автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Проектирование и моделирование технологии иглопробивных нетканых материалов с целью прогнозирования и оптимизации их физико-механических характеристик



На правах рукописи

с/

БУРИБАЕВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

Сг

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИГЛОПРОБИВНЫХ НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ЦЕЛЫО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Специальносгь 05.19 02 Технология и первичная обработка тет стильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссер гацик на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2007

003062375

Работа выполнена в Московском государственном текстильном университете имени АН Косыгина на кафедре технологии нетканых материалов

Научный руководитель кандидат технических наук

доцент Се ргеенков А П

Официальные оппоненты доктор технических наук

профессор Щербаков В П

кандидат технических наук Сорокина Т Б

Ведущая организация Научно-исследовательский

институт нетканых материалов ОАО «НИИНМ»

Защита состоится «23» 2007 г в \ 'Х, часов на заседании

диссертационного совета К 212 139 01 в Московском государственном текстильном университете им All Косыгина по адресу 119071, Москва, Малая Калужская ул , д 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственною текстильного университета им АН Косыгина

Автореферат разослан «1 ^ » О Ц 2007 г диссертационного совета

Ученый секретарь диссертационного совета К 212 139 01 доктор

технических наук, профессор //7/,1 Ю С Шустов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы обусловлена тем, что сложившаяся практика производства иглопробивных нетканых материалов не позволяет достаточно адекватно прогнозировать качество иьщускаемой продукции, что в свою очередь, снижает эффективность производства и не обеспечивает оптимального использование таких матери.шов Поэтому проблема разработки математических моделей для прогнозирования физико-механических свойств иглопробивных материалов, по ¡воляющих адекватно в совокупности- учитывать как параметры те отологического процесса, так и характеристики исходного сырья, является важной и актуальной задачей Результаты прогнозирования и оптимизации свойств иглопробивных нетканых материалов на основе адекватных математических моделей пошолят обеспечить научно-обоснованный подход к решению указанно? проблемы Автор защищает:

в методику проектирования технологии производства иглопробивных нетканых материалов из химических волокон с заданными физико-механическими характеристиками, в результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные в процессе определения оптимальных условий выработки иглопробивных нетканых материалов с заданными физико-механич ескими характеристиками, « полученные математи ческие моде пи второго порядка для физико-механических показателей нетканого иглопробивного материала в зависимости от основных показателей сырья и факторов технологии производства материала, ® методику условной и безусловной оптимизации параметров выработки

иглопробивных материалов, «> аналитические и графические зависимости для оперативнрй оценки основных физико-механических показателей нетканого материала,

• технологию получения иглопробивного теплоизоляционного нетканого материала из полиэфирных волокон,

* рекомендащш и алгоритм расчета сравнительной себестоимости про; дукции при оценке вариантов изготовления иглопробивного полотна Данная работа проводилась б Московском государственном текстильном универеш ете им А Н Косыгина

Работа проведена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы № 03-810-10 «Прогнозирование физико-механических свойств нетканых текстильных материалов')

Цель работы Целью настоящей работы является разработка методики проектирования оптимальной технологии иглопробивных нетканых материалов для прогнозирования ик физико-механических характеристик, в первую очередь, прочностных показателей, п широком диапазоне изменения поверхностной плотности

Задачи исследований Исходя из поставленной цели в работе решались следу ющие задачи

• изучение и анализ научных исследований в области исследования физико-механических свойств иглопробивных нети аных материалов,

• разработка методики проектирования оптимальной технологии игло-пробиЕнгых нетканых материалов,

• разработка методики прогнозирования физико-механических характеристик иглопробивных негканы> материалов из химических волокон,

• экспериментальные исследования физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химически\ волокон в широком диапазоне поверхностной плотности,

• разработка математических моделей для физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон на основе результатов эксперимента и методики npoi позирования свойств материалов,

• оптимизация и прогнозирование свойств иглопробивных нетканых материалов и условий технологического процесса их производства на основе полученных математических моделей

Методика проведения исследований Использован системный подход для изучения сложного объекта «сырье - технология - материал», объединяющий в единую схему методы планирования эксперимента и математические модели для показателей свойств нетканого материала в зависимости от свойств сырья и факторов технологического процесса

Использовались стандартные методики для исследования структуры и физико-механических свойств иглопроби зных нетканых полотен, а также оригинальные стенды и методики, разработанные на кафедре технологии нетканых материалов

При оптимизации свойств и технологических параметров процесса получения нетканых материалов использовались математические методы оптимизации и соответствующие численные методы, реализованные в рамках компьютерных программ MS Excel и MathCAD Научная новизна работы

• проведен системный анализ технологам иглопробивною нетканого материала на основе теории анализа размерностей с учетом основных факторов технологии производства, а также показателей свойств сырья и нетканого материала,

• определены основные безразмерные (обобщенные') параметры для описания технологии иглопробивного нетканого материала, а также показателей свойств сырья и нетканого материала,

• на основе полученных обобщенных параметров в) ,1бран трехуровневый композиционный план активного эксперимента, обеспечивающий построение регрессионных моделей второго порядка для оценки показателей свойств нетканого материала в зависимости от четырех факторов,

• полечены математические модели второго порядка для физико-механических поь азателей нетканого иглопробивного материала в зависимости от основных свойств сырья и факторов технологии производства материала,

• на основе полученных математических моделей в рамках компьютерных программ МГ> Е<се1 и МаШСАЮ выполнены процедуры прогнозирования и оптимизации пок.па1елей нетканого материала и технологически V режимов их производства

Практическая ценнос п. р аботы,

• использование предложенного метода исследования физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон позволяет с достаточной степенью адеквагности прогнозировать качество выпускаемой продукции,

• на основе полученных в работе результатов разработана технология иглопробивного теплоизоляционного нетканого материала из полиэфирных волокон,

• определены оптимальные параметры выработки иглопробивного теп-лоизо тяциошю! о материал,!, при которых он по своим физико-механическим свойствам превосходит известные теплоизоляционные материалы, применяемые в строительной технике,

• полученные па основе абсолютной и условной оптимизации результаты, £1 также соответствующие графические зависимости могут использоваться для оперативной оценки основных физико-мехшических показателей нетканого материала

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на

1 Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологи» и оборудование текстильной промышленности» (ТЬКСТИЛЬ-98), М МГТА им А Н Косыгина, ноябрь 1998 г

2 Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-99), М МГТУ им А Н Косыгина, ноябрь 1999 г

3 Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2005), М МГТУ им А Н Косыгина, ноябрь 2005 г

4 Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и техноло1 ии изготовления текстильных материалов специальною ш чачения» (ГЕХ1ЕКСТИЛЬ-2005), Димитровград Димит-ровградский институт технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета, октябрь 2005 г

5 Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и лег* ой т.ромышленности», М Российский заочный институт тс! стильной и легкой промышленности, май 2006 г

Публикации.

По материалам диссеотлции опубликовано 8 работ

Объем и структура работы Диссертационная работа и шожена в 5 главах с выводами на 178 страницах печатного текста и содержит 25 рисунков, 44 таблицы, список литературы из 71 наименования и 38 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, ее научная новизна и практическая значимость Сформулированы цели и задачи исследования

В первой главе проведен анализ научно-исследовательских работ, который показал, что большинство исследователей работают в направлении поиска более совершенных методов прогнозирования физико-механических свойств иглопробивных нетканых материалов Высокие требования, предъявляемые к иглопробивным материалам в связи с развитием различных областей использования таких материалов, вызывают необходимость проектирования иглопробивных материалов по заданным показателям, требуют расширения теоретических исследований в области прогнозирования физико-механических, в частности прочностных, свойств иглопробивных нетканых материалов

С целью системной оценки факторов и процессов производства нетканых иглопробивных материалов, предлагается использовать аппарат теории подобия и ая&ииза размерностей. Этот подход позволяет концентрировать внимание на фундаментальных вопросах, i вя¡анных с оценками факторной структуры компонентов иглопробивной технологии производства нетканых материалов «сырье — технология - материл», а также идентификации комплексного нелинейного взаимодействия основных факторов технологии процесса иглопрокаяывания, характеристик сырья и материалов

Во второй главе на основе анализа размерностей изложена общая методика и алг оритмы формирования обобщенных (безразмерных) параметров, необходимых для описания сложной технологической системы

Проведен системный анализ производства иглопробивного материала на основе концептуальной модели «сырье - технология - материал» и сформирован набор из 11 размерных показателей, характеризующих указанные части концептуальной модели

I разрывная нагрузка материала в продольном и поперечном направлениях-Rx, RV(H),

2. толщина материала-h, (мм),

3. объемная плотность -5М, (г/см3),

4 поверхностная плотность материала - М„, (г/м2),

5 длина волокна - /, (мм),

6 диаметр (расчетный) волокна - d, (мм),

7 объемная плотность волокна - S, (г/см!),

8 разрывная нагрузка волокна - RB, (Н),

9 плотность прокалывания - П, (см"2),

10 глубина прокалывания - Г, (мм),

II частота прокалывания - п, (мин'1)

В табт 1 приведена матрица размерностей указанного не бора размерных характеристик с учетом обозначений основных единиц шмерения М-масса, Ь- дгпна, Т- время

Анализ размерностей рассматриваемых величин иь иг, , 1Лц - позволил сформировать восемь обобщенных безразмерных параметров (комплексов) для ра;с матриваемого иглопробивного материала с учетом показателей свойств материала, сырья и факторов технологии производства А именно, на основе Пи-георемы анализа размерностей с учетом общего соотношения для безразмерною параметра Р

Р = аи(1)

Таблица 1

Матрица размер гостей показателей и факторов для образцов ____шлопробивн ого материала__

Показатели м ь т

и,=11* 1 1 -2

и2~ь 0 1 0

1 -3 0

и4=мп 1 -2 0

и5=1 0 1 0

и6-а 0 1 0

и 7=& 1 -3 0

и8=Ка 1 1 -2

и9=п 0 -2 0

и,о=Г 0 1 0

и„=п 0 0 -1

Выражения, определяющие эти параметры на основе соотношения (1), имеют вид

</ / /

А / й

8 „

Л , /"

/ 8 , / Л Я

= Г / с!

= Г

= М /( 8 . с! ) Параметр Р\ связан с характеристиками сырья (волокна) длиной / и расчетным диаметром полокна с1

Для рассматриваемого в работе волокна (длиной 1-66 мм, линейной плотности 7-=0,82 текс, объемной плотности ¿>,=1,38 г/см3) безразмерный параметр 1\ имеет значение 0 0004 Ввиду малой величины (по сравнению с остальными безразмерными гараметрами) влиянием параметра Р\ можно пренебречь

Параметры Р2, Рз, Ра - являются безразмерными показателями свойств материала толщины, объемной плотности и разрывной нагрузки

Безразмерные параметры Р5, Р6 , Р7 - являются активными параметрами эксперимента, соответствующими факторам иглопробивной технологии производства материала и учитывающими свойства волокна

Размерные и кодированные значения основных факторов иглопробивной техноло1ИИ - плотности, глубины и частоты прокалывания - приведены в табл.2

Таблица 2

Размерные и кодированные значения факт< ров иглопробивной технологии

Уровни -1 0 1 Интервал

Параметры варьирования

прокалывания

П, плотность, см"2 50 100 150 50

Г, глубина, мм 1 3 5 2

N. частота, мин'1 200 300 400 100

Для безразмерных параметров технологии Р-,, Р6, Р7, с учетом значений размерных параметров волокна и размерных значений факторов технологии прокалывания, удобно ввести следующие кодированные переменные (X, = Р, /2178 - 2 ф

• = Р. /72,68 - 1,5 X, = Р, /0,5014 - 3 Переменные Х5, Х6, Х7, заданные формулами (2), обеспечивают при рассматриваемом эксперименте соотношения [Я = 50 (X, +2), (см'1)

■ Г = 2 (Хь +1,5), (лш) (3)

« = 100 (Х1 + 3),(лшн~') где Х5, Хь, Х7, Х% принимают значения в интервале [-1,1] Параметр является безразмерной характеристикой поверхностной плотности материала и ему соответствует переменная Х8, которая определяется соотношением

X, = Р, /7.905 - 2 (4)

при этом Х$ принимает значения в интервале [-1,1] Для формирования математических моделей 2-го порядка спланирован и реализован активный эксперимент с 4-мя факторами на основе композиционного, симметричного трехуровневого плана, обладающего набором свойств, которые обеспечивают экономию объема экспериментальной работы при оптимальном качестве, получаемых на основе эюго плана математических (регрессионных) моделей

Полученные экспериментальные даннне далее использовались для формирования математических моделей, как глобальных, так и локальных по отношению к величине поверхностной плотности материала

В третье» глапе получены

1) математические модели второго порядка для показателей разрывной нагрузки, объемной плотности и толщины материала в диапазоне изменения поверхностной плотности материала 300 - 900 г/м2, а также в диапазоне 600 -1200 г/м2, с надежностью 95-99% в зависимости как от значений поверхностной плотности материала и свойств волокна, так и от основных факторов иглопробивной технологии иле. носги. глубины и частоты прокалывания,

2) математические' модели 2-го порядка для указанных физико-механических показателей иглопробивного материала при фиксированных значениях поверхностной плотности материала, а именно для каждого из уровней - 300, 600, 900 и 1200 г/м2 - в зависимости от основных факторов иглопробивной технологии плотности, глубины и частоты прокалывания Показано, что надежность моделей растет с увеличением поверхностной плотности материала с 95% надежлости при 300 г/м2 до 99% при 1200 г/м2.

В частности, для разрывной нагрузки в диапазоне поверхностной плотности 300 -900 г/м2 с надежностью 99% получены следующие модели R, = 644,29 + 202,65Х5 + 87,(>6ЛГ6 +66,5IX, + 611.ШГ, -

- 153,55л] - 61,62X1 1 14,79Х,' + 303,34Х,2 + 44,27XSX6 + , (Н) (5) + 25,62*,Л, -I 62,ЗЗЛ'5Х, -69,65^*,

Значения Rx и Ry практически линейно связаны (коэффициент корреляции равен 0,999) и вычисление значений Ry удобно вести с помощью линейного регрессионного соотношения

R, =0,98'5Рх -18,65 , (Н) (6)

3) с целью дальнейшей оптимизации физико-механических показателей иглопробивного материала и соответствующих факторов технологии производства полученные математические модели 2-го порядка были преобразованы к каноническому виду

В частности, каноническое уравнение для модели (5) имеет вид R, =412,37 + 34,51(и +0,40) -78,94(у2+0,94)2 -164,080-3 -0,36)2 +305,460'4 (-1,02)= где для переменных у, имеем соотношения

fy, =0,015^-0,399^+0,917;', -0,002*, у2 = -0,31ЪХЬ - 0,873Л 6 - 0.375Л, + 0,025Х8

' у, = 0,947*,-0,2Е2*4-0,138Аг7 -0,063*, ' '

yt = 0,068*3 +0,00**4 + 0,002 X, + 0,998*, Аналогичные модели быт полечены для каждого в отдельности значения (300, 600, 900 и 1200 г/м2 ) поверхностной плотности материата

Полученные канонические соотношения использовались далее в главе 4 для поиска оптимальных значений факторов технологического процесса формирования иглопробивного матери,ша

В четвертой главе реализованы процедуры оптимизации для получен-ныл в главе 3 математических моделей характеристик нетканого иглопробивного материала Процед>ры оптимизации рассмотрены в следующих ситуациях-

1) поиск максимального значения разрывной нагрузки образца иглопробивного материала в области изменения факторов технологического процесса. Эта ситуация соответствует безусловной оптимизации целевой функции (разрывной нагрузки) в допустимой области значений аргументов этой функции;

2) поиск максимального значения разрывной нагрузки материала в заданной области значений факторов технологического процесса при наличии ограничений из физико-механические Характеристики нетканого материала (толщина, объемная плотность и др.). Эта ситуация относится к условной оптимизации целевой функции.

В обоих случаях решение получено на базе канонических представлений целевой функции (модели разрывной нагрузки), Полученных в главе 3, и скорректировано для случая выхода значений факторов из допустимой области с помощью математических средств пакета MS Excel.

В частности, для модели разрывной нагрузки материала с поверхностной плотностью и диапазоне 300 - 900 г/Ч г на основе канонической модели (7) имеем задачу нелинейной оптимизации;

R,—rniax,

В результате получено следующее решение:

maxRK=P8l,3 (Н)

X, = 0,985,(149слГ2) Хй =0,308, (3,6**) * X, = 1;(40Слшн~') Хц = 1;{900с7л(г)

В скобках указаны размерные значения факторов модели разрывной нагрузки материала. На рис. 1 отображен процесс решения задачи в среде MS Excel.

(9)

и з™„

¡а на И a 'jaisTsiii* * ^ 1» - ! -) •

■■Её^^З/ЙШг^1 •*' 1 №

: Г)__- j & -■< 1 /.t/Vi.1 ' 1 'П

X

1ИПНЩ1ЩМИ111Ш111111|IMIIIWili||| ii'lHiiHilliil I III! Ill

К - fcl il i (■ Ш ЕВ"»-'* - 'Ut< Ijj за m i * ™ -a its i не ^ i tb - - a • у

■п II»;I <r.' *D .Oj .r, ■ w a : 1:'::.' ■ .--.I : ■ I tv.'y ;

—-------

X

X

Факторы модели »в

опткммьни» имцченнп (6/р»м) 0.99 0.Э1

7_ (рпшрчыв Ы3.26 3 62

в 0]0\

а'| :уа- -0,93

,уЗ» 0 65

1у4- ' <>07

1.0Р 400,00

too эоохд

Максимально» »нячйннв

— t

Ifi«- ( gg3 to

;на допустимые

.. J. .1.1' .

ф*^с|>ор ** 'V - - ■

0,99 <-0.3t 1 ДП --\ м *-

ш

1У

S _ ______ -

К - f -Л 'NK'.1 I

-J : rti.TLXi-cyi

Г4КМ

« ® й» И ф ]

? :.;■.. .si

!1 ^ r

!.....[Pew

Уст»'

■ jrip*«,

"Л-,

iild®

»flout««

Рис. 1. Результаты поиска безусловного максимума разрывной нагрузки допустимом диапазоне значений факторов модели для 1 -го этапа.

Усв9

б

р * 1? -

В табл, 3 приведены результаты по всем характеристикам образцов иглопробивного материала, полученные для оптимальных значений факторов.

Таблица 3

Расчетные показ Щ£4Щ свойств материала при оптимальных

значениях < »акторов

казяггели Модели %Н Ь*, мм Иу, мм , г/см3

1-ый этан 1781,3 1738,3 12,82 12,78 0,072

2-ой этап 2305,8 2215,6 11,95 11,77 0,100

Мм=-Э00 гл/ 479,7 457,3 6,32 6,40 0,044

М„=<500 г/м" 916,1 892,5 12,76 12,21 0,049

М„-900 т/ч' 1703,0 1669,6 11,62 11,48 0,078

Мп-1200 г/и1 2304,2 2215,2 5 1,43 11,32 0,101

Для условной оптимизации рассмотрена ситуация, при которой поиск максимального значения разрывной нагрузки материала выполняется при наличии дополнительного ограничения на толщину образца материала. Например, для модели разрывной нагрузки с поверхностной плотностью в диапазоне 300 - 900 г/м2 задача (.5) дополняется условием:

(10)

где постоянная С меняется в диапазоне: 9 -:-15им.

На рис.2 в качестве примера приводится окно «Поиск решений» с результатами условной оптимизации разрывной нагрузки при Ъх =9 мм.

ВМ4ИГ* »¿Лрус - _ Л К

¡¡и ЬЭ £ и .Й.1 * ¿Й /1 -1«. К - Й1 я I ^ Щ|*Й.,ин' -

."рЭЕШ1 ж * 1 1« Я И ШI И % ООО -Й ^ 1 ^ I Ш • Й- • Д ■ Й ■■ -412.3Ма4.8 1 .4.;^. '(Ы-.п СМ .ЭД'2 11-Ц

ХПЕЙЦШЖПГ

:10 11

и

!5 1517 Та

Ж

I

^•кгоры ИОДРЯИ и5

э - ,..)ч ■ (Ь/рааи; 1,0(1:

(р*з черные внгчфтг] 150,00,

1>1Й Й*

I/ «а 335.97

ода ОМ

1 ат

1,00 ЭК. Ив'

60

У.: ь - г

допустимые жзченин

иодшш

IЛЗ <-1(11 <■

к 1 > нЩНЙ

. ь? двгог

ел ГЧиЛЬНОСН ■. Тг ---------—.-—---------1 '

-а

.-..А ,ЛГ

■йгуг») ,й<Й И Н ® I I® рпниио.

Рис, 2. Результаты поиска условного (Ь = 9 мм) максимума разрывной нагрузки в допустимом диапазоне значений факторов модели для 1-го этапа.

С использованием результатов условной оптимизации (max Rx) в зависимости о г толщины материала (hx), полу юны регресс ионные соотношения

- для диапазона изменения поверхностной плотности 300 - 900 г/м2

1) max Л, = -3,083ft3 + 101.98Л2 - 1102,3/, +5650,1, (11)

- для диапазона изменения поверхностной плотности 600 - 1200 г/м2

2) max Rx = 3,608ft3 — 222,37 h2 + 3897,01?-18721, (12)

Графики, полученные в среде MS Excel, для соответствующих зависимостей приведены в диссертации, а ни* е в качестве примера на рис 3 приведен график для модели (11)

Эгап 1

Их maxRx

9 1738,5

10 1747,5

11 1758,7

12 1771,7

13 1780,7

14 1748,9

15 1650,9

inaxFtX" эдиаь3+101 tai* 11C2 3h «■ 5650 1 R1- □ £1862

1600 1780 1 760 17*0

I 1«В

Ь 1 7D0

ieso

16БП 1640

Рис 3 Значения тахЛх в зависимости о г Л, для 1-ого этапа

Полученные полиномиальные модели и графики взаимосвязей между тахЛ, и тонщиной материала Их могу г использоваться для оперативной оценки основных физико-механических показателей нетканого материала

В пятой главе излагается методика получения теплоизоляционного иглопробивного материала и оптимизации физико-механических показателей такого материала. Разработанный материал предполагается использовать в качестве тегшоизолятора в строительстве

В данной главе исследованы теплоизоляционные свойства образцов иглопробивных материалов, в зависимости от поверхностной плотности материала Мп, г/м2, плотности прокалывания П, см"2, величины поджима образца %, глубины прокалывания Г, мм

В качестве критериев оптимизации были выбраны

1) Я - коэффициент теплопроводности, Вт/мК,

2) Ь - толщина образца материала, мм,

3) дм - объемная плотность материала, кг/м3

С использованием методов, изложенных в главах 2-4, на основе данных эксперимента для коэффициента теплопроводности Я с надежностью 99% получена следующая модель 2-го порядка

Я = 10"2 (3,50 - 0,84А', -0,10Х1 - 0,08Х3 - 0,25Х4 + 1.55АГ2 -0,29А'2 --0,22Х2 +0.05ДГ2 -1,01Х,Л'2 -0,26Х,Х, -0,16*,*, + 0,26*2*3 + (13) + 0,14*2*, + 1,23*3*()

Поиск минимального значения коэффициента теплопроводности осуществлялся на основе полученной модели в процессе решения следующей оптимизационной задачи в езеде Ехсе1:

Л -> шп

3 < Ь < 10(мл)

600 5 М < 1200 (г/л<')

60 2 II < 100(1 /сы')

0 < ) (' й 20 (%)

1 <!'< 5(лш)

=-0,0094 (Вт/м К)

X;"-0,5 637 (соответствует М=1069,1 г/м2),

Х;=1 (соответствует ГНЮО см'г),

Хз—1 (соответствует Л'-О %),

Хд~1 (соответствует Г-5 мм)

Это оптимальное гашение приводится на рис, 4.

1шм «шшшимап аюшшяшштта ¡маяа

□Р**^ о>ед*т

13 Ы л \ ы <д I ^ йД. I * "4л ¡аа * У »- ^ -1ж - ¿1 I А - ^ 11

"гше^, - -а * <мв -Л \ 'Ор ^» ш - ' Д ■ ^

- - 9 х

т

А -(1)1 л +01 А2 -НЭ16*Ш-ИЭ17-С21 6 10-О2 +в 19-Л2-2 +В20*'621 *С2-2 *Ш2"02-2+Ц23>Э*в2 *624' фср»г?р] № 1С69.12

I. -1 ' "1 о- юо|

0£6Э73Д I

1.....Г.лТЁ*^

Молы ЗД1

огр1 :э<м<1о

Л£15(к1) 0,563724 * ЛЬ5(х2) 1 *

авэ<*З) 1 <1

АВЗ(к4) 1

МосИатЬ пйр#св*4 3,502921

•0.1 -0,065 -0,25

2 1 ,«11268 2 ~0.29174

0,21674

Мр. I г ЛО!н 96,1 ЛбШ

.МойЬулр

7.1 лзбве

МрЛП

У-^Фрчсач В,301562

М Х.ТГ2

П с.га,

■у* 0,7Э

Г С,4€

МЗ 0,101011

то ' .иртвэе

С." - - * -

МойгМЦГЛЧ ¥-п»рос*ч

0.0«г25в

\ч/г

0,14)1011 41Й7099,

М2 ГТ2

«а

143,004 7,418057 -16.6И26 16,41096 ; 10,26641' 0,93956, 1,383903

0,226921

/-парисам 6 913378

М

;П

'Г

»из

П2

П

........_

■ - ¡4 : ' V Ч £Р О 4/ Сг ЕЮ Ш I ~ ¿й * Д ; т Ш 910 5* & ф Ц

1,978426 О 105494 0,027036 ^1,62793 О 324076 -1?,55203 13,41455 0,11455

Рис. 4 Результат ы решет и я оптимизационной задачи в среде Мй Кхсе!

И!

Контрольный эксперимент с образцом иглопробивного материала, полученным при значениях Мп= 1100 г/м2, П:=100 см'2, Г=5 мм, дал практически то же самое значение для коэффициента теплопроводности:

Я = 0,0095^т/.м ■ А* , Эти результаты подтверждают адекватность полученных математических моделей, и найденный технологический режим действительно является оптимальным.

В конце главы приводятся результаты исследования влияния параметров технологического процес с а. на технико-экономические показатели производства иглопробивной полотна.

Общие выводы по работе 1. Существующие способы прогнозирования физико-механических свойств иглопробивных нетканых материалов дают возможность проектировать свойства нетканых иглопробивных материалов в рамках определенных ограниченных моделей, не позволяющих •¡'читывать в комплексе показатели сырья и факторы технолог ни производства

2 С целью системной оценки факторов и процессов производства нетканых иглопробивных материалов, предлагается испо ггьзовать аппарат теории подобия и анализа размерностей, который позволяет концентрировать внимание на фундаментальных вопросах, связанных с оценками факторной структуры компонентов иглопробивной технология, идентификации комплексного нелинейного взаимодействия основных факторов технологии процесса иглопрокалывания, характеристик сырья и характеристик материалов

3. В результате системного анализа производства иглопробивного материала на основе концептуальной модели «сырье—технология-материал» сформирован набор из 11 размерных факторов и показателей, характеризующих указанные составляющие модели, на основе которого путем анализа размерностей получен набор из 8 обобщениях (безразмерных) параметров, необходимых для построения математических моделей, связывающих физико-механические показатели материала с характеристиками сырья и факторами иглопробивной технологии

4 Для формирования математических моделей 2-го порядка спланирован активный эксперимент с 4-мя факторами на основе композиционного, симметричного трехуровневого плана, обладающего набором свойств, которые обеспечивают экономию объема экспериментальной работы при оптимальном качестве математических (регрессионных) моделей

5 Получены модели второго порядка для разрывной нагрузки, объемной плотности и толщины материала в диапазоне изменения поверхностной плотности материала 300 - 900 г/м2, а также в диапазоне 600-1200 г/м2, с надежностью 95-99% в зависимости как от значений поверхностной плотности материала, так и от основных факторов иглопробивной технологии- плотности, глубины и частоты прокалывания

6. Получены адекватные модели 2-го порядка для указанных физико-механических показателей иглопробивного материала при фиксированных значениях поверхностной плотности 300, <500, 900 и 1200 г/мг в зависимости от основных факторов иглопробивной технологии плотности, глубины и частоты прокалывания.

7 С помощью средства «Поиск решения» в среде MS Excel проведена безусловная оптимизация разрывной нагрузки иглопробивного материала в допустимой области изменения факторов технологического процесса. Максимум значения разрывной нагрузки дост игается при максимальных значениях плотности и частоты прокалывания соответственно 150 см"2 и 400 мин"1 и при соответствующей глубине прокалывания для определенных значений поверхностной плотности

8. С использованием возможностей пакета MS Excel проведена условная оптимизация разрывной нагрузки иглопробивного материала в допусти-

мой облает],i изменетш факторов при наличии ограничения на толщину образца материала, а именно, для фиксированных значений толщины образца в диапазоне 6-16 мм.

9 Полученные результаты условной оптимизации разрывной нагрузки (max Rx) для материала с заданной поверхностной плотностью (М„) в зависимости от толщины матер -tana (h„), были использованы для формирования полиномиальных регрессионных моделей вида'niaxJ?^ =f(hx), которые могут использоааться для оперативной оценки и прогнозирования значений основных физико-механических ноюиагелей нетканого материала Для удобства использования эти зависимости представлены также и в виде графиков

10 Разработана и описана методика получения теплоизоляционного иглопробивного материала, а также методика оценки физико-механичес1-их показателей, в частности, коэффициента теплопроводности иглопробивного материала. Разработанный иглопробивной материал предполагается использовш. в качестве теплоизолятора в строительстве

11 На основе по пученных математических моделей решена задача оптимизации (поиска миниматьного значения) коэффициента теплопроводности материала с учетом ограничений на толщину и поверхностную плотность материала Решение оптимизационной задачи проведено в среде MS Excel, что позволяет оперативно шкодить оптимальное решение при изменении соответствующих ограничений на показатели материала

12 Проанализировано влияние условий изготовления иглопробивного материала на технико-экономические показатели Разработан алгоритм расчета сравнительной себестоимости единицы продукции при оценке вариан-юв изготовления иглопробивного полотна

Основшые ] 10поженив опубликованы в работах:

1 Г.Л Барабанов, И Н Бурибаева Влияние вытяжки волокнистого холста на изменение фактора плотности прокалывания иглопробивного материала // «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЪ-98) Тез докл Всероссийской научно-технической конференции М.- МГТА им. А.ИКосыпша, 19(>8 г - С 88

2 Г Л Барабанов, ИН Бурибаева Прогнозирование прочности иглопробивных нетканых материалов гэ химических волокон // Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности, № 4, 1999г - С. 83

3 Г Л Барабанов, И Н Бурибаева Особенности технологии иглопробивных материалов большой поверхностной плотности // «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-99) Тез докл Всероссийской и 1учно-технической конференции М . МГТУ им А Н Косыгина, 1999 г. - С 41

4 Г Л Барабанов, И Н Бурибаева, И.В Козырев Влияние технологических параметров изготовления нетканых материалов на их теплофизические свойства // Известия ВУЗов Технология текстильной промышленности, №6, 2002г - С 6f>

5, И Н Бурибаева, В Г. Митихин Разработка и использование математических моделей для показателей свойств иглопробивных материалов //«Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2005) Тез Докл Всероссийской научно-технической конференции М • МГТУ им А ШСосыгшга, 2005 г - С 51.

6 И Н Бурибаева, В Г Митихин Прогнозирование свойств иглопробивных материалов на основе моделей с безразмерными параметрами //«Актуальные проблемы проектирования и техноло1Ии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХ'ШКСТИЛЬ-2005). Тезис . докл Всероссийской научно-технической конференции, Димитровград Димитровгр адский институт технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета, 2005 г. - С 39

7. И Н Бурибаева, В Г. Митихин Исследование и моделирование технологии производства иглопробивных нетканых материалов с целью прогнозирования и оптимизации их физико-механических характеристик //«Современные проблемы текстильной и легкой промышленности»-Тез докладов межвузовской научно-технической конференции, М Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, 2006 г - С 67

8 И Н Бурибаева, А П. Сергеенков, В Г Митихин Исследование и моделирование технологии производства иглопробивных нетканых материалов с целью прогнозирования и оптимизации их физико-механических характеристик //Спец выпуск журнала «Текстильная промышленность», №8,2006 г -С. 17.

Подписано в печать 22 03 07 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Усл.печл 1,0 Заказ 110 Тираж 80 МГТУ им. А Н Косыгина, 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние научных исследований физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов.

1.1. Анализ влияния свойств химических волокон на физико-механические характеристики иглопробивных материалов.

1.2. Анализ влияния структуры и поверхностной плотности волокнистого холста на свойства иглопробивных нетканых материалов.

1.3. Анализ влияния параметров процесса иглопрокалывания и конструкции пробивных игл на свойства и структуру иглопробивных нетканых материалов.

1.4. Анализ результатов научных исследований в области прогнозирования прочностных свойств иглопробивных нетканых материалов.

1.5. Методы системного анализа для исследования технологических систем.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. Методика выполнения работы.

2.1. Методика выработки образцов иглопробивных полотен.

2.1.1. Характеристика используемого сырья.

2.1.2. Характеристика используемого оборудования.

2.2. Методика обработки экспериментальных данных.

2.2.1. Общая методика определения безразмерных параметров на основе анализа размерностей исходных факторов.

2.2.2. Алгоритмы формирования безразмерных параметров и особенности их реализации.

2.2.3. Особенности использования безразмерных параметров при разработке математических моделей для показателей свойств материалов.

2.2.4. Обобщенные безразмерные параметры для описания свойств в иглопробивных материалов с учетом свойств сырья и параметров технологического процесса.

2.2.5. Планирование эксперимента для построения регрессионных моделей 2-го порядка и методика проведения экспериментальных исследований.

2.3. Методика оценки свойств используемого сырья и иглопробивных полотен.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. Формирование математических моделей для физико-механических показателей иглопробивных нетканых материалов.

ЗЛ.Формирование математических моделей при варьируемой поверхностной плотности полотна.

3.2. Получение математических моделей для фиксированных значений поверхностной плотности.

3.3. Формирование канонических моделей для физико-механических показателей нетканого материала.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. Оптимизация характеристик нетканого материала и условий его формирования.

4.1. Безусловная оптимизация по разрывной нагрузке материала.

4.2. Условная оптимизация по разрывной нагрузке материала.

Выводы по главе

ГЛАВА 5. Исследование и оптимизация теплоизоляционных свойств иглопробивных материалов.

5.1. Методика измерения коэффициента теплопроводности иглопробивных материалов.

5.2. Принципиальная силовая и измерительная схема для рабочей ячейки бикалориметра.

5.2.1. Методика проведения измерений и расчета коэффициента теплопроводности.

5.2.2. Относительная погрешность определения коэффициента Теплопроводности.

5.3. Экспериментальное исследование теплофизических свойств нетканого материала.

5.4. Математические модели прогнозирования теплофизических свойств материала и их оптимизация.

5.5. Анализ возможностей снижения себестоимости иглопробивного полотна.

Выводы по главе 5.

Появление технологии нетканых материалов явилось результатом поиска более экономичных процессов изготовления текстильных полотен. При получении нетканых текстильных материалов технологический процесс значительно упрощается по сравнению с традиционными способами получения текстильных полотен. Нетканые материалы могут быть во многих случаях использованы для замены тканей аналогичного назначения при резком сокращении трудозатрат, снижении себестоимости, высвобождении натурального сырья, широком использовании отходов других производств и при достаточно высоком качестве получаемых материалов.

Эти положительные факторы лежат в основе быстрого развития производства нетканых материалов наряду с производством традиционных тканых и трикотажных полотен. Немаловажное значение имеет использование широкого ассортимента текстильного сырья и его отходов, что в современных условиях является одним из важнейших факторов перспективности развития производства нетканых материалов.

Наиболее широко в технических целях используются иглопробивные нетканые материалы, так они обладают достаточно равномерной структурой, обеспечивающей им необходимые эксплуатационные свойства. Иглопробивная технология позволяет вырабатывать нетканые материалы с высокой производительностью и сокращенным числом технологических переходов.

Одним из направлений исследований в области совершенствования технологии иглопробивных нетканых материалов является повышение их прочностных свойств за счет снижения повреждаемости волокон.

В настоящее время на предприятиях легкой промышленности установлено различное оборудование для производства нетканых материалов, из которого только 10% приходится на иглопробивные машины и агрегаты. В тоже время, например, в Китае на иглопробивные нетканые материалы в настоящее время приходится более 30% от общего объема производства нетканых материалов.

Основные технологические достоинства иглопробивного способа - это высокая производительность оборудования и его экономическая эффективность, разнообразие вырабатываемого ассортимента, доступность и обширные запасы сырья.

Что касается технического применения, то нужно отметить растущее использование нетканых материалов в машиностроении - для деталей оборудования, покрытия труб, литых элементов, тепло- и звукоизоляции, фильтров, бумагоделательных сукон, полировального и абразивного фетра.

Создание нового технологического оборудования, модернизация действующего, создание и внедрение эффективных систем автоматического контроля и управления требуют интенсификации усилий в области изучения процессов формирования нетканых текстильных материалов.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В настоящее время [1] мировой объем производства нетканых материалов увеличивается в среднем на 7% в год. Столь значительное увеличение производства нетканых материалов требует не только концентрации капитальных затрат, но и совершенствования технологии и оборудования для их производства.

На современном этапе помимо совершенствования технологических процессов, расширения ассортимента, актуальной и, можно сказать базовой задачей, является повышение качества иглопробивных нетканых материалов.

Сложившаяся практика производства иглопробивных нетканых материалов не позволяет достаточно адекватно прогнозировать качество выпускаемой продукции, что, в свою очередь, снижает эффективность производства и не обеспечивает оптимального использования таких материалов. Поэтому проблема разработки математических моделей для прогнозирования физико-механических свойств иглопробивных материалов, позволяющих адекватно в совокупности учитывать как параметры технологического процесса, так и характеристики исходного сырья, является важной и актуальной задачей. Результаты прогнозирования и оптимизации свойств иглопробивных нетканых материалов на основе адекватных математических моделей позволят обеспечить научно-обоснованный подход к решению указанной проблемы.

Целью настоящей работы является разработка методики проектирования оптимальной технологии иглопробивных нетканых материалов для прогнозирования их физико-механических характеристик, в первую очередь, прочностных показателей, в широком диапазоне изменения поверхностной плотности.

Поставленная цель определила следующие основные задачи исследования:

1. изучение и анализ научных исследований в области исследования физико-механических свойств иглопробивных нетканых материалов;

2. разработка методики проектирования оптимальной технологии иглопробивных нетканых материалов;

3. разработка методики прогнозирования физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон;

4. экспериментальные исследования физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон в широком диапазоне поверхностной плотности;

5. разработка математических моделей для физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон на основе результатов эксперимента и методики прогнозирования свойств материалов;

6. оптимизация и прогнозирование свойств иглопробивных нетканых материалов и условий технологического процесса их производства на основе полученных математических моделей.

Методы исследования основываются на системном подходе к изучению сложного объекта «сырье - технология - материал», объединяющем в единую схему методы планирования эксперимента и математические модели для показателей свойств нетканого материала в зависимости от свойств сырья и факторов технологического процесса.

В работе использовались стандартные методики для исследования структуры и физико-механических свойств иглопробивных нетканых полотен, а также оригинальные стенды и методики, разработанные на кафедре технологии нетканых материалов.

При оптимизации свойств и технологических параметров процесса получения нетканых материалов использовались математические методы оптимизации и соответствующие численные методы, реализованные в рамках компьютерных программ MS Excel и MathCAD.

Научная новизна работы:

- проведен системный анализ технологии иглопробивного нетканого материала на основе теории анализа размерностей с учетом основных факторов технологии производства, а также показателей свойств сырья и нетканого материала;

- определены основные безразмерные (обобщенные) параметры для описания технологии иглопробивного нетканого материала, а также показателей свойств сырья и нетканого материала;

- на основе полученных обобщенных параметров выбран трехуровневый композиционный план активного эксперимента, обеспечивающий построение регрессионных моделей второго порядка для оценки показателей свойств нетканого материала в зависимости от четырех факторов;

- получены математические модели второго порядка для физико-механических показателей нетканого иглопробивного материала в зависимости от основных свойств сырья и факторов технологии производства материала;

- на основе полученных математических моделей в рамках компьютерных программ MS Excel и Math CAD выполнены процедуры прогнозирования и оптимизации показателей нетканого материала и технологических режимов их производства.

Практическая значимость работы:

- использование предложенного метода исследования физико-механических характеристик иглопробивных нетканых материалов из химических волокон позволяет с достаточной степенью адекватности прогнозировать качество выпускаемой продукции;

- на основе полученных в работе результатов разработана технология иглопробивного теплоизоляционного нетканого материала из полиэфирных волокон;

- определены оптимальные параметры выработки иглопробивного теплоизоляционного материала, при которых он по своим физико-механическим свойствам превосходит известные теплоизоляционные материалы, применяемые в строительной технике;

- полученные на основе абсолютной и условной оптимизации результаты, а также соответствующие графические зависимости могут использоваться для оперативной оценки основных физико-механических показателей нетканого материала.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались и обсуждались на:

1. Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-98), МГТА им. А.Н.Косыгина, ноябрь 1998 г.

2. Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-99), М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, ноябрь 1999 г.

3. Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2005), М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, ноябрь 2005 г.

4. Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2005), Димитровград: Димитровградский институт технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета, октябрь 2005 г.

5. Межвузовской научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», М.: Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, май 2006 г.

Публикации. Основное содержание результатов исследований изложено в следующих публикациях:

1. Г.JI. Барабанов, И.Н. Бурибаева Влияние вытяжки волокнистого холста на изменение фактора плотности прокалывания иглопробивного материала // «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-98): Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции. М.: МГТА им. А.Н.Косыгина, 1998 г. - С. 88.

2. Г.Л. Барабанов, И.Н. Бурибаева Прогнозирование прочности иглопробивных нетканых материалов из химических волокон // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, № 4,1999г. - С. 83.

3. Г.Л. Барабанов, И.Н. Бурибаева. Особенности технологии иглопробивных материалов большой поверхностной плотности // «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-99): Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции. М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 1999 г. - С. 41.

4. Г.Л. Барабанов, И.Н. Бурибаева, И.В. Козырев Влияние технологических параметров изготовления нетканых материалов на их теплофизические свойства // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности, №6, 2002г. - С.65.

5. И.Н. Бурибаева, В.Г. Митихин Разработка и использование математических моделей для показателей свойств иглопробивных материалов //«Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2005): Тез. Докл. Всероссийской научно-технической конференции. М.: МГТУ им. А.Н.Косыгина, 2005 г.- С. 51.

6. И.Н. Бурибаева, В.Г. Митихин. Прогнозирование свойств иглопробивных материалов на основе моделей с безразмерными параметрами //«Актуальные проблемы проектирования и технологии изготовления текстильных материалов специального назначения» (ТЕХТЕКСТИЛЬ-2005): Тезис. докл. Всероссийской научно-технической конференции, Димитровград: Димитровградский институт технологии, управления и дизайна Ульяновского государственного технического университета, 2005 г. - С.39.

7. И.Н. Бурибаева, В.Г. Митихин Исследование и моделирование технологии производства иглопробивных нетканых материалов с целью прогнозирования и оптимизации их физико-механических характеристик //«Современные проблемы текстильной и легкой промышленности»:Тез. докладов. межвузовской научно-технической конференции, М.: Российский заочный институт текстильной и легкой промышленности, 2006 г. - С.67.

8. И.Н. Бурибаева, А.П. Сергеенков, В.Г. Митихин Исследование и моделирование технологии производства иглопробивных нетканых материалов с целью прогнозирования и оптимизации их физико-механических характеристик //Спец. выпуск журнала «Текстильная промышленность», №8, 2006 г., С. 17.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Существующие способы прогнозирования физико-механических свойств иглопробивных нетканых материалов дают возможность проектировать свойства нетканых иглопробивных материалов в рамках определенных ограниченных моделей, не позволяющих учитывать в комплексе показатели сырья и факторы технологии производства.

2. С целью системной оценки факторов и процессов производства нетканых иглопробивных материалов, предлагается использовать аппарат теории подобия и анализа размерностей, который позволяет концентрировать внимание на фундаментальных вопросах, связанных с оценками факторной структуры компонентов иглопробивной технологии, идентификации комплексного нелинейного взаимодействия основных факторов технологии процесса иглопрокалывания, характеристик сырья и характеристик материалов.

3. В результате системного анализа производства иглопробивного материала на основе концептуальной модели «сырье-технология-материал» сформирован набор из 11 размерных факторов и показателей, характеризующих указанные составляющие модели, на основе которого путем анализа размерностей получен набор из 8 обобщенных (безразмерных) параметров, необходимых для построения математических моделей, связывающих физико-механические показатели материала с характеристиками сырья и факторами иглопробивной технологии.

4. Для формирования математических моделей 2-го порядка спланирован активный эксперимент с 4-мя факторами на основе композиционного, симметричного трехуровневого плана, обладающего набором свойств, которые обеспечивают экономию объема экспериментальной работы при оптимальном качестве математических (регрессионных) моделей.

5. Получены модели второго порядка для разрывной нагрузки, объемной плотности и толщины материала в диапазоне изменения поверхностной плотности материала 300 - 900 г/м2, а также в диапазоне 600-1200 г/м2, с надежностью 95-99% в зависимости как от значений поверхностной плотности материала, так и от основных факторов иглопробивной технологии: плотности, глубины и частоты прокалывания.

6. Получены адекватные модели 2-го порядка для указанных физико-механических показателей иглопробивного материала при фиксированных значениях поверхностной плотности 300, 600, 900 и 1200 г/м в зависимости от основных факторов иглопробивной технологии: плотности, глубины и частоты прокалывания.

7. С помощью средства «Поиск решения» в среде MS Excel проведена безусловная оптимизация разрывной нагрузки иглопробивного материала в допустимой области изменения факторов технологического процесса. Максимум значения разрывной нагрузки достигается при максимальных значениях плотности и частоты прокалывания соответственно 150 см"2 и 400 мин'1 и при соответствующей глубине прокалывания для определенных значений поверхностной плотности.

8. С использованием возможностей пакета MS Excel проведена условная оптимизация разрывной нагрузки иглопробивного материала в допустимой области изменения факторов при наличии ограничения на толщину образца материала, а именно, для фиксированных значений толщины образца в диапазоне 6-16 мм.

9. Полученные результаты условной оптимизации разрывной нагрузки (max Rx) для материала с заданной поверхностной плотностью (Мп) в зависимости от толщины материала (hx), были использованы для формирования полиномиальных регрессионных моделей вида: maxRx=f(hx), которые могут использоваться для оперативной оценки и прогнозирования значений основных физико-механических показателей нетканого материала. Для удобства использования эти зависимости представлены также и в виде графиков.

10. Разработана и описана методика получения теплоизоляционного иглопробивного материала, а также методика оценки физикомеханических показателей, в частности, коэффициента теплопроводности иглопробивного материала. Разработанный иглопробивной материал предполагается использовать в качестве теплоизолятора в строительстве.

11. На основе полученных математических моделей решена задача оптимизации (поиска минимального значения) коэффициента теплопроводности материала с учетом ограничений на толщину и поверхностную плотность материала Решение оптимизационной задачи проведено в среде MS Excel, что позволяет оперативно находить оптимальное решение при изменении соответствующих ограничений на показатели материала.

12. Проанализировано влияние условий изготовления иглопробивного материала на технико-экономические показатели. Разработан алгоритм расчета сравнительной себестоимости единицы продукции при оценке вариантов изготовления иглопробивного полотна.

1. Мировой рынок нетканых материалов. В мире оборудования. 2005, 3 (54), с. 34-35.

2. Мусатов В.А. Оборудование для производства нетканых материалов. -Текстильная промышленность. 1991, № 11-12, с. 37-38

3. Мяги А.Р. Пробивные иглы для производства иглопробивных полотен. М.: Легкая индустрия. 1977. -173 с.

4. Гусев В.Е. Химические волокна в текстильной промышленности. Легкая индустрия. 1971,401 с.

5. Бершев Е.Н., Курицын В.В., Куриленко А.И, Смирнов Г.П. Технология производства нетканых материалов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.-352 с.

6. Вайншенкер В.А., Бернштейн М.Х. Влияние толщины и длины химических волокон и метода их формирования на свойства иглопробивных нетканых материалов. ЦНИИТЭИлегпром. 1970. -№3.-С. 3-10.

7. Косова Р.А. Зависимость свойств иглопробивных материалов от длины и толщины перерабатываемых волокон. ЦНИИТЭИлегпром. М., 1967. - №2. - С.23-29.

8. Назаров Ю.П. Влияние длины волокон на прочность и неровноту по прочности иглопробивных нетканых материалов. ЦНИИТЭИлегпром. -М., 1973.-№2.-С. 17-23.

9. Михалькова А.И. Разработка технологии иглопробивных нетканых прессовых прокладок: Автореферат дисс. канд. техн. наук. М., 1985. -22 с.

10. Бабаев М.А. Исследование основных факторов, влияющих на прочность закрепления волокон нетканых иглопробивных полотен: Дисс.Канд. Техн. наук. 1980. - 143 с.

11. Beck N., Influence of fiber geometry on the punching force characteristics of webs during needle felting. Asta techn. 1975. -81, №3-4, p. 313-329.

12. Озеров Б.В., Гусев В.Е., Проектирование производства нетканых материалов. М: Легкая и пищевая промышленность - 1978 - 422 с.

13. Характеристики расположения волокон и их влияние на прочность нетканого материала. Text. ResJ. 1999. - 69, №11, С.816-824.

14. Бакшис В.Ю., Сукоцкас Р.И., Куцингис А.А., Бабиков Т. Л. Влияние ориентации волокна на физико-механические свойства иглопробиывных нетканых материалов. Текстильная промышленность. -1989.-№6.-С. 53-54.

15. Влияние ориентации волокон в холсте на эффективность его уплотнения при иглопрокалывании. Бакшис В.И., Барабанов Г.Л. Проблемы разработки нетканых материалов, новых структур и способов производства. М.: 1989. - С. 21-26.

16. Влияние ориентации волокон на физико-механические свойства иглопробивных нетканых материалов. Текстильная промышленность. №6.

17. Пространственная структура нетканого материала. Die raumliche struktur von vliesstoffen. Krema Radko, El-Hadidy, Adel Mohamed. -Textiltechnik. 1983,33, №7, p. 419-423.

18. Барабанов Г.JI. Совершенствование технологии и оборудования для производства нетканых материалов вязально-прошивным и иглопробивным способом.- М.: Легкая индустрия, 1977, 44 с.

19. Гусев В.Е. Сырье для шерстяных и нетканых изделий и первичная обработка шерсти.- М.: Легкая индустрия, 1977,404 с.

20. Гусев В.Е. Прядение шерсти и химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1974, 551 с.

21. Бершев Е.Н., Семенов В.А. Моделирование механических процессов производства нетканых материалов.-Л.: 1983, 103 с.

22. Backer S., Petterson D.K., Some principls of nonwoven fabrics//Textil Research Journal. 1960 - Vol. 30 -№ 9/ -P.704-711.

23. Hearle J.W.S. Stevenson P.L. Nonwoven fabrics studies. Research Journal. - 1963, Vol. 33. - №10. - P.877-888.

24. Hearle J.W.S., Sultan M.A. The approach to the theoretical understanding.// Journal oftextel institute. 1968. Vol. 159, №4. -P.183-184.

25. Lunenschlob J, Janitza J. Die untersuchung des vernadel ungsvorganges bei der nadelfilzherstellung und die eigenschaften des nadelvieses. Text. Prax, 1972, № 11, C. 27.

26. Влияние параметров игл на структуру и свойства иглопробивных нетканых материалов. Nonwovens IV. Sinha А.К. - Indian Text. 1. -1984, 94, №10, p. 97-100.

27. ГОСТ 6636-60 «Иглы пробивные».

28. J.W.S. Hearle, Purdy А.Т. Study of needle action during needlepunching. Journal of the textile institute, vol.64, №11, 1983.

29. Влияние технологических параметров на структурные показатели иглопробивных нетканых полотен. Текстильная промышленность. 1988.-№2.

30. Влияние основных технологических параметров на прочность иглопробивных нетканых материалов. Текстильная промышленность. 1974.-№10.

31. Влияние глубины иглопрокалывания на прочность иглопробивных нетканых материалов. Hearle J.W, Purdy A.N. The influence of the depth of needle penetration on needle fabric structure and tensile properties. Text. Inst. 65, №1, p.6-12.

32. Анализ влияния факторов на структуру и свойства иглопробивных материалов. Барабанов Г.Л. Прядение и кручение волокнистых материалов. Вып. 1, М., 1972, С. 148-156.

33. Барабанов Г.Л. Исследование основных вопросов технологии производства иглопробивных нетканых материалов технического назначения.- Дисс. канд. техн. наук. -М., 1970. 198 с.

34. Влияние параметров процесса иглопрокалывания на структуру иглопробивных нетканых материалов. Die veranderunngen im vliesstaff durch den vernadelungsprozess/ Gador Witold, Heinze Karl, Piec Marzena. Mittex. 1995. - 102, №3, C. 6-7.

35. Бакшис В-Ю. Ю. Разработка технологии теплоизоляционных иглопробивных нетканых материалов. Дисс. . канд. техн. наук, Москва, 1986.- 183 с.

36. Яшвили И.Д. Разработка технологии иглопробивных нетканых материалов из углеродных волокон. Дисс. . канд. техн. наук, Москва, 1989.-253 с.

37. Литвинова Н.М. Разработка технологии иглопробивных нетканых материалов малой объемной плотности технического назначения из вискозных волокон. Дисс. канд. техн. наук, Москва, 1993. 173 с.

38. Джавахишвили Д.Ш., Носов М.П., Андриенко П.П. Анизотропия механических свойств иглопробивных нетканых материалов. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1988, №1.

39. Джавахишвили Д.Ш. и др. Оценка коэффициента использования прочности составляющих волокон в иглопробивных нетканых материалах. Известия вузов. Технология текстильной промышленности, 1989, №4.

40. Анализ разрыва нетканых материалов. Liao Tiany, Adanur Sabit. Textiles. J. 1999. - №7. - c.489-496

41. Бусленко B.H. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М. Наука, 1977,239с.

42. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности). М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984,344с.

43. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. М. Высшая школа, 1989, 367с.

44. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 2001, 343с.

45. Мостеллер Ф., Тьюки Дж. Анализ данных и регрессия. Вып. 2 М. Финансы и статистика, 1982,239с.

46. Эренберг А. Анализ и интерпретация статистических данных М. Финансы и статистика, 1981, 406с.

47. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.Наука, 1977,438с.

48. Шустов Ю.С. Методы подобия и размерности в текстильной промышленности. -М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2002,191 с.

49. Бродский В.З., Бродский Л.И., Голикова Т.И. и др. Таблицы планов эксперимента для факторных и полиномиальных моделей (справочное издание). -М.: Металлургия, 1982, 752 с.

50. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1980,392 с.

51. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Оптимизация механико-технологических процессов текстильной промышленности: Учебник для вузов -М.: Легпромбытиздат, 1991,256с.

52. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н., Кобляков А.И Текстильное материаловедение (волокна и нити). Учебник для вузов. 2-е изд. М.: Легпромбытиздат, 1989,352 с.

53. Кудрявцев Е.М. Mathcad 2000 Pro. М.: ДМК Пресс, 2001, 576с.

54. Гурский Д.А. Вычисления в Mathcad. Мн.: Новое знание, 2003, 814с.

55. ГОСТ 10213.1-73 «Волокно и жгут химические. Метод определения линейной плотности».

56. ГОСТ 10213.2-73«Волокно и жгут химические. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения».

57. ГОСТ 10213.4 -73 «Волокно и жгут химические».

58. ГОСТ 13587-77 «Полотна текстильные нетканые. Правила приемки и методы отбора образцов».

59. ГОСТ 16919-79 «Полотна текстильные нетканые. Нормы допускаемых отклонений по показателям физико -механических свойств».

60. ГОСТ 15902.3-79 «Полотна текстильные нетканые. Методы определения прочности».

61. ГОСТ 15902.1-80 «Полотна текстильные нетканые. Методы определения линейных размеров и поверхностной плотности.

62. ИСО 9073-2-89 «Текстиль. Методы испытания нетканых материалов. Определение толщины».

63. Вычисление собственных чисел и собственных векторов для заданной квадратичной формы модели разрывной нагрузки (диапазон поверхностнойлплотности 300 900 г/м ) в среде MathcadЩ0te В* Dew $r<iert Ftf-nvM Math Symboki SMndow Це1р

64. Здесь исходная матрица А для квадратичной формы 76:-153.55 22.135 12.81 31.16522135 -67.62 -44.825 О1281 -44.825 14.79 О31165 0 0 303.34

65. Собственные числа матрицы А, найденные в среде Mathcad:eigenvals (А) =34514 -78.936 164.082 305.464

66. Собственные векторы матрицы А, найденные в среде Mathcad:eigenvecs(A) =0015 -0.313 0.947 0.068 N-0.399 -0.873 -0.282 3.743 х Ю-30917 -0.375 -0.138 2.419 х Ю-3-1.76 х 10~3 0.025 -0.063 0.998 ,