Messtechnische Erfassung Textilphysik

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Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik
Messtechnische Erfassung
textilphysikalischer Eigenschaften von
Vliesstoffen und deren Anwendung in der
konfektionstechnischen Produktentwicklung
PD Dr.-Ing. habil. Sybille Krzywinski
Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Rödel
Dr.-Ing. Andrea Schenk
Institut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden
Tel:
+49-(0)351-463-39313
Fax:
+49-(0)351-463-39301
[email protected]
22. Hofer Vliesstofftage, Hof, 07./08. November 2007
Gliederung des Vortrages
1. Einleitung
2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften textiler Flächen
in der Produktentwicklung
3. Fallverhalten
4. Biegeverhalten
5. Scherverhalten
6. Zusammenfassung und Ausblick
Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel
Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007
Folie 2
Studienangebote des ITB
f Studienrichtung Textil- und Konfektionstechnik
nach Grundstudium im Studiengang Maschinenbau
f nicht-konsekutiver Master-Studiengang Textil- und
Konfektionstechnik nach vorherigem B.Sc.-Abschluss
f Vertiefung Textil- und Konfektionstechnik im Studiengang
Wirtschaftsingenieurwesen
f übergreifende Studienangebote für Studenten anderer
Fachrichtungen der TU Dresden und anderer Hochschulen
im Rahmen des studium generale,
spezieller Lehrveranstaltungen, des Expertenseminars,
der Beleg- und Diplom- bzw. Masterarbeiten
f für ausländische Studenten über Sokrates und E-Team
Folie 3
Struktur des ITB
Institut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden
Direktor: Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Ch. Cherif
Professur für Textiltechnik
Inhaber: Prof. Ch. Cherif
Sekretariat / Controlling
Wissenschaftliche Oberassistentin
Maschinenentwicklung
Professur für Konfektionstechnik
Inhaber: Prof. H. Rödel
Technologieentwicklung
Produktentwicklung
Zentrale Bereiche
Auslegung und Konstruktion
von Maschinen für die
Textiltechnik
Faser- /Fadenbildungstechniken
Textilien für
Faserverbundwerkstoffe
(FVW)
Lehrorganisation
Auslegung und Konstruktion von Maschinen für
die Konfektionstechnik
Flächenbildungstechniken
Bautextilien
Öffentlichkeitsarbeit
Steuerungs- und
Antriebstechnik
Ausrüstung von
Textilien
Bio- und Medizintextilien
CAE-Labore
Mess- und Prüftechnik
Konfektionstechnik
Smart Textiles
Textilmaschinenhallen/Konfektionslabore
Konfektionierte Produkte
Prüflabore/
Werkstätten
Materialmodellierung
Bibliothek
Folie 4
1. Einleitung
f Die Autoren haben in den letzten Jahren vielfältige Projekte zur
Produktentwicklung textiler Konfektionsprodukte durchgeführt. Insbesondere
für die Anwendung der 3D-CAD-Technik ist die Kenntnis textilphysikalischer
Eigenschaften und deren quantitative Berücksichtigung bei der
Schnittkonstruktion von besonderer Bedeutung.
f Gegenstand in einem laufenden Forschungsprojekt sind mehrschichtige textile
Strukturen, wie sie sich beispielsweise durch das Fixieren in der
Bekleidungsfertigung ergeben. Erste Arbeitsergebnisse werden präsentiert.
f Für die Vliesstoffindustrie bietet der Vortrag die notwendigen Informationen,
um die Anforderungen und Wünsche ihrer Kunden besser verstehen zu
können. Außerdem ergeben sich Anregungen, die eigene Palette der
Materialprüfung und Materialkennwertermittlung für die Kunden zu
aktualisieren.
Folie 5
2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften in der
Produktentwicklung
f Eine Produktentwicklung ohne Materialberücksichtigung führt zu
kosten- und zeitaufwendigen Iterationen.
f Momentan ist die Berücksichtigung der Materialkennwerte auf
einlagige Aufbauten beschränkt und befindet sich noch in der
Entwicklung.
f Komplexe Produkte erfordern die Berücksichtigung von der
mehrlagigen Strukturen (z. B. durch Nähte und Einlagen).
f Exakte Materialkennwerte setzen spezielle Mess- und Prüftechniken
voraus.
Folie 6
Produktentwicklung für Mobiltextilien, Medizintextilien,
Sporttextilien, Schutztextilen, Smart Textiles, Composites
Medizintextilien
Composites
Konstruktion kompressiver
Bekleidung und deren Wirkung
auf die Durchblutung von
menschlichen Extremitäten
Entwicklung der Fügetechnologie
für Composites
DFG DE 360/7-2, RO 1303/2-1
DFG FG 278
Folie 7
Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE
Sporttextilien
Mobiltextilien
Bezugsstoff 1362
60
50
Kraft [N]
40
K
30
S
45°
20
10
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Standardweg [mm]
3D-Sitzbezugsentwicklung
Radfahranzug
AiF 14540 BG
AiF 13641 BR
Folie 8
Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE
Reduziertes Geometriemodell
Schutztextilien
Materialverhalten des verwendeten Laminates
(Folie äußere Lage – Vliesstoff innere Lage)
Schnittteilzerlegung
KD-Verhalten (Mittelwertkurven)
180
160
140
Kraft in N / 5 cm
120
100
80
Längsrichtung
Querrrichtung
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
Dehnung in %
60
70
80
90
Konfektionierte Verpackung
Folie 9
Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung
D aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08
Materialauswahl
Oberstoff:
Faserstoffzusammensetzung
Bindung
Flächenmasse
Einlagen:
Einsatzbereich (vollflächig, für teilflächige Anwendungen)
Fixierbedingung
Futterstoff:
Einsatzbereich (Innenauskleidung, Taschenfertigung)
Nahtausführung:
Produktaufbau
Nahtfunktion
Folie 10
D aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08
Schnittkonstruktion
Zuschnitt – Einlage (c)
und Besetzen
(Oberstoff)
Zuschnitt – Einlage (c)
und Besetzen
(Oberstoff)
Einlage
Saumkante
504
301
Folie 11
Materialauswahl
Einlagestoffe – vollflächige Verarbeitung
Einsatzgebiet
Artikel
Faserstoffzusammensetzung
Herstellungsverfahren
F 220 (c)
30 % PES
35 % PA
20 % CV
15 % ZS
Trockenvliesverfahren
50
Kleinteile
G 405 (b)
70 % PA
30 % PES
52
Großteil,
Kleinteile
H 410 (d)
40 % PES
60 % PA
53
Großteil,
Kleinteile
H 630 (e)
20 % PES
80 % PA
76
Großteil,
Kleinteile
Flächengewicht
(gesamt)
[g/m²]
PES – Polyester; PA – Polyamid: CV – Viskose; ZS - Zellulose
Folie 12
Einlagige Materialmodellierung
Entwicklung von parametrisierten Gewebemodellen
Leinwandgewebe
Belastung des Gewebes
in Kettrichtung
Köpergewebe 2/2
Köpergewebe 1/3
DFG Ro
1303/ 7-1-/7-2
Bestimmung der Querkontraktion (experimentell und numerisch)
Folie 13
Virtuelle Passformsimulation
Software Optitex
Schnittteile
Formkörper
Positionierung der
Schnittteile und
Darstellung der Nähte
Ergebnis der Simulation
DFG Ro 1303/10-1
Folie 14
Virtuelle Passformsimulation
Einfluss der Vliesfixierung auf Biegeverhalten und Erscheinungsbild
Biegung: 500 dyn*cm
Biegung: 10000 dyn*cm
Biegung: 20000 dyn*cm
DFG Ro 1303/10-1
Folie 15
Ziel der Forschungsarbeiten
Virtuelle Passformsimulation (DFG Ro 1303/10-1)
f Exakte Beschreibung von komplexen
Produkten
f Berücksichtigung von mehrlagigen
Aufbauten (z. B. durch Nähte und
Einlagen)
Jacke - DOB
Sakko - HAKA
f Entwicklung spezieller Mess- und
Prüftechniken
f Entwicklung geeigneter
Simulationssoftware
Mehrlagiger Aufbau
Folie 16
3. Fallverhalten
f Messgröße zur Charakterisierung
des biegeweichen Verhaltens
textiler Erzeugnisse
Videokamera
Computer
f Eigengewicht führt zu einer
dreidimensionalen Verformung
f Erfassung von Fallkenngrößen
(Anzahl, Form und Lage der Falten
bezüglich der Materialausrichtung)
Drapemeter
Fourier-Analyse
der Randkurve
DIN 54306: Bestimmung des Fallverhaltens
f Bestimmung eines objektiven
Messwertes (Fallkoeffizient)
Folie 17
4. Biegeprüfung
f Messgröße zur Beschreibung der Krümmungsänderung von textilen Materialien bezüglich einer
Ausgangslage
f Biegesteifigkeit ist Maß für den Widerstand des
Materials gegen die Krümmungsänderung
KES-FB-Gerätesystem
f Kenngröße für die Charakterisierung des
Erscheinungsbildes und die Verarbeitung von
Textilien
f notwendig für Simulationsrechnungen
DIN 53362: Verfahren nach Cantilever
Folie 18
Experimentelle Bestimmung der Biegesteifigkeit
Kritische Analyse der aktuellen Technik zur Biegesteifigkeitsprüfung:
f ungleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit
f subjektive Bestimmung der
Überhanglänge
f visuelle Bestimmung der
Überhanglänge
f Ablesegenauigkeit am Maßstab
(0,5 mm)
f gekrümmte Probenvorderkante
DIN 53362: Bestimmung der Biegesteifigkeit,
Verfahren nach Cantilever
Folie 19
Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200
Konstruktionszeichnung
Messzone mit unterbrochenen Laserschranken
automatische Auswertung
Folie 20
Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200
D maschinenbautechnische Weiterentwicklung
Quelle: Cetex Chemnitzer Textilmaschinenentwicklung gGmbh, Chemnitz
Folie 21
Eigenschaften und Vorteile des ACPM 200
f Probenbreiten von 25 mm bis 200 mm möglich
f Vorschubgeschwindigkeit variabel wählbar
f konstante Vorschubgeschwindigkeit während der Prüfung
f Erfassung von maximal 24 parallelen Messwerten entlang der
Probenbreite
f grafische Darstellung des Biegeverhaltens über die Probenbreite auf
dem Bildschirm
f Möglichkeit der Änderung des genormten Winkels
f hoher Automatisierungsgrad
f einfache und komfortable Bedienung
f hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse > 95 %
Folie 22
Biegesteifigkeit – ACPM 200
DOB – Oberstoff in Kettrichtung
Stoff B - KR
ohne Naht
12
Doppelkappnaht
Safteynaht
Biegsteifigkeit [mN cm]
10
Schließnaht
thermofixiert ohne Naht
8
thermofixiert Safteynaht
thermofixiert Schließnaht
6
4
2
0
0
25
50
75
100
125
150
175
200
Probenbreite [mm]
Darstellung der Biegesteifigkeit für eine mittige Naht mit und ohne Einlagestoff
Folie 23
Biegesteifigkeit – ACPM 200
Auswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung)
0,300
0,250
0,200
0,150
0,100
Kette MW
F_d
F
D_d
D_b
D
D_g (vollflächig)
Kette 2
D_g (mittig)
Kette 1
C_g (vollflächig)
C_b
C
B_c
B
A_c
0,000
C_g (mittig)
0,050
A
f Ein Vergleich der
Biegesteifigkeiten mit und
ohne Thermofixierung für die
verschiedenen Materialien
zeigt kein einheitliches
Verhalten. Somit ist es nicht
möglich, einen Faktor für eine
Umrechnung zu definieren.
Biegesteifigkeit - Kawabata
B [10-4 N·m²/m]
f Die Biegesteifigkeit steiferer
Materialien wird durch die
Fixierung nicht so stark
verändert wie bei
biegeweicheren Materialien.
Material
Folie 24
Biegesteifigkeit – Kawabata
Auswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung)
Vergleich unterschiedlicher Einlagen
Kette (unterschiedliche Einlagen)
B [10-4 N·m²/m]
0,20
0,15
C
0,10
D
0,05
0,00
ohne Einlage
Einlage b
Einlage g (mittig)
Einlage g
(vollflächig)
Material
Schuss (unterschiedliche Einlagen)
B [10-4 N·m²/m]
0,20
0,15
C
0,10
D
0,05
0,00
ohne Einlage
Einlage b
Einlage g (mittig)
Einlage g
(vollflächig)
Material
Folie 25
5. Scherprüfung
f Messgröße zur Beschreibung der Änderung des
Scherwinkels bezüglich der Nulllage
TEXPROOF – Prüfgerät
f Schersteifigkeit ist Maß für den Widerstand des
Materials gegen die Scherung
f Kenngröße für das Erscheinungsbild und die
Verarbeitung von Textilien
Scherrahmen
f notwendig für Simulationsrechnungen
KES-FB-Gerätesystem
Folie 26
Schersteifigkeit
KES-Scherung, Material A, ohne Einlage
KES-Scherung, Material B, ohne Einlage
3
3
2
2
1
1
0
-10
-5
0
5
10
-1
Load in N/m
Load in N/m
Materialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung)
0
-10
-5
0
5
10
-1
-2
-2
-3
-3
Angle in deg
Angle in deg
KES-Scherung, Material A, Einlage c
KES-Scherung, Material B, Einlage c
deutliche
Änderung des Kennwertes durch die Vliesfixierung !!!
150
100
100
50
50
0
-10
-5
0
-50
5
10
Load in N/m
Load in N/m
150
0
-10
-5
-100
10
-150
Angle in deg
5
-100
-150
Schuss
Kette
0
-50
Angle in deg
Folie 27
oh
ne
B,
Ei
nl
A, Ei age
oh nl a
ne ge
c
E
A, inl
C
E a
, o inl ge
hn ag
C
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,E
Ei c
in
la C, E nla
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C
g
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ge läc
h
D
, o g (m ig)
hn
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Ei )
D
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D
,E
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l
in
la D, E age
ge
b
in
D
, E g (v lage
D
, E inl ollf d
in age läc
la
ge g hig)
D
f (m
, E (vo itti
g
l
in
la lflä )
c
g
F , e f hi g
oh (m )
it
n
F e E tig)
ve in
rn lag
äh
e
tm
it
D
B,
Schersteifigkeit G in N/m*grd
Schersteifigkeit
Materialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung)
Schersteifigkeit
25,00
20,00
15,00
Schuss
Kette
10,00
5,00
0,00
Folie 28
f Die messtechnische Erfassung textilphysikalischer Eigenschaften von
Vliesstoffen ist sowohl für eine angepasste Materialentwicklung und
-verbesserung als auch für die Produktentwicklung der
Konfektionsindustrie von hohem Interesse.
f Eine besondere Bedeutung spielt die messtechnische Erfassung
textilphysikalischer Eigenschaften bei der sich zukünftig noch weiter
durchsetzenden Anwendung der CAD-Technik in der
Produktentwicklung.
f Dies verlangt die Bereitschaft und Möglichkeit, aus der Flächenbildung
für die Weiterverarbeitung Materialkennwerte bereitzustellen.
Folie 29
f Geeignete Gerätetechnik ist erforderlich, die von den momentan
verfügbaren Prüfverfahren und -geräten noch nicht umfassend
abgedeckt wird.
f Offen sind Forschungsarbeiten, die insbesondere mehrlagige
Strukturen, wie sie bei der Anwendung von Vliesstoffen häufig
gebräuchlich sind, hinsichtlich ihres Verhalten besser charakterisieren
und auch in Modellen beschreiben.
f Für die erfolgreiche Ausführung dieser Arbeiten ist die Partnerschaft
mit Vliesstoffherstellern eine wesentliche Voraussetzung und Anlass
für diesen Vortrag auf den Hofer Vliesstofftagen 2007.
Folie 30

Messtechnische Erfassung Textilphysik

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