м
0,320
Jx
,
F
Jy
.
Ry
F
Rx
(9)
(10)
Результаты и их обсуждение
Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.
t
м
0,010
с
м
0,400
ρ
кг/м3
7856
Таблица 1
lСВ
м
1,800
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Подставляя исходные данные (табл. 1) в
формулы (1) – (10), определим массово-геометрические характеристики связи, имеющей коробчатое сечение. Аналогичным образом на основании общеизвестных подходов [10] можно рассчитать соответствующие массово-геометрические характеристики и для других профилей. Результаты
расчета представлены в табл. 2.
Проведем анализ полученных результатов (табл. 2), основываясь на критериях,
представленных на схеме (см. рис. 1). Величина изгибных деформаций, характеризующая жесткость конструкции остова, входит
в число основных необходимых критериев
выбора параметров передней связи и определяется величиной осевых моментов инерции: с увеличением осевых моментов инерции уменьшаются изгибные деформации
тела. Таким образом, согласно критерию
величины изгибных деформаций наиболее
рациональным можно считать коробчатое
сечение 4 с двумя диагональными связями,
имеющее наибольшее значение момента
инерции и позволяющее уменьшить изгибные деформации в 1,8 раза по сравнению с
традиционным коробчатым сечением 1.
№
сечения
Таблица 2
F·10-4 м2
Jx·10-4 м4
Jy·10-4 м4
ix
1
2
3
4
94,72
140,28
134,72
174,72
1,303
1,547
1,837
2,370
1,300
1,385
1,301
1,301
1,45
0,79
1,01
0,78
Wx·10-4 м3 Wy·10-4 м3
8,146
9,669
11,489
14,813
Рассматривать второй критерий – технологичность конструкции связи – следует по
значениям таких показателей, как трудоемкость (простота) изготовления и удельная
материалоемкость (вес) конструкции. Технология изготовления трубчатых балок разнообразна: они бывают холоднодеформируемыми, горячедеформируемыми, бесшовными и электросварными. Изготовление балок других профилей является более сложной и трудоемкой задачей. Среди приведенных сечений наименьшими трудоемкостью
и весом обладает коробчатое сечение 1, а
наибольшими – коробчатое сечение 4 с
двумя диагональными связями, причем вес
передней связи с сечением 4 превышает вес
связи с сечением 1 приблизительно в 1,8 раза.
С точки зрения выполнения желательного критерия ремонтопригодности сечение 1 более приспособлено к ремонту, чем
остальные рассматриваемые сечения.
Вследствие ограниченного числа критериев (см. рис. 1) результатом выбора оптимального сечения передней связи может
стать некоторая группа профилей. Окончательный выбор единственного вида поперечного сечения может быть осуществлен
9,423
10,030
9,426
9,426
wx
Rx, м
Ry, м
m, кг
0,88
0,58
0,73
0,64
0,117
0,105
0,117
0,116
0,117
0,099
0,098
0,086
133,9
198,4
190,5
247,1
по дополнительному критерию, к которому
следует отнести экономичность конструкции. Критериями экономичности сечения
служат удельные геометрические характеристики изгибной жесткости ix и прочности wx:
чем выше указанные показатели, тем рациональнее профиль. Наибольшими величинами удельных геометрических характеристик обладают сечения 1 и 3.
ВЫВОДЫ
Проведенное исследование позволяет
сделать вывод о том, что для передней
связи рекомендуется использовать коробчатое сечение с одной диагональной связью
(сечение 3), которое позволит уменьшить
изгибные деформации в 1,4 раза по сравнению с традиционным коробчатым сечением, в то же время являясь наиболее рациональным с точки зрения технологичности
конструкции, ремонтопригодности и экономичности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Kuznetzov G.K., Boyko S.V. Casual Vibration of
Mechanical Systems of Textile Machines // Ninth World
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
193
Congress of the Theory of Machines and Mechanisms.
Politecnico di Milano, Italy, 1995.
2. Попов Э.А., Хозина Е.Н., Урсков Ю.И., Рябцев С.С. К вопросу о виброизоляции текстильного
оборудования // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.
1999. № 1 (247). С. 104…106.
3. Блехман И.И., Блехман Л.И., Васильков В.Б. и
др. Об износе оборудования в условиях вибрации и
ударных нагрузок // Вестник научно-технического
развития. 2018. № 11. С. 3…14.
4. Кубайтис З.И. Натяжение основы при вибрации стойки ткацкого станка // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 1993. № 2 (212). С. 37…39.
5. Суханов Н.Л., Дружиловский А.Б., Чистяков А.Я. Метод определения вибрационной мощности, поступающей в остовы текстильных машин //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 1991. № 3 (201).
С. 98…101.
6. http://www.loom.ltd/ (дата обращения:
08.05.2024).
7. Хозина Е.Н., Журавлева О.С., Королев П.А. и др.
Рекомендации по выбору вида ткацкого оборудования для выработки технических тканей // Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 1 (397). С. 260…265.
8. Nelyubin A., Podinovskiy V., Potapov M. Methods of criteria importance theory and their software implementation // Computational Aspects and Applications in Large-Scale Networks. 2018. Vol. 247.
P. 189…196. https://doi.org/10.1007/978-3-31996247-4_13.
9. Лимонина А.А., Цыгановкин В.В., Юхнина А.А.
Исследование конечной жесткости соединений металлических конструкций // Молодой ученый. 2021.
№ 22 (364). С. 139…144. https://moluch.ru/archive
/364/81564/ (дата обращения: 08.05.2024).
10. Валиуллин А.Х. Упругопластический изгиб
балки // Вестник Казанского технологического университета. 2013. № 2. С. 221…224.
REFERENCES
1. Kuznetzov G.K., Boyko S.V. Casual Vibration of
Mechanical Systems of Textile Machines // Ninth World
Congress of the Theory of Machines and Mechanisms.
Politecnico di Milano, Italy, 1995.
194
2. Popov E.A., Khozina E.N., Urskov Yu.I., Ryabtsev S.S. On the issue of vibration isolation of textile
equipment // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii,
Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 1999.
№ 1 (247). P. 104…106.
3. Blekhman I.I., Blekhman L.I., Vasilkov V.B.,
Ivanov K.S., Yakimova K.S. Wear and Tear of Machine
Parts Affected by Vibration and Percussive Impacts //
Bulletin of scientific and technical development. 2012.
№ 11. P. 3…14.
4. Kubaitis Z.I. Tension of the base during vibration of the loom stand // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 1993. № 2 (212). P. 37…39.
5. Sukhanov N.L., Druzhilovsky A.B., Chistyakov A.Ya. Method for determining the vibrational power
entering the skeletons of textile machines // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 1991. № 3 (201).
P. 98…101.
6. http://www.loom.ltd/ (date of access:
05/08/2024).
7. Khozina E.N., Zhuravleva O.S., Korolev P.A.
etc. Recommendations for choosing the type of weaving
equipment for production of technical fabrics //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022. № 1
(397). P. 260…265.
8. Nelyubin A., Podinovskiy V., Potapov M. Methods of criteria importance theory and their software implementation // Computational Aspects and Applications in Large-Scale Networks. 2018. Vol. 247.
P. 189…196. https://doi.org/10.1007/978-3-31996247-4_13.
9. Limonina A.A., Tsyganovkin V.V., Yukhnina A.A. Investigation of the finite stiffness of joints of
metal structures // Young scientist. 2021. № 22 (364).
P. 139…144. https://moluch.ru/archive/364/81564 /
(date of access: 05/08/2024).
10. Valiullin A.H. Elastic-plastic bending of a
beam // Bulletin of the Kazan Technological University.
2013. № 2. P. 221…224.
Рекомендована кафедрой технологических машин и мехатронных систем РГУ им. А.Н. Косыгина.
Поступила 28.06.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 66.011
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_195
ПРОВЕРКА МОДЕЛЕЙ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ
ДЛЯ ПРИКЛАДНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
CHECKING TURBULENT FLOW MODELS
FOR APPLIED TECHNOLOGICAL CALCULATIONS
А.С. БЕЛОУСОВ, Д.А. ОВСЯННИКОВ
A.S. BELOUSOV, D.A. OVSYANNIKOV
(Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Целью работы является оценка точности прогнозирования течений в
технологическом оборудовании на основе моделей турбулентности, применяемых в системах вычислительной гидродинамики (CFD). Исследованы мировые тенденции публикаций с применением CFD в текстильной и смежных отраслях промышленности. Предложены виды течений для проверки
моделей турбулентности, приближенные к прикладным задачам исследования оборудования. Показано значительное влияние вращения потоков на
расчетные возможности моделей турбулентности. Исследовано семь комплексов моделей турбулентности совместно с различными видами пристеночных функций. Установлено, что только часть комплексов обеспечивает
необходимую точность прогноза установившегося течения. Показано, что
усложнение уравнений моделей турбулентности может ухудшить точность расчетов. Установлено, что макроструктурные свойства отрывных
течений при входе потока в оборудование достаточно точно прогнозируются полуэмпирическими моделями турбулентности. Вместе с тем имеются значительные трудности в получении точного расчета пристеночной
локальной характеристики в зоне отрыва. В этом случае необходима корректировка моделей турбулентности.
The goal of the work is to assess the forecasting accuracy of flows in technological equipments based on turbulence models used in computational fluid dynamics
(CFD) systems. The global trends in publications using CFD in textiles and related
industries are explored. Types of flows for testing turbulence models, close to applied
problems of equipment research are proposed. The significant influence of flow rotation on the calculation capabilities of turbulence models was shown. Seven com-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
195
plexes of turbulence models were studied together with various types of wall functions. It was established that only part of complexes provides the necessary forecasting accuracy of the steady stream. It was shown that complicating the equations of
turbulence models can worsen the accuracy of calculations. It was established that
the macrostructural properties of separated flows when the flow enters to equipment
are quite accurately predicted by semiempirical turbulence models. At the same time,
there are significant problems for the accuracy of near-wall local characteristics
calculating in the separation zone. In this case, adaptation of turbulence models is
necessary.
Ключевые слова: вычислительная гидродинамика, модели турбулентности, верификация и валидация, проверка точности, прикладные расчеты.
Keywords: computational fluid dynamics, turbulence models, verification and
validation, accuracy testing, applied calculations.
Применение компьютерных методов вычислительной гидродинамики (CFD –
Computational Fluid Dynamics) для расчета
процессов с текучими средами значительно
возрастает во всех отраслях промышленности [1…11]. Если в системах CFD используются проверенные модели, то результаты
расчетов пригодны для масштабного перехода, оптимизации оборудования и контроля процессов [1, 7…10]. Технологии CFD
начинают также играть все большую роль и
в различных процессах текстильной промышленности [1…6]. Для статистического
анализа динамики роста международных
публикаций с применением CFD нами проведены выборка и обобщение сведений из
различных отраслей по данным издательского дома Elsevier. На рис. 1 показан прирост (по отношению к периоду 19911996гг.) публикаций с CFD по трем отраслям за последние десятилетия.
Рис. 1
Как видно из данных на рис. 1, только в
21 веке публикации с применением CFD
выросли более чем на порядок. Динамика
роста публикаций по текстильным техноло-
196
гиям (NTK) даже несколько превышает данные по инженерной химии (N CE). Наибольший рост наблюдается в аэрокосмических
технологиях (NAC).
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Однако значительный рост числа исследований и соответственно усложнение исследуемых конструкций и расширение
числа пользователей вызвали необходимость проверок достоверности и точности
расчетов пространственных систем CFD,
особенно для турбулентных течений. Дело
в том, что для большинства пространственных прикладных задач протекания среды в
оборудовании пока не доказаны теоремы
существования и единственности решений,
их устойчивости и корректности [11, 12].
Следовательно, на всех этапах работ с расчетами в системах CFD необходимо согласованно использовать как расчетные, так и
проверенные физические эксперименты
для проверки (верификации и валидации)
численных решений. В табл. 1 показана динамика роста доли международных публикаций по CFD, имеющих проверку численных расчетов (выполнена аналогично рис. 1).
Период
Доля статей CFD с верификацией в области аэрокосмических
технологий, %
Доля статей CFD с верификацией в области химической инженерии, %
Из данных табл. 1 следует, что в ближайшие годы уже большинство исследований будет публиковаться с проверкой численных расчетов. Статистика данных по
текстильной технологии пока неустойчива,
так как в данной области общее число публикаций по CFD пока мало. В среднем за
2010-2023 гг. число таких работ с проверкой не превышает 40-42 %. В российских
журналах данных, аналогичных представленным на рис. 1 и в табл. 1, пока недостаточно. Поиск в библиотеке Elibrary по всем
областям знаний за период до 2023 г. показывает долю публикаций по CFD с проверкой не более 18 %, что также недостаточно.
Таким образом, на прикладных пользователей ложатся все более сложные проблемы подбора моделей течений и проверок расчетов для исследуемых прикладных
задач. Однако исходно модели турбулентности (МТ), применяемые в системах CFD,
𝜕𝐾
𝜕𝐾
𝜕𝐾
2006-2010 гг.
Таблица 1
2016-2020 гг. 2021-2023 гг.
38,14
49,56
55,07
31,4
39,9
49,28
юстируются на очень простых (так называемых канонических) течениях. Для прикладных задач характерны более сложные
конструкции, но проводить тонкие физические эксперименты для различных геометрий оборудования в общем нецелесообразно. Поэтому далее в работе исследуется
три вида течений, более сложных, чем канонические, но позволяющих оценить возможности расчета на основе CFD систем
физических процессов, характерных для
некоторых типов оборудования.
Для расчета турбулентных течений применим осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса, обозначаемые как RANS
(Reynolds-averaged Navier–Stokes). В этом
случае надо использовать так называемые
полуэмпирические модели турбулентности.
Систему базовых уравнений замыкания для
RANS моделей турбулентности запишем в
виде:
𝜕
𝜕𝐾
𝑣
𝜕
𝜕𝐾
𝑣
𝑈 𝑡 + 𝑉 𝑡 + 𝑊 𝑡 = ( 𝑡 × 𝑡 ) + ( 𝑡 × 𝑡 ) + ∑ 𝐹𝐾 ,
𝜕𝑥
𝜕𝑦
𝜕𝑧
𝜕𝑦 𝜕𝑦
𝜎𝑘
𝜕𝑧 𝜕𝑧
𝜎𝑘
{
𝜕𝜀
𝜕𝜀
𝜕𝜀
𝜕 𝜕𝜀
𝑣𝑡
𝜕 𝜕𝐾𝑡
𝑣𝑡
𝑈 + 𝑉 + 𝑊 = ( × ) + ( × ) + ∑ 𝐹𝜀 ,
𝜕𝑥
𝜕𝑦
𝜕𝑧
где x, y, z – пространственные координаты;
U, V, W – скорости течения среды по этим
направлениям; ∑ 𝐹𝐾 и ∑ 𝐹𝜀 комплексы
полуэмпирических дифференциальных уравнений и функций, отражающих различные
𝜕𝑦 𝜕𝑦
𝜎𝜀
𝜕𝑧
𝜕𝑧
(1)
𝜎𝜀
физические связи турбулентного течения;
K энергия турбулентности; ɛ степень
диссипации K; 𝜎𝑘 , 𝜎𝜀 параметры моделей;
𝑣𝑡 – турбулентная вязкость.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
197
Дополнительно к уравнениям (1) нужны
также специальные подмодели [13]. Обозначим их как турбулентные функции пограничного слоя (ТФПС).
Для исследования первого вида течения
– вращающегося потока в цилиндрическом
аппарате – применены две МТ: стандартная
k-ɛ модель (Ke) и модель ренормализированных групп, учитывающая кривизну течения, RG [13]. На рис. 2 представлены результаты расчета вращательной компоненты
скорости в вихревом устройстве цилиндрического вида (1 – эксперимент [7]; 2 – модель Ke; 3 – модель RG).
обозначены от М1 до М7. Для учета характерного параметра пограничного слоя принималось два его значения (рис. 3): 1 – параметр равен значению Y* на границе
между буферной и логарифмической областями [13]; 2 – удвоенное значение Y*.
Рис. 3
Рис. 2
Как видно из рис. 2, модель Ke дает качественное расхождение с экспериментом.
Модель RG приближенно соответствует
эксперименту, в пристеночной области
имеет отличие 20…45 %. Таким образом,
для течений с вращением потоков необходим тщательный подбор и проверка МТ.
Для второго вида течения выбран установившийся поток в круглой трубе. Для
него получены уточненные данные [14],
позволяющие сравнить различные сочетания моделей МТ и подмоделей ТФПС. Дополнительно к моделям Ke и RG в этом случае добавлена так называемая реализуемая
модель Kr, которая также учитывает вращение потока. Рассмотрены сочетания МТ с
тремя видами ТФПС: стандартная функция –
St; улучшенная – E; масштабируемая – SC
[13]. Исследованы следующие сочетания
моделей и ТФПС: KeSt, KeE, KeSC, RGSt,
RGE, KrSt, KrE. Соответственно на рис. 3
результаты расчетов по этим комплексам
198
Как видно из результатов расчетов,
представленных на рис. 3, только системы
KeSt и KeSC обеспечивают приемлемую
точность в 2 %. Остальные системы дают
слишком большие ошибки для классического трубного течения.
В качестве третьего типового течения
нами рассмотрен поток, образующийся после внезапного расширения области движения. Эта ситуация характерна для различных видов технологического оборудования: при внезапном расширении диаметров
труб; при входах потоков в технологические аппараты; в устройствах теплообмена;
в случае нахождения препятствий в канале
и т. п. На рис. 4 представлена расчетная
структура течения при расширении канала
движения (1 – ядро вихря; 2 – повторное
присоединение пограничного слоя; 3 – отрыв пограничного слоя).
Рис. 4
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
В этом виде течения можно рассматривать две группы задач для проверки: вопервых, задачи исследования общих структурных характеристик зоны вихря; во-вторых, более сложные задачи исследования
локальных характеристик на нижней поверхности после расширения. Расчеты проведены при помощи модели RANS с учетом
подогрева нижней поверхности в эксперименте [15]. Получено, что параметры вихря
рассчитаны с приемлемой точностью до
10%. Результаты расчета отличий от эксперимента локальных значений коэффициента трения приведены в табл. 2 (нормированная координата Х* отсчитывалась от
точки присоединения).
Таблица 2
Координата |X*|
0,2
0,4
0,6
Ошибка расчета
коэффициента Cf , %
91,0
10,2
181,1
Таким образом, хотя коэффициент трения качественно рассчитывался правильно
(в области вихря он отрицателен, имеет минимум в центральной зоне вихря), однако
его числовые значения существенно отличаются от экспериментов.
ВЫВОДЫ
1. Показано, что при планировании исследований на базе CFD необходима проверка применяемых моделей с помощью
специальных достоверных экспериментов,
близких к физическим процессам и конструкциям прикладной задачи.
2. В течениях с вращением потока поле
центробежных сил накладывает значительные ограничения на выбор модели турбулентности.
3. Усложнение моделей турбулентности
для одного класса прикладных задач при их
использовании для других классов задач
может приводить к потере точности.
4. Определение локальных параметров пограничного слоя при наличии отрывных течений в оборудовании требует тщательной корректировки моделей турбулентности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Bergada J.M., Akankwasa N.T. Turbulence models for simulation and modeling in textile engineering //
Advances in Modeling and Simulation in Textile Engineering. New Concepts, Methods, and Applications,
Woodhead Publishing. 2021. P. 139…183. – DOI
10.1016/B978-0-12-822977-4.00003-0.
2. Hossain T., Shahid A., Mortuza Limon G. etc.
Techniques, applications, and challenges in textiles for
a sustainable future // Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity. 2024. V. 10. Issue 1,
100230. – DOI 10.1016/j.joitmc.2024.100230.
3. Mondal S., Dutta S., Pande P., Naik-Nimbalkar V. Intensify staple fibre drying by optimizing air distribution in multistage convective dryer using CFD //
Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 2022. V. 173, 108807. – DOI 10.1016/j.cep.
2022.108807.
4. Tang J., Cheng Zh., Zhang X. and etc. Continuous
ultrasonic ozone coupling technology-assisted control
of ceramic membrane fouling coupled enhanced multiphase mixing to treat dye wastewater and CFD flow
field simulation // Ultrasonics Sonochemistry. 2024.
V. 104, 106839. – DOI 10.1016/j.ultsonch.2024.106839.
5. Jun Li, Chao Xu, Jingling Ye etc. Enhanced antifouling of forward osmosis membrane by pulsatile flow
operation in textile wastewater treatment // Desalination. 2023. V. 565. – DOI 116878.10.1016/j.desal.2023.116878.
6. Satheesh Kumar K.V., Dharmaraj M.,
Srikishore K.A. etc. Prediction of effective ventilation in
a bleaching industry using CFD analysis – A case study
// Materials Today: Proceedings. 2022. V. 59. Part 1.
P. 715…724. – DOI 10.1016/j.matpr.2021.12.445.
7. Notes on Numerical Fluid Mechanics; 40 Years
of Numerical Fluid Mechanics and Aerodynamics in
Retrospect // Ed. Hirschel E.H., Krause. E. Springer-V.
Berlin. 2009. 498 p.
8. Белоусов А.С., Овсянников Д.А., Абрамин В.Ю.
Моделирование и анализ пространственных двухфазных течений с закруткой потока // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2021.
№ 5. С. 212…217.
9. Белоусов А.С., Сажин Б.С. Структура потоков
в вихревых устройствах // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2006. № 5.
С. 117…120.
10. Белоусов А.С., Сажин Б.С. Поля скоростей в
вихревых аппаратах // Известия вузов. Технология
текстильной промышленности. 2006. № 2.
С. 119…123.
11. Fletcher D. F. The future of computational fluid
dynamics (CFD) simulation in the chemical process industries // Chemical Engineering Research and Design.
2022. V. 187. P. 299…305.
12. Rodriguez S. Applied Computational Fluid Dynamics and Turbulence Modeling: Practical Tools, Tips
and Techniques. Springer International Publishing.
2021. 306 p.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
199
13. Hanjalic K., Launder B. Modelling Turbulence
in Engineering and the Environment. Rational Alternative Routes to Closure. 2nd ed. Cambridge University
Press: Cambridge. 2023. 534 p.
14. McKoen B.J., Zagarola M.V., Smits A.J. A new
friction factor relationship for fully developed pipe flow
// Journal of Fluid Mechanics. 2005. V. 538.
P. 429…443.
15. Matyushenko A.A., Garbaruk A.V. Non-linear
correction for the k-ω SST turbulence model // Journal
of Physics: Conf. Ser. 929 012102. 2017. V. 929. P. 1…6.
REFERENCES
1. Bergada J. M., Akankwasa N. T. Turbulence
models for simulation and modeling in textile engineering // Advances in Modeling and Simulation in Textile
Engineering. New Concepts, Methods, and Applications, Woodhead Publishing. 2021. P. 139…183. – DOI
10.1016/B978-0-12-822977-4.00003-0.
2. Hossain T., Shahid A., Mortuza Limon G. etc.
Techniques, applications, and challenges in textiles for
a sustainable future // Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity. 2024. V. 10. Issue 1,
100230. – DOI 10.1016/j.joitmc.2024.100230.
3. Mondal S., Dutta S., Pande P., Naik-Nimbalkar V. Intensify staple fibre drying by optimizing air distribution in multistage convective dryer using CFD //
Chemical Engineering and Processing - Process Intensification. 2022. V.173,108807. – DOI 10.1016/j.cep.
2022.108807.
4. Tang J., Cheng Zh., Zhang X. and etc. Continuous
ultrasonic ozone coupling technology-assisted control
of ceramic membrane fouling coupled enhanced multiphase mixing to treat dye wastewater and CFD flow
field simulation // Ultrasonics Sonochemistry. 2024.
V. 104, 106839. – DOI 10.1016/j.ultsonch.2024.106839.
5. Jun Li, Chao Xu, Jingling Ye etc. Enhanced antifouling of forward osmosis membrane by pulsatile flow
operation in textile wastewater treatment // Desalination. 2023. V. 565. – DOI 116878. 10.1016/j.desal.2023.116878.
6. Satheesh Kumar K.V., Dharmaraj M.,
Srikishore K.A. etc. Prediction of effective ventilation in
200
a bleaching industry using CFD analysis – A case study
// Materials Today: Proceedings. 2022. V. 59. Part 1.
P. 715…724. – DOI 10.1016/j.matpr.2021.12.445.
7. Notes on Numerical Fluid Mechanics; 40 Years
of Numerical Fluid Mechanics and Aerodynamics in
Retrospect // Ed. Hirschel E.H., Krause. E. Springer-V.
Berlin. 2009. 498 p.
8. Belousov A.S., Ovsyannikov D.A., Abramin V.Yu.
Modeling and analysis of spatial two-phase streams with
a swinged flow // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2021. No. 5. P. 212...217.
9. Belousov A.S., Sazhin B.S. The structure of flows
in vortex devices // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2006. No. 5. P. 117…120.
10. Belousov A.S., Sazhin B.S. Velocity fields in
vortex apparatuses // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2006. No. 2. P. 119…123.
11. Fletcher D. F. The future of computational fluid
dynamics (CFD) simulation in the chemical process industries // Chemical Engineering Research and Design.
2022. V. 187. P. 299…305.
12. Rodriguez S. Applied Computational Fluid Dynamics and Turbulence Modeling: Practical Tools, Tips
and Techniques. Springer International Publishing.
2021. 306 p.
13. Hanjalic K., Launder B. Modelling Turbulence
in Engineering and the Environment. Rational Alternative Routes to Closure. 2nd ed. Cambridge University
Press: Cambridge. 2023. 534 p.
14. McKoen B.J., Zagarola M.V., Smits A.J. A new
friction factor relationship for fully developed pipe flow
// Journal of Fluid Mechanics. 2005. V. 538.
P. 429…443.
15. Matyushenko A.A., Garbaruk A.V. Non-linear
correction for the k-ω SST turbulence model // Journal
of Physics: Conf. Ser. 929 012102. 2017. V. 929. P. 1…6.
Рекомендована кафедрой энергоресурсоэффективных технологий, промышленной экологии и
безопасности РГУ им. А. Н. Косыгина. Поступила
23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 692.237
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_201
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ДЕРЕВЯННЫХ ПОКРЫТИЙ
ЗДАНИЙ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ*
LIFE CYCLE STUDY OF BUILDINGS WOODEN COVERINGS
IN THE TEXTILE INDUSTRY
С.И. РОЩИНА1, А.В. ЛУКИНА1, Б.Е. НАРМАНИЯ2, М.С. ЛИСЯТНИКОВ1, М.В. ЛУКИН1
S.I. ROSHCHINA1, A.V. LUKINA1, B.E. NARMANIA2, M.S. LISYATNIKOV1, M.V. LUKIN1
(1Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых,
2
НИУ Московский государственный строительный университет)
(1Vladimir State University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov,
2
NRU Moscow State University of Civil Engineering)
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
В работе выполнены исследования древесины эксплуатируемых покрытий зданий текстильной промышленности, находящихся в эксплуатации
от 60 до 65 лет. Данный срок относится к сверхнормативному сроку эксплуатации деревянных конструкций, так как он превышает нормативный на
10-15 лет. Испытания проведены на образцах, отобранных из конструкций,
не имеющих визуально выявленных дефектов и повреждений. Разработана
схема отбора образцов из эксплуатируемых элементов здания – стропил,
лежней, мауэрлатов и стен. При проведении лабораторных испытаний получены результаты по следующим основным физико-механическим характеристикам образцов древесины эксплуатируемых деревянных конструкций: плотность; влажность; максимальная (разрушающая) нагрузка, значения деформаций и характер разрушения образцов древесины. Установлено,
что осредненное значение нормативной прочности и модуля упругости древесины эксплуатируемых конструкций снижено по сравнению с новой древесиной на 13% при испытаниях на сжатие вдоль волокон, на 16% при испытаниях на статический изгиб и на 15% при определении модуля упругости
при сжатии вдоль волокон. Плотность древесины также снизилась на 15%,
влажность осталась в пределах нормы, находящейся в диапазоне 8…12%.
Результаты испытаний образцов эксплуатируемых деревянных конструкций показали, что они имеют существенные резервы прочностного ресурса,
однако для учета сверхнормативного срока эксплуатации предлагается при
Работа выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и
высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2024-0004, госзадание ВлГУ).
*
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
201
проведении поверочных расчетов конструкций ввести понижающие коэффициенты к нормативному (расчетному) сопротивлению и модулю упругости. Исследованиями доказано, что нормативный 50-летний срок эксплуатации деревянных конструкций может быть увеличен за счет резервов
прочности основного материала – древесины. Соответственно жизненный
цикл покрытий имеет резервы к увеличению при условии нормальной эксплуатации, предусматривающей проведение регулярного технического обслуживания.
The work carried out a study of the wood of the exploited coatings of textile industry buildings that have been in operation for 60 to 65 years. This period is related
to the above-standard service life of wooden structures, since it exceeds the standard
by 10-15 years. The tests were carried out on samples selected from structures that
do not have visually identified defects and damages. A sampling scheme has been
developed from the exploited elements of the building – rafters, stoves, mauerlats
and walls. During laboratory tests, results were obtained on the following basic
physical and mechanical characteristics of wood samples of exploited wooden structures: density; humidity; maximum (destructive) load, values of deformations and
the nature of destruction of wood samples. It was found that the average value of
the normative strength and modulus of elasticity of the wood of the exploited structures was reduced compared with new wood by 13% during compression tests along
the fibers, by 16% during static bending tests and by 15% when determining the
modulus of elasticity during compression along the fibers. The density of the wood
also decreased by 15%, the humidity remained within the normal range of 8…12%.
The results of testing samples of serviced wooden structures showed that they have
significant reserves of strength resource, however, in order to take into account the
above-standard service life, it is proposed to introduce reduction factors to the standard (calculated) resistance and elastic modulus when performing verification calculations of structures. Research has proved that the normative 50-year service life of
wooden structures can be increased due to the strength reserves of the main material
- wood. Accordingly, the life cycle of coatings has reserves to increase under the
condition of normal operation, which provides for regular maintenance.
Ключевые слова: древесина, прочность, плотность, влажность, срок эксплуатации, жизненный цикл конструкции.
Keywords: wood, strength, density, humidity, service life, life cycle.
Введение
Из анализа источников по исследованию напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых деревянных конструкций можно отметить, что практически
отсутствуют данные и рекомендации по
оценке их прочностного ресурса, который
в конечном итоге ограничивает их жизненный цикл.
Для установления ремонтопригодности
деревянных конструкций требуется определение несущей способности деревянного
202
элемента. Независимо от того, были ли проведены ранее ремонтные работы или усиление/частичная замена конструкции, необходимо установить механические характеристики древесины основного несущего
элемента.
Существующие методы расчета деревянных конструкций могут недостаточно
точно отражать реальные условия эксплуатации, а также специфику свойств современных материалов на основе древесины.
При оценке одновременного действия на
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
конструкцию нескольких факторов допускается ряд упрощений, которые могут считаться необоснованными. Так, например,
нормативными документами слабо учитываются сезонные изменения силовых и температурно-влажностных воздействий. Изменение прочностных и жесткостных свойств
учитывается коэффициентами условий работы, но не учитывается вид напряженного
состояния, текущие гидротермические условия и степень анизотропии, что может привести к неверным оценкам изменения прочности и конечной долговечности.
Вопросы разрушения древесины с течением времени рассмотрены в работах [1…6].
Долговечность древесины и ее эксплуатационные характеристики исследованы в
[7…12]. Вопросы потери прочностных
свойств древесины с течением времени обсуждены в [13…17]. Экспериментальные
исследования механических свойств древесины проведены в работах [18…20] и
[21…23].
Цель исследования заключается в получении экспериментальных данных для
оценки несущей способности деревянных
конструкций со сроком службы не менее
30 лет для обоснования способа восстановления их работоспособности.
Материалы и методы исследования
Для поверочных расчетов эксплуатируемых деревянных конструкций по первой
группе предельных состояний требуется
определение расчетного сопротивления,
соответствующего напряженно-деформированному состоянию конструкции. Следовательно, необходимо определить сорт древесины. Для расчетов по второй группе предельных состояний требуется определение
модуля упругости, что очень актуально в
связи с ползучестью древесины при длительном действии нагрузки.
Для определения остаточных прочностных свойств эксплуатируемой деревянной
конструкции следует использовать разрушающие методы контроля. Сжатие и изгиб –
наиболее характерные виды напряженнодеформированного состояния. Модуль
упругости следует определять для уточнения жесткостных характеристик эксплуатируемых деревянных конструкций, а также
для расчета несущей способности по второй группе предельных состояний.
В качестве объектов исследований выбраны деревянные конструкции покрытий
зданий текстильной промышленности,
расположенных в одном климатическом
районе. Время возведения сооружений
1958-1963 гг., количество сооружений
6 объектов. Физический износ, определенный экспертным методом по результатам
обследования технического состояния, составлял 43…46%. Срок эксплуатации конструкций составил 60-65 лет, и его можно
отнести к сверхнормативному, так как он
превышает нормативный срок эксплуатации деревянных конструкций на 10-15 лет.
Отбор образцов для испытаний производился из участков эксплуатируемых деревянных конструкций с наименьшими напряжениями, находящихся в одинаковом напряженнодеформированном состоянии. По длине элемента выбирались места с наименьшими
внутренними усилиями (изгибающим моментом, поперечной силой и продольным усилием в зависимости от типа конструктивного элемента), не имеющие видимых дефектов и повреждений. Размеры заготовок составляли 20х20х300 мм.
Образцы заготовок древесины отбирались (рис. 1): из лежней со стороны крыши
на расстоянии не менее 0,5 м от зоны опирания стоек стропильной системы (1); из
стропил в зоне с наименьшими нормальными напряжениями на расстоянии 0,5 м от
места опирания на мауэрлат (2); из мауэрлата со стороны крыши на расстоянии
не менее 0,5 м от зоны опирания стропил
стропильной системы (3); из деревянных
стен с внутренней стороны помещений
(4) на расстоянии 0,1...0,15 м от уровня пола
1-го этажа.
Взятые образцы упаковывались в бумажные конверты. Конверты заклеивались
и маркировались с указанием места взятия
образца.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
203
а)
б)
Рис. 1
Отбор заготовок производился многофункциональным инструментом (реноватором). Поскольку при отборе заготовок
ослабление сечения элементов не превышало 25%, усиление ослабленных участков
не производилось.
Количество проб не менее 3-5 из каждой зоны.
Минимальное количество испытываемых
образцов 𝑛𝑚𝑖𝑛 при одностадийном (случайном и систематическом) отборе вычисляли
по формуле:
𝑛𝑚𝑖𝑛 =
𝑉 2∙𝑡𝛾2
𝑃𝛾2
,
(1)
где 𝑉 коэффициент вариации свойства
древесины, %; 𝛾 требуемая доверительная
вероятность; 𝑡𝛾 квантиль распределения
Стьюдента; 𝑃𝛾 относительная точность
определения выборочного среднего с доверительной вероятностью 𝛾.
Количество образцов для проведения
испытаний для каждой исследуемой строительной конструкции:
– при определении предела прочности
при сжатии вдоль волокон – 29 шт.;
– при определении предела прочности
при статическом изгибе – 36 шт.;
– при определении модуля упругости
при сжатии вдоль волокон – 29 шт.
Для характеристики свойств древесины
как однородного материала без пороков для
испытаний выбраны образцы небольшого
сечения, чтобы избежать влияния кривизны
204
годичных слоев. В то же время образцы
должны включать в себя достаточное число
характерных для испытываемой породы анатомических элементов (не меньше 4 или 5
годичных слоев). Поэтому испытания проводят на образцах с поперечным сечением
20х20 мм. Форма и размеры образцов
должны соответствовать действующим
ГОСТ при испытании на сжатие, статический изгиб и по определению модуля упругости.
Суть экспериментов сводится к определению плотности, влажности, предела
прочности при сжатии и изгибе, а также модуля упругости образцов, включая значения разрушающих нагрузок и предельных
прогибов (деформаций).
Для проведения исследований применялось следующее лабораторно-инструментальное оборудование:
- универсальная испытательная машина
РЭМ-100-А1 (наибольшая нагрузка 100 кН)
для проведения испытаний на сжатие вдоль
волокон и статический изгиб;
измеритель влажности Testo 616;
- весы лабораторные электронные
CASMVP-3000;
- оптический бесконтактный видеоэкстензометр M-VIEW с диапазоном измерений продольных перемещений от 0,001 до
800 мм;
- шкаф сушильный ШС-100-01 с температурой нагрева от 50 до 250 °С, относительной влажностью воздуха от 8 до 60 % и
скоростью циркуляции воздуха 2…3 м/с.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
До момента проведения испытаний образцы хранились в эксикаторе, в котором
поддерживалась температура (20 ± 2) °С и
влажность воздуха (65 ± 5) %.
Результаты и их обсуждение
Результаты исследования представлены
в виде гистограмм на рис. 2…6.
Рис. 2
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Значения показателей древесины эксплуатируемых конструкций при испытаниях составили:
- влажности 8,21%, что находится в
нормируемых пределах 8…12%;
- плотности 427,04 кг/м3, что меньше
нормируемого значения на 15%.
Определены механические характеристики древесины эксплуатируемых конструкций:
- предел прочности при сжатии вдоль
волокон – 49,9 МПа, что меньше нормируемой прочности на 13%;
- предел прочности при изгибе –
27,8 МПа, что меньше нормируемой прочности на 16%;
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
205
- модуль упругости при сжатии вдоль
волокон – 8069,75 ГПа, что меньше нормируемого значения на 15%.
Результаты испытаний образцов эксплуатируемых деревянных конструкций показали, что последние имеют существенные
резервы прочностного ресурса.
Разрушение древесины при испытаниях
на сжатие вдоль волокон сопровождается
появлением характерной складки, образуемой местным изломом волокон. Деформация выражается в небольшом укорочении
образца. Разрушение начиналось с продольного изгиба отдельных волокон, который вызывает сдвиг одной части образца
относительно другой. Характер разрушения – пластический.
Разрушение образцов древесины при
испытаниях на изгиб начинается в сжатой
зоне, видимое разрушение происходит в
растянутой зоне и выражается в разрыве
крайних волокон. Верхние слои древесины
испытывают напряжение сжатия, а нижние –
растяжения вдоль волокон. Примерно посередине высоты элемента проходит плоскость, в которой нет ни напряжения сжатия,
ни напряжения растяжения. Эту плоскость
называют нейтральной; в ней возникают
максимальные касательные напряжения.
Нейтральная ось в изгибаемом деревянном
элементе после достижения в сжатой зоне
упругопластического состояния начинает
смещаться в сторону растянутых волокон.
Характер разрушения защепистый (рис. 7).
Рис. 7
206
Разрушения деревянных образцов при
определении модуля упругости не происходит, так как испытания проходят в упругой
стадии и самого разрушения в процессе испытания не предусматривается.
Для учета сверхнормативного срока эксплуатации предлагается при проведении
поверочных расчетов ввести понижающие
коэффициенты к нормативному (расчетному) сопротивлению: 𝛾𝑐.𝑡 = 0,87 – коэффициент условий работы древесины на
сжатие; 𝛾и.𝑡 = 0,84 – коэффициент условий
работы древесины на статический изгиб;
𝛾𝐸.𝑡 = 0,85 – коэффициент условий работы
древесины при определении модуля упругости.
Для оценки физического износа конструктивных элементов и здания в целом
необходимо при проведении обследования
технического состояния производить учет
действительных прочностных и деформативных свойств древесины.
Жизненный цикл эксплуатируемых деревянных конструкций покрытий зданий
текстильной промышленности, отслуживших свой нормативный срок 50 лет и не
имеющих дефектов и повреждений, снижающих их несущую способность, может
быть продлен с учетом полученных в работе данных по незначительному снижению физических и механических характеристик древесины.
ВЫВОДЫ
1. Экспериментально исследованы образцы стандартных эксплуатируемых деревянных конструкций покрытий зданий текстильной промышленности, возведенных с
1958 по 1963 г., срок эксплуатации которых
составляет 60-65 лет и превышает нормативный срок эксплуатации деревянных
конструкций на 10-15 лет.
2. Установлены физические характеристики древесины эксплуатируемых деревянных конструкций: значение влажности
древесины находится в нормируемых пределах, плотности меньше нормируемого
значения на 15%.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
3. Определены механические характеристики древесины эксплуатируемых конструкций: предел прочности на сжатие
вдоль волокон меньше нормируемой прочности на 13%, на изгиб – меньше нормируемой прочности на 16%; модуль упругости
меньше нормируемого значения на 15%.
4. Для учета сверхнормативного срока
эксплуатации предлагается при проведении
поверочных расчетов ввести понижающие
коэффициенты к нормативному (расчетному) сопротивлению.
5. Жизненный цикл эксплуатируемых
деревянных конструкций покрытий зданий
текстильной промышленности, не имеющих
дефектов и повреждений, снижающих их
несущую способность, может быть продлен.
ЛИТЕРАТУРА
1. Балдриан П., Валашкова В. Деградация клеток
базидиомицетными грибами // FEMS Microbiology
Reviews. 2008. № 3 (32). С. 501…521.
2. Борнеманн Т., Бришке К., Альфредсен Г. Разрушение деревянных изделий анализ риска воздействия влаги, прогнозирование срока службы и
оценка эксплуатационных характеристик в полевых
условиях // Wood Material Science and Engineering.
2014. № 3 (9). С. 144…155.
3. Бришке К., Мейер Л., Ольбердинг С. Долговечность древесины, подвергшейся воздействию
грунта, сравнительные полевые испытания с различными почвенными субстратами // International
Biodeterioration and Biodegradation. 2014. (86).
C. 108…114.
4. Бришке К., Рольф-Киля Х. Долговечность европейского дуба (Quercus spp.) при контакте с грунтом исследование на примере столбов забора,
находящихся в эксплуатации // European Journal of
Wood and Wood Products. 2010. № 2 (68).
С. 129…137.
5. Керлинг С.Ф., Клаузен С.А., Винанди Дж.Э.
Экспериментальный метод количественной оценки
прогрессирующих стадий разложения древесины
грибами-базидиомицетами // Composites Part A:
Applied Science and Manu-facturing. 2002. № 1 (49).
С. 13…19.
6. Гиндл У., Тейшингер А. Прочность ели обыкновенной на осевое сжатие, связанная со структурной изменчивостью и содержанием лигнина //
Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. № 12 (33). С. 1623…1628.
7. Клаассен Р.К.В.М. Бактериальное разложение
деревянных свайных фундаментов закономерности и причины: исследование исторических свайных
фундаментов в Нидерландах // International
Biodeterioration and Biodegradation. 2008. № 1 (61).
С. 45…60.
8. Кляйндинст В. Прогнозирование гниения
древесины бука и потери прочности в грунте //
International Biodeterioration & Biodegradation. 2017.
(123). С. 96…105.
9. Куилен Дж., Ван Де Ван. Моделирование
срока службы деревянных конструкций // Materials
and Structures/Materiaux et Constructions. 2007. № 1
(40). C. 151…161.
10. Кутник М., Сатти Э., Бришке С. Европейские стандарты долговечности и эксплуатационных
характеристик древесины и изделий на ее основе
тенденции и вызовы // Wood Material Science and
Engineering. 2014. № 3 (9). С. 122…133.
11. Поллегиони Л., Тонин Ф., Розини Э. Ферменты, разрушающие лигнин // FEBS Journal. 2015.
№ 7 (282). C. 1190…1213.
12. Пруитт Л. Сукцессия грибковых и бактериальных сообществ различается для трех типов древесины при гниении в лесной почве // Microbial
Ecology. 2014. № 2 (68). C. 212…221.
13. Робер У. Тестирование и оценка естественной прочности древесины в наземных условиях в
Европе: обзор // Journal of Wood Science. 2005. № 5
(51). C. 429…440.
14. Рощина С.И., Лукин М.В., Лисятников М.С.,
Кожеев А.А. Явление ползучести древесины в армированных клееных деревянных конструкциях //
MATEC Web of Conferences. 2018. C. 1…9.
15. Рощина С.И., Лукин М.В., Шохин П.Б. Учет
ползучести при исследовании армированных конструкций из древесины // Life Science Journal. 2014.
C. 192…195.
16. Рощина С.И., Кощеев А.А. Экспериментальное исследование армированных деревянных конструкций методом прессованного изгиба //
International Journal of Applied Engineering Research.
2015. С. 45307…45313.
17. Сандак А., Сандак Дж., Риджио М. Оценка
физико-механических свойств деревянных элементов в процессе эксплуатации с помощью инфракрасной спектроскопии // Construction and Building
Materials. 2015. (101). С. 1197…1205.
18. Шиллинг Дж.С., Каффенбергер Дж.Т.,
Лью Ф.Дж., Сонг З. Характерные модификации древесины раскрывают историю деградирующего сообщества // PLoS ONE. 2015. № 3 (10). С. 1…18.
19. Шварце Ф.В.М.Р. Гниение древесины под
микроскопом // Fungal Biology Reviews. 2007. № 4
(21). С. 133…170.
20. Веняляйнен М., Партанен Х., Харью А.
Потеря прочности древесины сосны обыкновенной
при ускоренном испытании на контакт с почвой //
International Biodeterioration and Biodegradation.
2014. (86). С. 150…152.
21. Фолькер С.Л. Снижение жесткости и прочности древесины и изменение формы ствола у молодых трансгенных тополей anti-sense 4CL с пониженным содержанием лигнина // New Phytologist. 2011.
№ 4 (189). C. 1096…1109.
22. Ерман Л. Влияние увлажнения и грибкового
поражения на эксплуатационные характеристики
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
207
деревянных соединений с гвоздями // Construction
and Building Materials. 2022. (353).
23. Федосов С.В., Румянцева В.Е., Логинова С.А.,
Гоглев И.Н. Экспериментальное исследование процесса биокоррозии цементного бетона для контроля
строительных конструкций // Lecture notes in civil
engineering. 2021. (147). С. 168…175.
REFERENCES
1. Baldrian P., Valášková V. Degradation of cellulose by basidiomycetous fungi // FEMS Microbiology
Reviews. 2008. № 3 (32). C. 501…521.
2. Bornemann T., Brischke C., Alfredsen G. Decay
of wooden commodities moisture risk analysis, service life prediction and performance assessment in the
field // Wood Material Science and Engineering. 2014.
№ 3 (9). C. 144…155.
3. Brischke C., Meyer L., Olberding S. Durability of
wood exposed in ground Comparative field trials with
different soil substrates // International Biodeterioration
and Biodegradation. 2014. (86). C. 108…114.
4. Brischke C., Rolf-Kiela H. Durability of European oak (Quercus spp.) in ground contact Acase study
on fence posts in service // European Journal of Wood
and Wood Products. 2010. № 2 (68). C. 129…137.
5. Curling S.F., Clausen C.A., Winandy J.E. Experimental method to quantify progressive stages of decay
of wood by basidiomycete fungi // International Biodeterioration and Biodegradation. 2002. № 1 (49).
C. 13…19.
6. Gindl W., Teischinger A. Axial compression
strength of Norway spruce related to structural variability and lignin content // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2002. № 12 (33).
C. 1623…1628.
7. Klaassen R. K. W. M. Bacterial decay in wooden
foundation piles-Patterns and causes: A study of historical pile foundations in the Netherlands // International
Biodeterioration and Biodegradation. 2008. № 1 (61).
C. 45…60.
8. Kleindienst Q. Predicting the beech wood decay
and strength loss in-ground // International Biodeterioration & Biodegradation. 2017. (123). C. 96…105.
9. Kuilen J. W. G. Van De Service life modelling of
timber structures // Materials and Structures/Materiaux
et Constructions. 2007. № 1 (40). C.151…161.
10. Kutnik M., Suttie E., Brischke C. European
standards on durability and performance of wood and
wood-based products Trends and challenges // Wood
Material Science and Engineering. 2014. № 3 (9).
C. 122…133.
11. Pollegioni L., Tonin F., Rosini E. Lignin-degrading enzymes // FEBS Journal. 2015. № 7 (282).
C. 1190…1213.
208
12. Prewitt L. Fungal and Bacterial Community
Succession Differs for Three Wood Types during Decay
in a Forest Soil // Microbial Ecology. 2014. № 2 (68).
C. 212…221.
13. Råberg U. Testing and evaluation of natural durability of wood in above ground conditions in Europe
An overview // Journal of Wood Science. 2005. № 5
(51). C. 429…440.
14. Roshchina S.I., Lukin M.V., Lisyatnikov M.S.,
Kosheev A.A. The phenomenon for the wood creep in
the reinforced glued wooden structures // MATEC Web
of Conferences. 2018. C. 1…9.
15. Roshchina S.I., Lukin M.V., Shokhin P.B. Allowance for creep in the study of the reinforced woodbased constructions // Life Science Journal. 2014.
C. 192…195.
16. Roshchina S. I., Kosheev A.A. Experimental research on pressed-bending reinforced timberwork // International Journal of Applied Engineering Research.
2015. С. 45307…45313.
17. Sandak A., Sandak J., Riggio M. Estimation of
physical and mechanical properties of timber members
in service by means of infrared spectroscopy // Construction and Building Materials. 2015. (101).
C. 1197…1205.
18. Schilling J.S. Kaffenberger J.T., Liew F.J., Song
Z Signature wood modifications reveal decomposer
community history // PLoS ONE. 2015. № 3 (10). С.
1…18.
19. Schwarze F.W.M.R. Wood decay under the microscope // Fungal Biology Reviews. 2007. № 4 (21).
C. 133…170.
20. Venäläinen M., Partanen H., Harju A. The
strength loss of Scots pine timber in an accelerated soil
contact test // International Biodeterioration and Biodegradation. 2014. (86). C. 150…152.
21. Voelker S. L. Reduced wood stiffness and
strength, and altered stem form, in young antisense 4CL
transgenic poplars with reduced lignin contents // New
Phytologist. 2011. № 4 (189). C. 1096…1109.
22. Yermán L. Effect of wetting and fungal degradation on performance of nailed timber connections //
Construction and Building Materials. 2022. (353).
23. Fedosov S.V., Roumyantseva V.E., Loginova S.A., Goglev I.N. Experimental research of the process bio-corrosion of cement concrete for inspection of
building structures // Lecture notes in civil engineering.
2021. (147). P. 168…175.
Рекомендована кафедрой строительных конструкций ВлГУ имени А.Г. и Н.Г. Столетовых. Поступила 27.04.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 687.1
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_209
ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШРИФТОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В ДИЗАЙНЕ СОВРЕМЕННОГО КОСТЮМА
PRINCIPLES OF USING FONT ELEMENTS
IN THE DESIGN OF MODERN COSTUME
Р.Р. ФАХРАЗИЕВА, Д.Г. ТКАЧ
R.R. FAKHRAZIEVA, D.G. TKACH
(Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Активное использование ярких шрифтовых композиций один из ведущих трендов в дизайне современного модного костюма. В статье авторы
выявляют ключевые принципы проектирования гармоничных и функциональных шрифтовых элементов для различных видов костюма. Рассматриваются исторические аспекты применения шрифта в одежде, его композиционно-стилевые функции. Предложена классификация шрифтовых композиций по целому ряду признаков. Детально проанализированы современные
тенденции в использовании типографики ведущими модными брендами. Выявлены психофизиологические факторы гармоничного восприятия шрифтовых элементов в зависимости от особенностей формы, фактуры, цвета костюма. Представлены конкретные практические рекомендации по проектированию различных шрифтовых композиций при создании современного
массового и авторского костюма.
The active use of bright typographic compositions is one of the leading trends in
modern fashion design. In this article, the author identifies key principles for designing harmonious and functional typographic elements for various types of clothing. The paper examines the historical aspects of using typography in clothing and
its compositional and stylistic functions. A classification of typographic compositions based on a number of characteristics is proposed. The current trends in the use
of typography by leading fashion brands are analyzed in detail. Psychophysiological
factors of harmonious perception of typographic elements are identified, depending
on the features of the shape, texture, and color of the garment. On this basis, the
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
209
author presents specific practical recommendations for designing various typographic compositions when creating modern mass-market and designer clothing.
Ключевые слова: шрифтовые композиции, шрифтовые элементы, текст
и форма, композиционная роль, психология восприятия, стрит-арт, дизайн
костюма, орнамент.
Keywords: typographic compositions, typographic elements, text and form,
compositional role, psychology of perception, street art, costume design, ornament.
Введение
Использование шрифтовых элементов в
дизайне костюма имеет давнюю историю.
Уже в Древнем Египте на ритуальных одеяниях жрецов присутствовали иероглифические надписи. В эпоху Возрождения на
платья знатных дам наносили имена, девизы, даты, эмблемы родов. В ХХ веке традиции прошлого нашли переосмысление в
работах авангардистов. Сегодня текст, лозунг, слоган неотъемлемая часть дизайна
современного костюма.
Шрифтовые элементы играют важнейшую роль в современной индустрии моды и
дизайне костюма. Они эффективно выполняют как эстетическую функцию, так и
прикладные задачи. Существует несколько
причин повышенного интереса ведущих создателей моды к интеграции шрифтов в
свои коллекции.
Прежде всего, шрифт сегодня это
мощный инструмент повышения художественной выразительности и запоминаемости модных образов. Дизайнеры эффектно
преобразуют, трансформируют буквы в орнаментально-графические элементы композиции костюма. Это позволяет создавать
гармоничные узоры на поверхности ткани,
интригующий контраст фактур, различные
варианты графического зонирования костюма. Таким образом, шрифт становится
важной составляющей эстетики модных изделий, придает им индивидуальность.
Кроме того, огромные возможности в
функциональном плане предоставляет информативная нагрузка в виде надписей. Логотипы, слоганы, граффити помогают выразить идею, тему коллекции, передать
настроение. Используя буквы и слова, ди-
210
зайнер сообщает публике то или иное послание от конкретных рекламных до
сложных философских. Это выгодно выделяет одежду со шрифтовыми композициями
из общей массы однотипных изделий [1].
Современные тенденции
Шрифтовая композиция в дизайне костюма – это особый вид графической композиции, интегрированной в модель
одежды, основу которой составляют различные элементы шрифта: буквы, цифры,
знаки препинания, лигатуры. Они могут дополняться геометрическими фигурами, линиями, орнаментами, текстурами. Главное
отличие от традиционной печатной графики – адаптация под особую поверхность
(материал для одежды), а также подчинение
законам формообразования костюма [2].
Шрифтовые элементы – это различные
составляющие системы письменности, используемые в оформлении костюма. К ним
относятся:
● буквы разных алфавитов;
● цифры;
● знаки препинания;
● специальные символы (например,
знаки валют);
● лигатуры;
● вензеля;
● монограммы;
● логотипы брендов и др.
Шрифтовые элементы могут выступать
в костюме как:
● декоративные вставки;
● печатный рисунок (принт);
● основа для вышивки;
● аппликация;
● объемные детали фактур и конструктивных элементов и др.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Что касается современных тенденций, то
здесь ярко выделяется несколько векторов:
1. Активное обращение к рукописному
леттерингу и каллиграфии. Этот тренд связан с общим спросом на уникальность, эксклюзивность в моде в противовес изобилию
однотипных изделий массового производства (М. Катрандзу, Д. Кейн, «RDG» и др.).
Также это реакция на всеобщую цифровизацию стремление сохранить тепло индивидуального авторского почерка.
2. Политизация шрифта, использование цитат известных личностей, призывов.
Это эффективный способ обозначить свою
гражданскую позицию, откликнуться на резонансные события (V. Westwood, W. Scott
и др.).
3. Этнизация шрифтов на основе национальных алфавитов и орнаментики как
проявление интереса к глобальному разнообразию
культур
и
идентичностей
(Z. Whitman, T. Maier и др.).
4. Использование смелых необычных
шрифтов в духе молодежной поп-эстетики,
стрит-арта, граффити для резонанса в медиасфере (J. Scott, «Prada», «GCDS»).
5. Постмодернистская ирония и микширование соединение полярных по стилистике и характеру шрифтов для более
эмоционального эффекта. Яркий пример
работы дуэта «Viktor&Rolf», М. Джейкобса.
Вместе с искусным сочетанием приемов
шрифтовой графики и игрой с информативным посылом в дизайне костюма все перечисленное открывает простор для креатива,
повышает коммерческую привлекательность и узнаваемость брендов на актуальном модном рынке. Так что ведущие создатели моды весьма активно пользуются этим
мощным инструментом в своей работе.
Ярким примером творческого использования шрифтовых элементов в костюме являются работы испанского кутюрье Пако
Рабанна. Его экспериментальная серия платьев под названием «Streets», созданная в
конце 1960-х гг., включала модели с надписями-названиями знаменитых улиц Барселоны, Парижа, Лондона [7, c. 15]. Это решение придавало оригинальность и изюминку
каждому наряду.
Буквы и слоганы часто используют в
своих коллекциях такие известные фирмы
масс-маркета, как «Zara», «H&M», на
футболках и свитшотах печатаются названия музыкальных групп, имена знаменитостей, различные лозунги. Это позволяет привлекать целевую молодежную аудиторию.
В качестве показательного примера дизайнерского использования шрифтовых
элементов для создания концептуального
образа в рамках модной коллекции можно
привести коллекцию дуэта «Viktor&Rolf»,
продемонстрированную во время Недели
высокой моды в Париже в 2019 году. Ключевой идеей весенне-летней коллекции
стала тема женского раздражения и протеста (рис. 1).
Рис. 1
Дизайнеры воплотили идею буквально
с помощью ярких, эпатажных слоганов, выполненных объемными аппликациями на
лаконичных тюлевых платьях-футлярах.
Фразы вроде "Отстань", "Отправляйся в ад",
"К черту все, я еду в Париж" выражали целую
гамму негативных эмоций раздражение,
злость, протест. Этот неожиданный контраст
минималистичного кроя и агрессивных
надписей создавал острый, запоминающийся
образ. Таким способом «Viktor&Rolf»
удалось ярко выразить посыл коллекции и
привлечь пристальное внимание прессы и
публики [5]. Данный пример наглядно демонстрирует, как дизайнеры могут использовать шрифт и тексты на одежде для визуализации концептуальной идеи, создания
интриги и ажиотажа вокруг своей работы.
Грамотное шрифтовое решение здесь несет
сильное эмоциональное и смысловое послание.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
211
Многие современные дизайнеры активно применяют в своем творчестве приемы
леттеринга – искусства создания оригинальных шрифтовых композиций от руки
[3]. Это позволяет воплотить в костюме неповторимый индивидуальный почерк автора, что ценят многие потребители.
Стрит-арт и граффити как феномен молодежной уличной культуры также оказывают влияние на индустрию моды и дизайн
современного костюма. Это проявляется, в
частности, в активном использовании элементов граффити, в том числе разнообразных шрифтовых композиций в дизайне
одежды уличных стилей. Яркий пример
работы дизайнерского дома «Givenchy» над
созданием образов для мирового концертного тура популярного рэп-исполнителя
Kanye West. Для сценических костюмов
K. West была использована панельная
структура с лоскутными аппликациями в
стиле пэчворк, имитирующими граффити.
Динамичные, как бы случайно брошенные
на куртки, свитеры и брюки яркие шрифтовые элементы подчеркивали характерную
уличную эстетику исполнителя [6].
Рис. 2
212
Дизайнер марки «Jeremy Scott» также
нередко прибегает в своих коллекциях к сочетанию поп-арт рисунка с цитатами из песен популярных артистов или сленговых
выражений в стиле граффити (рис. 2 пример шрифтовой композиции для дизайна
современного костюма). Эти многометровые принты в сочетании с классическим
кроем платья или пиджака создают интересный визуальный контраст. Заимствование элементов молодежной уличной субкультуры, в том числе характерных шрифтов и граффити, открывает широкие возможности для эксперимента в создании
острых выразительных образов современной модной одежды. Многие выдающиеся
современные дизайнеры костюма и
кутюрье сегодня с успехом работают в этом
направлении.
Таким образом, профессионально выполненные шрифтовые элементы открывают огромные возможности в создании
эксклюзивных объектов дизайна костюма,
повышая их художественную выразительность и оригинальность. Проектирование
гармоничных и эффективных шрифтовых
композиций для дизайна современного костюма требует учета целого ряда важных
принципов и правил работы со шрифтом
применительно к текстилю и форме изделия. Это касается выбора как самой гарнитуры и особенностей ее исполнения в конкретном материале, так и масштаба, компоновки, цветового и стилевого решения
шрифтовых элементов в общей структуре
объекта дизайна.
Практические рекомендации по проектированию различных шрифтовых композиций при создании современного массового и авторского костюма
Прежде всего, ключевое значение имеет
выбор типа шрифта, его характера. Это
должно определяться концепцией, стилевой направленностью изделия или коллекции в целом. Так, для классической сдержанной одежды более уместен традиционный строгий шрифт с засечками. Для авангардных экспериментальных нарядов
контрастные нестандартные гарнитуры. Романтические платья можно декорировать
витиеватой рукописной вязью. Этнический
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
стиль предполагает применение национальной орнаментальной письменности. То
есть характер шрифта должен отражать и
усиливать концепцию изделия.
Очень важно учитывать также назначение костюма. Для изделия повседневного
использования уместны простые лаконичные шрифты без засечек. Для торжественных нарядов более вычурные и декоративные. Практичная спортивная одежда
предполагает минималистичный моноширинный шрифт. Для детской линии важны
веселые цветные шрифты с забавными символами. То есть функциональное предназначение объекта также диктует определенные требования к подбору гарнитуры.
Что касается размещения шрифтовых
элементов в композиции костюма, то здесь
важно соблюдать ряд правил. Прежде
всего, текст не должен закрывать или визуально искажать ключевые конструктивные
линии формы рельеф вытачек, направление ребер складок, декоративные швы. Все
надписи следует органично вписывать в абрис силуэта изделия [9].
Кроме того, важно правильно определять масштаб шрифта в зависимости от размера самого объекта. Крупные заголовки
уместны на плащах или пальто. Мелкий
текст лучше подойдет для небольших элементов вроде воротников или манжет.
Также чем больше площадь шрифтовой
композиции, тем она должна быть проще
графически, чтобы не перегружать восприятие. И наоборот, в мелких акцентных
вставках возможны декоративные витиеватые гарнитуры.
Что касается цвета шрифтовых элементов, то здесь также есть определенные закономерности для создания гармоничных сочетаний с фоном в конструкции костюма.
Насыщенные темные цвета шрифта лучше
воспринимаются на светлой основе. Бледные пастельные оттенки требуют более
темного фона. Контрастная пара черный/белый универсальный вариант. Кроме того,
шрифт может повторять цвет основной детали или доминанты в целом образе. Так
достигается стилистическое единство.
Немаловажно учитывать и психологическое восприятие разных гарнитур и
шрифтовых элементов. Например, засечки
и ярусность в шрифте ассоциируются с академичностью и солидностью [8]. Округлость рукописных знаков создает ощущение мягкости и лиризма, в то время как ломаные угловатые шрифты могут интерпретироваться как агрессивные. Такие нюансы
немаловажны для выразительности задуманного образа в дизайне костюма.
Большое значение для гармоничности
шрифтовой композиции также имеет правильный выбор текстуры и фактуры используемых материалов и их сочетание с
характером шрифта. Например, вышивка
объемными шелковыми нитками будет
очень органично смотреться на матовой
шерстяной ткани или бархате, создавая
аристократичный образ. А вот имитация
граффити из лоскутков кожи и клепок на
дениме полностью передаст идею уличного
стиля. Иными словами, фактурность должна
соответствовать замыслу, усиливать его.
ВЫВОДЫ
Шрифтовые элементы играют важнейшую роль в современной индустрии моды и
дизайне костюма. Они эффективно выполняют как эстетическую функцию, так и
прикладные задачи. В статье представлены
ключевые принципы проектирования гармоничных и функциональных шрифтовых
элементов для различных видов костюма.
ЛИТЕРАТУРА
1. Байжанова Ж.Б., Краснощеков В.А. Шрифт и
шрифтовые композиции как выразительные средства в проектировании костюма // Запад-Россия-Восток. 2019. № 13. С. 210…214.
2. Макарова Т.Л., Лоскутникова П.А. Шрифт в
дизайне костюма как концептуальный элемент образа // Костюмология. 2020. Т. 5, № 2. С. 8.
3. Полякова М.А. Использование кириллического шрифта как орнамента в дизайне костюма //
ДИСК-2022. Ч. 4. М.: РГУ имени А.Н. Косыгина,
2022. С. 257…260.
4. Рыкова Е.С., Фокина А.А., Семчукова К.С. Использование шрифтового орнамента в коллекции
женской обуви // Мотивы культурных традиций и
народных промыслов в коллекциях современной
одежды, обуви и аксессуаров. М.: РГУ имени
А.Н. Косыгина, 2023. С. 37…44.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
213
5. Briniņa A., Brinins Dz. Text in Latvian folk costumes // Environmental and Climate Technologies.
2021. No 25(1). P. 418…429.
6. Cassin S. Type Play in Fashion // Bloomsbury
Academic Collections: Berg Fashion Library Essays.
2021. Рр. 37…41.
7. McKelvey K., Munslow J. Fashioning Professionals: Vocational training in fashion design // Creative Approaches to Research. 2019. No 5(2). Рр. 15…34.
8. Nam C. Examining the Utilization of Typography
in Fashion and Costume Design // International Textile
and Apparel Association (ITAA) Annual Conference
Proceedings. 2016. No 73. Article 33.
9. Lubowiecka
T.,
Hebda-Sobkowiak
E.,
Zwierzycka M. Designing typeface for clothing prints //
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 459. Рр. 22…26.
REFERENCES
1. Baizhanova Zh.B., Krasnoshchekov V.A. Font
and font compositions as expressive means in costume
design // West-Russia-East, 2019, no. 13, P. 210…214.
2. Makarova T.L., Loskutnikova P.A. Font in costume design as a conceptual element of the image //
Journal of Clothing Science, 2020, vol. 5, no. 2, P. 8.
3. Polyakova M.A. The use of Cyrillic font as an
ornament in costume design // DISK-2022. Part 4, Moscow: Kosygin State University of Russia, 2022,
P. 257…260.
4. Rykova E.S., Fokina A.A., Semchukova K.S.
The use of font ornament in a collection of women's
shoes, Motives of cultural traditions and folk crafts in
collections of modern clothing, footwear and accessories. Moscow: Kosygin State University of Russia,
2023, P. 37…44. (in Russ)
5. Briniņa A., Brinins Dz. Text in Latvian folk
costumes, Environmental and Climate Technologies,
2021, no. 25(1), P. 418…429.
6. Cassin S., Type Play in Fashion // Bloomsbury
Academic Collections: Berg Fashion Library Essays,
2021, P. 37…41.
7. McKelvey K., Munslow J. Fashioning Professionals: Vocational training in fashion design // Creative
Approaches to Research, 2019, no. 5(2), P. 15…34.
8. Nam C. Examining the Utilization of Typography in Fashion and Costume Design // International
Textile and Apparel Association (ITAA) Annual Conference Proceedings. 2016, no. 73, article 33.
9. Lubowiecka T., Hebda-Sobkowiak E.,
Zwierzycka M. Designing typeface for clothing prints,
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, vol. 459, P. 22…26.
Рекомендована кафедрой рисунка и живописи
РГУ им. А. Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
УДК 746.11
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_214
ТЕХНИКИ АПСАЙКЛИНГА В СОЗДАНИИ
СОВРЕМЕННОГО ХУДОЖЕСТВЕННОГО ТЕКСТИЛЯ
UPCYCLING TECHNIQUES IN THE CREATION
OF MODERN ART TEXTILES
А.Н. КУЗНЕЦОВА, Е.В. МОРОЗОВА
A.N. KUZNETSOVA, E.V. MOROZOVA
(Российский государственный университет имени А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
В данной статье представлен анализ техник и возможностей использования в них перерабатываемых материалов с целью создания изделий декоративно-прикладного искусства различного назначения. Исследуя рукотворные техники, в которых присутствует текстильное сырье вторичной переработки, авторы выявили основные направления работы с такими материалами. Это кинусайга, квилтинг, ткачество, вязание, аппликация. Рассмотрены современные возможности применения этих техник в апсайклинге текстиля. Дан сравнительный анализ их традиционного использования и сочетания с инновационными технологиями.
214
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
This article presents an analysis of techniques and possibilities of using upcycling materials in order to create decorative and applied art products for various
purposes. Examining man-made techniques in which recycled textile raw materials
are present, the main directions of work with such materials were identified. These
are kinusaiga, quilting, weaving, knitting, applique. The modern possibilities of using these techniques in textile recycling are also considered. A comparative analysis
of their traditional use and combination with innovative technologies is given.
Ключевые слова: перерабатываемые материалы, вторичное использование, апсайклинг, изделия декоративно-прикладного искусства, текстильные
изделия, современный дизайн, традиционные и инновационные технологии.
Keywords: recyclable materials, recycling, upcycling, decorative and applied
art products, textiles, modern design, traditional and innovative technologies.
Введение
Всякая тенденция является ответом на
определенные изменения, происходящие в
обществе. Стремление сохранить планету,
призывы к сокращению бездумного потребления ресурсов привели к возрождению интереса к рукодельным техникам,
позволяющим использовать остатки материалов, перешивать уже устаревшую
одежду или создавать из лоскутов изделия
декоративно-прикладного искусства.
В ряде научных исследований такие авторы, как Алибекова М.И., Белгородский В.С. [1], Матвеева А.В. [2], Насекина А.И. [3], рассматривают различные
виды переработки текстиля с точки зрения
актуализации направлений ресайклинга и
апсайклинга в рамках экологической
безопасности, а также проблемы, связанные с сортировкой перерабатываемого текстиля [4]. Все вопросы освещаются с точки
зрения применения перерабатываемых материалов в одежде безотносительно к применению их в интерьере. Вопросы использования их переработки при помощи различных технологий изучены в недостаточной степени. Стоит также отметить, что переработка и использование текстильных отходов требует заметно больше творческих
усилий, чем просто покупка готовых материалов, т. к. для создания произведения декоративно-прикладного искусства необходим сбор значительного количества отходов. Готовый эскиз, созданный по замыслу
художника, требует определенных по цвету,
фактуре и текстуре материалов. Если ткани
не подходят по цвету, требуется дополнительное окрашивание, декорирование и
т. д. В связи с этим актуальным представляется и вопрос освещения различных возможностей технологий, применяемых для
переработки текстильного сырья.
С целью определения устоявшихся
принципов создания текстиля из вторичного сырья проведено исследование по выявлению возможных принципов утилизации бывшего в употреблении текстиля и использования его в новых изделиях. Рассмотрим наиболее значимые периоды, в
ходе которых отмечено применение вторичного сырья для созданий текстильных
изделий как ремесленнического, так и художественного характера.
Апсайклинг в русской культуре
Идея, которая сегодня называется «осознанным потреблением», не нова. Долгое
время текстиль являлся большой ценностью, так как его производство было дорогим и трудозатратным.
В книге «Царское платье» Рощина Н.В.
пишет, что бережное отношение к одежде,
например, можно видеть на Руси при царском дворе в XVI веке. Так, после кончины
царя одежды передавались родственникам,
могли быть подарены или проданы. Вырученные деньги часто жертвовали в монастыри на помин души. Поношенную
одежду перешивали, разбирали на лоскуты
и использовали в новых изделиях. Например, в оружейной палате хранятся образцы
седел, верхняя часть которых составлена из
рукавов распоротых кафтанов [5]. В рус-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
215
ских деревнях кусочки еще крепких тканей
также использовали для пошива одеял и
подкладов верхней одежды в технике лоскутного шитья.
В книге Meller S. «Russian textiles.
Printed cloth for the bazaars of Central AsiaNew York, Abrams» приводятся примеры,
как в XIX веке ализариновые ситцы, завоевавшие Среднюю Азию, были настолько
популярны и так высоко ценились местным
населением, что из маленьких лоскутов составлялись подклады халатов, а иногда и
сами халаты представляли собой яркую
лоскутную композицию [6].
Проблема дефицита и переработки сырья стояла и в послереволюционной России.
Она рассматривалась в статье «История советской моды. Часть первая 1920-е» в
журнале Casual. Мода создавалась из того
что было. Ткани не производились, поэтому брали буквально то, что под руку попадется. Например, муза В. Маяковского,
Лиля Брик придумывала себе костюмы
сама. Она сшила себе платье из ситцевых
узбекских платков и украсила его пуговицами из ракушек, а пальто сделала из портьер с бахромой. Этот наряд очаровал знаменитую Надежду Ламанову, и Брик подарила ей наряд и саму идею.
Апсайклинг в других странах мира
Культура переработки поношенных изделий известна не только в России, но и
практически во всех уголках мира. В Северной Америке, например, она стала отраслью местного рукоделия, началом которого
стал Навигационный акт (Navigation Act)
1651 года, направленный на сохранение
торговой монополии Англии. Согласно
этому акту самостоятельное производство
тканей на территории Америки стало незаконным. Первые колонисты были вынуждены приспосабливаться. Сшитые из лоскутов изделия использовались как покрывала.
Лоскуты использовались до тех пор, пока
не разрывались полностью. Но даже из
оставшихся самых маленьких кусочков создавали детскую одежду. Для наполнения
таких перешитых изделий собиралось все,
что попадалось под руки: лохмотья, сухие
листья, письма, бумага и т. д.
216
В средневековой Японии лоскуты применялись для реставрации и пошива
одежды. Эта техника в стране восходящего
солнца популярна и сегодня. Техника
«боро» отличается тщательным подбором
орнамента, вниманием к структуре ткани,
использованием особых швов.
Другим примером использования лоскутов из старой одежды является техника
изготовления традиционных японских кукол и игрушек, оклеенных тканями из бывших в употреблении кимоно. Техника получила название «кимэкоми-нингё» [7].
В ХIХ веке в Европе и России становятся особенно популярны вязаные и тканые половики, которые собирались из ветхих тканей, порезанных на полосы [8]. В качестве материалов могли быть использованы остатки пряжи, тканей, старой
одежды, а иногда старые рыболовные сети.
Изначально такие изделия были предметами, олицетворяющими достаток крестьянских дворов. По большим праздникам,
таким как Пасха и свадьба, половиками покрывали все полы в избе. В поминальные
дни хозяйка дома застилала чистыми половиками дорожку от порога к столу, тем самым приглашая домового на трапезу.
В ХХ веке субкультура хиппи внесла
свой вклад в использование лоскутной техники. Облик хиппи создавали сами молодые люди, приобретая вещи на блошиных
рынках, и на улице нельзя было встретить
двух одинаковых комплектов. Одежда подбиралась к «образу мыслей» обладателя [9].
Основные принципы, формирующие сознание молодежного движения, включали в
себя несколько составляющих: любовь к
природе, которая выражалась в возвращении к натуральным волокнам, ремеслам,
домашнему ткачеству, ручной росписи;
уважение к культурам прошлого – в моде на
одежду ручной работы.
Интерьер в стиле хиппи стал протестом
против модных направлений прошлых десятилетий. В формировании самого образа
интерьера и создании изделий для него молодежь демонстрировала бунтарские идеи,
отвергая традиционные ценности, она в то
же время возродила интерес к народным
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
орнаментам, текстурам, технологиям, таким как вязание, ткачество, лоскутное шитье и техника тай-дай.
Следующим значимым моментом в
формировании ряда традиционных техник
работы с вторичным текстилем и создания
из него новых изделий является появление
в Японии в 1987 году техники «Кинусайга».
Ее прародителем можно считать технику
«кимэкоми-нингё», так как именно ее принцип формирования текстильного изделия
из лоскутов старых кимоно стал основой
для техники «кинусайга». Это техника аппликации шелком по дереву: на деревянную основу-заготовку наносится рисунокразметка и специальным инструментом вырезаются бороздки-пазы, в которые затем
заправляется вырезанная по рисунку-разметке ткань [10].
Ведущим мастером «кинусайга» в Японии является Маэно Такаши. Она внедрила
оригинальный способ использования старых кимоно при создании картин в вышеназванной технике и доказывает своими работами оригинальный способ утилизации
бывших в употреблении материалов, создавая художественные шедевры.
Увлечение ремесленничеством и рукоделием значительно усилилось во время
пандемических локдаунов. Находясь дома
и не имея возможности приобрести достойные изделия в магазинах, женщины начали
осваивать новые хобби, комбинируя ткани
и используя старую одежду.
Сегодня увлечение пэчворком и одеждой из секонд-хендов объясняется пересмотром ценностей. Осознанная, «медленная» мода приобрела статус прогрессивного идеологического направления, в котором ручные техники делают одежду «более
настоящей» [4].
Закрытие границ, отмена выставок, отсутствие возможностей куда-либо уехать
заставляют и дизайнеров обратить внимание на то, что «есть под рукой», производить апсайклинг, ресайклинг и кастомизацию изделий.
Все больше представителей модной индустрии локальных марок не стремятся расширить свое производство, и для пошива
одежды им не требуется большой метраж
тканей. Им легче работать с винтажным
текстилем или остатками тканей, приобретенными на стоках. Винтажный текстиль и
изделия из секонд-хендов распарываются,
подвергаются термообработке, а затем используются для пошива новой одежды. Когда ткани мало и она является раритетом,
использование ее становится максимально
рациональным и экономным. Комбинирование лоскутов для «сборки» костюма
здесь становится единственно возможным
и выверенным шагом, похожим на работу с
конструктором. Это позволяет создавать
или одну-единственную, или несколько похожих, но не одинаковых вещей.
Такие варианты переработки остатков
текстиля касаются не только современного
проектирования одежды. На мебельных
производствах всегда образуются значительные остатки материалов при выпуске
серийной продукции. В настоящее время
создаются коллаборации дизайнеров интерьеров и художников декоративно-прикладного искусства с мебельными производствами. Одной из таких коллабораций
является сотрудничество брендов дизайнерской мебели с собственным производством UNIKA møblar и Helen Loom, основательницей которого является Елена Мазур.
В ходе этого сотрудничества появилась серия гобеленов «Реки», выполненная из
шерсти мериноса в сочетании с остатками
тканей с производства UNIKA, порванных
на ленты. В результате этой коллаборации
возникли текстильные изделия уникального характера.
В ходе исследования выявлено, что одной из самых распространенных техник является лоскутное шитье, присутствовавшее
в рукоделии и народном творчестве России,
Америки, Японии и т. д. В каждой стране
оно приобрело свои характерные приемы и
черты. Если в России изделия формировались из обрезных лоскутов тканей, рисунки
которых получены промышленным путем,
то в Японии применялись уцелевшие фрагменты тканей кимоно, окрашенных кубовой набойкой или при помощи узловязания
«тай-дай». Из этого направления выросло
такое искусство, как квилтинг. Его отличительной особенностью стал профессио-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
217
нальный подход к созданию композиции
изделий, выбору их колористического и
фактурного решения для воплощения образной идеи автора. В квилтинге существуют свои подвиды, такие как классический квилтинг, крейзи-квилтинг и арт-квилтинг. Варианты последних могут быть выполнены с привлечением не только тканей,
но и самых различных материалов: трикотажа, кожи, меха, кружева, цифровой печати и т. д.
Основные результаты проведенного
анализа
Результаты исследования устоявшихся
техник применения текстильных материалов вторичного использования изложены в
табл. 1 «Техники традиционной перера-
ботки текстильного сырья» и табл. 2 «Техники ресайклинга и апсайклинга». Выделено три основных вида техник: кинусайга,
квилтинг и плетение, которые анализировались по ряду параметров. К рассмотрению
были приняты: возможные виды вторичного текстильного сырья, применяемые при
создании новых изделий декоративно-прикладного искусства и художественного текстиля, предназначенных как для костюма,
так и для интерьера; возможные типы орнаментации, получаемые при работе с этими
техниками; возможность комбинирования
с другими техниками и технологиями; возможность применения в проектировании и
оформлении вышеуказанных изделий; их
назначение и функциональность.
Таблица 1
Параметры
Виды сырья
Типы
орнаментации
Создание рисунка
Комбинирование
с другими
техниками
Применение
в оформлении
текстильных
изделий
Назначение
кинусайга
Лоскуты кимоно,
бывших в употреблении
Пейзажи Японии
Виды техник
квилтинг
Лоскуты текстильных
изделий, бывших в употреблении
Геометрические орнаменты (наличие четко
построенных схем)
плетение
Полосы тканей из текстильных
изделий, бывших в употреблении
и не отличающихся
по сырьевому составу
Орнаменты, основанные на метрической организации
полос, клеток.
Интуитивное комбинирование
ритмических рисунков
и цветов
Рукотворное
Отсутствует
Использование устоявшихся приемов
Панно
Панно, покрывала, декоративные подушки,
одежда различного ассортимента
Меняется
Декоративное
Тканые панно, подушки с традиционными орнаментами,
ковровые изделия.
Вязаная одежда различного
ассортимента
Меняется
Функциональное и декоративное
Таблица 2
Параметры
Виды сырья
218
Виды техник
кинусайга
квилтинг
Лоскуты разного сырьевого состава текстильных
изделий, бывших в употреблении.
Мерный лоскут, оставшийся от промышленного
производства.
Лоскуты трикотажа, кожи, тканых и нетканых материалов, а также полученные при помощи техник
ручного ткачества, росписи, вязания
плетение
Полосы разного сырьевого состава тканей из текстильных изделий, бывших в употреблении.
Мерный лоскут, оставшийся от
промышленного производства.
Полосы трикотажа, кожи, тканых
и нетканых материалов, а также
полученные при помощи техник
ручного ткачества, росписи, вязания
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Типы
орнаментации
Создание рисунка
Комбинирования
с другими
техниками
Применение
в оформлении
текстильных
изделий
Назначение
Возможность получения композиции и рисунков
любого характера (геометрических и сюжетных)
Мануальное.
Компьютерное (при помощи графических программ).
Сочетание мануального и компьютерного (мануальная отрисовка отдельных элементов и мотивов,
обработка и построение орнаментов при помощи
компьютерных графических программ)
Возможность внедрения в изделия лоскутов и
фрагментов рисунка, созданных при помощи рукотворных техник (ткачества, росписи, вязания и вышивки) и современных технологий (цифровой печати, лазерной резки).
Возможность доработки собранного изделия
(аэрография, трафаретная печать, ручная роспись
акриловыми пастами и контурами)
Панно
Панно, покрывала, декоративные подушки,
одежда различного ассортимента
Окончание табл. 2
Геометрические орнаменты
Внедрение полос тканей, орнаментированных при помощи ручной росписи, техники тай-дай и
цифровой печати.
Соединение ткачества и вязания
Тканые панно, подушки с традиционными орнаментами,
ковровые изделия.
Вязаная одежда различного
ассортимента
Меняется
Преимущественно создание изделий уникального характера
Из приведенных таблиц видно, что если
традиционные техники родились из необходимости экономии и в них использовались только отходы одежды, то современные их варианты ориентированы в большей
степени на тенденцию «медленной моды» и
создание уникальных образов, индивидуализацию потребителя. Они позволяют использовать более широкий круг материалов,
применяемых не только в проектировании
костюма, дизайне интерьера, но и в других
областях (например, нетканые материалы,
кожа, мех, полиэтилен, полипропилен и др.).
В таблицах также наглядно представлено, что в традиционных техниках исключено какое-либо использование других приемов и технологий, применяются только
устоявшиеся, в то время как в современных
техниках апсайклинга акцент делается
именно на комбинировании ряда приемов и
техник, в том числе инновационных, таких
как лазерная резка, компьютерная вышивка, цифровая печать и др. Это дает возможность каждому автору экспериментировать и создавать эксклюзивный художественный текстиль.
Следует также отметить, что формирование рисунков и орнаментов в устояв-
шихся приемах и техниках традиционно велось либо по определенным схемам, как,
например, в технике лоскутного шитья,
либо на чисто интуитивном уровне мастериц, выполняющих текстильное изделие в
материале. Вместе с тем орнаментальная
организация изображений современных изделий приобрела более сложные построения
и требует от создателей художественного
текстиля продуманного подхода к выбору
материалов и применения целого ряда техник.
ВЫВОДЫ
Проведенный анализ существующих
техник и способов апсайклинга изделий индустрии моды и дизайна интерьерного текстиля позволил сделать следующие выводы:
1. Современное разнообразие материалов вторичной переработки имеет экологические, художественные и эстетические
преимущества в использовании ресайклинга
изделий для костюма и интерьера.
2. Современные технологии предлагают более широкие возможности использования устоявшихся техник создания текстиля из перерабатываемого сырья.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
219
3. Сочетание традиционных техник с
новыми видами применяемого текстильного сырья и комбинирование с другими
видами материалов, приемов и технологий,
включая инновационные, раскрывает перед
дизайнерами новые возможности.
4. Гармоничное соединение этих материалов и технологий требует от мастера кастомизированного текстиля владения профессиональными знаниями и целым рядом
известных техник и приемов создания текстильных композиций.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алибекова М.И., Белгородский В.С, Андреева Е.Г., Гетманцева В.В. Апсайклинг и ресайклинг
как способ реализации дизайнерской концепции в
художественном проектировании костюма // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. Иваново: ИГПУ, 2022.
№1(397). С. 305…310.
2. Матвеева А.В., Базыль А.Д., Байкова Д.В.
Использование вторичных ресурсов при производстве одежды // Орфановские чтения-2022: сб-к ст.
Всерос. науч.-практ. конф. Нижний Новгород: НГПУ,
2023. С. 76…79.
3. Насекина А.И., Фатхулина Л.Р. Виды переработки текстиля и одежды // Инновационное развитие техники и технологий в промышленности
(ИНТЕКС-2020). М.: РГУ им. А. Н. Косыгина, 2020.
С. 9…11.
4. Кузнецова А.Н., Морозова Е.В. Жизненный
цикл медленной моды // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности, 2022. № 5 (401). С. 195…200.
5. Рощина Н.В. Царское платье. М.: Московский
кремль, 2019. 111 с.
6. Meller S. Textorum russicorum. Pannum impressum pro bazaars of Central Asia. New York, Abrams,
2007. P. 33
7. Ильницкая М.Н. Техника Кимекоми. Японский стиль в интерьере. М.: АСТ-ПРЕСС, 2016. 128 с.
8. Беловинский Л.В. Половик // Иллюстрированный энциклопедический историко-бытовой словарь
русского народа. XVIII начало XIX в. / под ред.
Н. Ерёминой. М.: Эксмо, 2007. C. 505.
9. Морозова Е.В., Щербакова А.В. Влияние молодежной субкультуры хиппи на западный текстильный дизайн второй половины 60-х годов
ХХ века // Дизайн и технологии. 2016. № 52.
С. 26…35.
220
10. Савосина А.С., Кузнецова А.Н., Морозова Е.В.
Технологические и художественные особенности
проектирования текстиля в технике кинусайга
// Диск-2020. Ч. 3. М.: РГУ им. А. Н. Косыгина, 2020.
С. 231…233.
REFERENCES
1. Alibekova M.I., Belgorodsky V.S., Andreeva E.G., Getmantseva V.V. Upcykling and recycling as
a way to implement the design concept in the artistic design of the costume // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. No397. P. 305...310.
2. Matveeva A.V., Bazyl A.D., Baykova D.V.
The use of secondary resources in the production of
clothing // Orphan readings-2022, Collection of articles
based on the materials of the All-Russian scientific and
practical conference. Nizhny Novgorod: NGPU, 2023.
P. 76...79.
3. Insekina A.I., Fatkhulina L.R. Types of textile
and clothing processing // Innovative development of
machinery and technologies in industry (INTEX-2020).
Moscow: Kosygin Russian State University, 2020.
P. 9...11.
4. Kuznetsova A.N., Morozova E.V. The life cycle
of a slow fashion // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh
Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. № 5 (401). Pp. 195…200.
5. Roschina N.V. Royal dress. Moscow: Moscow
Kremlin, 2019. 111 p.
6. Meller S. Textorum russicorum. Pannum impressum pro bazaars of Central Asia. New York, Abrams,
2007. P. 33
7. Ilnitskaya M.N. Kimekomi Technique. Japanese
style in the interior. Moscow: AST-PRESS, 2016. 128 p.
8. Belovinsky L.V. Polovik // Illustrated encyclopedic historical and everyday dictionary of the Russian
people. XVIII the beginning of the XIX century / edited by N. Eremina. Moscow: Eksmo, 2007. P. 505
9. Morozova E.V., Shcherbakova A.V. The influence of the hippie youth subculture on Western textile
design in the second half of the 60s of the twentieth century // Design and technology. 2016. No. 52. P. 26…35.
10. Savosina A.S., Kuznetsova A.N., Morozova E.V.
Technological and artistic features of textile design in
kinusaiga technique // Disk-2020. Part 3. Moscow:
Kosygin Russian State University, 2020. P. 231…233.
Рекомендована кафедрой декоративно-прикладного искусства и художественного текстиля РГУ
им. А.Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 678.06+678.02
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_221
РАСЧЕТ РАВНОПРОЧНОГО УГЛА НАМОТКИ
АРМИРУЮЩЕГО СЛОЯ МНОГОСЛОЙНОГО ШЛАНГА
CALCULATION OF THE EQUAL STRENGTH WINDING ANGLE
OF THE REINFORCEMENT LAYER OF A MULTILAYER HOSE
М.С. МИХАЙЛОВ1, Ю.А. СОБОЛЕВА2, М.А. КОЧАРОВ2, С.В. ХЕЙЛО3, Э. П. САРИЕВ4
3
M.S. MIKHAILOV1, Y.A. SOBOLEVA2, M.A. KOCHAROV2, S.V. KHEYLO, E.P. SARIEV4
(1МИРЭА - Российский технологический университет,
Институт конструкторско-технологической информатики Российской академии наук,
3
Российский государственный университет имени А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство),
4
ООО «СЕВЕРМАШ»)
2
(1MIREA - Russian Technological University,
Institute of Design and Technological Informatics of the Russian Academy of Sciences,
3
The Kosygin Russian State University,
4
LLC "SEVERMASH")
2
E-mail: [email protected]
Представлены результаты исследования, направленного на повышение характеристик износостойких шлангов для перистальтических насосных агрегатов (ПНА), используемых в различных отраслях промышленности. Основное внимание уделено выбору оптимального угла намотки армирующего элемента с целью обеспечения долговечности и надежности шлангов при эксплуатации в различных условиях. Исследование охватывает анализ полимерных
композиционных материалов, таких как смеси на основе эластомера EPDM
и полипропилена PP, которые обеспечивают оптимальное сочетание эластичности и прочности. Выявлено, что использование термопластического
полиолефина (TPO) и термопластического вулканизатора (TPV) способствует значительному увеличению износостойкости шлангов. Кроме того, в
работе рассматриваются методы аналитического моделирования напряжений в шлангах с использованием системы компьютерного автоматизированного проектирования, которые показали необходимость определения равно
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет» (РТУ МИРЭА) при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по проекту № 075-11-2022-027 по теме: «Создание
высокотехнологичного серийного производства перистальтических насосных агрегатов для агрессивных сред
с повышенными эксплуатационными свойствами».
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
221
прочного угла намотки армирующего материала. Исследование также выявило ограничения применения изучаемых материалов, связанные с их химической и температурной устойчивостью, указывая на необходимость дальнейшего анализа и модификации состава материалов. Результаты данного
исследования могут быть использованы для улучшения качества и эксплуатационных характеристик шлангов для перистальтических насосов, что
представляет значительный интерес для промышленности.
The results of an investigation aimed at improving the performance of wear-resistant hoses for peristaltic pumping units(PPU) used in various industrial sectors
are presented. The focus is on selecting optimal construction materials and reinforcing elements to ensure the durability and reliability of hoses under aggressive conditions. The research encompasses an analysis of polymer composite materials, such
as mixtures based on EPDM elastomer and polypropylene PP, which provide an
optimal combination of elasticity and strength. The use of thermoplastic polyolefins
(TPO) and thermoplastic vulcanizates (TPV) significantly increases the wear resistance of hoses. Additionally, the paper examines methods of analytical stress modeling in hoses, conducted using computer-aided design system, which demonstrated
the necessity of determining an equal-strength angle of the reinforcing material
winding. The study also revealed limitations of the materials under study, related to
their chemical and temperature resistance, indicating the need for further analysis
and modification of material compositions. The results can be utilized to enhance
the quality and operational characteristics of hoses for peristaltic pumps, presenting
significant interest to the industry.
Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, намотка,
волокнистые материалы, эластомер, износостойкость, моделирование,
шланг повышенной износостойкости.
Keywords: polymer composites, winding, fibrous materials, elastomer, wear
resistance, modelling, hose of increased wear resistance.
Введение
Современная промышленность позволяет использовать полимерные композиционные материалы для решения проблем в
разных отраслях [1…3]. Они используются
при разработке шлангов повышенной износостойкости (ШПИ), благодаря чему изделие обладает всеми необходимыми свойствами для поддержания работоспособности. Еще одним зарекомендовавшим себя
методом повышения рабочего ресурса является нанесение защитных покрытий, однако применение данного метода не является целесообразным в рамках повышения
прочности и надежности ШПИ [4, 5].
Процесс изготовления шланга состоит
из нескольких технологических этапов,
222
включая подготовку и обработку материала, приготовление и дозирование резиновых смесей, формирование резиновых заготовок, производство резиновых клеев и
сборку изделий [6]. Конечным процессом
является вулканизация резиновых изделий
[7]. При разработке также активно может
применяться математическое моделирование, позволяющее минимизировать дорогостоящие испытания и ускорить проектирование [8, 9].
Разрабатываемый ШПИ, входящий в состав перистальтических насосных агрегатов (ПНА), устанавливаемых на трубопроводы специализированного назначения,
должен обеспечивать надежную работу
ПНА по перекачиванию химически агрес-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
сивных сред (кислотных, щелочных, горючих и абразивных) в условиях динамических циклических воздействий на ШПИ со
стороны рабочего механизма насоса в течении установленного срока службы.
Перистальтический насосный агрегат
используется в качестве дозирующих аппаратов в различных системах трубопроводов
и технологического оборудования [10].
Конструкция перистальтических насосов
не допускает смешивания перекачиваемого
продукта с посторонними веществами и
при этом сохраняет детали насоса от воздействия агрессивных сред [11]. Благодаря
этим свойствам его применяют в строительстве для перемещения всевозможных
смесей, в нефтяной промышленности для
перекачивания высоковязких продуктов, в
химической промышленности для дозирования полимеров, в добывающей промышленности, медицине [12, 13].
ПНА представляет собой машину с опцией самовсасывания [14]. Он имеет в своей
конструкции корпус, на валу которого установлен ротор с роликами, а также ШПИ [15].
Принцип действия основан на пережатии
гибкого шланга роликами с образованием запертых секций с жидкостью, которая при
вращении ротора перемещается от точки всасывания к каналу нагнетания [16]. Основным
свойством шланга является восприятие деформации с последующим восстановлением
изначальной формы [17].
Методы
Для разработки конструкции ШПИ на
стадии проектирования важным аспектом
является подбор конструкционного материала исходя из требований, выдвинутых к
шлангу. Для разрабатываемой конструкции
это возможность транспортировки химически агрессивных высокоплотных (до
1500 кг/м3) сред с твердыми включениями
размером не более 0,2 мм в объемной концентрации не более 0,1%. Согласно проведенным ранее исследованиям определены
составы компонентов многослойного материала ШПИ:
1. Полимерная смесь на основе эластомера EPDM и полипропилена PP при содержании PP от 20 до 25 %, что соответствует
термопластичным полиолефинам (TPO).
2. Полимерная смесь на основе эластомера EPDM и полипропилена PP при содержании PP от 15 до 20 %, что соответствует термопластическим вулканизаторам
(TPV).
3. Материал на основе эластомера
EPDM как основной эластомер, выступающий в качестве эталонного для сравнения
разработанных комбинаций.
EPDM (этиленпропилендиеновый мономер) представляет собой эластомер с широким спектром применения, который образуется серной или пероксидной вулканизацией. Благодаря своим свойствам (устойчивость к воде, водяному пару, озону, УФ-излучению, гидравлическим жидкостям) он
используется во всем мире для изготовления шлангов, уплотнителей, изоляторов и
соединителей.
Синтетический каучук EPDM, вулканизированный пероксидом, демонстрирует
устойчивость: к сжатию и старению (что
повышает срок службы); к спирту; горячей
воде; пару (до 204,4 °C); кетонам; органическим и неорганическим кислотам. ШПИ
с уплотнительными кольцами из EPDM, отвержденного перекисью водорода, не должны использоваться в областях, где они контактируют со смазочными материалами и
маслами, гидравлическими жидкостями на
основе эфиров фосфорной кислоты, алифатическими углеводородами и минеральными маслами.
TPO – смесь полипропилена PP и неретикулированного каучука EPDM, иногда
содержащая низкий уровень поперечной
сшивки для улучшения таких свойств, как
термостойкость и устойчивость к сжатию.
Эти материалы используются там, где требуется повышенная ударная вязкость по
сравнению с обычными сополимерами полипропилена. Материал характеризуется
невысокими значениями верхнего предела
твердости (обычно 80 по шкале Шора A) и
эластомерных свойств.
TPV представляет следующий уровень
по сравнению с TPO. Это также соединения
из полипропилена и EPDM, однако они динамически вулканизированы на стадии смешивания. Уровни твердости варьируются
от 45 по шкале Шора A до 45 по шкале
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
223
Шора D. В настоящее время разрабатываются новые TPV, называемые «Super
TPVs», которые основаны на инженерных
пластиках, смешанных с высокоэффективными эластомерами, способными обеспечить значительно улучшенную термическую и химическую стойкость.
Время эксплуатации ШПИ зависит от
условий его работы и способа производства. Поэтому срок службы шланга, по которому ведется перекачивание под низким
давлением, будет значительно больше, чем
у шланга, работающего под высоким давлением. В то же время шланг со стенками неравной толщины будет находиться в рабочем состоянии на протяжении меньшего
срока из-за возникновения колебаний давления жидкости.
Кроме вышеперечисленных причин,
срок работы шлангов сокращают ошибки,
возникающие при сборке, например, увеличение радиуса изгиба шланга или изменение его внутреннего сечения с круглого на
эллиптическое; присутствие брешей в резиновом слое стенок; лишение шланга ровной
части в области его соединения с муфтой,
увеличение или уменьшение размеров данного фрагмента; несоответствие норме минимального радиуса изгиба шланга; сворачивание шланга вокруг оси. Еще один чрезвычайно распространенный источник неисправностей сопряжен с нарушением герметичности соединений.
Если при периодической работе возникает досрочный выход из строя шланга,
важно правильно идентифицировать причину неисправности. Возможно возникновение выпуклостей с наружной части резинового слоя, обусловленное попаданием жидких веществ в армирующие элементы сквозь
небольшие бреши во внутренней части
трубки. Это влечет за собой понижение адгезионной прочности разных слоев и деформацию шланга. Изъяны внутренней стороны
шланга (наличие в нем пор) тоже могут способствовать возникновению вздутий. На
участке размещения фитинга могут присутствовать повреждения. Однако, даже если
шланг производится без фитингов и армирующий слой будет представлен небольшим
224
количеством витков, остается некоторая вероятность наличия дефектов. При соприкосновении материалов разных армирующих
слоев возможен фитинг-износ, возникающий в результате трения между проволоками разных армирующих слоев.
Таким образом, определено, что использование металлического армирующего материала в конструкции шланга повышенной износостойкости перистальтического
насосного агрегата приведет к преждевременному выходу из строя эластичного рабочего элемента и всей конструкции ПНА.
Поэтому в условиях циклического нагружения эластичного элемента внутренним
давлением рабочей среды и внешним механическим воздействием прижимного элемента для дальнейшего проектирования в
качестве армирующего слоя необходимо
использовать мягкую полиэфирную сетку
или текстильную оплетку.
Таким образом, оптимальным вариантом конструкционного исполнения ШПИ
для разрабатываемого перистальтического
насосного агрегата является многослойная
конструкция, состоящая из полимерного
материала, армируемого нейлоновым мягким кордом (рис. 1: 1 – наружная стенка; 2 –
армирующий слой; 3 – внутренняя стенка).
Рис. 1
Для повышения прочности и долговечности ШПИ при воздействии циклической
внешней нагрузки в виде внутреннего давления транспортируемой жидкости и внешнего давления прижимного элемента необходимо определить равнопрочный угол намотки
армирующего слоя (угол намотки, при котором нагрузка распределяется равномерно
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
между всеми нитями шланга и не превышает максимально допустимое значение).
Установить параметры напряжений и
разработать конструкцию шлангов, состоящих из многослойных материалов, с применением механизма намотки можно, используя разные подходы к волокнистым материалам. В одном из них стенки шланга, содержащие волокна и высокомолекулярную матрицу, считаются гомогенными анизотропными средами. Данное утверждение возможно, так как масштабная разница между
габаритами силовой конструкции и компонентами шланга, включающими в себя волокнистый наполнитель, крайне значительна. Использование описанного способа
подразумевает оценку средних упругих
свойств стенок ШПИ в соответствии со степенью упругости их составляющих. Далее
благодаря полученным данным можно произвести необходимые расчеты изотропных
ШПИ, содержащих анизотропные волокнистые соединения.
Другая модель предполагает, что армирующий слой шланга состоит из системы
гибких нитей, которые воспринимают всю
нагрузку от внешних воздействий. Равное
натяжение каждой нити обеспечивает оптимальное соотношение сил каждого слоя.
Модель не учитывает несущую способность композита, однако материал рассматривается как полностью эластичный, обладающий единой структурой.
Если использовать линейную модель
напряженно-деформированного состояния
при растяжении гибких нитей до их разрушения, то основным критерием работоспособности шланга является условие равномерного распределения напряжений между
всеми армирующими нитями.
Для конструирования данного варианта
ШПИ с применением численного анализа
необходима разработка модели с равномерно
распределенными напряжениями, при которой каждая нить армирующего слоя испытывает напряжения, не превышающие
максимально допустимые для нее значения.
Для определения угла намотки армирующего материала разработана и подобрана
аналитическая модель, подходящая под
разрабатываемую конструкцию шланга повышенной износостойкости.
Равнопрочность ШПИ означает его способность выдерживать максимальные
нагрузки в местах повреждения, если
напряжения в нитях одинаковы и меньше
уровня прочности армирующего слоя при
растяжении. Это условие также означает
достижение максимальной деформационной энергии в момент разрушения шланга.
Однако возможности создания равнонапряженных конструкций методом намотки существенно ограничены, поскольку форма и
паттерн армирования конструкции тесно
связаны и определяются строго. Это объясняется основным принципом метода
намотки, заключающимся в непрерывности
намотки нитей, где каждый слой формируется через непрерывное и последовательное распределение армирующего материала по всей поверхности шланга. Безостановочная намотка с радиусом вращения r0, количеством n нитей, пролегающих через широту конструкции, занимающих при этом
площадь fКМ, с углом намотки β = βr будет
описываться формулой:
ℎ𝑟 𝑐𝑜𝑠𝛽 = ℎ0 𝑟0 𝑐𝑜𝑠𝛽0 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, (1)
где h0 и β0 – толщина и угол намотки на максимальном радиусе намотки r = r0.
Выразим переменную толщину армирующего слоя ШПИ с полимерным материалом (композитной конструкции) hкм = hr
в следующем виде:
ℎ𝐾𝑀 = ℎ𝑟 =
𝑛𝑓𝐾𝑀
2𝜋𝑟𝑐𝑜𝑠𝛽
=
ℎ0𝑟0𝑐𝑜𝑠𝛽0
𝑟𝑐𝑜𝑠𝛽
,
(2)
где fКМ – площадь поперечного сечения одной нити армирующего слоя с полимером.
Для определения меридиональных N1 и
окружных N2 сил для армирующего слоя
ШПИ с полимером запишем следующие соотношения:
{
𝑁1 = 𝑃𝑅,
𝑁2 =
𝑃
2𝜋𝑅
+
𝑐𝑜𝑠𝛽
𝜋𝑅 2
(𝑀 + 𝑄𝑙) ,
(3)
где R – радиус цилиндра; Q – внешняя
нагрузка; P – осевая сила тяжести; М – из-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
225
гибающий момент, соответствующий максимальному изгибающему моменту при
движении прижимного элемента.
Силы N1 и N 2, возникающие в стенке
при действии внешней нагрузки, будут восприниматься однонаправленным армирующим материалом. Каждая прядь наклонена
к меридиану по углом β и натянута с силой
F (рис. 2).
Умножая левую и правую стороны этих
уравнений на толщину hКМ = 2δ, получаем
значения сил, рассчитываемые по формулам:
𝑁1 = 𝜎1 ℎ = 𝜎𝐾𝑀 ℎ𝐾𝑀 𝑐𝑜𝑠 2 𝛽,
(8)
𝑁2 = 𝜎2 ℎ = 𝜎𝐾𝑀 ℎ𝐾𝑀 𝑠𝑖𝑛 2𝛽.
(9)
Отношение уравнений сил N 1 и N2 позволяет записать формулу:
𝑁1
𝑁2
Напряжение растяжения по направлению
волокон будет вычисляться по формуле:
𝐹
𝜎𝐾𝑀 = ,
(4)
𝑡𝛿
где δ – половина толщины КМ; t – ширина
КМ.
Спроецируем силы F на координатные
оси и запишем соотношения:
𝐹 = 2𝐹𝑐𝑜𝑠𝛽,
{ 1
𝐹2 = 2𝐹𝑠𝑖𝑛𝛽.
(5)
Вычислив отношение проекции сил к
площади сечения прядей, ориентированных вертикально и горизонтально, можно
вывести формулы для напряжений:
𝐹 𝑐𝑜𝑠𝛽
2𝑡𝛿
𝐹 𝑠𝑖𝑛𝛽
𝜎2 = 2
2𝑡𝛿
226
(10)
В конструкции, находящейся в равновесии, нельзя брать случайное расположение
витков нитей, соответственно произвольные углы β(r), так как задан меридиан y(r).
Точно так же, если определены углы
намотки, то оболочка должна иметь определенную форму. Поэтому нужно вычислить конкретные параметры меридиана, дающие возможность создания единовременно безмоментной, равновесной и равнонапряженной конструкции.
Чтобы установить необходимые углы
намотки, необходимо использовать переменную величину толщины стенки hКМ = hr,
получим формулы:
Рис. 2
𝜎1 = 1
= 𝑡𝑔 2 𝛽.
= 𝜎𝐾𝑀 𝑐𝑜𝑠 2𝛽,
(6)
= 𝜎𝐾𝑀 𝑠𝑖𝑛 2 𝛽.
(7)
𝜎
ℎ 𝑟 𝑐𝑜𝑠𝛽0 𝑠𝑖𝑛2 𝛽
𝑁2 = 𝜎2 ℎ𝑟 = 𝐾𝑀 0 0
,
(11)
.
(12)
𝑟𝑐𝑜𝑠𝛽
𝜎
ℎ 𝑟 𝑐𝑜𝑠𝛽0 𝑐𝑜𝑠𝛽
𝑁1 = 𝜎1 ℎ𝑟 = 𝐾𝑀 0 0
𝑟
Не беря в расчет угол β и рассматривая
равнонапряженную конструкцию, для которой σКМ(r) = σКМ = const, можно вычислить:
𝑁12 + 𝑁1 𝑁2 =
(𝜎𝐾𝑀 ℎ0 𝑟0 𝑐𝑜𝑠𝛽0 )2
𝑟2
=
𝐴2
𝑟2
, (13)
где А – константа.
Армирование шлангов высокого давления способствует созданию конструкций,
одновременно равновесных и равнонапряженных, обеспечивая необходимую эластичность и прочность, что увеличивает их
долговечность. Корректное расположение
нитей на поверхности, отсутствие скольжения возможно достичь за счет намотки по
геодезическим линиям на поверхности вращающейся образующей. В таком случае
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
для каждого типа волокон достигается оптимальное натяжение, что в итоге позволяет получить максимальную прочность
материала в шланге.
На поверхности напряжения равны согласно формуле:
𝜎𝐾𝑀 (𝑟) = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡.
(14)
В этом случае волокна нитей несут всю
нагрузку на растяжение, что обусловлено
следующим:
𝜎𝐾𝑀 = 𝜎𝐵 𝜗𝐵 + 𝜎𝑀𝐸𝑇 𝜗𝑀𝐸𝑇 ≈ 𝜎𝐵 𝜗𝐵 .
(15)
Заключение
В исследовании разработан и проанализирован износостойкий многослойный
шланг для перистальтических насосов. Использование смесей на основе эластомера и
полипропилена, а также термопластических полиэфиров и вулканизаторов значительно улучшило его эластичность и прочность. В исследовании выявлен преждевременный износ шланга от металлического
армирования и предложена полиэфирная
сетка для увеличения долговечности.
Аналитическое моделирование напряжений в шлангах позволило определить
значение равнопрочного угла намотки армирующего материала.
Полученные результаты важны для
производства шлангов, применяемых в
различных отраслях промышленности, и
способствуют улучшению их качества и
эксплуатационных характеристик.
ЛИТЕРАТУРА
1. Muranov A.N., Alexandrov I.A., Kapitanov A.V.,
Egorov S.B. Thermokinetic Diagram of Curing of an
EHD–MD Chlorine-Containing Epoxy Binder // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2021. № 15(1).
P. 156…160.
2. Михеев П.В., Муранов А.Н., Гусев С.А. Экспериментальное определение модуля межслоевого
сдвига слоистого углепластика // Конструкции из
композиционных материалов. 2015. № 4(140).
С. 46…50.
3. Муранов А.Н., Александров И.А. Чувствительность коэффициента линейного теплового расширения терморазмеростабильных композитных ламинатов к отклонениям угла армирования // Вестник
МГТУ "Станкин". 2019. № 4(51). С. 56…59.
4. Vereschaka A., Milovich F., Andreev N. etc. Efficiency of Application of (Mo, Al)N-Based Coatings
with Inclusion of Ti, Zr or Cr during the Turning of Steel
of Nickel-Based Alloy // Coatings. 2021. №11(11).
P. 1271.
5. Vereschaka A., Milovich F., Andreev N. etc.
Comparison of properties of ZrHf-(Zr,Hf)N(Zr,Hf,Cr,Mo,Al)N and Ti-TiN-(Ti,Cr,Al)N nanostructured multilayer coatings and cutting properties of tools
with these coatings during turning of nickel alloy // Journal
of Manufacturing Processes. 2023. №88. P. 184…201.
6. Глобин А.Н., Краснов И.Н., Копица Р.В. Перистальтические насосы: монография. М.: Ай Пи Ар
Медиа, 2023. 148 с.
7. Боброва В.В., Прокопчук Н.Р., Ефремов С.А.,
Нечипуренко С.В. Биокомпонент для эластомерных
композиций // Труды БГТУ. Серия 2: Химические
технологии, биотехнология, геоэкология. 2023. №1.
8. Tatarkanov A.A., Alexandrov I.A., Mikhailov M.S.,
Muranov A.N. Algorithmic Approach to the Assessment
Automation of the Pipeline Shut-Off Valves Tightness
// International Journal of Engineering Trends and Technology. 2021. №12. P. 147…162.
9. Александров И.А., Муранов А.Н., Червяков Л.М.
Вопросы обеспечения гибкости машиностроительных производств // Фундаментальные и прикладные
проблемы техники и технологии. 2023. № 5(361).
С. 40…47.
10. Гринин А.И. Влияние на характеристику линейного перистальтического насоса формы сечения
и длины сжимаемых участков // Известия МГТУ
МАМИ. 2021. №2. С. 9…17.
11. Abello J., Raghavan S., Yien Y.Y., Stratman A.N. Peristaltic pumps adapted for laminar flow experiments enhance in vitro modeling of vascular cell behavior // Journal of Biological Chemistry. 2020. №10.
12. Васильева М.А., Волчихина А.А., Морозов М.Д.
Оборудование и технологии для проведения работ
по дозакладке выработанного пространства // ГИАБ.
2021. №6.
13. Васильева М.А. Магнитные перистальтические насосы для закладочных работ // Известия
Уральского государственного горного университета.
2020. №1. С. 150…155.
14. Kim E.K., Kang B.M., Lee H.G. etc. Energy-efficient self-locking micropump system using single bistable electromagnetic actuator // Sensors and Actuators
A: Physical. 2023. №351.
15. McIntyre M.P., van Schoor G., Uren K.R., Kloppers C. P. Modelling the pulsatile flow rate and pressure
response of a roller-type peristaltic pump // Sensors and
Actuators A: Physical. 2021. №325.
16. Луговая И.С. Классификация гидравлических систем для перекачивания высоковязких жидкостей // Наука и техника. 2019. №5.
17. Gasoto S. C., Schneider B., Setti J. A. P. Study
of the Pulse of Peristaltic Pumps for Use in 3D Extrusion
Bioprinting // ACS Omega. 2022. Р.24091…24101.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
227
REFERENCES
1. Muranov A.N., Alexandrov I.A., Kapitanov A.V.,
Egorov S.B. Thermokinetic Diagram of Curing of an
EHD–MD Chlorine-Containing Epoxy Binder // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2021. № 15(1).
P. 156…160.
2. Mikheev P.V., Muranov A.N., Gusev S.A. Experimental determination of interlayer shear modulus of
layered carbon fibre-reinforced plastic // Structures of
composite materials. 2015. № 4(140). P. 46…50.
3. Muranov A.N., Alexandrov I.A. Sensitivity of the
coefficient of linear thermal expansion of thermo-dimensionally stable composite laminates to the deviation
of the reinforcement angle // Bulletin of MSTU
"Stankin". 2019. № 4(51). P. 56…59.
4. Vereschaka A., Milovich F., Andreev N. etc. Efficiency of Application of (Mo, Al)N-Based Coatings
with Inclusion of Ti, Zr or Cr during the Turning of Steel
of Nickel-Based Alloy // Coatings. 2021. №11(11).
P. 1271.
5. Vereschaka A., Milovich F., Andreev N. etc.
Comparison of properties of ZrHf-(Zr,Hf)N(Zr,Hf,Cr,Mo,Al)N and Ti-TiN-(Ti,Cr,Al)N nanostructured multilayer coatings and cutting properties of tools
with these coatings during turning of nickel alloy // Journal
of Manufacturing Processes. 2023. №88. P. 184…201.
6. Globin A.N., Krasnov I.N., Kopitsa R.V. Peristaltic Pumps: A Monograph. Moscow: IP Media, 2023.
148 p.
7. Bobrova V.V., Prokopchuk N.R., Efremov S.A.,
Nechipurenko S.V. Biocomponent for Elastomer Compositions // Proceedings of BSTU. Series 2: Chemical
Technologies, Biotechnology, Geoecology. 2023. №1.
8. Tatarkanov A.A., Alexandrov I.A., Mikhailov M.S.,
Muranov A.N. Algorithmic Approach to the Assessment
Automation of the Pipeline Shut-Off Valves Tightness
// International Journal of Engineering Trends and Technology. 2021. №12. P. 147…162.
228
9. Aleksandrov I.A., Muranov A.N., Cherviakov L.M.
Issues of ensuring the flexibility of machine-building
production // Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology. 2023. № 5(361). P. 40…47.
10. Grinin A.I. Influence on the Characteristics of a
Linear Peristaltic Pump of the Cross-Section Shape and
Length of the Compressed Sections // News of MSTU
MAMI. 2021. №2. P. 9…17.
11. Abello J., Raghavan S., Yien Y.Y., Stratman A.N. Peristaltic pumps adapted for laminar flow experiments enhance in vitro modeling of vascular cell behavior // Journal of Biological Chemistry. 2020. №10.
12. Vasilieva M.A., Volchikhina A.A., Morozov M.D.
Equipment and Technologies for Work on Backfilling
the Developed Space // Mining Informational and Analytical Bulletin. 2021. №6.
13. Vasilieva M.A. Magnetic Peristaltic Pumps for
Backfilling Operations // News of the Ural State Mining
University. 2020. №1. P. 150…155.
14. Kim E.K., Kang B.M., Lee H.G., Yoon H.M.,
Kim J.H., Jung J.W. Energy-efficient self-locking micropump system using single bi-stable electromagnetic
actuator // Sensors and Actuators A: Physical. 2023.
№351.
15. McIntyre M.P., van Schoor G., Uren K.R., Kloppers C. P. Modelling the pulsatile flow rate and pressure
response of a roller-type peristaltic pump // Sensors and
Actuators A: Physical. 2021. №325.
16. Lugovaya I.S. Classification of Hydraulic Systems for Pumping High-Viscosity Liquids // Science and
Technique. 2019. №5.
17. Gasoto S. C., Schneider B., Setti J. A. P. Study
of the Pulse of Peristaltic Pumps for Use in 3D Extrusion
Bioprinting // ACS Omega. 2022. P. 24091…24101.
Рекомендована ИКТИ РАН. Поступила 06.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 541.64: 539.2
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_229
МОДЕЛИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ УСИЛЕНИЯ ВЫСОКОМОДУЛЬНЫХ
НАНОКОМПОЗИТОВ ПОЛИМЕР/УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ
В РАМКАХ ТЕОРИИ ПЕРКОЛЯЦИИ
THE SIMULATION OF REINFORCEMENT DEGREE
OF HIGH-MODULUS NANOCOMPOSITES OF POLYMER/CARBON NANOTUBE
WITHIM THE FRAMEWORK OF PERCOLATION THEORY
Г.В. КОЗЛОВ, И.В. ДОЛБИН
G.V. KOZLOV, I.V. DOLBIN
(Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова)
(Kh.M. Berbekov Kabardino-Balkarian State University)
E-mail: [email protected]
Развитие в последние годы технологий получения полимерных нанокомпозитов, сравнимых по своим характеристикам с металлами, делает необходимой разработку теоретических основ описания и улучшения этих технологий. Для этой цели использованы современные физические трактовки,
а именно теория перколяции и фрактальный анализ. В рамках такого подхода рассмотрена проблема создания высокомодульных нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки. Согласно теории перколяции одним из условий реализации указанных нанокомпозитов является получение отрицательного критического индекса в перколяционной концепции усиления нанокомпозитов. Этот результат может быть достигнут снижением уровня
агрегации нанонаполнителя, когда степень его агрегации становится
меньше объемного содержания нанонаполнителя. Важную роль в достижении упомянутого критерия играет уровень межфазной адгезии «углеродные
нанотрубки – полимерная матрица», который контролирует перенос приложенного к образцу механического напряжения между указанными компонентами структуры нанокомпозита. Установлена взаимосвязь уровня
межфазной адгезии и степени агрегации нанонаполнителя, а именно обратно пропорциональное соотношение этих характеристик с точностью
до константы. Показано хорошее соответствие предложенной модели и
экспериментальных результатов.
At present the making of high-modulus polymer materials, whose characterizistics are similar to properties of metals, attracts special attention. Such materials are
widespreated in innovation industry branches (aircraft and automobile industry and
so on), since their much lesser density in comparison with metals serves as their
advantage. Over the last decades a nanocomposites fibers having elastic modulus,
which equal to this property for steel, were produced. However, the practical results
in this field overtakes essentially the theoretical ones. Therefore in present work the
theoretical analysis of fibers polymer/carbon nanotube with using of modern physical conceptions (percolation theory and fractal analysis) waS performed. Such analysis allows to distinguish a number of factors having an influence on nanocomposite
fibers properties. It has been shown in the framework of percolation theory that the
critical index in percolation model of nanocomposites reinforcement serves as the
most important characteristic – realization of negative values of this index improves
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
229
substantially properties of the considered fibers. Reduction of aggregation degree
lower than nanofiller volume content serves as main condition of the indicated effect
realization. The level of interfacial adhesion, defining ability of nanofiller to generate interfacial regions and reducing its aggregation degree, is important indicator
for nanocomposites in general. The good correspondence between theoretical and
experimental results confirms correctness of the proposed model.
Ключевые слова: высокомодульное волокно, нанонаполнитель, теория
перколяции, фрактальный анализ, агрегация, межфазная адгезия, критический индекс, степень усиления.
Keywords: high-modulus fiber, nanofiller, percolation theory, fractal analysis, aggregation, interfacial adhesion, critical index, reinforcement degree.
Введение
В настоящее время совершено большое
число попыток, по большей части успешных, создания высокомодульных нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки,
например в [1…3]. Так, в работе [3] получены нанокомпозиты бисмалеимид/углеродные нанотрубки (БМИ/УНТ) с модулем
упругости 293 ГПа и прочностью 3,8 ГПа,
что соответствует аналогичным показателям для стали, но плотность в шесть раз
ниже, чем у стали. Для получения таких высокомодульных и высокопрочных нанокомпозитов используются различные технологические методы, общей особенностью
которых является выстраивание большого
числа отдельных углеродных нанотрубок
(УНТ) в однонаправленные структуры
(микроволокна или жгуты) [1…3].
Однако общих физических принципов
получения таких нанокомпозитов, равно
как и факторов, контролирующих высокие
показатели этих наноматериалов, в настоящее время не разработано. С этой целью
либо используются факторы, часто дублирующие друг друга [2], либо применяются
микромеханические модели с рядом подгоночных параметров [1]. Также предлагаются разработки математической модели
вязкоупругости и вычисления параметров
модели [4]. Поэтому целью настоящей работы является определение факторов, контролирующих свойства высокомодульных
нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки, в рамках перколяционной модели
усиления полимерных нанокомпозитов [5].
230
Методы
Использованы экспериментальные данные, полученные для нанокомпозитов
эпоксиполимер/углеродные
нанотрубки
(ЭП/УНТ) [1, 2] и БМИ/УНТ [3]. Последние
нанокомпозиты дополнительно подвергались одноосной вытяжке с кратностью
=1,0; 1,02 и 1,12. Основные характеристики указанных нанокомпозитов приведены в табл. 1.
Нанокомпозит
ЭП/УНТ [1]
ЭП/УНТ [2]
БМИ/УНТ [3]
н
0,11
0,22
0,14
0,18
0,46
0,46
0,46
Таблица 1
Ен/Ем
8,2
6,0
4,0
5,5
29,5
1,02
47,5
1,12
73,0
Результаты и обсуждения
Уравнение для расчета степени усиления
Ен/Ем полимерных нанокомпозитов, полученное в рамках теории перколяции, имеет
следующий вид [5]:
Ен
а
1 11 н ,
Ем
(1)
где Ен и Ем – модули упругости нанокомпозита и матричного полимера соответственно (отношение Ен/Ем принято называть
степенью усиления нанокомпозита); н –
объемное содержание нанонаполнителя;
а – перколяционный индекс.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Форма уравнения (1) предполагает, что
наиболее высокие значения степени усиления можно получить в случае отрицательных величин перколяционного индекса а,
поскольку по очевидным причинам величина н всегда меньше единицы. Наибольшее
значение Ен/Ем для положительных величин
индекса (при а=0) согласно уравнению (1)
равно 12, тогда как для высокомодульных
нанокомпозитов БМИ/УНТ получены значения Ен/Ем=29,5-73,0, предполагающие отрицательные величины этого индекса.
Другой вариант перколяционного соотношения для определения степени усиления Ен/Ем нанокомпозитов предложен в работе [6]:
На рис. 1 приведена зависимость, соответствующая соотношению (4), для рассматриваемых высокомодульных нанокомпозитов. Как можно видеть, эта зависимость линейна, полностью согласуется с соотношением (4), а получить из этого соотношения
уравнение можно простым введением в его
правую часть постоянного коэффициента
7,0. Таким образом, условием получения
отрицательных величин перколяционного
индекса а и соответственно высоких значений степени усиления Ен /Ем согласно уравнению (1) является следующий критерий:
н .
(5)
а
1, 7
Ен
1 11 н ,
Ем
(2)
где – параметр, характеризующий степень агрегации нанонаполнителя.
Рассмотрение уравнения (2) показывает,
что наиболее высокие значения Ен/Ем можно
получить при условии <н или (н/)>1.
Параметр можно определить согласно
уравнению [6]:
н
,
н мф
(3)
где мф – относительное объемное содержание межфазных областей в нанокомпозите.
Анализ уравнения (3) демонстрирует,
что указанное выше условие <н может
быть получено только при (н+мф)>1, что
физически невозможно. Это означает, что в
данном случае величина мф является фиктивным (эффективным) показателем, характеризующим способность нанонаполнителя генерировать межфазные области.
Исходя из изложенных выше соображений мы предположили, что между перколяционным индексом а и степенью агрегации
нанонаполнителя должно существо-вать
соотношение, имеющее следующий вид:
а ~ н .
(4)
1
-1
-3
-0,4
-0,2
0
0,2 (-н)
Рис. 1
Рассмотрим факторы, определяющие реализацию критерия (5). Авторы [7] предложили следующее уравнение для определения степени агрегации нанокомпозитов
полимер/углеродные нанотрубки:
0,35
,
b
(6)
где b – безразмерный параметр, характеризующий уровень межфазной адгезии в полимерных нанокомпозитах.
Физический смысл уравнения (6) очевиден: чем сильнее межфазные связи «полимерная матрица-нанонаполнитель», характеризуемые параметром b, тем лучше они
удерживают отдельные наночастицы от
«слипания» (агрегации).
Параметр b позволяет не только количественную, но и качественную градацию
уровня межфазной адгезии. Так, величина
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
231
b=0 означает отсутствие межфазной адгезии, условие b=1,0 определяет совершенную (по Кернеру) адгезию, а критерий
b>1,0 описывает реализацию эффекта наноадгезии [5, 7]. Кроме того, постоянный коэффициент 0,35 в уравнении (6) представляет собой порог перколяции с нанонаполнителя микроволокон или жгутов углеродных нанотрубок по схеме их перекрытия
[8…12]. Это обстоятельство позволяет переписать уравнение (4) следующим образом:
а 7,0 с н .
b
(7)
(8)
На рис. 2 приведено сравнение полученных экспериментально и рассчитанных согласно перколяционной модели усиления
нанокомпозитов (уравнение (1), где величина
индекса а определена из уравнения (7)) значений степени усиления Ен/Ем для рассматриваемых высокомодульных нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки.
232
Ен
1, 7
(9)
1 112,8b н .
Ем
Как следует из данных рис. 2, получено
хорошее соответствие теории и эксперимента, подтверждающее корректность предложенной в настоящей работе модели.
(Ен/Ем)Т
Уравнение (7) дает возможность выделить два фактора, позволяющие получить
отрицательные значения перколяционного
индекса а при условии с=const=0,35. Вопервых, таким фактором является уровень
межфазной адгезии, характеризуемый параметром b: чем выше b, тем легче получить отрицательные значения а при относительно небольших величинах н . Отметим,
что величина b может достигать 10 и более
[5]. Во-вторых, это использование больших
содержаний углеродных нанотрубок н , желательно превышающих их порог перколяции с. Оба указанных фактора приведены
в качестве критериев создания высокомодульных нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки авторами работы [2].
Укажем, что параметр b определяет эффективность переноса приложенного к образцу нанокомпозита механического напряжения от полимерной матрицы к нанонаполнителю, характеризуемую параметром В,
согласно следующей простой формуле [7]:
В 2,7b .
Необходимая для этих расчетов величина b определена с помощью следующего соотношения [5]:
80
40
0
40
80 Ен/Ем
Рис. 2
Заключение
Таким образом, результаты настоящей
работы продемонстрировали, что для получения высокомодульных волокон на базе
нанокомпозитов полимер/углеродные нанотрубки, в которых используется специфический наполнитель, а именно пучки (жгуты)
ориентированных нанотрубок, желательно
достижение отрицательной величины критического индекса в перколяционной модели усиления нанокомпозитов. Этот критерий реализуется в том случае, когда степень агрегации нанонаполнителя становится меньше его объемного содержания.
Еще одним фактором, ослабляющим агрегацию нанонаполнителя и увеличивающим
модуль упругости волокон, является повышение уровня межфазной адгезии «наполнитель – полимерная матрица». Соответственно предложена теоретическая модель,
позволяющая получить количественную
взаимосвязь упомянутых характеристик.
ЛИТЕРАТУРА
1. Cheng Q.F., Wang J.P., Wen J.J., Liu C.H.,
Jiang K.L., Li Q.Q., Fan S.S. Carbon nanotube/epoxy
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
composites fabricated by resin transfer molding // Carbon. 2010, V. 48, № 2. P. 260…266.
2. Kobashi K., Nishino H., Yamada T. et al.
Epoxy composites sheets with a large interfacial area
from a high surface area-suppling single-walled carbon
nanotube scaffold filler // Carbon. 2011, V. 49, № 17.
P. 5090…5098.
3. Wang X., Yong Z.Z., Li Q.W. et al. Ultrastrong
stiff and multifunctional carbon nanotube composites //
Mater. Res. Lett. 2013, V. 1, № 1. P. 19…25.
4. Климова Н.С. Качественная оценка эксплуатационных свойств полимерных нитей на стадии
их проектирования и организации производства //
Известия высших учебных заведений. Технология
текстильной промышленности. 2023. № 5 (407).
С. 62…66.
5. Микитаев А.К., Козлов Г.В., Заиков Г.Е.
Полимерные нанокомпозиты: многообразие структурных форм и приложений. М.: Наука, 2009. 278 с.
6. Козлов Г.В., Долбин И.В. Особенности процесса агрегации наполнителя в нанокомпозитах полимер углеродные нанотрубки // Прикладная механика и техническая физика. 2020. Т. 61, № 2 (360).
С. 125…129.
7. Атлуханова Л.Б., Козлов Г.В. Физикохимия
нанокомпозитов полимер-углеродные нанотрубки.
М.: Спутник +, 2020. 292 с.
8. Liu P., Heinson W.R., Sorensen C.M.,
Chakrabarty R.K. Kinetics of sol-to-gel transition in irreversible particulate systems // J. Colloid Interface Sci.
2019. V. 550, № 1. P. 57…63.
9. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Теория протекания и проводимость сильно неоднородных сред
// Успехи физических наук. 1975. Т. 117, № 3.
С. 401…436.
10. Chatterjee A.P., Grimaldi C. Geometric percolation of spherically symmetric fractal aggregates
// J. Stat. Phys. 2022. V. 188, № 29. P. 2…15.
11. Rishi K., Beaucade G., Kuppa V. et al. Impact
of an emergent hierarchical filler network on nanocomposite dynamics // Macromolecules. 2018. V. 51, № 23.
P. 7893…7904.
12. Zhang Q., Wang J., Zhang B.Y. et al. Improved
electrical conductivity of polymer/carbon black composites by simultaneous dispersion and interaction-induced network assembly // Composites Sci. Techn.
2019. V. 179, № 2. P. 106…114.
REFERENCES
composites fabricated by resin transfer molding // Carbon. 2010, V. 48, № 2. P. 260…266.
2. Kobashi K., Nishino H., Yamada T. etc. Epoxy
composites sheets with a large interfacial area from a
high surface area-suppling single-walled carbon nanotube scaffold filler // Carbon. 2011, V. 49, № 17.
P. 5090…5098.
3. Wang X., Yong Z.Z., Li Q.W. et al. Ultrastrong
stiff and multifunctional carbon nanotube composites //
Mater. Res. Lett. – 2013, V. 1, № 1. P. 19…25.
4. Klimova N.S. Qualitative assessment of the operational properties of polymer threads at the stage of
their design and production organization // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 2023. № 5(407). P. 62…66.
5. Mikitaev A.K., Kozlov G.V., Zaikov G.E. Polymer nanocomposites: variety of structural forms and applications. New York: Nova Science Publishers, Inc.,
2008. 319 p.
6. Kozlov G.V., Dolbin I.V. Aggregation of nanofiller in polymer/carbon nanotube composites // Journal
of Applied Mechanics and Technical Physics. 2020.
V. 61, № 2. P. 263…266.
7. Atlukhanova L.B., Kozlov G.V. Physical chemistry of polymer-carbon nanotube nanocomposites.
Moscow: Sputnik +, 2020. 292 p.
8. Liu P., Heinson W.R., Sorensen C.M.,
Chakrabarty R.K. Kinetics of sol-to-gel transition in irreversible particulate systems // J. Colloid Interface Sci.
2019. V. 550, № 1. P. 57…63.
9. Shklovskiy B.I., Efros A.L. Theory of percolation and conductivity of highly inhomogeneous media
// Uspekhi fizicheskikh nauk. 1975, V. 117, № 3.
С. 401…436.
10. Chatterjee A.P., Grimaldi C. Geometric percolation of spherically symmetric fractal aggregates
// J. Stat. Phys. 2022. V. 188, № 29. P. 2…15.
11. Rishi K., Beaucade G., Kuppa V. et al. Impact
of an emergent hierarchical filler network on nanocomposite dynamics // Macromolecules. 2018. V. 51, № 23.
P. 7893…7904.
12. Zhang Q., Wang J., Zhang B.Y. et al. Improved
electrical conductivity of polymer/carbon black composites by simultaneous dispersion and interaction-induced network assembly // Composites Sci. Techn.
2019. V. 179, № 2. P. 106…114.
Рекомендована кафедрой органической химии
и высокомолекулярных соединений КБГУ. Поступила 06.05.24.
_______________
1. Cheng Q.F., Wang J.P., Wen J.J., Liu C.H.,
Jiang K.L., Li Q.Q., Fan S.S. Carbon nanotube/epoxy
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
233
УДК 677.024
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_234
РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ, РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА
ГИБКИХ ПЛОСКОСВОРАЧИВАЕМЫХ РУКАВОВ
ПРИ ДЕЙСТВИИ ВНУТРЕННЕГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ
THEORY DEVELOPMENT, CALCULATION METHOD DEVELOPMENT
OF FLEXIBLE FLAT HOSES UNDER THE ACTION
OF INTERNAL HYDRAULIC PRESSURE
С.Г. СТЕПАНОВ1, Д.А. БУЛАНОВ2, О.А. ДОДОНОВ3, Ю.С. КАБАНОВА3, С.М. СТЕПАНОВА4
S.G. STEPANOV1, D.A. BULANOV2, O.A. DODONOV3, Y.S. KABANOVA3, S.M. STEPANOVA4
(1Ивановский государственный энергетический университет,
Ивановский государственный политехнический университет,
3
АО «Ивхимпром»,
4
Ивановский филиал Российского экономического университета им. Г.В.Плеханова)
2
(1Ivanovo State University of Energy,
Ivanovo State Polytechnic University,
3
JSC "Ivkhimprom",
4
Ivanovo branch of the Russian University of Economics named after G.V. Plekhanov )
2
E-mail:[email protected]
Разработаны теоретические положения по расчету прочности под действием внутреннего гидравлического давления гибких плоскосворачиваемых
рукавов, получаемых методом экструзии нагретого жидкого полиуретана
через армирующие тканые каркасы. На основе нелинейной теории изгиба
гибких нитей и принятых допущений применительно к нитям и материалу,
из которого они состоят, получена математическая модель взаимодействия нитей в армирующем тканом каркасе саржевого переплетения гибкого плоскосворачиваемого рукава при внутреннем гидравлическом воздействии жидкости. На основании математической модели получена зависимость, связывающая внутреннее давление в рукаве со средними силами растяжения в уточной нити и связующем (полиуретане), геометрической
плотностью уточных нитей тканого армирующего каркаса, радиусом и
толщиной стенки гибкого плоскосворачиваемого рукава. Показано, что полученная зависимость остается справедливой и для армирующих каркасов
полотняного переплетения.
Theoretical principles have been developed for calculating the strength of flexible flat-fold hoses produced by extruding heated liquid polyurethane through reinforcing woven frames under internal hydraulic pressure. Based on the nonlinear
theory of bending of flexible threads and the assumptions made with respect to the
threads and the material they consist of, a mathematical model of the interaction of
threads in a reinforcing woven frame of twill weave of a flexible flat-fold hose under
the internal hydraulic action of a liquid is obtained. The mathematical model has
been used to obtain a dependence linking the internal pressure in the hose with the
average tensile forces in the weft thread and binder (polyurethane), the geometric
density of the weft threads of the woven reinforcing frame, and the radius and wall
thickness of the flexible flat-fold hose. It is shown that the obtained dependence remains valid for reinforcing frames of plain weave.
234
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Ключевые слова: гибкие плоскосворачиваемые рукава, армирующий
тканый каркас, полиуретановое связующее (матрица), внутреннее давление жидкости, математическая модель взаимодействия нитей, расчет на
прочность.
Keywords: flexible flat-fold hoses, reinforcing woven frame, polyurethane
binder (matrix), internal fluid pressure, mathematical model of thread interaction, strength calculation.
Введение
В [1] рассмотрены назначение, характеристики, устройство, технология производства, проблемы расчета, проектирования и
изготовления используемых в различных отраслях гибких плоскосворачиваемых рукавов (ГПР), получаемых методом экструзии
нагретого жидкого полиуретана через армирующие тканые каркасы.
Следует отметить, что число публикаций по расчету ГПР на основе полиуретанового связующего (матрицы) при действии
внутреннего гидравлического давления к
настоящему времени невелико (работы
[1, 2, 3]). Существенно большее количество
публикаций посвящено расчету напорных
пожарных рукавов (НПР), которые представляют собой разновидность гибких
плоскосворачиваемых рукавов, но отличаются от ГПР на основе полиуретана не
только материалами (резина, латекс вместо
полиуретана), устройством тканого армирующего каркаса (как правило, полотняное
переплетение вместо саржевого), но и технологией изготовления и неспособностью
выдерживать высокое гидравлическое воздействие.
Основы прочностного расчета ПНР при
действии внутреннего гидравлического давления заложены д.т.н. Степановым С.Г. и
описаны в [4, 5]. Они получили дальнейшее
развитие в работах [6…10]. Указанные немногочисленные публикации по расчету
ГПР на основе полиуретанового связующего не отражают в полной мере поведение
этих изделий при гидравлическом воздействии, а теоретические положения и зависимости для расчета на прочность ГПР при
действии внутреннего гидравлического
давления не учитывают ряд важных особенностей работы и требуют уточнения.
Во всех этих работах слои резины (латекса), низкомодульного полиуретана вообще не учитывались в расчетах, так как
принималось, что эти слои обладают несоизмеримо меньшей жесткостью по сравнению с нитями армирующего каркаса (корда).
Однако такой подход не лишен недостатков:
1) возрастание неточности при расчете
рукавов со связующим с более высоким модулем упругости, т. к. влиянием последнего
пренебречь уже нельзя;
2) отсутствие возможности оценки влияния характеристик связующего на прочность рукавов.
При учете связующего мы уходим от
рассмотрения чисто волокнистой структуры периодически повторяющегося элемента (ППЭ) армирующего каркаса ГПР к
элементам, содержащим полиуретан, т. е. к
полимерным композиционным материалам,
армированным тканью, которые согласно
[15] представляют собой очень сложный
для расчета класс композитов в силу следующих особенностей:
1) из-за переплетения нитей (волокон)
жесткость и напряженное состояние в пределах ППЭ структуры непрерывно меняется от сечения к сечению, а в пределах любого сечения распределение напряжений
имеет сложный неоднородный характер;
2) присущая гибким тканевым композитам геометрическая нелинейность оказывает существенное влияние на их механические характеристики;
3) механические характеристики тканевого композита зависят от вида переплетения нитей армирующей ткани, что существенно усложняет расчет.
Анализ работ по моделированию и расчету тканевых композитов с учетом структурной механики и микронеоднородности
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
235
композита, при котором последний принимается гетерогенным материалом и учитывается как волокно, так и связующее
[15…22], показал, что при выводе теоретических положений, как правило, используется достаточно широкая система допущений, обусловленная сложностью рассматриваемой задачи.
Ряд исследователей [23…25] пошел по
пути использования метода конечных элементов (МКЭ). Однако такой подход уже
при расчете сравнительно малой локальной
зоны тканевого композита приводит к существенным вычислительным затратам
даже при моделировании только его упругого поведения. При моделировании на основе МКЭ нелинейного поведения тканевых композитов или при расчете нагруженных изделий из них, когда нужно будет оперировать сотнями тысяч конечных элементов, трудности могут приобрести непреодолимый характер даже при использовании
суперкомпьютерных технологий расчета.
Отметим еще один существенный недостаток большинства перечисленных выше
работ [15…25] по расчету тканевых композитов: не учитывается основное геометрическое соотношение, связывающее деформации двух систем нитей в единую систему –
однослойную ткань: суммы высот волн изгиба нитей в ППЭ и суммы диаметров нитей с учетом их смятия. Для тканей полотняного переплетения они равны, для тканей
других переплетений геометрические соотношения получены в работе [11]. Неучет
данных соотношений фактически означает,
что каждая система нитей в ППЭ работает
независимо от другой, и говорить о таком
целостном изделии, как ткань, нельзя.
При этом рассматриваемые математические модели структуры тканевого композита [15…22] и результаты моделирования
его напряженно-деформированного состояния на основе МКЭ [23…25] не могут быть
использованы для расчета ГПР, поскольку
не учитывают целый ряд особенностей работы этих изделий под действием внутреннего давления.
Целью настоящего исследования является развитие теории, разработка более точ-
236
ной и усовершенствованной методики расчета и проектирования ГПР на основе положений нелинейной механики гибких нитей
и теории строения тканей главных переплетений как для выяснения причин разрывов
рукавов, так и для создания новых высокотехнологичных видов этих изделий.
Методы исследования
Выполнен анализ структур армирующих
каркасов ГПР, который показал, что все они
состоят из однослойных бесшовных тканых
оболочек саржевого переплетения. По длине
ГПР проложены основные нити, которые
взаимно переплетены с уточными нитями,
располагающимися по его окружности. Армирующий тканый каркас в ГПР воспринимает основную часть нагрузки от воздействия жидкости и обеспечивает высокое рабочее давление трубопровода.
При разработке теоретических положений и выводе уравнения для расчета на
прочность ГПР будем использовать основные положения нелинейной теории строения тканей главных переплетений [11].
Принимаем следующие допущения применительно к нитям тканого армирующего
каркаса ГПР и материалу, из которого они
состоят:
1. Нити состоят из материала, отвечающего требованиям изотропности, однородности и сплошности (геометрические объемы нитей не имеют пустот, их сплошь заполняют тонкие однородные волокна или
они состоят из сплошного однородного вещества).
2. Нити обладают жесткостью на изгиб
и растяжение.
3. Поперечные нормальные сечения
нити, плоские до деформации, остаются
плоскими и после деформации (гипотеза
плоских сечений Бернулли).
4. Перемещения точек осевой линии
нити могут быть большими, но материал
нити работает в пределах закона Гука, то
есть рассматривается задача в геометрически нелинейной и физически линейной постановке.
В [11] обосновывается необходимость
принятия каждого из этих допущений.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Далее будет принят еще ряд допущений,
которые целесообразно привести и обосновать по ходу решения задачи.
Рассмотрим равновесие отрезков основной (рис. 1, а) и уточной (рис. 1, б) нитей
тканого армирующего каркаса ГПР на основе переплетения саржа 1/2 без слоев полиуретана под действием внешних и внутренних силовых факторов.
а)
б)
Рис. 1
Поверхности полиуретана условно обозначены пунктирными линиями. В тканом
армирующем каркасе ГПР эти отрезки нитей взаимно переплетены, взаимодействуют друг с другом и представляют собой периодически повторяющийся элемент ткани
каркаса. На рис. 1 обозначены:
NO1 , NO2 , МО1 , МО2 , QО1 , QО2 соответственно натяжения, изгибающие моменты
и поперечные силы в уточной и основной
нитях в краевых сечениях;
qO, qУ , qO1, qУ1 , qГО , qГУ отнесенные
к единице длины распределенные нагрузки,
действующие на нити утка и основы, которые принимаем равномерно распределенными и направленными по нормалям к осям
и контурам поперечных сечений нитей;
l1, l2, l3, l4 , l5, l6 , s1, s2, s3, s4, s5, s6 координаты, определяющие действие распределенных нагрузок в зонах контакта уточины и основы;
О1, О2 – начало систем координат vO1 z
и уО2 х;
LO, LУ – геометрические плотности соответственно по основе и утку;
Т толщина стенки ГПР;
hО, hУ прогибы соответственно основы
и утка в вертикальных плоскостях, проходящих через центры сечений нитей.
Получим выражения для распределенных нагрузок qГО, qГУ, действующих на
нити утка и основы, обусловленных воздействием внутреннего гидравлического давления в ГПР.
Давление от находящейся внутри рукава жидкости интенсивностью p будет передаваться на внутреннюю поверхность полиуретана и перераспределяться на отрезки
нитей. При этом отрезок основной нити будет полностью без потерь воспринимать
давление, передаваемое через внутренний
слой полиуретана, чего нельзя сказать об
отрезке утка со слоем полиуретана, так как
только часть давления будет воспринимать
уточная нить, а часть слой полиуретана
из-за возникающих натяжений в нити и
продольных усилий в их краевых сечениях,
обусловленных действием внутреннего давления.
На основании этого заключаем, что при
наличии гидравлического давления внутри
рукава интенсивностью p на каждую нить
по всей ее длине передаются давления, которые в пересчете на единицы длин нитей
будут:
для уточной нити
qГУ 0,5УВ pLУ ,
(1)
для основной нити
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
q ГO 0,5 pLO ,
(2)
237
где УВ коэффициент, показывающий, какая часть нагрузки воспринимается уточной нитью (0 < ОВ <1).
Если добавить к представленным на
рис. 1 отрезкам нитей основы и утка слои
полиуретана, приходящиеся на каждый из
них, то получим ППЭ ткани каркаса со слоями полиуретана стенки ГПР. При этом
объем полиуретана, приходящийся на отрезок основы, определяется как разница
между объемом параллелепипеда с длиной
3Ly и поперечным сечением LO на Т и объемом изогнутой основной нити, а объем полиуретана, приходящийся на отрезок утка,
будет иметь форму изогнутого параллелепипеда с длиной 3LО и поперечным сечением LУ на Т за вычетом объема изогнутой
уточной нити.
Нетрудно убедиться, что угол между
двумя прямыми, исходящими из центра поперечного сечения ГПР, одна из которых
совпадает с осью симметрии, а вторая проходит через центр поперечного сечения любой из крайних нитей основы (рис. 1, б), с
достаточной точностью определяется по
формуле:
1,5 LО
,
R 0,5T
где R – внутренний радиус стенки ГПР.
Используя в качестве основы нелинейную теорию строения тканей саржевого переплетения [11] и опуская промежуточные
выкладки, приведем нелинейную математическую модель взаимодействия нитей в
тканом армирующем каркасе ГПР саржевого
переплетения (саржа 1/2) при действии внутреннего гидравлического давления (рис. 1):
2
d 2
d
d 3
d d
АУ 3 0,5
Nо
qу 0 ,
dl
1 dl
dl l 0 dl dl
dv
tg ,
dz
(4)
(5)
2
d 2
d
d 3
d d
АО 3 0,5
N О2
qo 0,
s
0
ds
ds
ds ds
ds
dy
tg ,
dx
l
3
(3)
(6)
(7)
S3
q cos dl s q cos ds ,
У1
l
2
l
1
(8)
O1
2
S1
q cos dl q cosds ,
у
0
(9)
0
О
S1
S*
S3
S5
S*
0
0
S2
S4
S6
qO cos ds q ГО cos ds qO1 cos ds qO1 cos ds qO cos ds 0 , (10)
238
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
l1
l*
l3
l5
о
0
l2
l4
qУ cos dl qГУ cos dl qУ 1 cos dl qУ 1 cos dl
(11)
l*
qУ cos dl 2 NО2 sin 0,
l6
y(qО1 ) v(qУ 1 ) 0,5ОВ (qО )dО УВ (qУ )dУ 0,5ОВ (qO1 )dО УВ (qУ 1 )dУ , (12)
где
q у qУ 1 H (l l1 ) H (l l6 ) qУ 1 H (l l2 ) H (l l3 ) H (l l4 ) H (l l5 ) q ГУ ; (13)
q о qO 1 H (s s1 ) H (s s6 ) qO1 H (s s2 ) H (s s3 ) H (s s4 ) H (s s5 ) q ГО . (14)
Здесь φ, α – текущие значения углов поворота плоскостей сечений основной и
уточной нитей; s, l – текущие координаты
изогнутых осей основной и уточной нитей;
s*, l*– длины деформированных осей основной и уточной нитей в элементе тканого армирующего каркаса; y, x, v, z – координаты
произвольной точки осевой линии основной и уточной нитей в осях уО1 х и vO2 z;
АО, АУ – изгибные жесткости основной и
уточной нитей; qo, qу функции, определяющие действие распределенных нагрузок,
приложенных к отрезкам основы и утка;
dО, dУ, ηОВ, ηУВ соответственно диаметры
и коэффициенты вертикального смятия поперечных сечений нитей основы и утка;
H (l l j ) , H ( s s j ) – функции Хевисайда, характеризующие действие распределенных нагрузок на отрезки нитей [12];
y(qО1 ) hО ; v(qУ 1 ) hУ прогибы
соответственно основы и утка в вертикальных плоскостях, проходящих через центры
сечений нитей (рис. 1).
Уравнения (4), (5) и (6), (7) полученной
системы уравнений характеризуют равновесие рассмотренных отрезков соответственно уточной и основной нитей в элементе тканого армирующего каркаса саржевого переплетения. Уравнения (8), (9)
представляют собой равенство усилий при
взаимодействии нитей основы и утка в зонах контакта, (10), (11) – уравнения равенства нулю проекций сил на оси y, v соответственно для основной и уточной нитей.
Уравнение (12) – основное геометрическое
соотношение (условие совместности прогибов нитей) для тканей саржевого переплетения, связывающего системы уточной и
основной нитей. Подробный вывод уравнений (4)-(6) и геометрического соотношения
(12) приводится в работе [11].
На основании математической модели
(4)-(12) получим формулу для внутреннего
гидравлического давления p в ГПР.
Вследствие симметрии отрезков основной и уточной нитей по нагрузке и геометрии и с учетом малости параметра (3)
( sin ) уравнения (10), (11) могут быть
записаны в виде
s1
S*
S3
о
S1
S2
2 qO cos ds q ГО cos ds 2 qO1 cos ds 0 ,
l1
l3
l*
O
l2
О
2 qУ cosdl 2 qУ 1 cosdl q Г У cosdl 2 N O1 0 .
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
(15)
(16)
239
Используя соотношения (8), (9), приве-
дем (15) к виду:
l1
l3
S*
O
l2
О
2 qУ cosdl 2 qУ 1 cosdl q Г O cosds .
(17)
Подставив (17) в (16), получим:
l*
q
0
S*
ГУ
cos dl qГО cos ds 2 NO1 0 .
Первый член этого уравнения представляет собой вертикальную равнодействующую от внутреннего давления qГУ, приходящегося на отрезок нити утка (рис. 1, б), которая равна согласно [13] гидростатическому давлению жидкости, в нашем случае
интенсивности qГУ, на проекцию отрезка
нити утка на ось z, т. е. на 3LO .
Второй член вертикальная равнодействующая от внутреннего давления qГО на
отрезок нити основы (рис. 1, а), равная гидростатическому давлению жидкости интенсивности qГО на проекцию отрезка нити основы на ось x, т. е. на 3LУ. На основании
этого из (18) с учетом (1), (2) получаем выражение:
0,5УВ pLУ 3LO 0,5 pLО 3LУ 2NO1 0 , (19)
Необходимо отметить, что полученное
выражение и система (4)-(12) при УВ = 1
характеризуют взаимодействие нитей при
использовании низкомодульного связующего (матрицы) (в данном случае низкомодульного полиуретана), влиянием которого
на изгиб нитей армирующего каркаса и
прочность рукава можно пренебречь.
Именно такой подход был использован в
работах [1…10] при прочностном расчете
рукавов под действием внутреннего гидравлического давления, а также в [14] при
расчете прочности пневматических шин
под действием внутреннего давления воздуха при допущении о том, что вся нагрузка
воспринимается только нитями корда.
Результаты и их обсуждение
Изложим разработанный нами подход,
который позволяет при системе допущений
240
(18)
0
получить приближенную формулу для расчета ГПР.
Как уже отмечалось выше, объемы полиуретана, приходящиеся на отрезки основы и утка (см. рис. 1), имеют форму параллелепипеда с указанными размерами.
Если вычленить из объемов этих параллелепипедов объемы, занимаемые изогнутыми нитями, то первые будут иметь искривленные полости. Картина напряженнодеформированного состояния этих параллелепипедов с искривленными полостями
под нагрузкой будет иметь чрезвычайно
сложный характер, даже если не принимать
во внимание взаимодействие полиуретана с
волокнами нитей на границе двух фаз. С целью получения удобных формул для инженерных расчетов ГПР с учетом связующего
под действием внутреннего гидравлического давления принимаем следующие
упрощающие допущения:
1) во всех поперечных сечениях рассматриваемых параллелепипедов из полиуретана с искривленными полостями реализуется постоянная средняя продольная сила;
2) средняя продольная сила является
равнодействующей постоянных средних растягивающих напряжений, действующих в
поперечных сечениях параллелепипедов из
полиуретана с искривленными полостями;
3) площади поперечных сечений параллелепипедов из полиуретана принимаются постоянными по длине и определяются как разницы площадей поперечных сечений параллелепипедов и поперечных сечений нитей;
4) нити имеют постоянные по длине поперечные сечения в форме эллипсов, что
объясняется смятием нитей от нагрузок.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Принятие некоторых из этих допущений может показаться спорным. Однако
необходимо учитывать, что влияние связующего в виде полиуретана носит второстепенный характер по сравнению с влиянием
армирующего каркаса из полиэфирных нитей на прочность ГПР. Поэтому принятие
упрощающих допущений в таком виде, по
нашему мнению, не приведет к появлению
существенной неточности в расчетах, а,
наоборот, повысит точность расчетов по
сравнению со случаем, когда влияние полиуретанового связующего вообще не учитывается.
Уравнение равновесия в виде равенства
нулю проекций сил на ось v объема полиуретана с искривленной полостью (без отрезка уточной нити), имеющего форму изогнутого параллелепипеда с длиной 3LО и
поперечным сечением LУ на Т с продольными силами под углом ϴ в краевых сечениях и нагруженного частью внутреннего
давления, имеет вид:
учетом (3) и NO2 = NУВ (NУВ – среднее натяжение в уточной нити) имеем:
p
NУВ NУМ
.
LУ ( R 0,5Т )
(21)
Рассмотрим случай, когда армирующий
каркас ГПР имеет полотняное переплетение (рис. 2).
v 2N q 3L 0 , (20)
УМ
ГП
О
где qГП 0,5(1 УВ ) pLУ часть внутреннего давления, воспринимаемая объемом
полиуретана и отнесенная к единице его
длины; NУМ обусловленная действием
внутреннего давления средняя продольная
сила в поперечных сечениях параллелепипеда из полиуретана, приходящегося на рассматриваемый отрезок уточины, за вычетом
площади поперечного сечения последней.
Складывая левые и правые части уравнений (19) и (20), после преобразований с
Рис. 2
Нелинейная математическая модель
взаимодействия нитей в тканом армирующем каркасе ГПР полотняного переплетения при действии внутреннего гидравлического давления близка по структуре к математической модели (4)-(12), но будет иметь
следующие отличия:
1) функции qo, qу, определяющие действие распределенных нагрузок, приложенных
к отрезкам основы и утка, будут иметь вид:
qО qO 1 H ( s s1 ) H ( s s4 ) qO H ( s s2 ) H ( s s3 ) q ГО ;
qУ qУ 1 H (l l1 ) H (l l4 ) qУ H (l l2 ) H (l l3 ) q ГУ ;
2) вместо зависимости (3) для угла
(рис. 2, а) имеем
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
(22)
(23)
LО
; (24)
R 0,5T
241
3) вместо (8)-(11) получаем уравнения:
l3
l
1
о q cos dl о q cos ds ; (26)
у
S3
q cos dl s q cos ds ; (25)
у
s1
О
O
l
2
2
s1
S
S3
2 q cos ds q ГО cos ds qO cos ds 0 ;
о
l
O
0
q
ГУ
O
l1
l2
О
cos dl qУ cos d 2 qУ cos dl 2 N O1 sin 0 ;
hО hУ d О ОВ d y yВ ;
(29)
5) вместо уравнения (20) получим
v 2N
УМ
где
sin q ГП 2LО 0 , (30)
qГП 0,5(1 УВ ) pLУ .
l1
l3
S*
O
l2
О
2 qУ cos dl qУ cos dl q Г O cos ds . (32)
Подставляя (32) в (28) и учитывая, что
для малых углов sin , получим
S*
q cosdl q cosds 2N 0 . (33)
ГУ
0
ГО
O1
0
Учитывая, что первый и второй члены
левой части (33) представляют собой вертикальные равнодействующие от внутренних
давлений qГУ, qГО, приходящиеся на отрезки
нитей, которые равны гидростатическим
давлениям жидкости на проекции этих от-
242
(28)
резков на оси z и x (рис. 2), с учетом (1), (2)
получим
0,5УВ pLУ 2LO 0,5 pLО 2LУ 2NO1 0 .(34)
Складывая левые и правые части (34) и
(30), с учетом (31), (24) и NO1 = NУВ ( NУВ –
среднее натяжение в уточной нити) после
преобразований получаем формулу (21).
Таким образом, имеем одну и ту же зависимость (21) для расчета ГПР с ткаными
армирующими каркасами саржевого и полотняного переплетений.
(31)
Используя (25), (26), приведем уравнение (27) к виду
l*
S2
l3
4) вместо геометрического соотношения
для тканей саржевого переплетения (12)
имеем соотношение Н.Г. Новикова для тканей полотняного переплетения
(27)
ВЫВОДЫ
1. На основе нелинейной теории изгиба гибких нитей и принятых допущений
применительно к нитям и материалу, из которого они состоят, получена математическая модель взаимодействия нитей в армирующем тканом каркасе саржевого переплетения ГПР при внутреннем гидравлическом воздействии жидкости.
2. На основе полученной математической модели при отсутствии внутреннего
гидравлического давления (qГУ=qГУ=0) могут быть определены такие параметры
строения ткани армирующего каркаса ГПР,
как уработки нитей, высоты изгиба нитей
основы и утка и их отношение (порядок
фазы строения ткани), формы осевых линий нитей в ткани, длины нитей, сила давления между нитями, толщина и наполнение ткани волокнистым материалом и т. д.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
3. На основании математической модели получена зависимость, связывающая
внутреннее давление в рукаве со средними
силами растяжения в уточной нити и
связующем (полиуретане), геометрической
плотностью уточных нитей армирующего
каркаса, радиусом и толщиной стенки ГПР.
4. Полученная зависимость может быть
использована для расчета ГПР, а также
близких к ним по структуре НПР с ткаными
армирующими каркасами саржевого и
полотняного переплетений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бахарев Б.А., Степанов С.Г. Мобильные
плоскосворачиваемые трубопроводные системы:
расчет, проектирование // Физика волокнистых материалов: структура, свойства, наукоемкие технологии и материалы (SMARTEX–2017): сб. матер. ХIХ
междунар. науч.-техн. форума. Иваново, 2017.
С. 78…80.
2. Степанов С.Г., Бахарев Б.А. Мобильные
плоскосворачиваемые трубопроводные системы на
основе композитов из синтетических нитей и уретановых связующих: назначение, устройство, проблемы проектирования и изготовления // Ключевые
тренды в композитах: наука и технологии: сб. матер.
междунар. конф. по композитам. М.: МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2019. С. 713…719.
3. Степанов С..Г., Бахарев Б.А. Назначение,
характеристики, конструкции, проблемы расчета,
проектирования и изготовления мобильных плоскосворачиваемых трубопроводных систем на основе
композитов из тканых армирующих каркасов и полиуретановых связующих // Новые полимерные
композиционные материалы. Микитаевские чтения:
сб. матер. XVI междунар. науч.-практ. конф. Нальчик: Принт Центр, 2020. С. 421…425.
4. Моторин Л.В., Степанов О.С., Братолюбова Е.В. Математическая модель для прочностного
расчета напорных пожарных рукавов при гидравлическом воздействии // Известия высших учебных
заведений. Технология текстильной промышленности. 2010. №8. С. 103…109.
5. Моторин Л.В., Степанов О.С., Братолюбова Е.В. Упрощенная математическая модель для
прочностного расчета напорных пожарных рукавов
при гидравлическом воздействии // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной
промышленности. 2011. №1. С. 126…133;
6. Степанов О.С., Братолюбова Е.В., Широков А.А. Исследование влияния различных факторов
на прочность напорных пожарных рукавов при
гидравлическом воздействии // Известия высших
учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2012. № 4. С. 105…108.
7. Арипбаева А.Е., Мырхалыков Ж.У., Койфман О.И. и др. Методика расчета и рационального
проектирования армирующих каркасов напорных
пожарных рукавов на основе синтетических нитей
// Известия высших учебных заведений. Химия и
химическая технология. 2016. Т. 59. Вып. 10.
С. 83…87.
8. Арипбаева А.Е., Мырхалыков Ж.У., Койфман О.И. и др. Перспективное направление в области расчета и проектирования армирующих каркасов
напорных пожарных рукавов на основе синтетических нитей // Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2016. Т. 59.
Вып. 7. С. 92…95.
9. Арипбаева А.Е. Развитие теории, разработка методов расчета и проектирования тканых армирующих каркасов пожарных напорных рукавов:
дис. … д-ра философии (PhD). Шымкент. Республика Казахстан. 2018. 159 с.
10. Логинова Л.В., Арипбаева А.Е. О перспективах использования нитей из сверхвысокомолекулярного полиэтилена для производства
пожарных напорных рукавов с улучшенными
свойствами // Известия высших учебных заведений.
Технология текстильной промышленности. 2017.
№ 4. С. 111…114.
11. Чистобородов Г.И., Степанов С.Г., Федоров Ю.А. Прикладные задачи нелинейной механики
гибких нитей. Иваново: ИГАСУ; ИГТА, 2008. 248 с.
12. Светлицкий В.А. Механика гибких стержней и нитей. М.: Машиностроение, 1978. 222 с.
13. Тарасов-Агалаков Н.А. Практическая гидравлика в пожарном деле. М.: Изд-во Министерства
коммунального хозяйства РСФСР, 1959. 134 с.
14. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных
конструкций. Статика. М., 1977. 488 с.
15. Композиционные материалы: справочник /
под ред. В.В. Васильева и Ю.М. Тарнопольского.
М.: Машиностроение, 1990. 515 с.
16. Круклиньш А,А. Структурные критерии
прочности тканевых пластиков // Механика композитных материалов. Рига: Риж. политехн. ин-т, 1984.
С. 57…74.
17. Круклиньш А,А. Структурная теория пластиков, армированных тканями: дис. … канд. техн.
наук. Рига: Риж. политехн. ин-т, 1985. 180 с.
18. Naik R.A. Analysis of women and braided
fabric reinforced composites / NASA CR-194930, 1994.
46 p.
19. Naik R.A. Failure fnalysis of women and
braided fabric reinforced composites / NASA CR194981, 1994. 47 p.
20. Edgren F., Asp L.E. Approximate analytical
constitutive model for non-crimp fabric composites //
Composites: Part A.2005.V. 36. P. 173…181.
21. Берендеев Н.Н. Описание поведения
тканого композита при статическом нагружении с
использованием структурной модели // Вестник
Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2013. № 4 (4). С.173…179.
22. Берендеев Н.Н., Кожанов Д.А., Любимов А.К.
Структурная модель гибкого тканого композита
// Проблемы прочности и пластичности. 2015. Т. 77.
№ 2. С. 162…171.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
243
23. Verpoest I., Lomov S.V.
Virtual textile
composites software Wisetex: integration with
micromectical, permeability and structural analysis //
Composites Science and Technology. 2005. Vol. 65.
P. 2563…2574.
24. Lomov S.V., Mikolanda T., Kosek M.,
Verpoest I. Model of internal geometry of textile
composite reinforcements: Data structure and virtual
reality implementation // Journal of the Textile Institute.
2007. Vol. 98. No. 1. P. 1…13.
25. Дмитриенко Ю.И. и др. Моделирование
поверхностей прочности композитов на основе
микроструктурного конечно-элементного анализа //
Наука и образование. 2012. № 11. С. 487…496.
REFERENCES
1. Bakharev B.A., Stepanov S.G. Mobile flatturnable pipeline systems: calculation, design// Physics
of fibrous materials: structure, properties, high–tech
technologies and materials (SMARTEX-2017):
collection of materials. XIX International Scientific and
Technical the forum. Ivanovo, 2017. P. 78…80.
2. Stepanov S.G., Bakharev B.A. Mobile flatturnable pipeline systems based on composites made of
synthetic yarns and urethane binders: purpose, device,
problems of design and manufacture // Key trends in
composites: science and technology: collection of
materials. International Conferences on Composites.
Moscow: Bauman Moscow State Technical University,
2019. Р. 713…719.
3. Stepanov S.G., Bakharev B.A. Purpose,
characteristics, designs, problems of calculation, design
and manufacture of mobile flat-turnable pipeline
systems based on composites from woven reinforcing
frames and polyurethane binders // New polymer
composite materials. Mikitaev readings: collection of
materials of the XVI international scientific and
practical conference. Nalchik: Print Center Publishing
House, 2020. Р. 421…425.
4. Motorin L.V., Stepanov O.S., Bratolyubova E.V. A mathematical model for the strength
calculation of pressure fire hoses under hydraulic action
// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2010. No.8.
Р. 103…109.
5. Motorin L.V., Stepanov O.S., Bratolyubova E.V. Simplified mathematical model for strength
calculation of pressure fire hoses under hydraulic action
// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2011. No.1.
Р. 126…133;
6. Stepanov O.S., Bratolyubova E.V., Shirokov A.A. Investigation of the influence of various factors
on the strength of pressure fire hoses under hydraulic
action // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii,
Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2012.
No. 4. Р. 105…108.
7. Aripbaeva A.E., Myrhalykov Zh.U., Koifman
O.I. et al. Methods of calculation and rational design of
reinforcing frames of pressure fire hoses based on
synthetic yarns // News of higher educational
244
institutions. Chemistry and chemical technology. 2016.
Vol. 59, Issue 10. Р. 83…87.
8. Aripbaeva
A.E.,
Myrhalykov
Zh.U.,
Koifman O.I. et al. A promising direction in the field of
calculation and design of reinforcing frames of pressure
fire hoses based on synthetic yarns // News of higher
educational institutions. Chemistry and chemical
technology. 2016. Vol. 59. Issue 7. Р. 92…95.
9. Aripbaeva A.E. Development of theory, development of calculation and design methods for woven reinforcing frames of fire pressure hoses. Dissertation for
the degree of Doctor of Philosophy (PhD). The Republic
of Kazakhstan. Shymkent. 2018. 159 p.
10. Loginova L.V., Aripbaeva A.E. On the
prospects of using ultrahigh molecular weight
polyethylene filaments for the production of fire
pressure hoses with improved properties // Izvestiya
Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2017. No. 4. Р. 111…114.
11. Chistoborodov G.I., Stepanov S.G., Fedorov Yu.A. Applied problems of nonlinear mechanics of
flexible filaments. Ivanovo: IGASU; IGTA, 2008.
248 p.
12. Svetlitsky V.A. Mechanics of flexible rods and
threads. M.: Mashinostroenie, 1978. 222 p.
13. Tarasov-Agalakov N.A. Practical hydraulics in
fire fighting. M.: Publishing House of the Ministry of
Public Utilities of the RSFSR, 1959. 134 p.
14. Biderman V.L. Mechanics of thin-walled
structures. Static. M., 1977. 488 p.
15. Composite materials: Handbook / edited by
V.V. Vasilyev and Yu.M. Tarnopolsky. M.:
Mashinostroenie, 1990. 515 p.
16. Kruklinsh A,A. Structural criteria of strength of
fabric plastics // Mechanics of composite materials.
Riga: Riga. politehn. in-t, 1984 Р. 57…74.
17. Kruklins A,A. Structural chemistry of plastics
reinforced with fabrics. Dissertation of the Candidate of
technical Sciences. Riga: Riga. politehn. in-t, 1985.
180 p.
18. Naik R.A. Analysis of women and braided
fabric reinforced composites / NASA CR-194930, 1994.
46 p.
19. Naik R.A. Failure fnalysis of women and
braided fabric reinforced composites / NASA CR194981, 1994. 47 p.
20. Edgren F., Asp L.E. Approximate analytical
constitutive model for non-crimp fabric composites //
Composites:Part A.2005.V.36.P. 173…181.
21. Berendeev N.N. Description of the behavior of
a woven composite under static loading using a
structural model // Bulletin of the Nizhny Novgorod
University named after N.I. Lobachevsky. 2013. No. 4
(4). Р. 173…179.
22. Berendeev
N.N.,
Kozhanov
D.A.,
Lyubimov A.K. Structural model of a flexible woven
composite//Problems of strength and plasticity. 2015.
Vol. 77. No. 2. Р. 162…171.
23. Verpoest I., Lomov S.V. Virtual textile
composites software Wisetex: integration with
micromectical, permeability and structural analysis
// Composites Science and Technology. 2005. Vol. 65.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
P. 2563…2574.
24. Lomov S.V., Mikolanda T., Kosek M.,
Verpoest I. Model of internal geometry of textile
composite reinforcements: Data structure and virtual
reality implementation // Journal of the Textile Institute.
2007. Vol. 98. No. 1. P. 1…13.
25. Dmitrienko Yu.I. et al. Modeling of composite
strength surfaces based on microstructural finite element
analysis // Nauka i obrazovanie. 2012. No. 11. Р. 487…496.
Рекомендована кафедрой мехатроники и радиоэлектроники ИВГПУ. Поступила 12.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
245
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 685.341.16, 685.34.021.3
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_246
РАЗРАБОТКА ЦИФРОВОГО МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ОБУВНЫХ КОЛОДОК
DEVELOPMENT OF A DIGITAL METHOD FOR DESIGNING
AND MANUFACTURING INDIVIDUAL SHOE LASTS
А.А. ВОЛКОВА, С.Ю. КИСЕЛЕВ, А.А. КОРОЛЬКОВА
A.A. VOLKOVA, S.Yu. KISELEV, A.A. KOROLKOVA
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: [email protected]
Внедрение цифровых технологий в производство одежды и обуви позволяет выйти на новый уровень индивидуализации продукции. Для того чтобы
в полной мере персонифицировать производство обуви, необходимо использовать индивидуальные колодки. Их разработка и изготовление становятся
более доступными благодаря применению цифровых технологий. В статье
показаны преимущества и перспективы цифровизации процессов проектирования и изготовления индивидуальной обуви. Предлагаемый метод проектирования и изготовления индивидуальных обувных колодок основан на использовании современных технологий, таких как 3D-сканирование, автоматизированное 3D-проектирование, аддитивные технологии быстрого прототипирования. Разработаны методика и алгоритм автоматизированного
проектирования поверхности колодки на основе антропометрических данных стопы. Описан процесс проектирования поверхности обувной колодки
по данным 3D-сканирования стопы. В ходе апробации предлагаемого алгоритма в программе Rhinoceros спроектирована индивидуальная колодка.
Рассмотрены возможные направления дальнейших исследований и определен основной круг пользователей индивидуальных обувных колодок и обуви.
The introduction of digital technologies in the production of clothing and footwear allows us to reach a new level of product individualization. In order to fully
personalize the production of shoes, it is necessary to use individual lasts. Their development and production are becoming more accessible through the use of digital
solutions. The article shows the advantages and prospects of digitalization of the
processes of designing and manufacturing individual shoes. The proposed method
for designing and manufacturing individual shoe lasts is considered. The method is
based on the use of modern technologies, such as 3D scanning, automated 3D de-
246
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
sign, and additive rapid prototyping technologies. A method and algorithm for automated design of the last surface based on anthropometric data of the foot have
been developed. The process of designing the surface of a shoe last based on 3D
scanning data of the foot is described. During testing of the proposed algorithm in
the Rhinoceros program, an individual block was designed. The article also discusses possible directions for further research and the main circle of users of individual shoe lasts and shoes.
Ключевые слова: персонифицированная обувь, индивидуальная обувная колодка, стопа, 3D-сканирование, цифровое проектирование, 3D-моделирование, аддитивные технологии.
Keywords: personalized shoes, individual shoe last, foot, 3D scanning, digital
design, 3D modeling, additive technologies.
Введение
Традиционное ручное проектирование и
изготовление колодки – это сложный процесс, требующий опыта и мастерства исполнителя. Из-за его высокой трудоемкости индивидуальные колодки используются лишь в сложной ортопедии или при
индивидуальном изготовлении обуви класса
«люкс» [1, 2].
В настоящее время в легкой промышленности наблюдается тренд на индивидуализацию производимого продукта. В условиях массового производства индивидуализация продукта достигается за счет его кастомизации [3]. В простейшем случае кастомизация обуви затрагивает только персонификацию эстетических характеристик
готового продукта на основе выбора из готовых вариантов сочетаний материалов,
фактур и цветов деталей обуви. Более глубокое внедрение технологий кастомизации
предполагает как внесение незначительных
изменений в конструкцию изделия в соответствии с предпочтениями конкретного
потребителя, так и корректировку формы и
размеров изделия в соответствии с его индивидуальными антропометрическими параметрами и анатомическими особенностями. Это может достигаться подгонкой
готового изделия или использованием в
процессе его изготовления индивидуально
доработанной технологической оснастки [2].
Высоко оценивая положительный эффект,
достигаемый кастомизацией, вместе с тем
нельзя не отметить ограниченность возможностей подгонки формы и размеров
массового продукта под индивидуальные
параметры конкретного заказчика. Так, достаточно большое число потребителей, особенно среднего и старшего возраста, сталкиваются с проблемой приобретения впорной обуви массового производства из-за
выраженных индивидуальных особенностей, связанных с нестандартными антропометрическими параметрами стоп или
наличием различных ортопедических патологий. И в большинстве случаев кастомизация не решает задачи оптимальной подгонки обуви для таких клиентов. Гораздо
больше возможностей индивидуализации
продукта обеспечивает персонифицированное производство, подразумевающее не
только выбор дизайна и материалов, но и
учет индивидуальных параметров и анатомических особенностей стопы, а также
предпочтений покупателя.
С развитием новых производственных
подходов, к числу которых относятся кастомизация и персонификация продукции,
возросла потребность в разработке инновационных решений для создания комфортной и функциональной обуви.
Колодка ключевой элемент в обувном
производстве, ее форма и размеры определяют не только внешний вид изделия, но и
соответствие обуви стопе, от которого в
значительной степени зависит ее удобство
в эксплуатации. Не все потребители удовлетворены комфортом, обеспечиваемым
обувью массового производства, спроектированной и изготовленной на стандартной
колодке. Наибольший комфорт в носке до-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
247
стигается только при использовании индивидуально изготовленной обуви, при этом
колодка, на которой производилась обувь,
должна быть или специально спроектирована по параметрам стопы заказчика, или
как минимум доработана с учетом этих параметров [1, 2]. Таким образом, получение
достаточно полной и достоверной информации о форме и размерах стопы является
необходимым условием для создания индивидуальной колодки. Применяемые до настоящего времени в индпошиве обуви ручные методы обмера не обеспечивают необходимой точности измерений и предоставляют ограниченный набор параметров, не
дающий полного представления об особенностях формы стопы заказчика.
3D-сканирование позволяет получить
точную цифровую модель стопы, которая
может быть использована для проектирования и изготовления индивидуальной колодки [4]. Применение 3D-систем автоматизированного проектирования дает возможность существенно снизить затраты
времени на разработку колодок, а использование аддитивных технологий производства, таких как 3D-печать, позволяет оперативно изготавливать спроектированные колодки из различных видов пластика с высокой степенью точности. Таким образом, исключается стадия ручного изготовления колодок, что позволяет сократить сроки и повысить эффективность производства, обеспечивая при этом более высокое качество
продукции по сравнению с традиционными
методами [5, 6].
Нами разработана и представлена [7]
концепция автоматизации процесса проектирования индивидуальной обувной колодки, основанная на использовании антропометрических данных, полученных в ходе
3D-сканирования стопы, и применении при
проектировании универсальных CAD/CAMсистем.
В данной статье рассмотрены разработанные алгоритм и методика цифрового
проектирования и изготовления индивидуальной обувной колодки, призванные снизить затраты на производство, сократить
сроки изготовления, обеспечить требуемый
уровень создаваемого комфорта в обуви за
248
счет лучшего соответствия ее внутренней
формы индивидуальным параметрам и особенностям стоп.
Методы сканирования стопы
3D-сканер это устройство, которое получает информацию об объекте, оцифровывая его с помощью датчиков, и использует
полученные данные для создания трехмерной модели. По сути, он создает цифровую
копию физического объекта любой конфигурации и степени сложности. Сам процесс
сканирования может происходить по-разному в зависимости от вида 3D-устройства
и применяемой технологии [4].
Для обмера стоп наибольший интерес
представляют бесконтактные 3D-сканеры
устройства, способные осуществлять сканирование на расстоянии, без физического
контакта с объектом.
Для сканирования стоп в настоящее
время применяются как стационарные, так
и портативные ручные сканеры. Последние, на наш взгляд, являются наиболее перспективными, так как обеспечивают высокую мобильность при проведении обмеров,
просты в эксплуатации, дают возможность
обмера стоп в различных положениях,
имеют не такую высокую стоимость, как
стационарные сканеры, в то время как обеспечиваемая ими точность измерений за последние годы существенно выросла и составляет порядка 50 мкм.
Современные ручные сканеры являются
универсальными инструментами сканирования различных объектов, в т. ч. человеческого тела. Их вес не превышает одного килограмма, а скорость сканирования позволяет быстро проводить обмер, не утомляя
обмеряемого. Сканирование стоп может
производиться в разных положениях и при
разных условиях нагрузки: в положении стоя
и в положении сидя; в ненагруженном и в
полунагруженном состоянии; в положении
равномерной нагрузки на обе стопы и при
полной нагрузке всей массой тела на одну
стопу; с опорой на ровную горизонтальную
поверхность и на профилированное основание с заданной высотой приподнятости
пятки; при опоре на мягкое основание.
Для получения исходных данных стопы,
оптимально отвечающих требованиям про-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ектирования индивидуальной колодки,
нами предлагается проводить сканирование в положении стоя при равномерной
нагрузке на обе стопы, опирающиеся на
профилированное основание с заданной
приподнятостью пяточной и носочной частей. Это позволит максимально передать
форму, размеры и габариты стопы для последующего 3D-проектирования колодки.
Учитывая уровень развития и практически повсеместную доступность современных инфокоммуникационных средств, сканирование стопы можно проводить дистанционно с последующей передачей полученных данных разработчику колодок.
Методы проектирования колодок
В настоящее время для автоматизированного проектирования колодок используются как универсальные, так и специализированные CAD/CAM-системы [2, 4, 8, 9].
Примерами универсальных САПР, пригодных для работы с объектами сложной
пространственной формы, к которым относится и обувная колодка, являются
Rhinoceros, CATIA, 3Ds MAX, SolidWorks
и др. Данные системы обладают большим
набором инструментов, позволяющим проводить практически любые манипуляции с
цифровым объектом. Они имеют определенные различия по функционалу, но, хорошо владея инструментарием, специалист
способен решить практически любую задачу либо в среде одной программы, либо
используя несколько разных, более подходящих под каждый конкретный процесс.
Основной недостаток универсальных программ заключается в том, что для проектирования обувной колодки они в большинстве своем довольно сложны, прежде всего,
в силу обширного инструментария и требуют расширенных навыков работы у пользователя.
На крупных обувных предприятиях для
проектирования колодок применяются узкоспециализированные программные продукты. К их числу относятся Shoemaster
(модуль Custom), LastMaker, EasyLast,
MindCAD 3D Last Design & Engineering
и др. Однако несмотря на то, что эти программы специально разработаны для обувной промышленности, они не дают возмож-
ности проектирования новой колодки непосредственно по данным стопы, поскольку в
них заложен принцип подбора и последующей модификации уже имеющейся колодки
из ранее созданной базы данных с учетом
размеров и индивидуальных особенностей
стопы. По сути, такой процесс автоматизированного проектирования мало чем отличается от ручной подгонки наиболее подходящей по размерам колодки с помощью
набивки личинок или подтачивания. Поэтому назвать полученную таким образом
колодку индивидуально спроектированной
по данным стопы нельзя. К тому же стоимость данных систем достаточно высока,
что затрудняет их приобретение небольшими предприятиями, занимающимися изготовлением индивидуальной обуви.
Методика автоматизированного проектирования
За основу при разработке методики автоматизированного проектирования индивидуальной колодки авторами взята методика построения колодок, разработанная на
кафедре художественного моделирования,
конструирования и технологии изделий из
кожи РГУ им. А.Н. Косыгина [9, 10]. Методика предусматривает построение контуров продольно-осевого и 10 поперечно-вертикальных сечений, кривой ребра следа, габаритных линий колодки по соответствующим линиям стопы. Важное значение при
этом отводится обеспечению научно обоснованного перехода от кривых габаритов
стопы к соответствующим габаритным линиям колодки, а также заданию требуемых
периметров сечений колодки. В результате
построения поверхность колодки получается заданной 3D-каркасом, образованным
кривыми габаритов колодки по ширине и
высоте, контурами продольно-осевого и поперечно-вертикальных сечений, кривыми
ребра следа и установочной площадки, что
позволяет с достаточной точностью передать форму и размеры колодки. На основе
3D-каркаса поверхности строится интерполяционная 3D-модель.
Для автоматизированного изготовления
колодки по имеющейся 3D-модели в условиях массового производства традиционно
используются программно-управляемые ко-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
249
пировально-фрезерные станки. В индивидуальном производстве обуви применение
таких станков является проблематичным,
поэтому, на наш взгляд, для изготовления
индивидуальных колодок значительный
интерес представляют аддитивные технологии, они также могут быть использованы
при производстве индивидуальных стелек,
подошв, каблуков и других деталей [5,6].
В настоящее время существуют различные
технологии 3D-печати, это направление постоянно развивается, появляются новые материалы и методы.
Среди множества технологий быстрого
прототипирования для обувного производства наиболее часто применяется технология послойного наплавления материала
FDM/FFF. Для печати используют термопластики: PLA, ABS, PETG и другие материалы [5, 6, 11].
В ходе исследования, проведенного в
Политехническом университете Бухареста,
были изготовлены и протестированы в производственных условиях обувные колодки
из различных материалов [12]. Колодка из
ABS-пластика выдержала затяжку и последующее нагревание в ходе крепления деталей низа обуви, в то время как колодки из
PLA и PETG-пластиков размягчились и потеряли форму. Это показывает важность
того, чтобы филамент по своим свойствам
подходил под определенные производственные задачи.
С учетом возможностей новых производственных технологий нами предложен
алгоритм проектирования и изготовления
персонифицированной обувной колодки
(рис. 1).
Алгоритм предусматривает следующую
последовательность действий:
1. Начальный этап предполагает получение данных о стопе с помощью 3D-сканирования. В данный момент на рынке
наблюдается большое разнообразие сканеров, различающихся по цене, размерам,
принципу действия и обеспечиваемой точности измерений. В связи с этим важной задачей является выбор сканера. Следующая
задача – это выбор методики сканирования.
Важное значение при этом имеет положение стопы во время сканирования. Еще одна
задача – это выбор программного обеспечения для обработки результатов сканирования. Большинство сканеров поставляются с
штатным ПО, но не всегда оно позволяет
получить требуемый вид данных о стопе.
Рис. 1
250
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Полученные результаты сканирования
заносятся в базу данных стоп, которая будет постоянно пополняться.
2. Методика проектирования включает
в себя выделение основных сечений и габаритных линий стопы по исходному облаку
точек, полученному в результате 3D-сканирования стопы, и последующее проектирование основных кривых и сечений колодки,
на основе которых строится ее интерполяционная поверхность. Спроектированные
колодки сохраняются в формате .stl в базе
данных колодок.
3. Подготовленная 3D-модель колодки
передается для печати на 3D-принтер. При
этом используется специализированное ПО
для подготовки модели к печати.
4. В зависимости от технологии печати
и используемых материалов может потребоваться постобработка колодки.
В ходе реализации предлагаемого алгоритма авторами в программе Rhinoceros
осуществлен процесс проектирования поверхности обувной колодки по данным 3Dсканирования стопы. На основе спроектированных контуров сечений и пространственных кривых получен 3D-каркас, по
которому построена интерполяционная поверхность колодки. Основной проблемой
получения интерполяционной поверхности
необходимой гладкости является обеспечение закономерного плавного изменения
формы поверхности при переходе между
контурами сечений, образующих исходный
каркас. Важную роль при этом играют
предварительно построенные габаритные
линии колодки. Окончательная гладкая
форма поверхности колодки достигается в
процессе интерактивной коррекции контуров сечений.
Полученная 3D-модель колодки (рис. 2)
может быть использована как основа для
дальнейшего проектирования деталей низа
или конструкции верха обуви.
Каждая разработанная колодка пополняет собой базу данных колодок.
При организации этапа 3D-печати колодки необходимо выбрать наиболее подходящую технологию печати, модель принтера, используемый материал. При этом
необходимо учитывать несколько крите-
риев: достаточную прочность материала и
термостойкость; необходимость постобработки с точки зрения оборудования и рабочей силы; стоимость 3D-принтера; затраты
на сырье и требования к обслуживанию
принтера.
Рис. 2
На выбор технологии и оборудования
также влияют габариты рабочей площадки
принтера; точность построения до 0,5 мм;
возможность использования широкого
спектра филаментов.
ВЫВОДЫ
Традиционная технология индивидуального изготовления обуви предусматривает
значительную долю ручного труда, что
приводит к затягиванию сроков изготовления и увеличению общих затрат. Предлагаемый метод позволяет существенно снизить временные и материальные затраты на
производство при одновременном повышении качества индивидуальной обуви.
Предлагаемый метод проектирования и
изготовления индивидуальных обувных колодок может быть использован при изготовлении обуви как для людей с нестандартными параметрами и патологиями стоп, так
и для спортсменов, танцоров, широкого
круга лиц, стремящихся получить максимальный комфорт при ношении обуви.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mishra M.K., Abtew M.A., Bruniaux P. Customization of shoe last based on 3D design process with adjustable 3D ease allowance for better comfort and design
// The International Journal of Advanced Manufacturing
Technology. 2022. Vol. 123. рр. 3131…3146. –
https://doi.org/10.1007/s00170-022-10427-5.
2. Ермакова Е.О. Разработка концепции кастомизации ортопедической обуви: дис. … канд. техн.
наук. М., 2022. 179 с.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
251
3. Медведева О.А., Рыкова Е.С. Кастомизация
как основной вектор развития предприятий легкой
промышленности в новых условиях развития рынка
// Научный журнал «Костюмология». 2021. №1. Т. 6.
С. 1…11. – DOI: 10.15862/21IVKL121.
4. Сказкин А.В., Фукин В.А. Методика проектирования обувной колодки на основе технологии
трехмерного сканирования // Дизайн и технологии.
2010. № 17(59). С. 48…51.
5. Коновалова О.Б., Костылева В.В., Федосеева Е.В. Особенности создания обуви с использованием 3D-технологий и 3D-печати // Костюмология.
2022. Т. 7, № 1.
6. Минец В.В., Татарчук И.Р., Белицкая О.А.,
Литвин Е.В. Применение 3D-технологий быстрого
прототипирования при изготовлении оснастки обувного производства и апробация формальной модели
экспресс-формы для литьевого агрегата // Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2(398). С. 329…333.
– DOI 10.47367/0021-3497_2022_2_329.
7. Волкова А.А., Киселев С.Ю. Концепция автоматизации процесса проектирования индивидуальной обувной колодки // Инновационное развитие
техники и технологий в промышленности. Ч. 1. М.:
РГУ им. А.Н. Косыгина, 2023. С. 36…39.
8. Буй В.Х., Фукин В.А. Интерактивное автоматизированное проектирование внутренней формы
обуви // Кожевенно-обувная промышленность. 2005.
№ 3. С. 30…32.
9. Киселев С., Фукин В.А., Шарипова Е.И. Построение контура открытого сечения колодки по
данным стопы // Кожевенно-обувная промышленность. 2006. № 4. С. 42…43.
10. Киселев С.Ю., Волкова А.А., Макарова Н.А.,
Козлов А.С. К вопросу проектирования области
гребня обувной колодки // Фундаментальные и прикладные научные исследования в области инклюзивного дизайна и технологий: опыт, практика и
перспективы. Ч. 1. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2022.
С. 222…227.
11. Коновалова О.Б., Минец В.В., Бокова Е.С. и
др. Полимерные материалы для 3D-печати и возможность их применения в обувном производстве:
группа крупнотоннажных полимеров /// Известия
высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2022. № 2(398). С. 304…311.
– DOI 10.47367/0021-3497_2022_2_304.
12. Amza C., Zapciu A., Popescu D. 3D-Printed
shoe last for bespoke shoe manufacturing // MATEC
Web of Conferences 290, 04001 (2019).
https://doi.org/10.1051/matecconf/201929004001.
REFERENCES
1. Mishra M.K., Abtew M.A., Bruniaux P. Customization of shoe last based on 3D design process with
adjustable 3D ease allowance for better comfort and design // The International Journal of Advanced Manufac-
252
turing Technology. 2022. Vol. 123. рр. 3131…3146. –
https://doi.org/10.1007/s00170-022-10427-5
2. Ermakova E.O. Development of the concept of
customization of orthopedic shoes: dissertation for the
degree of candidate of technical Sciences. Moscow,
2022. 179 p.
3. Medvedeva O.A., Rykova E.S. The main directions of development for light industry enterprises in the
context of a pandemic // Journal of Clothing Science.
2021, 1 (6). рр. 1…11. – DOI: 10.15862/21IVKL121.
4. Skazkin A.V., Fukin V.A. The methodology of designing shoe pads based on three-dimensional scanning
technology // Design and Technologies. 2010.
№ 17(59). P. 48…51.
5. Konovalova O.V., Kostyleva V.V., Fedoseeva E.V. Features of creating shoes using 3D technologies and 3D printing // Journal of Clothing Science.
2022. Vol. 7, No. 1. P. 1…3.
6. Minets V.V., Tatarchuk I.R., Belitskaya O.A.,
Litvin E.V. Application of 3d-technologies for fast prototyping in the manufacture of tooling for the production
of footwear and approbation of a formal model of express form for a casting unit // Izvestiya Vysshikh
Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya Tekstil'noi
Promyshlennosti. 2022. № 2(398). P. 329…333. – DOI
10.47367/0021-3497_2022_2_329.
7. Volkova A. A., Kiselev S. Yu. The concept of automation of the design process of individual shoe pads //
Innovative development of technology and technologies
in industry. Part 1. Moscow: Kosygin Russian State University, 2023. P. 36…39.
8. Bui V.H., Fukin V.A. Interactive computer-aided
design of the inner shape of shoes // Leather and shoe
industry. 2005. No. 3. P. 30…32.
9. Kiselev S., Fukin V.A., Sharipova E.I. Construction of the contour of the open section of the shoe according to foot data // Leather and shoe industry. 2006.
No. 4. P. 42…43.
10. Kiselev S. Y., Volkova A.A., Makarova N.A., Kozlov A. S. On the issue of designing the area of the shoe
shoe ridge // Fundamental and applied scientific research in the field of inclusive design and technology:
experience, practice and prospects. Part 1. Moscow: Kosygin Russian State University, 2022. P. 222…227.
11. Konovalova O.B., Minets V.V., Bokova E.S et al.
Polymer materials for 3D printing and the possibility of
their use in shoe production: a group of large-tonnage
polymers // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii,
Seriya Teknologiya Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022.
№ 2(398). – P. 304…311. – DOI 10.47367/00213497_2022_2_304.
12. Amza C., Zapciu A., Popescu D. 3D-Printed
shoe last for bespoke shoe manufacturing // MATEC
Web of Conferences 290, 04001 (2019).
https://doi.org/10.1051/matecconf /201929004001.
Рекомендована кафедрой художественного моделирования, конструирования и технологий изделий
из кожи РГУ им. А.Н. Косыгина. Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 519.7 681.5 677 687
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_253
ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ОБОГРЕВАТЕЛЬНОЙ СЕКЦИИ ОДЕЖДЫ С УГЛЕРОДНОЙ ЛЕНТОЙ
DYNAMIC MODEL IDENTIFICATION
OF THE HEATING SECTION OF CLOTHES WITH CARBON TAPE
О.М. ВЛАСЕНКО, А.А. КАЗНАЧЕЕВА, С.В. ЗАХАРКИНА
O.M. VLASENKO, A.A. KAZNACHEEVA, S.V. ZAKHARKINA
(Российский государственный университет им. А. Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство))
(The Kosygin State University of Russia)
E-mail: vlasenko-om@rguk-ru
Актуальная задача разработки автоматической системы регулирования
температуры в спецодежде для работы в экстремальных условиях включает в
себя разработку компактных обогревательных элементов, подбор технических средств автоматизации, источника питания, а также моделирование
системы управления работой обогревательных элементов. Одним из первых
этапов моделирования системы является получение динамической модели обогревательной секции как объекта управления. В статье приведено описание
экспериментального исследования обогревательной секции одежды на основе
углеродной ленты. По экспериментальным данным построены кривые разгона
и проведена идентификация моделей ленты и секции по трем методам: методу характерных точек, методу Орманса и методу Круга – Мининой. Проведен сравнительный анализ полученных моделей по среднеквадратическому отклонению модели от экспериментальных данных. Определены передаточные
функции и переходные характеристики отдельно для углеродной ленты и
внешнего слоя секции. В дальнейшем они будут использованы для построения
автоматической системы регулирования температуры, выбора закона регулирования и параметров настройки регулятора.
The current task of developing an automatic temperature control system in workwear for working at low temperatures includes the development of compact heating
elements, selection of automation equipment, and a power source. Modeling the
control system to determine optimal control modes is a necessary step. The first stage
of system modeling involves obtaining a dynamic model of the heating section as a
control object. The article describes an experimental study of the heating section of
clothing based on carbon tape. Acceleration curves based on experimental data were
plotted. Model identification using three methods: the Characteristic Point method,
the Ormans method and the Krug-Minina method was carried out. A comparative
analysis of the resulting models was carried out based on the standard deviation of
the model from the experimental data. The transfer functions and transient characteristics are determined separately for the carbon tape and the outside layer of the
section. In the future, they will be used to build an automatic temperature control
system, select a control law and regulator settings.
Ключевые слова: обогревательная секция, передаточная функция, динамическая модель, углеродная лента, постоянная времени, запаздывание,
переходная характеристика, метод Орманса, идентификация модели.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
253
Keywords: heating section, transfer function, dynamic model, carbon tape,
time constant, delay, step response, the Ormans method, model identification.
Теплозащитная одежда с обогревательными секциями, выполненными на основе
углеродной ленты, – легкое, удобное и безопасное решение задачи обогрева человека
при длительной работе в условиях низких
температур. Внедрение в одежду активного
нагревательного элемента должно обязательно сопровождаться автоматической системой управления его работой. Автоматическая система регулирования (АСР) на базе
компактного микроконтроллера и цифровых датчиков позволит оптимально расходовать энергию источника питания, а также
обеспечит высокую точность поддержания
температуры в одежде на заданном уровне.
Многообразие различных вариантов
обогрева спецодежды, наличие быстро меняющихся возмущающих воздействий,
действующих на систему, появление различных интеллектуальных и цифровых технологий в области автоматизации и передачи данных – все это делает задачу проектирования обогревательной спецодежды с
АСР актуальной [1, 3…5]. В свою очередь,
проектирование автоматической системы
управления невозможно без этапа моделирования как отдельных элементов системы,
так и всей системы управления в целом
[4, 7…9].
Одной из первых задач при моделировании системы управления технологического
процесса является идентификация модели
объекта управления [9, 10].
Математические модели, описывающие
объект, могут быть выведены аналитически
исходя из представления о сущности физико-химических процессов, протекающих
в объекте, либо получены в результате проведения экспериментальных исследований
объекта и обработки полученного массива
данных. При этом экспериментальная модель – это формализованное уравнение,
связывающее входные и выходные переменные объекта и обеспечивающее совпадение выходных переменных объекта и модели при одинаковых входных воздействиях [10, 11].
254
Существуют различные методы идентификации моделей по экспериментальным
данным, они зависят от цели и вида получаемой модели, от доступного инструментария для исследования и обработки данных.
Наиболее известны методы параметрической идентификации [12, 13], методы получения модели в пространстве состояний [14],
метод упрощенной модели, метод Орманса,
характерных точек и другие [10, 15, 16].
Ранее были проведены исследования и
разработаны несколько вариантов электрообогревательных секций на основе углеродной ленты. По результатам проектных
расчетов подобраны схемы подключения
углеродных нагревательных лент, изготовлены образцы секций различных размеров
и проведены предварительные испытания
[1, 2].
По результатам данных испытаний выбраны следующие проектные решения: размер секции выбран 10х20 см, ленты располагаются в секции параллельно друг другу
на расстоянии 1 см (всего 4 ленты в секции), ленты подключаются к источнику питания параллельно. Общее сопротивление
ленты составляет 3,4 Ом. Ток в ленте необходимо поддерживать на уровне 0,5…0,7А.
Общий ток, подводимый к секции, должен
составлять 2…2,2 А, напряжение питания
6,5…6,8 В [2].
Следующим этапом является исследование свойств секции как объекта автоматической системы регулирования температуры, а именно идентификация ее динамической модели. Для решения данной задачи
была собрана схема экспериментальной
установки, включающая два цифровых датчика температуры DS18B20, подключенных к микроконтроллеру Arduino Uno, лабораторный источник постоянного напряжения и ноутбук, на котором через монитор
в среде IDE выводятся данные об измеряемой температуре. В коде микроконтроллера настроили сбор данных через каждые
20 секунд. Один датчик установили внутри
секции непосредственно в ленте, второй за-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
крепили на поверхности обогревательной
секции.
Провели серию опытов, по которым построили усредненные кривые разгона для
температуры ленты и секции (рис. 1).
проектирования одежды на основе таких
секций.
Далее провели расчеты динамической
модели отдельно ленты и секции. При этом
использовали три распространенных метода
идентификации: метод характерных точек,
метод Круга Мининой и метод Орманса,
провели их сравнительный анализ [3].
На рис. 2 приведены переходные характеристики для температуры ленты, построенные: по экспериментальным данным; по
уравнению модели, полученной по методу
характерных точек; по уравнению модели,
полученной по методу Круга Мининой;
по уравнению модели, полученной по методу Орманса.
Рис. 1
Для определения теплопроводности обогревательной секции использовали уравнение теплопроводности через тонкую стенку:
𝜆
𝑄 = 𝑆(𝜃л − 𝜃с ) ,
𝛿
(1)
где Q – подводимая тепловая мощность,
равная по закону Джоуля-Ленца подводимой электрической мощности, Вт; λ – коэффициент теплопроводности слоя секции от
ленты до поверхности, Вт/м2·К; δ – толщина
слоя секции, м; S – площадь секции, м2 ;
𝜃л – температура ленты, °С; 𝜃с – температура секции, °С.
Значения температур взяли при установившемся режиме нагрева. Разность температур составила 17°С.
Таким образом, коэффициент теплопроводности рассчитали по формуле:
𝜆=
𝐼2 𝑅∙𝛿
𝑆∙(𝜃л −𝜃с)
.
(2)
Получили коэффициент теплопроводности секции 0,097 Вт/м2К. Данный коэффициент является важной характеристикой
теплофизических свойств комплексного
материала с активным элементом обогрева,
образцом которого является рассматриваемая секция, и может быть использован для
Рис. 2
Опишем методы, по которым построены данные характеристики. Для применения данных методов экспериментальную
кривую разгона привели к безразмерному
виду – переходной функции, используя соотношение:
ℎ (𝑡 ) =
𝑦𝑖 −𝑦н
𝑦уст −𝑦н
,
(3)
где yi – i-е значение измеряемого выходного сигнала; yн – начальное значение входного сигнала на кривой разгона; yуст – установившееся значение выходного сигнала на
кривой разгона.
По методу характерных точек проводили идентификацию модели объекта регулирования как апериодического звена первого порядка:
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
𝑊 (𝑝) =
𝑘𝑜
,
𝑇𝑜 𝑝+1
(4)
255
где k0 – коэффициент передачи объекта, который определили как отношение изменения выходного сигнала к изменению входного в установившемся состоянии:
𝑘𝑜 =
𝑦уст −𝑦н
𝑥уст −𝑥н
.
(5)
По переходной функции определили
две временные точки t0,63 и t0,87 , соответствующие значениям выходного сигнала
0,63 и 0,87. Постоянную времени объекта
по методу характерных точек определили
следующим образом:
Т1 = t0.63, Т1 = t0.87/2, То =0,5(Т1+ Т2). (6)
По экспериментальной кривой разгона
(рис. 2) по методу характерных точек получена следующая модель:
𝑊 (𝑝) =
2.95
.
(7)
141𝑝+1
Уравнение модели, приведенное к реальным координатам:
−
Уравнение модели для данного случая,
приведенное к реальным координатам,
имеет вид:
𝜃 (𝑡 ) = 𝜃н + ∆𝜃(1 − 𝑒
𝑡−𝜏
𝑇𝑜
−
).
(12)
По методу Орманса проводили идентификацию модели объекта регулирования как
апериодического звена второго порядка:
𝑊 (𝑝) =
𝑘𝑜
.
(𝑇1𝑝+1)(𝑇2𝑝+1)
(13)
Значения постоянных времени в модели
(13) определяли по соотношениям:
T1 = Θ(1 – ψ)/2,
T2 = Θ(1 + ψ)/2,
(14)
где коэффициент Θ находили по формуле:
𝑡0,7
𝛩 = 1,2 , а коэффициент ψ определяли по
нормограмме (рис. 3) по точке, соответствующей значению h(t0,4), или для кривой
разгона y(t0,4)/yуст, причем для звена второго порядка t0,4 = t0,7 /3.
𝑡
𝜃 (𝑡) = 𝜃н + ∆𝜃(1 − 𝑒 𝑇𝑜 ).
(8)
По методу Круга Мининой проводили
идентификацию модели объекта регулирования как апериодического звена первого
порядка с запаздыванием:
𝑊 (𝑝) =
𝑘𝑜 ∙𝑒 −𝑝𝜏
𝑇𝑜 𝑝+1
,
(9)
где τ – запаздывание, с.
По переходной функции определили
две временные точки t0,33 и t0,7, соответствующие значениям выходного сигнала 0,33 и
0,7. Время запаздывания и постоянную времени объекта определили по следующим
соотношениям:
τ = 0,5·(3·t0,33 - t0,7), То =1,25·(t0,7 - t0,33). (10)
Модель ленты, полученная по методу
Круга Мининой, имеет вид:
𝑊 (𝑝) =
2.95𝑒 −31.7𝑝
118.13𝑝+1
.
(11)
Рис. 3
В нашем случае значение h(t 0,4) =
= y(t0,4)/yуст = 0,32. И по графику, приведенному на рис. 3, ψ2 = 0,925 или ψ = 0,962.
Модель ленты, полученная по методу
Орманса, имеет вид:
𝑊 (𝑝) =
2,95
(126,71𝑝+1)(2,47𝑝+1)
(15)
Уравнение переходной характеристики
модели для данного случая, приведенное к
реальным координатам:
−
𝑇
𝑡
−
𝑇
𝑡
1
2
𝜃(𝑡) = 𝜃н + ∆𝜃(1 − 𝑇 −𝑇
𝑒 𝑇1 + 𝑇 −𝑇
𝑒 𝑇2 ). (16)
1
256
.
2
1
2
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Сравнительный анализ моделей проводили по среднеквадратическому отклонению модели от экспериментальных данных:
𝜎=
1
𝑁
√∑𝑁
𝑖=1
(ℎэ (𝑡𝑖 ) − ℎм (𝑡𝑖 ))2 .
(17)
Для моделей, полученных по методу характерных точек и Орманса, это отклонение составило 0,16, тогда как для метода
Круга Мининой 0,31. Таким образом,
для дальнейших расчетов можно принять
модель (7) как наиболее близкую экспериментальным данным и простую по форме.
Аналогично получены передаточные
функции и уравнения переходной характеристики для секции по методу характерных
точек и методу Круга Мининой. Среднеквадратическое отклонение значений модели от экспериментальных данных для
обеих моделей составило 0,06.
Передаточная функция секции по методу характерных точек:
𝑊 (𝑝) =
1.05
.
182,56𝑝+1
(18)
Передаточная функция секции по методу Круга Мининой:
𝑊 (𝑝) =
1.05∙𝑒 −5.45𝑝
164.18𝑝+1
.
методу Орманса – апериодическое звено
второго порядка. Для дальнейших исследований делаем выбор в пользу более простой
модели.
(19)
Для решения задачи идентификации динамической модели объекта управления
АСР существует большое разнообразие
различных методов. Применение конкретного метода зависит от степени сложности,
характера экспериментального массива
данных и цели использования модели.
Для вывода динамической модели обогревательной секции на основе углеродной
ленты применили три наиболее удобных и
простых метода – метод характерных точек, метод Орманса и метод Круга Мининой. Методы характерных точек и Орманса
показали близкие по точности результаты,
лучшие по сравнению с методом Круга
Мининой. Модель, полученная по методу
характерных точек, представляет собой
апериодическое звено первого порядка, по
ВЫВОДЫ
На основе анализа существующих методов идентификации выбраны три метода:
метод Орманса, метод характерных точек и
метод Круга Мининой для обработки экспериментального массива данных и расчета
динамической модели обогревательной
секции.
Полученные передаточные функции и
переходные характеристики для ленты и
секции могут быть использованы для построения автоматической системы регулирования температуры, выбора закона регулирования и параметров настройки регулятора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Марчук Н.С., Власенко О.М. Спецодежда для
экстремальных условий с активными элементами //
Сборник научных трудов кафедры автоматики и
промышленной электроники. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2021. С. 125…132.
2. Григорьева С.М., Краснослободцев К.С., Власенко О.М. Разработка системы управления температурой в электрообогревательной защитной спецодежде // Сборник научных трудов кафедры автоматики и промышленной электроники. М.: РГУ им.
А.Н. Косыгина, 2022. С. 93…97.
3. Шульженко А.А., Модестов М.Б. Тканые
электронагреватели и Арктика // Вестник научнотехнического развития. 2019. № 2(138). С. 30…40. –
DOI 10.18411/vntr2019-138-4.
4. Mahnic M., Petrak S., Jelka G., Rolich Т. Analysis of dynamics and fit of diving suits // IOP Conference
Series Materials Science and Engineering, 2017.
P. 1…6.
5. Zhang H. Performance of immersion suits: A literature review // Journal of Industrial Textiles. 2013.
44(2). Р. 288…306.
6. Kingma B.R., Frijns A.J., Schellen L. Beyond the
classic thermoneutral zone: Including thermal comfort
// van Marken Lichtenbelt WD. Temperature (Austin).
Jul 8;1(2). 2014. P. 142…149.
7. Власенко О.М., Казначеева А.А., Захаркина С.В.
К вопросу моделирования обогревающего слоя
спецодежды с автоматическим самонастраивающимся
регулированием // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности.
2022. № 2(398). С. 152…158. – DOI 10.47367/00213497_2022_2_152.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
257
8. Li B., Yang Y., Yao R., Liu H., Li Y. A simplified
thermoregulation model of the human body in warm
conditions // Applied Ergonomics. 2017. 59 (A).
P. 387…400.
9. Казначеева А.А., Власенко О.М., Захаркина С.В.
Анализ моделей представления знаний в задачах
управления элементами активной тепловой защиты
спецодежды для работы в экстремальных условиях
// Сборник научных трудов кафедры автоматики и
промышленной электроники. М.: РГУ им. А.Н. Косыгина, 2021. С. 57…62.
10. Мазуров В. Автоматические регуляторы в
системах управления и их настройка. Ч. 1. Промышленные объекты управления // Компоненты и технологии. 2003. № 4(30). С. 154…157.
11. Luing L. System Identification: An Overview.
In: Baillieul, J., Samad, T. (eds) Encyclopedia of Systems and Control. Springer, London. 2019. P. 1…15.
12. Панферов В.И., Панферов С.В., Халдин К.С.
Параметрическая идентификация модели объекта
управления по переходной функции работающей
системы автоматического регулирования // Вестник
Южно-Уральского государственного университета.
Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2019. Т. 19, № 3. С. 52…59. – DOI
10.14529/ctcr190305.
13. Pachini D. Identification in Parametric Models:
The Minimum Hellinger Distance Criterion // Econometrics. 2022. 10: 10. P. 1…14.
14. Трудоношин В.А., Федорук В.Г. Модифицированный метод переменных состояния // Машиностроение и компьютерные технологии. 2019. №6.
С. 19…28.
15. Карев М.Н., Гарькина И.А. Математическое
описание объектов управления // Молодой ученый.
2015. № 5(85). С. 153…155.
16. Работников М.А. Разработка метода обновления многомерной динамической модели управляемого технологического объекта // Проблемы управления. 2021. № 3. С. 58…64. – DOI 10.25728/pu.
2021.3.7.
REFERENCES
1. Marchuk N.S., Vlasenko O.M. Overalls for extreme conditions with active elements // Collection of
scientific papers of the Department of Automation and
industrial Electronics. Moscow: Kosygin Russian State
University, 2021. P. 125…132.
2. Grigorieva S.M., Krasnoslobodtsev K.S., Vlasenko O.M. Development of a temperature control system
in electric heating protective overalls // Collection of
scientific papers of the Department of Automation and
Industrial Electronics. Moscow: Kosygin Russian State
University, 2022. P. 93…97.
3. Shulzhenko A.A., Modestov M.B. Woven electric
heaters and the Arctic // Bulletin of scientific and technical development. 2019. № 2(138). P. 30…40. – DOI
10.18411/vntr2019-138-4.
258
4. Mahnic M., Petrak S., Jelka G., Rolich T. Analysis of dynamics and fit of diving suits // IOP Conference
Series Materials Science and Engineering, 2017. P. 1…6.
5. Zhang H. Performance of immersion suits: A literature review // Journal of Industrial Textiles. 2013.
44(2). P. 288…306.
6. Kingma B.R., Frijns A.J., Schellen L. Beyond the
classic thermoneutral zone: Including thermal comfort
// van Marken Lichtenbelt WD. Temperature (Austin).
Jul 8;1(2). 2014. P. 142…149.
7. Vlasenko O.M., Kaznacheeva A.A., Zakharkina S.V.
About simulation of the heating layer of workwear with
automatic self-adjusting regulation // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil'noi Promyshlennosti. 2022. № 2(398).
P. 152…158. – DOI 10.47367/0021-3497_2022_2_152.
8. Li B., Yang Y., Yao R., Liu H., Li Y. A simplified
thermoregulation model of the human body in warm
conditions // Applied Ergonomics. 2017. 59 (A).
P. 387…400.
9. Kaznacheeva A.A., Vlasenko O.M., Zakharkina S.V.
Analysis of knowledge representation models in the
tasks of controlling elements of active thermal protection of workwear for work in extreme conditions // Collection of scientific papers of the Department of Automation and Industrial Electronics. Moscow: Kosygin
Russian State University, 2021. P. 57…62.
10. Mazurov V. Automatic regulators in control systems and their configuration. Part 1. Industrial control
facilities // Components and technologies. 2003.
№ 4(30). P. 154…157.
11. Luing L. System Identification: An Overview.
In: Baillieul, J., Samad, T. (eds) Encyclopedia of Systems and Control. Springer, London. 2019. рр. 1…15.
12. Panferov V.I., Panferov S.V., Khaldin K.S. Parametric identification of the control object model by the
transient function of an operating automatic control system // Bulletin of the South Ural State University. Series:
Computer technology, control, radio electronics. 2019.
Vol. 19, No. 3. P. 52…59. – DOI 10.14529 /ctcr190305.
13. Pachini D. Identification in Parametric Models:
The Minimum Hellinger Distance Criterion // Econometrics. 2022. 10: 10. P. 1…14.
14. Trudonoshin V.A., Fedoruk V.G. Modified
method of state variables // Mechanical engineering and
computer technologies. 2019. No.6. P. 19…28.
15. Karev M.N., Garkina I.A. Mathematical description of control objects // Young Scientist. 2015.
№ 5(85). P. 153…155.
16. Rabotnikov M.A. Development of a method for
updating a multidimensional dynamic model of a controlled technological object // Problems of management.
2021. No. 3. P. 58…64. – DOI 10.25728/pu.2021.3.7.
Рекомендована кафедрой автоматики и промышленной электроники РГУ им. А.Н. Косыгина.
Поступила 23.05.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
УДК 687.02, 314.44, 316.3
DOI 10.47367/0021-3497_2024_4_259
РЕАЛИЗАЦИЯ ВОЛОНТЕРСКОГО ПРОЕКТА
ПО РАЗРАБОТКЕ СОЦИАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННЫХ ШВЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ
СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
IMPLEMENTATION OF A VOLUNTEER PROJECT FOR THE DEVELOPMENT OF
SOCIALLY ORIENTED SEWING PRODUCTS FOR SPECIAL PURPOSES
М.А. ГУСЕВА1, В.В. ЗОТОВ1, И.Д. ГУСЕВ1, Е.Г. АНДРЕЕВА1, В.В. ГЕТМАНЦЕВА1
А.В. ДЖОДЖУА2, А.О. ИВАНОВА2
M.A. GUSEVA1, V.V. ZOTOV1, I.D. GUSEV1, E.G. ANDREEVA1, V.V. GETMANTSEVA1
A.V. JODJUA2, A.O. IVANOVA2
(1Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)
(2Отделение травматологии и ортопедии №4 НМХЦ им. Н.И. Пирогова)
(1The Kosygin State University of Russia)
( Department of Traumatology and Orthopedics No. 4 National Medical and Surgical Center
named after N.I. Pirogov)
2
E-mail: [email protected]
Гражданское общество развивается, опираясь на активность людей, неравнодушных к социальным проблемам современности. Субъекты интересов активистов общественных объединений и некоммерческих организаций
– это нуждающиеся в помощи граждане, а вектор направленности деятельности содействие улучшению качества жизни.
В статье представлен опыт работы коллектива преподавателей и обучающихся в проекте, посвященном разработке адаптивной швейной продукции, востребованной потребителями, находящимися в состоянии временной или постоянной маломобильности. Объектом разработки выбрана
швейная продукция нового ассортимента – чехлы для ног и рук потребителей как самостоятельные реабилитационные изделия, так и встраиваемые
в персональный гардероб. Причиной малоподвижности являются врожденные аномалии, приобретенные хронические заболевания, различные травмы,
в том числе в результате боевых действий. Специфичность морфологии и
моторики маломобильных потребителей требует особого подхода к конструктивно-технологическому решению швейных изделий, адаптации типовых форм к особенностям телосложения, включения элементов самопомощи. Особое внимание должно быть уделено проблеме гармонизации об-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
259
лика людей с травмами конечностей, поскольку сформированный с помощью адаптивной швейной продукции приемлемый образ способствует инклюзии маломобильных граждан в социум.
Апробация проекта стала возможной благодаря сотрудничеству с НКО
Благотворительный Фонд «Вместе по Зову Сердца», помогающей военнослужащим, пострадавшим в результате боевых действий. Проект организован
и развивается с применением методики «Обучение служением». Помимо
воспитательной цели, направленной на привлечение обучающихся к решению актуальной социальной проблемы, реализуется практико-ориентированный формат образования через организацию возможности применения
академических знаний на практике, что способствует профессиональному
росту, укреплению гражданственности.
Civil society is developing based on the activity of people who are not indifferent
to the social problems of our time. The subjects of interest of activists of public associations and non-profit organizations are citizens in need of help, and the vector
of activity is helping to improve the quality of life.
The article presents the experience of a team of teachers and students in a project
dedicated to the development of adaptive sewing products that are in demand by
consumers who are in a state of temporary or permanent immobility. The objects of
development were selected sewing products of a new range - covers for the legs and
arms of consumers, both independent rehabilitation products and those built into a
personal wardrobe. The cause of inactivity is congenital anomalies, acquired
chronic diseases, various injuries, including as a result of combat operations. The
specificity of the morphology and motor skills of low-mobility consumers requires a
special approach to the design and technological solution of garments, adaptation
of standard shapes and adjustment to body features, and inclusion of self-help elements. It has been established that special attention should be paid to the problem
of harmonizing the appearance of people with limb injuries with clothing, since an
acceptable image formed with the help of adaptive clothing products contributes to
the inclusion of people with limited mobility in society.
The testing of the project became possible thanks to the cooperation of our team
with the NGO Charitable Foundation “Together at the Call of the Heart”, whose
employees help military personnel injured as a result of hostilities.
The project is organized and developed using the “Service Learning” methodology. In addition to the educational goal aimed at attracting students to solve current
social problems, a practice-oriented format of education is being implemented
through organizing the opportunity to apply academic knowledge in practice, which
contributes to professional growth and strengthening citizenship.
Ключевые слова: гражданская позиция, обучение служением, социальный проект, реабилитационные швейные изделия, люди с ограниченными
двигательными возможностями.
Keywords: citizenship, service learning, social project, rehabilitation sewing
products, people with limited mobility.
Введение
Доброжелательность, благотворительность, сострадание, оказание помощи нуждающимся – черты, присущие характеру
260
русского человека. Формированию нравственных принципов благотворительности
в России способствовала последовательная
государственная политика, столетиями
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
ориентированная на гуманистические воззрения, поддержку социально незащищенных слоев населения. В православии благотворительность считается «одною из первых
обязанностей верующего человека» [1, с. 8].
Особое внимание благотворителей сосредоточено на людях, особенности здоровья которых не позволяют вести активную
трудовую деятельность или которые временно находятся в состоянии неспособности к самообслуживанию из-за каких-либо
внешних травмирующих воздействий. С
1764 года указом Екатерины II в особую категорию граждан, нуждающихся в заботе
общества и государства, выделены маломобильные инвалиды и отставные военные,
пострадавшие в ходе боевых действий [2].
В оказание помощи входило лечение, обеспечение питанием, одеждой, обувью. В истории России известна деятельность различных благотворительных организаций,
среди которых особую нишу занимают
фонды частных пожертвований «изувеченным генералам и офицерам» [1], одной из
целей которых было воспитание среди
населения национального самосознания.
Так, например, «Комитет 18 августа 1814
года», основанный после Отечественной
войны 1812 года, занимался поддержкой
военных, организацией медицинской помощи, строительством больниц и аптек [3].
Для развития гражданского самосознания и стимулирования в обществе моральных норм императорскими указами династии Романовых поощрялись благотворительные деяния и мероприятия, для чего
утверждались особые награды и знаки отличия попечителям фондов [4]. Благодеяния в отношении социально нуждающихся
совершали государственные служащие, помещики, фабриканты, купцы и обычные
граждане.
Как и ранее, в современном обществе
многие социально значимые проекты становятся объектами попечения государства.
Так, в соответствии с принятым 24.11.1995 г.
Федеральным законом № 181-ФЗ «О социальной защите инвалидов в Российской Федерации» Правительством Российской Федерации утверждены множественные законопроекты, среди которых наиболее зна-
чимы «Стратегия развития производства
промышленной продукции реабилитационной направленности до 2025 года» и «Концепция развития в Российской Федерации
системы комплексной реабилитации и
абилитации лиц с инвалидностью, в том
числе детей с инвалидностью, на период до
2025 г.», определяющие базовые принципы
государственной политики в отношении
инвалидов и маломобильных граждан. Благодаря поддержке государства реализована
программа «Доступная среда» на 2011-2020
годы, что привело к повышению качества
жизни [5, 6] маломобильных инвалидов, а в
сфере здравоохранения достигнуты определенные успехи в предупреждении и лечении заболеваний, являющихся причиной
инвалидизации населения [7].
Однако, пока существуют глобальные и
локальные военные конфликты, мировое
пространство будет пополняться травмированными и калеками, нуждающимися в заботе общества и государства. Инвалиды боевых действий и локальных вооруженных
конфликтов – особая категория ветеранов
войн, моральное и социальное благополучие
которых является показателем авторитетности государственной политики [8]. Одним из
способов инклюзии инвалидов войн в общество является развитие реабилитационной
инфраструктуры, обеспечение нуждающихся адаптированной швейной продукцией
(одеждой, обувью), обладающей особыми
функциональными свойствами, в том числе
ортопедической и визуальной коррекцией
приобретенных недостатков морфологии.
Цель представляемого исследования –
разработка универсального решения специальной швейной продукции реабилитационных чехлов для маломобильных потребителей с травмами конечностей, основным назначением которых является визуальная коррекция облика потребителей и
ортопедическая коррекция опорно-двигательного аппарата человека в период восстановительного лечения травм.
Методы исследования
В ходе исследования выполнен анализ
научных публикаций по разрабатываемой
проблеме с применением методов системного и функционального анализа, сравне-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
261
ния, обобщения и сбора эмпирических данных (опрос, статистический анализ).
Результаты и обсуждение
Боевые травмы конечностей являются
ведущими в структуре санитарных потерь в
военных конфликтах [9] и терактах мирного времени [10]. Кроме того, в поствоенный период среди ветеранов боевых действий распространенность болезней костномышечной системы занимает третье место
[11, с. 12]. Наличие физических повреждений негативно сказывается на психическом
здоровье пострадавших [12], согласно статистике каждый третий раненый подвержен психосоматическим расстройствам.
Поэтому для восстановления у ветеранов
войн положительного восприятия жизни,
возвращения потребности к активной жизни
необходима комплексная реабилитация,
включающая биопсихосоциальные мероприятия с использованием адаптивной швейной продукции, корректирующей облик.
Учитывая предстоящие сложности в общении с целевой аудиторией, мы сформировали творческий коллектив из преподавателей и обучающихся с активной гражданской позицией, сопричастных к нуждам
травмированных воинов, осознающих поставленные задачи и готовых к волонтерской социальной работе по методике «Обучение служением». В состав команды включены обучающиеся всех ступеней образовательного процесса: студенты колледжа и
бакалавриата, магистранты и аспиранты.
Согласно идеологии «Обучение служением» [13] каждому обучающемуся предоставлена возможность реализовать на практике в социально-полезном проекте теоретические инженерные знания, полученные
в университете.
Следует отметить, что заинтересовались
поставленной целью лишь 10% студентов
учебных групп. Однако активная гражданская позиция волонтеров способствовала
достижению высоких результатов. Основными побудительными мотивами добровольческого труда участников проекта
стали желание помощи людям, оказавшимся в трудном положении, осознание
востребованности результатов проекта, самоуважение и самореализация.
262
Объектами проектирования выбраны
швейные изделия реабилитационные
чехлы, надеваемые на травмированные конечности потребителей. Назначением изделий является защита поврежденных участков тела человека от неблагоприятных воздействий окружающей среды и визуальная
коррекция облика, маскировка неприглядности установленных на конечности аппаратов чрескостной фиксации.
Комплекс решаемых задач был разделен
на модули.
Первый модуль включал разработку
технического задания на проектирование
реабилитационных чехлов, анализ методик
лечения боевых травм конечностей, составление плана эксперимента, формирование
исходных антропометрических данных
представителей целевой аудитории. Учитывая важность задач, к реализации первого модуля привлекли аспирантов и преподавателей.
Согласно статистике ранения конечностей составляют абсолютное большинство
боевых хирургических травм, причем
травмы верхних конечностей составляют
17,2% санитарных потерь, а травмы нижних конечностей – 35,8% [14, c. 34]. По данным Дорохова А.Е., частота травм конечностей в ходе СВО приближается к 56% [15].
В случаях огнестрельных переломов конечностей костные обломки иммобилизуются металлоконструкциями аппаратов
внешней фиксации [14, c. 47]. Составной
частью современных аппаратов чрескостной фиксации является модуль, позиционируемый на фрагменте кости, причем важно
количество опорных точек его закрепления.
В спицевых аппаратах (типа аппарата Илизарова) на один модуль приходится 2-3
спицы и одно кольцо, а общее количество
спиц в среднем 8-12 [16]. В стержневых аппаратах модуль включает 3-4 стержня, расположенные в одной плоскости, и дополнительные фиксирующие элементы (стойки,
рамы и др.) [17]. Комбинированные модели
чрескостных систем (спицестержневые) состоят из спиц, штанг, фиксирующих узлов
с винтовыми стержнями.
Несмотря на различия в модельном решении аппараты внешней фиксации (АВФ)
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
малоподвижных участках тела человек постоянно ощущает недостаток тепла [20].
Поэтому одной из функций разрабатываемых реабилитационных чехлов является
поддержание теплового комфорта вокруг
травмированного участка конечности.
Второй модуль включал работы по
адаптации разработанного ранее конструктивно-технологического решения чехлов
(мешков) для ног маломобильных граждан
[21] и реабилитационных чехлов для рук
[22] и ног [23] пациентов с установленными
гипсовыми фиксаторами.
Согласно исследованиям [24, 25] инвалиды, как и другие маломобильные люди,
требовательно относятся к собственной
внешности и стараются скрывать от окружающих морфологические дефекты. Поэтому композиционное решение проектируемых реабилитационных чехлов включало не только общие принципы инклюзивного дизайна (эргономическое соответствие, удобство системы закрытия/открытия, сохранение необходимого уровня физической безопасности и комфорта, элементы самопомощи) [26, 27], но и визуальную коррекцию физических недостатков, а
также встраиваемость изделий в базовый
гардероб потребителей [28].
устанавливают на длительный срок (от 3
месяцев до 1,5 года), причем длительность
лечения может увеличиться, если потребуется удлинение конечности и т. п.
АВФ настолько меняют очертания травмированных конечностей, что пациентам
требуется одежда специального покроя, а в
определенный период лечения некоторых
травм нижних конечностей, пока не демонтирован АВФ, больные вынуждены обходиться без обуви. Некоторые пациенты облачаются в одежду большего размера, что
часто создает эргономический дискомфорт
на здоровых участках тела. Следовательно,
для травмированных конечностей необходимы специальные швейные изделия нового ассортимента – реабилитационные
чехлы, защищающие травмированные
участки от неблагоприятного воздействия
окружающей среды.
Согласно проведенным ранее исследованиям обездвиженные участки тела характеризуются пониженной почти на 2 °C температурой [18]. Кроме того, «выключенные
из движения сегменты потенциально изменяют функционирование вышележащих отделов нервной системы, что влияет на двигательный стереотип людей» [19] и приводит к зональной потере синовиальной жидкости в суставах. На таких неподвижных или
а)
б)
в)
Рис. 1
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
263
В новых моделях, адаптированных для
потребителей с установленными на травмированные ноги/руки аппаратами чрескостной фиксации, предусмотрено введение дополнительных средств формообразования,
изменяющих конфигурацию поверхности
изделий согласно новым очертаниям конечностей. Сохранены предложенные ранее
элементы самопомощи: длинные петли-захваты, втачанные по внутренней поверхности изделий (используются потребителями
для самостоятельного надевания изделий),
и петли-захваты (рис. 1, а), встроенные в
бегунки молний (используются для самостоятельного закрытия изделий), утягивающие шнуры (рис. 1, б) (для коррекции степени прилегания изделий). В моделях чехлов для верхних конечностей предусмотрены функциональные отверстия для пальцев рук, что придает изделиям повышенные
эргономические характеристики (рис. 1, в).
К реализации данного этапа привлечены
студенты бакалавриата и магистратуры
направления подготовки 29.03/04.05 «Конструирование изделий легкой промышленности». Проектная работа выполнялась в
рамках курсового проектирования, учебной
ознакомительной и производственной практик. Виды выполняемых работ:
- разработка конструкций швейных изделий заданного ассортимента, отвечающих комплексу эксплуатационных требований (освоение профессиональной компетенции ПК-2);
- анализ, модификация и изменение разработанных ранее моделей швейных реабилитационных чехлов для потребителей с
травмами конечностей для обеспечения
требуемой функциональности и эргономичности изделий (освоение профессиональной компетенции ПК-3);
- цифровое моделирование конструкций
швейных изделий с применением систем
автоматизированного проектирования и
информационных технологий (освоение
профессиональной компетенции ПК-5);
- разработка конструкторско-технологической документации на новые модели
швейных изделий для запуска в индивидуальное, мелкосерийное или массовое про-
264
изводство (освоение профессиональной
компетенции ПК-4);
- разработка технологических процессов, обеспечивающих качество изделий
легкой промышленности (освоение профессиональной компетенции ПК-6).
Третий модуль включал изготовление
опытных образцов изделий, апробацию и
примерку. К данному виду работ привлечены студенты колледжа, бакалавриата, магистратуры, аспирантуры.
По итогам примерок опытных образцов
изделий сформирован перечень рекомендаций. Пациенты и медицинские работники
отметили актуальность ассортимента реабилитационных чехлов для травмированных
конечностей. В качестве основного пожелания высказано предложение о введении в
конструктивно-технологическое решение
изделий дополнительных средств формозакрепления в виде ребер жесткости и съемных прокладок, что придаст чехлам некоторые свойства ортопедических изделий, востребованные после демонтажа АВФ.
Апробация конструктивно-технологического решения изделий [29, 30] на базе
Отделения травматологии и ортопедии №4
Национального медико-хирургического центра имени Н.И. Пирогова стала возможной
благодаря сотрудничеству в проекте с Благотворительным Фондом «Вместе По Зову
Сердца», помогающим персоналу медучреждений в организации быта проходящих
лечение военнослужащих с боевыми травмами конечностей.
ВЫВОДЫ
На примере благотворительного проекта «Разработка адаптивной швейной продукции для потребителей с травмами конечностей» продемонстрирована значимость
волонтерской работы как в направлении социально-полезной деятельности, так и развитии научного потенциала. В ходе проектной деятельности удалось реализовать сочетание образовательного аспекта с научными исследованиями и востребованными
социальными услугами по адаптации и возвращению к полноценной жизни маломо-
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
бильных граждан, пострадавших в ходе боевых действий.
Для обучающихся участие в волонтерском проекте – это возможность получить
новые знания, опыт и карьерные навыки,
заслужить одобрение, увидеть результат
своей научной и проектной деятельности,
познакомиться с интересными людьми.
Взаимодействие с социально ориентированными некоммерческими организациями и
благотворительными фондами способствует формированию у обучающихся мировоззрения, ориентированного на благотворительность, социальное творчество, ответственность, альтруизм и взаимопомощь.
Коллектив нашей волонтерской группы
выражает искреннюю благодарность попечителю Благотворительного Фонда «Вместе По Зову Сердца» В. Ламберовой и куратору госпитальной группы Т. Ерохиной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ульянова Г.Н. Благотворительность и общественное призрение в России ХIХ начала XX века.
Институциональное развитие в контексте формирования гражданского общества // Труды Института
российской истории РАН. 2000. № 2. С. 164…217.
2. Козлова Н.В. Люди дряхлые, больные, убогие
в Москве ХVIII века. М.: РОССПЭН, 2010. 353 с.
3. Щербинина Ю.В. Социальные практики и призрение военных инвалидов в Российской империи в
XIX в. // Социально-экономические явления и процессы. 2012. № 7-8 (41-42). С. 200…204.
4. Саитова З.Р. Благотворительная и меценатская деятельность в России в Х-ХХ веках // Вестник
РУДН. Серия: Государственное и муниципальное
управление. 2016. № 1. С. 90…102.
5. Каюмова Р.Ф. и др. Разработка одежды для детей с врожденными и приобретенными нарушениями осанки // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2021. №5. С. 169…174.
6. Голубчикова А.В. и др. Направления разработки одежды для детей с буллезным эпидермолизом // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 2022. №6. С. 136…143.
7. Состояние и динамика инвалидности, комплексная реабилитация и абилитация инвалидов и
детей-инвалидов в Российской Федерации: доклад /
под ред. М.А. Дымочки. М.: ФГБУ ФБ МСЭ Минтруда
России, 2021. 436 с.
8. Чепурной А.Г. Социальная защита инвалидов
войн и боевых действий как конституционно значимая функция современного российского государства // Инвалиды и общество. 2017. № 1 (23).
С. 3…9.
9. Гуманенко Е.К., Самохвалов И.М. Военно-полевая хирургия локальных войн и вооруженных конфликтов: руководство для врачей. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. 672 с.
10. Трухан А.П., Самохвалов И.М. и др. Характер
повреждений при взрывной травме мирного времени: сравнительный анализ двух террористических
актов // Вятский медицинский вестник. 2021.
№ 3 (71). С. 101…105.
11. Мешков Н.А. Проблемы реабилитации участников и ветеранов боевых действий // Инвалиды и
общество. 2017. № 1 (23). С. 9…19.
12. Караяни А.Г. Психологические последствия
ранения: Рабочая модель // Человеческий капитал.
2023. № 11-1 (179). С. 97…105.
13. Горлова Н.И., Старовойтова Л.И. «Обучение служением (действием)» как эффективная методика организации учебного процесса через социально-полезную деятельность в современном образовательном учреждении // ЦИТИСЭ. 2023. № 2.
C. 226…235.
14. Тришкин Д.В., Крюков Е.В. и др. Методические рекомендации по лечению боевой хирургической травмы. СПб., 2022. 373 с.
15. Дорохов А.Е., Акперова С.Р., Просветов С.Г.
Анализ характера травм и ранений, полученных в
ходе специальной военной операции // Молодежный
инновационный вестник. 2023. Т. 12, № 52.
С. 138…140.
16. Швед С.И., Сысенко Ю.М., Новичков С.И.,
Мальцева Л.В. Роль чрескостного остеосинтеза по
Илизарову в системе реабилитации травматологических больных с множественными переломами костей // Гений ортопедии. 2000. № 2. С. 5…10.
17. Св-во на полезную модель RU 145974U1. Аппарат для компрессии и дистракции переломов
длинных костей конечностей и костей таза.
18. Hopman M.T.E., Binkhorst Rob A. Sports Science, Spinal Cord Injury and Exercise in the Heat
// SSE. 2007. Vol. 10. No 3.
19. Чекулаева Л.В., Переверзева И.В., Кирьянова Л.А., Кодрашкин Е.Н. Профилактика и реабилитация заболеваний и травм опорно-двигательного
аппарата средствами физической культуры. Ульяновск: УлГТУ, 2020. 218 с.
20. Feeney, R. The Ergonomics Approach to Inclusive Design – Are the Needs of Disabled and Non-disable People Differente? // VII Congresso Latino-americano de Ergonomia, I Seminário Brasileiro de Acessibilidade Intergral, XI Congresso Brasileiro de Ergonomia. Anais ABERGO 2002. Recife, 2002.
21. Гусев И.Д., Андреева Е.Г., Гусева М.А. Инструменты цифровизации в проектировании швейных реабилитационных изделий для ног маломобильных граждан // Дизайн и технологии. 2023.
№ 95 (137). С. 31…42.
22. Пат. на полезную модель № 222021 RU. Чехол для травмированной верхней конечности.
23. Пат. на промышленный образец № 140758
МКПО 02-04. Чехол для ноги.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
265
24. Freeman C.M., Kaiser S.B., Wingate S.B. Perceptions of functional clothing by persons with physical
disabilities. A social-cognitive framework // Clothing
and Textiles Research Journal. 1985. №4. Р. 46…52.
25. Glaser B.G., Strauss A.L. Awareness contexts
and social interaction // American Sociological Review.
1964. № 29. Р. 669…679.
26. Chang W., Zhao Y., Guo R., Wang Q., Gu X. Design and study of clothing structure for people with limb
disabilities // J. Fiber Bioengineering Inform. 2009.
№ 2. Р. 62…67.
27. Wang Y., Wu D., Zhao M., Li J. Evaluation on an
ergonomic design of functional clothing for wheelchair
users // Applied Ergonomics. 2014. Vol. 45, Is. 3.
P. 550…555.
28. Гусев И.Д., Андреева Е.Г., Яковлева Л.Е., Гусева М.А. Адаптационный потенциал швейной продукции для маломобильных потребителей с ограниченными возможностями здоровья // Дизайн и технологии. 2022. № 91-92 (133-134). С. 221…233.
29. Пат. на промышленный образец № 140437
МКПО 02-04. Утепленный декорированный чехол
для ноги.
30. Пат. на промышленный образец № 140436
МКПО 02-04. Декорированный чехол для руки.
REFERENCES
1. Ulyanova G.N. Charity and public charity in Russia in the 19th - early 20th centuries. Institutional development in the context of the formation of civil society //
Proceedings of the Institute of Russian History of the
Russian Academy of Sciences. 2000, No. 2. P. 164...217.
2. Kozlova N.V. People are decrepit, sick, and
wretched in Moscow in the 18th century. M.:
ROSSPEN, 2010. 353 p.
3. Shcherbinina Yu.V. Social practices and charity
for military invalids in the Russian Empire in the 19th
century // Socio-economic phenomena and processes. –
2012, No. 7-8 (41-42). Р. 200...204.
4. Saitova Z.R. Charitable and philanthropic activities in Russia in the 10th and 20th centuries // Bulletin
of RUDN University, series State and municipal management. 2016. No. 1. P. 90...102.
5. Kayumova R.F. etc. Clothes design for children
with congenital and acquired posture disorders //
Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya
Teknologiya Tekstil’noi Promyshlennosti. 2021, No. 5.
P. 169…174.
6. Golubchikova A.V. etc. Trends of clothes design
for children with epidermolysis bullosa // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Seriya Teknologiya
Tekstil’noi Promyshlennosti. 2022, No. 6. pp. 136…142.
7. The state and dynamics of disability, comprehensive rehabilitation and habilitation of disabled people
and disabled children in the Russian Federation: report /
Ed. M.A. Dymochki. M.: FGBU FB MSE Ministry of
Labor of Russia, 2021. 436 p.
8. Chepurnoy A.G. Social protection of disabled people from wars and combat operations as a constitution-
266
ally significant function of the modern Russian state //
Disabilities and Society. 2017. No. 1 (23). Р. 3…9.
9. Gumanenko E.K., Samokhvalov I.M. Military field
surgery of local wars and armed conflicts: A guide for
doctors. M.: GEOTAR-Media, 2011. 672 p.
10. Trukhan A.P., Samokhvalov I.M. etc. The nature
of damage in peacetime blast trauma: a comparative
analysis of two terrorist acts // Vyatka Medical Bulletin.
2021. No. 3 (71). Р. 101…105.
11. Meshkov N.A. Problems of rehabilitation of combat participants and veterans // Disabled people and society. 2017. No. 1 (23). P. 9…19.
12. Karayani A.G. Psychological consequences of
injury: Working model // Human capital. 2023. No. 111 (179). Р. 97...105.
13. Gorlova N.I., Starovoitova L.I. “Learning by service (action)” as an effective methodology for organizing the educational process through socially useful activities in a modern educational institution // CITISE.
2023. No. 2. P. 226…235.
14. Trishkin D.V., Kryukov E.V. et al. Methodological recommendations for the treatment of combat surgical trauma. St. Petersburg, 2022. 373 p.
15. Dorokhov A.E., Akperova S.R., Prosvetov S.G.
Analysis of the nature of injuries and wounds received
during a special military operation // Youth Innovation
Bulletin. 2023. T. 12, No. 52. P. 138…140.
16. Shved S.I., Sysenko Yu.M., Novichkov S.I.,
Maltseva L.V. The role of transosseous osteosynthesis
according to Ilizarov in the rehabilitation system for
trauma patients with multiple bone fractures // Genius of
Orthopedics. 2000. No. 2. P. 5…10.
17. Certificate for utility model RU 145974U1. Apparatus for compression and distraction of fractures of
long bones of the extremities and pelvic bones.
18. Hopman M.T.E., Binkhorst Rob A. Sports Science, Spinal Cord Injury and Exercise in the Heat // SSE.
2007. Vol. 10. No 3.
19. Chekulaeva L.V., Pereverzeva I.V., Kiryanova L.A., Kodrashkin E.N. Prevention and rehabilitation of diseases and injuries of the musculoskeletal system using physical culture. Ulyanovsk: Ulyanovsk State
Technical University, 2020. 218 p.
20. Feeney, R. The Ergonomics Approach to Inclusive Design – Are the Needs of Disabled and Non-disable People Differente? // VII Congresso Latino-americano de Ergonomia, I Seminário Brasileiro de Acessibilidade Intergral, XI Congresso Brasileiro de Ergonomia. Anais ABERGO 2002. Recife, 2002.
21. Gusev I.D., Andreeva E.G., Guseva M.A. Digitalization tools in the design of sewing rehabilitation
products for the feet of people with limited mobility //
Design and technology. 2023. No. 95 (137). Р. 31…42.
22. Utility model patent No. 222021 RU. Cover for
an injured upper limb.
23. Industrial design patent No. 140758 MKPO 0204. Leg cover.
24. Freeman C.M., Kaiser S.B., Wingate S.B. Perceptions of functional clothing by persons with physical
disabilities. A social-cognitive framework. // Clothing
and Textiles Research Journal. 1985. №4. Р. 46…52.
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
25. Glaser B.G., Strauss A.L. Awareness contexts
and social interaction // American Sociological Review.
1964. № 29. Р. 669…679.
26. Chang W., Zhao Y., Guo R., Wang Q., Gu X. Design and study of clothing structure for people with limb
disabilities // J. Fiber Bioengineering Inform. 2009. №
2. Р. 62…67.
27. Wang Y., Wu D., Zhao M., Li J. Evaluation on an
ergonomic design of functional clothing for wheelchair
users // Applied Ergonomics. 2014. Vol. 45. Is. 3.
P. 550…555.
28. Gusev I.D., Andreeva E.G., Yakovleva L.E.,
Guseva M.A. Adaptation potential of clothing products
for consumers with limited mobility and limited health
// Design and technology. 2022. No. 91-92 (133-134).
P. 221…233.
29. Industrial design patent No. 140437 MKPO 0204. Insulated decorated foot cover.
30. Industrial design patent No. 140436 MKPO 0204. Decorated hand case.
Рекомендована кафедрой художественного моделирования, конструирования и технологии швейных изделий. Поступила 02.02.24.
_______________
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
267
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
СОДЕРЖАНИЕ
Обзорные статьи
Кумеева Т.Ю., Пророкова Н.П. Сверхкритический диоксид углерода – «зеленый» растворитель
для текстильной химии ......................................................................................................................................
Щигорец Н.А., Рыбаулина И.В. Инновационные материалы. Умный текстиль ...................................
Алёхина А.Ф., Ерзунов К.А., Одинцова О.И. Технологии придания терморегулирующих свойств
текстильным материалам ..................................................................................................................................
5
21
29
Экономика, управление и организация производства
Аббасова Ш.Р., Мамедова Х.Ф., Мамедов Ф.А., Ташпулатов Ш.С., Ташпулатов С.Ш. Ключевые
характеристики логистики и управления цепочками поставок в секторе легкой промышленности…….
Абдикеримова Г.И., Есболова А.Е., Куланова Д.А., Наркулова Ш.А., Аскарова Э.Т. Тенденции и
перспективы развития легкой промышленности в Казахстане: анализ и вызовы на пути модернизации
Альжанова А.А., Куланова Д.А., Абдикеримова Г.И., Джетибаева А.Б., Мустафаева В.И. Анализ
отраслевых трендов экономики Казахстана………………………………………………………………….
Ерлыгина Е.Г., Потапова Е.П. Управление качеством в текстильной промышленности……………
Кушнир А.М. Особенности внутренних коммуникаций на предприятиях текстильной промышленности России………………………………………………………………………………………………..
Нефедова Л.В., Шальмиева Д.Б., Пришляк Е.А. Вопросы нормирования труда инженернотехнических работников на предприятиях легкой промышленности……………………………………...
Макарова Н.С., Генералова А.В., Квач Н.М., Береснев Д.Н. Инновации инфраструктуры и возможности расширения сырьевой базы легкой промышленности…………………………………………..
Василевский А.А., Родионова Н.В. Современная, уникальная и привлекательная фирменная спецодежда как эффективный инструмент стимулирования работников………………………………………
42
53
61
66
72
79
87
92
Материаловедение
Козлова Е.В., Курденкова А.В., Шустов Ю.С., Буланов Я.И. Разработка методики определения
тепловых свойств металлизированных подкладочных тканей……………………………………………...
Пашин Е.Л. Разин С.Н. Орлов А.В. Метод определения изгибной жесткости лубяного волокна
при его скоростном изгибе в виде консольной балки………………………………………………………
Синева О.В., Костылева В.В., Конарева Ю.С., Киреева Л.А. Влияние рисунка протектора подошвы на эксплуатационные характеристики обуви…………………………………………………………….
Сташева М.А., Гойс Т.О., Новосад Т.Н., Зяблов В.А., Шипова С.Е. Определение свойств композитного слоистого текстильного изделия……………………………………………………………………
98
104
111
117
Технология текстильных изделий
Фарзалиев М.Г., Рамазанова Х.А. Теоретический метод исследования процессов образования
и формирования элементов ткани в платках келагаи……………………………………………………….
268
123
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Химия и технология отделки и модификации
Бабаханова Х.А., Абдухалилова М.Г., Хакназарова О.Д., Бабаханова М.А. Применение ИКспектроскопии для исследования состава увлажняющего раствора.............................................................
Циркина О.Г., Сырбу С.А., Торшинина Н.А., Спиридонова В.Г., Кузьмина Н.Н., Салихова А.Х.
Разработка полимерных композиций для снижения горючести тканей технического назначения……...
Липина А.А., Петрова Л.С., Петрушина В.Ю., Ерзунов К.А., Козлова О.В., Одинцова О.И. Разработка микрокапсулированных препаратов на основе белков для антибактериальной отделки тканей…
130
136
146
Швейное производство
Рыкова Е.С., Федосеева Е.В., Белицкая О.А., Костылева В.В., Фокина А.А. Концепция адресного
проектирования изделий для женщин элегантного возраста………………………………………………
Феофилактова А.И., Мезенцева Т.В., Зарецкая Г.П., Гончарова Т.Л. Методика формирования
эскиза специальной одежды с сигнальными элементами…………………………………………………..
Сапарбай С.Н., Зарецкая Г.П., Амиян Д.Г., Сабитова В.А. Технологические методы формообразования изделий из нетканых материалов .....................................................................................................
157
166
173
Текстильные машины и агрегаты
Марущак А.С. Математические модели процесса пропитки текстильных материалов при воздействии ультразвука……………………………………………………………………………………………..
Иванов М.С., Фрасын П.Г., Комбаров Ю.С. Технические решения оптимального управления
сложными многомерными динамическими объектами технологического оборудования……………….
Хозина Е.Н., Журавлева О.С., Зиёдуллоев Н.Н., Муллоев Т.З. К вопросу выбора сечения передней
связи остова ткацкой машины………………………………………………………………………………...
178
185
189
Автоматизация и информационные технологии
Белоусов А.С., Овсянников Д.А. Проверка моделей турбулентных течений для прикладных технологических расчетов…………………………………………………………………………………………..
195
Экологическая и производственная безопасность. Промтеплоэнергетика
Рощина С.И., Лукина А.В., Нармания Б.Е., Лисятников М.С., Лукин М.В. Исследование жизненного цикла деревянных покрытий зданий текстильной промышленности………………………………..
201
Техническая эстетика и дизайн
Фахразиева Р.Р., Ткач Д.Г. Принципы использования шрифтовых элементов в дизайне современного костюма…………………………………………………………………………………………………..
Кузнецова А.Н., Морозова Е.В. Техники апсайклинга в создании современного художественного
текстиля…………………………………………………………………………………………………………
209
214
Композиты на волокнистой основе
Михайлов М.С., Соболева Ю.А., Кочаров М.А., Хейло С.В., Сариев Э.П. Расчет равнопрочного
угла намотки армирующего слоя многослойного шланга…………………………………………………..
Козлов Г.В., Долбин И.В. Моделирование степени усиления высокомодульных нанокомпозитов
полимер/углеродные нанотрубки в рамках теории перколяции……………………………………………
Степанов С.Г., Буланов Д.А., Додонов О.А., Кабанова Ю.С., Степанова С.М. Развитие теории,
разработка метода расчета гибких плоскосворачиваемых рукавов при действии внутреннего гидравлического давления…………………………………………………………………………………………….
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
221
229
234
269
Передовые производственные технологии
Волкова А.А., Киселев С.Ю., Королькова А.А. Разработка цифрового метода проектирования
и изготовления индивидуальных обувных колодок…………………………………………………………
Власенко О.М., Казначеева А.А., Захаркина С.В. Идентификация динамической модели обогревательной секции одежды с углеродной лентой……………………………………………………………….
246
253
Обмен опытом, критика и библиография, краткие сообщения
Гусева М.А., Зотов В.В., Гусев И.Д., Андреева Е.Г., Гетманцева В.В., Джоджуа А.В., Иванова А.О.
Реализация волонтерского проекта по разработке социально ориентированных швейных изделий
специального назначения……………………………………………………………………………………...
259
CONTENTS
Review articles
Kumeeva T.Yu., Prorokova N.P. Supercritical Carbon Dioxide – “Green” Solvent for Textile Chemistry ..
Shchigorets N.A., Rybaulina I.V. Innovative Materials. Smart Textiles ........................................................
Alyokhina А.F., Erzunov K.A., Odintsova O.I. Technologies for Imparting Thermoregulatory Properties
to Textile Materials ...............................................................................................................................................
5
21
29
Economics and Production Planning
Abbasova Sh.R., Мамеdоvа H.F., Mamedov F.A., Tashpulatov Sh.S., Tashpulatov S.Sh. Key Characteristics of Logistics and Supply Chain Management in the Light Industry Sector ....................................................
Abdikerimova G.I., Yesbolova A.Y., Kulanova D.A., Narkulova S.A., Askarova E.T. Trends and Prospects
for the Development of Light Industry in Kazakhstan: Analysis and Challenges on the Path of Modernization
Alzhanova A.A., Kulanova D.A., Abdikerimova G.I., Zhetibayeva A.B., Mustafayeva V.I. Analysis of Industry Trends in the Economy of Kazakhstan ......................................................................................................
Erlygina E.G., Potapova E.P. Quality Management in Textile Industry ......................................................
Kushnir A.M. Internal Communications in the Russian Textile Industry: Understanding the Peculiarities
Nefedova L.V., Shalmieva D.B., Prishlyak E.A. Issues of Labor Rationing for Engineering and Technical
Staff at Light Industry Enterprises ........................................................................................................................
Makarova N.S., Generalova A.V., Kvach N.M., Beresnev D.N. Infrastructure Innovations and Opportunities for Expanding the Raw Material Base of Light Industry ...............................................................................
Vasilevskiy A.A., Rodionova N.V. Modern, Unique and Attractive Branded Workwear as an Effective
Tool for Stimulating Employees ...........................................................................................................................
42
53
61
66
72
79
87
92
Materials
Kozlova E.V., Kurdenkova A.V., Shustov Yu.S., Bulanov Ya.I. Development of a Method for Determining
the Thermal Properties of Metallized Lining Fabrics ...........................................................................................
Pashin E.L. Razin S.N. Orlov A.V. Measuring Bending Rigidity of Bast Fiber During High-Speed Cantilever Bending ........................................................................................................................................................
Sineva O.V., Kostyleva V.V., Konareva Y.S., Kireeva L.A. Influence of Sole Tread Pattern on the Performance Characteristics of Footwear .......................................................................................................................
Stasheva M.A., Gois T.O., Novosad T.N., Zyablov V.A., Shipova S.E. Defining Properties of Composite
Layered Textile Product .......................................................................................................................................
270
98
104
111
117
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
Technology of Textile Products
Farzaliev M.G., Ramazanova H.A. Theoretical Method of Studying the Processes of Fabric Elements
Formation in Kelagai Shawls ...............................................................................................................................
123
Chemistry and Technology of Finishing and Modification
Babakhanova Kh.A., Abduxalilova M.G., Xaknazarova O.D., Babakhanova M.A. Application of Ir Spectroscopy for Studying the Composition of Moisturizing Solution .......................................................................
Tsirkina O.G., Syrbu S.A., Torshinina N.A., Spiridonova V.G., Kuzmina N.N., Salikhova A.H. Development of Polymer Compositions to Reduce the Flammability of Technical Fabrics .............................................
Lipina A.A., Petrova L.S., Petrushina V.Y., Erzunov K.A., Kozlova O.V., Odintsova O.I. Development of
Microencapsulated Protein-Based Preparations for Antibacterial Fabric Finishing ............................................
130
136
146
Sewing
Rykova E.S., Fedoseeva E.V., Belitskaya O.A., Kostyleva V.V., Fokina A.A. The Concept of Targeted Design Products for Women of Elegant Age ...........................................................................................................
Feofilaktova A.I., Mezentseva T.V., Zaretskaya G.P., Goncharova T.L. the Technique of Forming a
Sketch of Special Clothing with Signal Elements ................................................................................................
Saparbay S.N., Zaretskaya G.P., Аmiyan J.G., Sabitova V.A. Technological Methods of Shaping
Pro-ducts from Non-Woven Materials…………………………………………………………………………..
157
166
173
Textile Machines and Aggregates
Maruschchak A.S. Mathematical Models of the Impregnation Process of Textile Materials under the Influence of Ultrasound ...........................................................................................................................................
Ivanov M.S., Frasyn P.G., Kombarov Y.S. Technical Solutions for Optimal Control of Complex Multidimensional Dynamic Objects of Technological Equipment ...............................................................................
Khozina E.N., Zhuravleva O.S., Ziedulloev N.N., Mulloev T.Z. On the Issue of Choosing the Front Connection Cross Section of the Weaving Machine Frame .......................................................................................
178
185
189
Automation and Information Technologies
Belousov A.S., Ovsyannikov D.A. Checking Turbulent Flow Models for Applied Technological
Calculations .........................................................................................................................................................
195
Ecological and Industrial Safety. Heat Engineering
Roshchina S.I., Lukina A.V., Narmania B.E., Lisyatnikov M.S., Lukin M.V. Life Cycle Study of Buildings
Wooden Coverings in the Textile Industry ...........................................................................................................
201
Technical Aesthetics and Design
Fakhrazieva R.R., Tkach D.G. Principles of Using Font Elements In the Design of Modern Costume…...
Kuznetsova A.N., Morozova E.V. Upcycling Techniques in the Creation of Modern Art Textiles…………
209
214
Fiber-based Composites
Mikhailov M.S., Soboleva Y.A., Kocharov M.A., Kheylo S.V., Sariev E.P. Calculation of the Equal
Strength Winding Angle of the Reinforcement Layer of a Multilayer Hose……………………………………
Kozlov G.V., Dolbin I.V. The Simulation of Reinforcement Degree of High-Modulus Nanocomposites
of Polymer/Carbon Nanotube withim the Framework of Percolation Theory…………………………………..
Stepanov S.G., Bulanov D.A., Dodonov O.A., Kabanova Y.S., Stepanova S.M. Theory Development, Calculation Method Development of Flexible Flat Hoses under the Action of Internal Hydraulic Pressure……...
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
221
229
234
271
Advanced Manufacturing Technologies
Volkova A.A., Kiselev S.Yu., Korolkova A.A. Development of a Digital Method for Designing
and Manufacturing Individual Shoe Lasts………………………………………………………………………
Vlasenko O.M., Kaznacheeva A.A., Zakharkina S.V. Dynamic Model Identification of the Heating
Section of Clothes with Carbon Tape……………………………………………………………………………
246
253
Experience Exchange, Criticism and Bibliography. Short Items
Guseva M.A., Zotov V.V., Gusev I.D., Andreeva E.G., Getmantseva V.V., Jodjua A.V., Ivanova A.O.
Implementation of a Volunteer Project for the Development of Socially Oriented Sewing Products
for Special Purposes…………………………………………………………………………………………….
272
259
№ 4 (412) ТЕХНОЛОГИЯ ТЕКСТИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 2024
