автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка и совершенствование методов оценки и нормирование показателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов

РГ6 од

/ [¡ьм и.-^и

СКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ШКСШШАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ А.Н.КОСЫГИНА.

РАБОТКА. И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ И

НОРМИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ^ЛЬТРОВМЬНЫХ ИГЛОПРОБИВНЫХ НЕТКАНЫХ. МАТЕРИАЛОВ

Специальность ub.I9.0I - Материаловедение (текстильное, кожевенно-меховое, обувное, шЕейное)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

УДК 677.017: [б77.026.442:66.067.33](0*3.3)

АМБРОЛАДЗЕ циала Николаевна

Москва - 1993

¿„„Работа выполнена в Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина.

Научный руководитель

профессор, доктор технических наук Кирюхин С.М. Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Бузов Б.А.

кандидат технических наук, зав.лабораторией Ладынина Л.П.

Ведущая организация : Акционерное общество открытого типа "Научно-исследовательский институт нетканых материалов", г.Серпухов, (НИИНМ).

Защита состоится 42« ¿ш* 1993 г. в -/¿^^часов на

заседании специализированного совета К 053.25.02 в Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина по адресу: 117918, Москва, ул.Малая Калужская, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной текстильной академии имени А.Н.Косыгина.

Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь специализированного совета I Осьмин Н.А.

АНпиТАДЙй

В диссертационной.работе изложены результаты теоретических---и практических исследований, проведенных с целью разработки и совершенствования методов для оценки качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов, используемых е качестве воздушных ¿ильтров е различных отраслях народного хозяйства. В работе установлены нормы определяющих показателей качества иглопробивных нетканых материалов,

В работе проанализированы существующие методы оценки качества фильтровальных материалов технического назначения. Определены требования к Фильтровальным иглопробивным нетканым материалам с учетом специфики их структуры и обоснована номенклатура показателей качества, позволяющая проводить оценку свойств как на стадии кассового производства продукции, так и при-разработке и исследовании нового ассортимента материалов.

Методом экспертного опроса установлена для иглопробивных нетканых материалов, лсдользуецых е воздушных фильтрах различного, назначения, единая номенклатура определяющих показателей качества.

Разработана экспресс-установка и методика определения на ней чистсто. фильтрации. Предложена формула для определения чистоты фильтрации.

Уточнена методика определения пористости .¿ильтровальных нетканых 1..атериалов на основании данных диаграмм сшцлаеыостк. в реяыае нагру&ения и релаксации.

С использованием разработанных и уточненных методов оценки качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов и предложенной номенклатуры дан расчет норы определяющих показателей качества этих материалов на основе статистического материала, полученного при исследовании.

Автор защищает:

- впервые предлагаемую номенклатуру показателей, определяющих качество иглопробивных нетканых материалов, используемых для воздушных фильтров различного назначения;

- разработанные методы оценки фильтрационных свойств фильтровальных иглопробиьншс материалов;

- разработанные нор>:ы определяющих показателей качества

фильтровальных иглопробивных нетканых материалов.

ОЬчАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Актуальность работы. Изучение и анализ условий эксплуатации воздушных фильтров из нетканых иглопробивных материалов, требований, предъявляемых к фильтровальным материалам, применяемым для очистки воздуха различного назначения, показали, что для эффективного их использования необходимы разработка и совершенствование методов оценки фильтрационных свойств этих материалов. Однако, е настоящее гремя отсутствуют научно обоснованная номенклатура показателей, определявших их качество, а так&е нормы для этих показателей. Решение этой задачи позволит объективно оценить качество фильтровальных иглопробивных нетканых материалов и дать рекомендации по их эффективному использованию в различных отраслях народного хозяйства.

Работа выполнялась по плану научно-исследовательских работ кафедры текстильного материаловедения МГТА.

Целью работы является улучшение качества иглопробивных фильтровальных нетканых материалов за счет разработки и совершенствования методов оценки и нормирования их показателей качества.

В соответствии с целью работы были поставлены и решались следующие основные задачи:

- Еыбор определяющих показателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов;

- исследование показателей качества фильтровальных иглопробивных исжаы материалов;

- разработка и совершенствование методов оценки показателей качества ЗИНЫ;

- установление норм показателей качества ШМ;

- разработка'нормативно-технической документации на ®ШМ.

Методика исследований. При решении поставленных задач был проведен анализ условий работы и требований, предъявляемых к фильтровальным иглопробивным нетканым материалам. Изучены науч-

но-техническая литература по вопросам оценки, качества фильтровальных нетканых материалов технического назначения, нормативно-техническая документация на методы испытаний. В работе применялись современные методы теоретических и экспериментальных исследовании, в частности элементы теории вероятности, методы математической статистики. Для прогнозирования кинетики изменения сеоисте материалов использовались методы регрессионного и корреляционного анализов с обработкой результатов на ЭШ.

научная новизна работы заключается е следующих новых теоретических и экспериментальных результатах, полученных автором:

- впервые разработана номенклатура показателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов для воздушных фильтров;

- разработана экспресс-методика и прибор для определения фильтрационных свойств в частности чистоты фильтрации;

- усовершенствована методика определения пористости ¿ИНМ е режиме нагружения и релаксации;

- разработаны нормы определяющих показателей качества

ййлиа.

Практическая ценность работы. Разработанные и уточненные методики оценки качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов могут быть использованы при контроле качества игло-нробкышх нетканых материалов, предназначенных для фильтрации воздуха е различных системах на стадии массового производства и при приемке ее заказчиком, а также при создании нового ассортимента материалов с улучшенными свойствами.

методики определения фильтрационных свойств, а такке нормируемые показатели, определяющие их качество, включены в разработанные ТУ 17-ГР-438-12-92 и внедрены на Тбилисское! фабрике нетканых материалов. Расчетных! экономический эффект составил за счет применения разработанной экспресс-установки 38,6 тыс. руб.

Методики и установленные нормы рекомендуются к шедрешпо

на предприятиях текстильной промышленности, а также для включен в нормативно-техническую документацию на номенклатуру показателей качества и методы испытаний.

Апробация работы. Основные положения диссертационной рабе доложены и обсуждены:

- на Республиканской научно-практической конференции (г. Тбилиси, 1990 г.);

- на Республиканской научно-технической конференции, посвященной 30-летию ГрузНИИШ {г. Тбилиси, 1990 г.);

- на научно-практической конференции (г. Ташкент, ТИ1ЛП, 1991 г.);'.

- на научно-практической конференции (г. Киев, 1991 г.);

- на расширенном заседании кафедры текстильного материаловедения МИй. им. А.Н. Косыгина 29 июня 1993 г.

Основное содержание работы опубликовано в 5 работах.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Объем диссертации - 101 страница машинописного текста, 19 рисунков, 30 таблиц, приложения на 7 страницах.

СОД^ИШШ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная ношзна и практическая значимость. Сформулированы цели и задачи исследований.

Первая глава посвящена основным направлениям применения текстильных фильтров в различных отраслях промышленности, отмечены преимущества нетканых материалов, в частности иглопробивды применяемых для очистки воздуха в разных системах, продолжена их классификация.

Сделан вывод, что основными преимуществами фильтровальных иглопробивных нетканых материалов (ЗИШ) являются сравнительная простота технологии их получения, возможность использования

13личных е0л0к0н, в том числе и вторичного сырья. Описаны осо-знности структуры этих материалов, обеспечивающие их высокую филь-рационную способность.

Проанализированы существующие методы определения качества ШМ и их нормируемые показатели.

Установлено, что в настоящее время ограничены показатели, феделящие фильтрационную способность. Отмечено также,что из-I специфики структуры и особенностей свойств ШНМ недостаточно яюльзовать только имеющиеся методики для оценки их качества.

В заключение отмечается отсутствие научно-обоснованной зменклатуры показателей качества ШМ и норм на них.

В этом же разделе намечен круг вопросов, подлежащих реше-ш в данной работе.

Во второй главе приведена методика выбора номенклатуры по-шателей качества ®НМ, которая является первым и наиболее Бахил этапом работ в общей оценке качества продукции и ее ставдар-шацшь

Методика выбора определяющих показателей качества сводись к нахождению коэффициентов весомости отдельных показателей, цэеделение весомости показателей качества осуществлено с исполь-)ванием эвристического (экспертного) метода, основанного на ;реднении оценок весомости, даваемых группой экспертов.

Всего для оценки коэффициентов весомости были предложены ) показателей качества <ШНл1 специалистам, имеющим опыт работы з области изготовления и использования «ЙШ.

Осуществлена статистическая обработка экспертных оценок помощью подсчета коэффициента конкордации \Х/ .

1в - х? - отклонение суммы рангов по каждому показателю от средней.

Средняя суша рангов равна

т- - число экспертов; УЬ - число показателей.

Ц - число рангоЕ с одинаковыми оценками у ^ -го эксперта;

- число оценок с одинаковым рангом у ^ -го эксперта.

Коэффициент конкордации., характеризующий согласованность мнений экспертов, для всех видов ЖНМ является существенно значимым и составляет 0,63.

В данной главе приведены результаты выбора определяющих показателей качества &Ш, которые сводились к нахождению коэффициентов весомости отдельных показателей

2 = ( та - £ )/[й,5 тп (п-0]. Д/

где т. - число экспертов;

п. - число показателей;

- сумма рангов по с - му показателю.

Таким образом установлены существенно значимые показатели качества для всех четырех еидов ЙШМ: воздухопроницаемость, чистота фильтрации, пористость, размеры пор, фильтрационная прочность, фильтрационная способность, результативность фильтрации, прочность на продавливание, толщина, поверхностная плотность.

В третьей главе изложены результаты исследований, определяющих показателей качества -ШШ. Представлены результаты разработк и совершенствования методов их испытаний.

Исследование-, показателей качества ШМ включало их углу-

где

где

бленное изучение при увеличенном числе образцов и при разных параметрах испытаний. Изучено влияние отдельных параметров испытании на полученные результаты с целью более правильной организации контрольных испытаний. Установлена взаимосвязь ыезду отдельными показателями качества, позволяющая существенно со-ркатить их номенклатуру в стандарте.

В качестве объектов исследования выбраны четыре артикула нетканых иглопробивных материалов, выпускаемых Инзенской фабрикой нетканых материалов, предназначенных ддя очистки воздуха и применяемых е различных отраслях народногоихозяйства. Даны характеристики этих материалов по техническим условиям.

Основными показателями для фильтровальных материалов, обеспечивающих эффективность их работы, являются показатели, которые характеризуют их фильтрационные свойства.

Из этих характеристик в работе изучены воздухопроницаемость скорость фильтращш, чистота фильтрации, результативность фильтрации, лгльтрационная прочность а фильтрационная способность.

Воздухопроницаемость исследуемых материалов определялась по стандартной методике на приборе ШТЛ-2 при увеличенном числе образцов (ои) и разных перепадах давления. Установлено, что изменения воздухопроницаемости в зависимости от перепада давления имеет лилейный характер. Определены аналитические выражения этой зависимости. данные исследований также показали, что при росте перепада давления разброс полученных результатов снижается. Следовательно, целесообразно выбрать при контроле воздухопроницаемости больную величину перепада давления. Принято значение д Р = 98 Па.

Одним из основных показателей, по которому оценивают качество (фильтровального материала, является чистота фильтрации. Это было подтверздено объективными данными экспертной оценки значимости показателей качества. Коэффициент Еесоыости чистоты «¿<ильа>-рации 2. = 0,094.

Однако , е настоящее время существует ряд слогшостей. с определением данного показателя в лабораторных условиях из-за отсутствия приборов или устройств , позволяющих экспресс-методами провести сравнительную оценку чистоты фильтрации, различных материалов. В связи с этим в работе предлагается экс-

пресс-методика для определения фильтрационных свойств, в частности чистоты фильтрации, а также соответствующий прибор для этой цели. Схема прибора показана на рис.1. Принцип его работы заключается в следующем: мещу двумя полыми цилиндрами I и 2 закрепляется проба фильтровального материала 3, через которую воздух определенной запыленности из сосуда 4 высасывается с помощью пылесоса 5.

Предложена расчетная формула чистоты фильтрации

ъг= т" • юо (*). /5/ ч т; - />гс"

где гч* и М-* - масса пробы фильтровального материала до и после испытаний; гп" и м* - масса сосуда со стандартной пылью до и после испытаний.

Было исследовано влияние массы шли и времени фильтрации на полученные результаты определения чистоты. Эти данные показаны на рис.2 и 3.

Щ

100 90 80 70 60

\______

5 10 15 20 25 00 и пин.

Р

Ц% -■ ---------- --------------

100 90 80 Р0=

5 _ -Ю 15 20 30 Тмин

Рис.^.

Из рис.3 видно, что чем больше степень запыленности возт (масса шли изменялась от I до 5 г), тег/, быстрее забивается прч-ба к ^кльтрациоиный материал теряет свою фильтрационную спосоо • ность. На результат фильтрации большое влияние оказывает времг: пропускания воздуха. Так, через 5 минут чистота фильтрации остается на уровне исходных значений. Пропускание части пыли наблюдается только через 10 минут и после 30 минут достигает насыщения, то есть фильтровальный материал теряет свою фильтрационную способность (рис.4). В результате проведенных исследований были приняты следующие параметры испытания: число проб - 10; время испытания - 30 мин; масса шли - 1000 мг * 100 мг.

Из характеристик структуры и строения исследуемых материалов изучались: пористость, размеры пор, толщина и поверхностная плотность. Пористость предложено определять расчетным методом на основании данных, полученных по методике сжимаемости волокнистых материалов в режиме нагружения и релаксации. С помощью диаграмм сжатия материала по расчетной формуле определяется пористость материала:

93458б в-93453? С-ЧЦЧ^б

» ? < > , °-534<,03

^___

--

где т. - масса образца, мг;

- толщина материала, мы; £ - площадь образца, ьг.?; % ~ плотность вещества волокон, мг/мм?.

Определены размеры пор капиллярным методом, основанном на измерении давления, необходимого для продавливания пузырьков воздуха через поры, предварительно заполненные жидкостью.

Толщина фильтровального материала определена на приборе ТШ-1 при различных давлениях на пробу. Получены градиенты толщины, даны коэффициенты уравнения, описывающие это изменение и характеризующие сжимаемость материалов. Полученные результаты показывают, что характер изменения толщины в зависимости от давления практически одинаков, а коэффициенты, определяющие сжимаемость, близки.

Поверхностная плотность исследуемых образцов определялась по стандартной методике на пробах разных размеров. Полученные результаты показали случайный характер в различии значений поверхностной плотности, полученных при разных размерах пробных полосок. В связи с этим в работе рекомендовано для определения поверхностной плотности использовать пробы уменьшенного размера 50x50 мм вместо 50x200 мм по ГОСТ 15902.1-80.

Для характеристики механических свойств исследуемых 4шльт-ровальных материалов определялась их прочность на продавливание шариком двух размеров 20 и 15 мм. Результаты исследований показали, что размер шарика оказывает существенное влияние на значения прочности на продавливание нетканых фильтровальных материалов. При этом диаметр шарика 20 мм дает более стабильные результаты, чем Х5-ти миллиметровый.

В работе взаимосвязь между отдельными показателями качества ШШ определялась с помощью парных коэффициентов корреляции. Получены высокие значения коэффициентов корреляции при большой их достоверности, что позволило ограничить номенклатуру показателей качества при их нормировании.

Четвертая глава посвящена разработке норм определяющих по-

казателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов. Проводилось это на основе статистического материала, полученного при юс исследовании. В работе дается оценка соответствия распределения фактических значений исследуемых показателей нормальному закону распределения с помощью асимметрии и эксцесса, вероятностных бумаг и статистического критерия Колмогорова Д . Установлено, что для всех рассматриваемых показателей их эмпирические распределения не противоречат гипотезе нормального закона.

Расчет и установление норм проводилось в два этапа. Вначале для выборочных средних подсчитывались толерантные границы, а затем доверительные интервалы.

Толерантные границы подсчитывались по формулам:

Тн=х-ка /7/

Ч^х-Кси isi

Доверительные интервалы рассчитывались по формулам:

Isl

= ол//п Hol

где yC - среднее значение;

" С5", - среднее квадратическое отклонение;

К к t ~ табличные коэффициенты;

Yl - число испытании.

Результаты расчета и установленные нормы использованы при разработке ТУ 17-ГР-<±38-12-92 на фильтровальные иглопробивные нетканые материалы для воздушных фильтров. ТУ внедрены на Тбилисской фабрике нетканых материалов.

Установленные нормы показателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов

&

п/п

Показатели качества

Нормы

арт. арт. арт. арт.

934537 934586 9345*6 934403

1. Воздухопроницаемость, дм^/гл^ с, не менее

2. Чистота фильтрации,#

3. Пористость, %

4. Прочность на продавливание, даН, не менее 82

390 490 397 483

92 70 87 73

ВО 82 80 70

58

68

61

о. Толщина, мм. • -6. Поверхностная плотность,

4,2^,14,0+0,1 4,2чЙД -4,1^,1.

г/м'

2

315+8 ¿70+3 ¿60+8 227+8

ОВДЮ ВаЗОДи VI РгКОАйЦЦДцЩ

1. иглопробивные нетканые материалы из синтетических еоло-кон широко применяются в качестве различных фильтров. Однако оценка их фильтрационных свойств в настоящее Еремя изучена недостаточно, отсутствует для этих материалов научно-обосноЕанная номенклатура определяющих показателей качества и корм по ним.

2. методами экспертного опроса установлена для иглопробивных нетканых материалов, используемых в воздушных фильтрах различного назначения, единая номенклатура определяющих показателей качества, рассчитаны коэффициенты весомости этих показателей.

3. В общей оценке качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов из 20 показателей качества существенно значимыми признаны следующие: воздухопроницаемость, скорость фильтрации, чистота фильтрации, пористость, размеры пор, фильтрационная прочность, фильтрационная способность, результативность фильтрации, прочность на продавливание, толщина и поверхностная плотность.

4. На основе корреляционного анализа выявлено, что при нормировании достаточно для определения качества ШНМ использовать 6 показателей: воздухопроницаемость, чистота фильтрации, пористость, прочность на продавливание, толщина и поверхностная плотность, что позволяет существенно сократить затраты времени на определение показателей, получив при этом достоверные результаты«

о. Разработана экспресс-установка и ыетодоса определения на ней чистоты фильтрации материалов.

6. Уточнена методика определения пористости фильтровальных нетканых материалов на основании данных диаграмм сжимаемости е режиш нагружения и релаксации.

V. Доказано, что наименьшую неравномерность по поверхностной плотности нетканых материалов имеет проба квадратной формы 50x50 мм. Ее применение вместо используемой на предприятиях пробы 50x200 мм позволяет заметно уменьшить материальные затраты на определение этого показателя качества <ШНМ.

8. ипределено ышяь;:е размера шарика при испытании на про-даЕливание на прочность фильтровального нетканого материала. Установлено, что наиболее достоверные результаты обеспечиваются при использовании шарика диаметром 20 мм.

9. Б работе оценивалось соответствие распределения полученных результатов исследуемых показателей нормальному закону с помощью асимметрии и эксцесса, вероятностных бумаг и статистического критерия Колмогорова. Было установлено, что для всех рассмотренных показателей их эмпирические распределения не противоречат гипотезе нормального закона.

10. Разработанные методики определения фильтрационных свойств £ИНМ, установленные нормы определяющих показателей качества этих материалов рекомендованы к внедрению на предприятиях текстильной промышленности, а также для включения в норматиено-техническую документацию на номенклатуру показателей качества

и методы испытаний.

11. Установленные нормы включены в разработанные ТУ 17-ГР-<±38-12-92 "Материалы нетканые иглопробивные фильтровальные". Разработанные методики определения фильтрационных свойств <Й1НМ, экспресс-установка для определени я чистоты фильтрации, а также разработанные ТУ на эти материалы внедрены на Тбилисской фабрике нетканых материалов.

Основное содержание работы отражено в следующих печатных работах:

1. Амброладзе Ц.Н., Кирюхин С.М. Номенклатура показателей // Изв. вузов. Технология легкой промышленности.-1992.-Н.-

С. 14-17.

2. Амброладзе Д,Н. Оценка качества фильтровальных нетканых материалов // Тезисы Респ. научно-практической конференции,

г. Тбилиси, 1990.- С.137-138.

3. Амброладзе Ц.Н. Выбор номенклатуры показателей качества фильтровальных нетканых полотен // Тезисы докладов Респ. научно-технической конференции, посвященной 30-летию ГрузКИИШ.-г. Тбилиси, 1990.-С. 129-130.

4. Амброладзе Д.К. Определение весомости показателей качест: фильтровальных нетканых материалов // Тезисы докладов научной конференции.- г. Киев, 1991.- С.26-27.

5. Амброладзе Ц.Н. Разработка норм номенклатуры показателей качества фильтровальных иглопробивных нетканых материалов // Тезисы докладов научно-практической конференции "Достижения науки молодых в производстве".- Ташкент, 1991.- С.121-122.

Подписано в печать 06.10.93 Сдано в производство II.10.93 ЛР №020753 от 04.07.93 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ.

Усл.п.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0

_Заказ _Тираж 75_

'оталринт МГТА, 117419,Москва,ул.Донская,26

(с) Московская государственная текстильная академия им .А..Н.Косыгина