автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии получения модифицированных лубяных волокон на базе ударно-волнового воздействия

На правах рукописи

ДОРОФЕЕВ ВЯЧЕСЛАВ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛУБЯНЫХ ВОЛОКОН НА БАЗЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

18 ДЕК 2014

Москва 2014 г.

005556911

На правах рукописи

м?/

ДОРОФЕЕВ ВЯЧЕСЛАВ ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛУБЯНЫХ ВОЛОКОН НА БАЗЕ УДАРНО-ВОЛНОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2014 г.

Работа выполнена на кафедре текстильных технологий Текстильного института имени А.Н. Косыгина Федерального Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» и в научно-техническом центре - 4 ОАО «Московский радиотехнический институт Российской Академии Наук».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Разумеев Константин Эдуардович

Официальные Пашнн Евгений Львович — доктор технических

оппоненты: наук, профессор Федерального Государственного

бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Костромской государственный технологический университет». Заведующий кафедрой технологии производства льняного волокна.

Кудрявцева Тамара Николаевна — кандидат технических наук, «Центральный - НИИ комплексной автоматизации легкой

промышленности». Заведующая лабораторией переработки натуральных и химических волокон.

Ведущая организация: Текстильный институт Федерального

Государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный политехнический университет».

Защита состоится «12» февраля 2015 года в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.06 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» по адресу: 117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1, ауд. 156.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет дизайна и технологии» и на сайте www.msta.ac.ru.

Автореферат разослан « 9 » декабря 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.144.06 доктор технических наук, профессор

Кирсанова Е.А.

АННОТАЦИЯ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, цель которой исследование способа ударно-волновой обработки лубоволокнистых материалов и разработка технологии получения модифицированного льняного сырья. Сущность технологии заключается в объединении технологического процесса ударно-волновой модификации короткого льняного волокна и последующей механической обработки полуфабриката на стандартном приготовительном оборудовании хлопкопрядильного производства. Разработанная технология позволяет получить качественный котонин при соблюдении технологических режимов, включающих установленные базовые входные параметры. На базе совокупности электрофизических и механических методов воздействия исследован и апробирован способ получения модифицированного лубяного сырья из безнаркотической конопли. В работе использованы методы общей физики, аналитической химии, планирования эксперимента, текстильного материаловедения, технологии первичной переработки льноволокна, хлопкопрядения и шерстопрядения.

В результате теоретических и эмпирических исследований разработана и апробирована экспериментальная ударно-волновая установка в мембранном варианте обработки лубоволокнистого сырья с уменьшенным энергопотреблением и более высокой надежностью работы, направленная на получение качественного модифицированного льняного волокна. Результаты апробирования рекомендуются для проектирования технологического процесса ударно-волновой модификации и оборудования для получения котонина.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

— принципы и процессы ударно-волновой технологии получения модифицированного лубяного волокна из отходов трепания;

— технологический режим получения модифицированного льняного волокна на основе установленных базовых входных параметров ударно-волнового воздействия;

— результаты экспериментальных исследований модифицированных лубяных волокон на лабораторном оборудовании аккредитованной организации ОАО «Инновационный научно-производственный центр текстильной и легкой промышленности» (ОАО «ИНПЦ ТЛП»);

— технологический режим, включающий установленные рабочие входные параметры ударно-волновой модификации технической конопли для получения модифицированного лубяного сырья;

— результаты апробирования экспериментальной установки в мембранном варианте обработки короткого льняного волокна в целях получения качественного котонина;

— результаты опытно-промышленных исследований по применению технологии переработки модифицированного льняного волокна в условиях хлопко- и шерстопрядильного производств.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Традиционно, при первичной переработке лубоволокнистого сырья образуется большое количество коротких волоконных отходов трепания, которые по классическим технологиям перерабатываются в шпагат, веревки, канаты, а также в пряжу больших линейных плотностей по сухой и мокрой системам прядения.

В сырьевом балансе отечественной льняной и пенько-джутовой подотрасли только за 2012 год доля коротких льняных и пеньковых волокон составила порядка 70 % и 60 %, при выработке продукции в 32000 т и 950 т, соответственно. Вместе с тем, рост цен на натуральное импортное сырье обуславливает дополнительную заинтересованность текстильщиков в обеспечении предприятий более дешевыми модифицированными лубяными волокнами.

Принципиально, решение вопроса обеспечения текстильной отрасли недорогим натуральным сырьем в настоящее время возможно через освоение, совершенствование и внедрение технологических новшеств в области первичной переработки лубоволокнистых материалов, а также посредством расширения ассортимента сырьевых смесей. Таким образом, исследование и разработка способов углубленной переработки (модификации) отходов первичной переработки лубяного волокна, т.е. короткого лубяного волокна, полученного в результате росяной мочки и обработки на мяльно-трепальном оборудовании, как более доступного вида сырья для текстильной отрасли, представляет собой актуальную задачу.

Об актуальности свидетельствует также то, что работа проводилась в рамках программы: «Разработка базовых технологий производства текстильных материалов на основе биотехнологий и глубокой переработки натурального сырья на базе отечественного оборудования, основанного на ударно-волновой технологии получения высококачественного котонизированного льна», утвержденной приказом Минпромторга Российской Федерации от 15.04.2011 г., Государственный контракт № 11411.1003702.19.012 от 15.04.2011 г.

Дель и задачи исследования. Целью является исследование способа ударно-волновой обработки лубоволокнистых материалов, разработка технологии и оборудования для получения модифицированного льняного сырья и переработки его на предприятиях текстильной отрасли.

Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Анализ состояния вопроса получения модифицированного лубяного волокна для его использования в хлопко- и шерстопрядении, а также систематизация научно-технической информации по существующим способам модификации отходов первичной обработки лубяного сырья с точки зрения их воздействия на структуру волокна.

2. Исследование влияния и определение базовых (для льняного волокна) и рабочих (для технической конопли) входных параметров технологического процесса ударно-волновой модификации (длительность ультразвуковой обработки, количество разрядных импульсов ударно-волнового воздействия и

их частота, водный модуль ванны «волокно-вода») лубяного волокна в зависимости от их качественных показателей.

3. Определение выходных показателей качества модифицированного лубяного волокна на основании установленных параметров непрерывного и импульсного режимов технологического процесса ударно-волновой модификации и их апробирование для получения смесовой пряжи средних линейных плотностей.

4. Проведение сравнительной оценки качественных характеристик лубяного сырья после разного рода модификаций и обоснование требований к его качеству с точки зрения применения в условиях хлопчатобумажного производства.

5. Исследование влияния технологического процесса хлопчатобумажного предпрядения на качественные показатели модифицированного льняного волокна и выбор базового технологического процесса для получения котонина.

6. Разработка технологической цепочки модификации короткого льноволокна, обеспечивающей получение волокон, пригодных для дальнейшей переработки в смесовую пряжу в условиях хлопкопрядильного производства.

7. Выработка опытно-промышленных партий пряжи средних линейных плотностей ткацкого и трикотажного назначений с вложением котонина и модифицированного лубяного сырья, а также изделий двойного назначения на их основе.

8. Апробирование базового технологического режима ударно-волновой модификации короткого льняного волокна в мембранном варианте обработки и получение опытных образцов смесовой пряжи средних линейных плотностей.

Объекты исследования: различные виды лубоволокнистых материалов отечественного и зарубежного производства; оборудование в виде «Модуль котонизации лубоволокнистых материалов». В процессе исследований применялись известные методы и средства определения показателей физико-механических свойств волокнистого материала, а также объемные и весовые методы аналитической химии с применением приборов МШУ-1, STELOMETER, FM-27, Textechno, анализатора наночастиц ZetaPlus Ver. 4.02, современные измерительные средства, лабораторный оптический микроскоп, сканеры. Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных методов и средств исследований. Статистическая обработка опытных данных и графическое представление полученных результатов исследований проводились на персональном ЭВМ на базе процессора Intel Core i3 в операционной системе Windows 7 Professional с помощью пакета прикладных программ Microsoft Office 2007, а также с использованием Mathcad, AutoCAD 2011.

Научная новизна выражается в том, что впервые: I. Проведена расширенная сравнительная оценка модифицированного лубоволокнистого сырья и котонина, полученных различными способами, с точки зрения выбранных качественных показателей.

П. На основе изучения качественных показателей лубоволокнистых материалов отечественного и зарубежного производства, предложены и

обоснованы базовые параметры технологии ударно-волновой модификации лубоволокнистых материалов, включающей последовательные гидродинамические обработки в непрерывном режиме волновым воздействием и импульсном режиме ударно-волновым воздействием, обезвоживание и просушивание, а затем механические обработки.

Ш. Установлено, что осуществление электроимпульсного разряда в водной среде способствует размягчению и выделению пектиновых веществ технических волокон.

IV. Показано, что включение в технологический режим ударно-волновой модификации механических обработок, оставшихся тонких комплексов волокон, в виде переработки на приготовительном хлопкопрядильном оборудовании, улучшает качественные показатели модифицированного льняного волокна.

V. Разработана базовая технологическая цепочка процесса получения качественного котонина, способного к переработке с хлопком в ткацкую пряжу средних линейных плотностей для производства изделий двойного назначения.

VI. Разработана экспериментальная установка в мембранном варианте обработки для реализации поточной технологии обработки лубоволокнистых материалов со снижением энергоемкости ударно-волновой модификации.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

■ определены базовые входные параметры режимов технологического, процесса ударно-волновой модификации льняного волокна, при этом получено сырье, пригодное для хлопкопрядения, на основе которого изготовлены опытные образцы хлопкольняной пряжи;

■ определены рабочие параметры режимов технологического процесса ударно-волновой модификации безнаркотической технической конопли семенного назначения и изготовлены опытные образцы хлопкопеньковой пряжи;

■ выработаны и проанализированы опытно-промышленные партии хлопкольняной пряжи средних линейных плотностей ткацкого назначения с различным вложением котонина, полученного на базе ударно-волнового воздействия;

■ выработаны и проанализированы опытно-промышленные партии шерстольняной пряжи средних линейных плотностей трикотажного назначения и пряжа для ручного вязания, а также трикотажные полотна и изделия с вложением модифицированного лубяного волокна, полученного на базе ударно-волнового воздействия;

■ разработана и апробирована экспериментальная установка для ударно-волновой модификации волокнистых материалов в мембранном варианте обработки, которая при включении в технологическую цепочку обеспечивает уменьшение удельной энергоемкости при сохранении требуемого уровня технологичности льняного волокна;

■ подана в ФГБУ «ФИПС» заявка № 2014134965 от 28.08.2014 г. на патент: «Устройство для обработки волокнистых материалов», при этом получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на заседаниях кафедры прядения ФГБОУ ВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина» (г. Москва, 2011-2013 гг.), кафедры текстильных технологий Текстильного института имени А.Н. Косыгина ФГБОУ ВПО «МГУДТ» (г. Москва, 2014 г.), заседаниях ученого совета ОАО «ИНПЦ ТЛП» (г. Москва, 2011-2014 гт.); на Всероссийском научно-техническом семинаре в ООО НПК «ЦНИИШерсть», г. Москва, 2012 г.; Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2012), г. Иваново, ФГБОУ ВПО «ИГТА»; Международной научно-практической конференции «Внедрение инновационных разработок в целях повышения экономической эффективности в льняном комплексе России» (Российский лен — 2012), г. Вологда, «ВНИИМЛ»; Всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2014: Новые технологии и продукты на российском рынке», г. Москва, 2014 г.

Достоверность результатов проведенных исследований.

Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, содержащихся в диссертации, подтверждается патентными исследованиями, совпадением теоретических оценок и экспериментальных результатов, применением современных методов и средств исследования при необходимом уровне доверительной вероятности, а также апробацией и внедрением результатов диссертационных исследований в производство.

Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследования, а также в непосредственном получении изложенных в диссертации результатов, анализе библиографических источников, выборе методов исследования, проведении экспериментальных исследований и обсуждении их результатов, обосновании заключения и формулировки выводов.

Публикации.

Основные положения проведенных исследований опубликованы в 10 печатных работах, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 192 страницах машинописного текста, содержит 37 рисунков и 37 таблиц. Текст диссертационной работы состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав с выводами, заключения и общих выводов по работе, списка литературных источников из 132 наименований и 9 Приложений, представленных на 20 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена ее цель и сформулированы задачи исследований, а также обоснованы научная новизна и практическая значимость работы. Отражена работа по внедрению результатов исследований, их научная и практическая значимость.

Первая глава посвящена аналитическому обзору литературных источников, в которых, в частности, рассматриваются различные аспекты хозяйственных характеристик и морфологических особенностей лубяных культур. На основе композиционной модели строения лубяного волокна, проанализирована морфологическая и клеточная структура волокон льна-долгунца и конопли. Исследования морфологической структуры технических волокон льна и конопли указывают на то, что межволоконные связи состоят из трудноудаляемых пектиновых веществ и аморфных полимерных веществ, которые без нарушения структуры волокна возможно удалить либо во время химической обработки, либо при волновых и ударно-волновых воздействиях.

На сегодняшний день, разработаны различные способы модификации лубяного волокна, которые можно классифицировать по способу воздействия на первично обработанное сырье - механические, механохимические, механобиологические и механофизические. Однако, все они имеют существенные недостатки как с технологической и экономической точек зрения, так и с точки зрения экологичности и управляемости процессами производства. При этом, несмотря на то, что изучением и разработкой различных модификаций лубоволокнистого сырья занимаются многие исследователи, в настоящее время, не существует единого мнения по оценке эффективности данных процессов. В этой связи, применение ударно-волновых воздействий для модификации лубяного волокна, при соответствующей заключительной обработке, может существенно, повысить качество и перерабатывающую способность модифицированных волокон и решить вопросы импортозамещения натуральных волокон (прежде всего, хлопка).

Решением этих проблем занимались многие отечественные и зарубежные ученые. Следует отметить работы российских исследователей Д. А. Кобылянского, А.Г. Архангельского, Л.Н. Гинзбурга, H.H. Труевцева, А.Н. Гребенкина, Е.Л. Пашина, А.П. Морыганова, К.Э. Разумеева, В.В. Живетина, A.B. Чешковой, В.Н. Захарова, Е.П. Лаврентьевой, В.О. Симоняна, H.A. Ординой, а также ряда зарубежных, таких как Н. Седелышкова, Р. Козловский (Польша), М. Галама, Ф. Лофф (Германия) и др.

На основании проведенных поисковых, патентных работ и результатов обзора технической литературы по данной тематике, обоснован выбор объекта исследований в виде оборудования «Модуль котонизации лубоволокнистых материалов» (на экспериментальном стенде в НТЦ - 4 ОАО «МРТИ РАН») и определены основные направления совершенствования модификации лубяного сырья для использования в текстильной промышленности.

Выбор критерия качества и второстепенных показателей технологичности подтвержден анализом действующих нормативных документов.

В конце главы сформулирован перечень задач для достижения поставленной в работе цели, среди которых основной является экспериментальное изучение влияния различных параметров технологических режимов ударно-волновой модификации на перерабатывающую способность лубяных волокон и качество получаемой смесовой кардной пряжи.

Вторая глава посвящена описанию характеристик используемых объектов, методов и средств исследования. Для проведения исследований сравнивалось лубяное волокно одного района произрастания и одинакового селекционного сорта, первично обработанное на одинаковом оборудовании.

Предложены и уточнены методики качественного и количественного анализа, позволяющие с необходимой точностью осуществить контроль качества основных показателей модифицированного лубяного волокна.

Представлен и описан цикличный принцип работы и состав оборудования для ударно-волновой модификации лубоволокнистых материалов, состоящий из «Модуля котонизации лубоволокнистых материалов», лабораторной малогабаритной чесальной установки и вспомогательного оборудования.

В третьей главе предложены и обоснованы варианты использования гидродинамических воздействий при выборе способа ударно-волновой обработки лубоволокнистых материалов.

Из теоретических представлений о механизме кавитационной эрозии и экспериментов по использованию ультразвука для модификации лубяного сырья следует, что данные процессы управляемы, экологически осуществимы и не разрушают структуру волокон при условии щадящего использования кавитационного воздействия. Для исключения негативного воздействия разрушающего фактора кавитации, предложен вариант размещения магнитострикционных излучателей на таком расстоянии от объекта обработки, при котором осуществляется только волновое, а не кавитационное воздействие на слой лубяного волокна для удаления элементов, размерность, которых больше диапазона длин волн.

Отмечены и охарактеризованы основные различия волновых, ударных и ударно-волновых воздействий в водной среде. Обосновано применение ударно-волновых воздействий для обеспечения эффективного ослабления связей и выделения пектиновых веществ. В частности, элементный анализ смеси на анализаторе ZetaPlus Ver. 4.02 позволил установить, что в результате ударно-волновой обработки расщепляются технические волокна льна по границе раздела «адгезив - субстрат», при этом в водную среду выделяется, показанный на рисунок 1, адгезив (следы светло-кремового цвета «кляксы» гелеобразной формы неправильного размера ~ 0,4 мкм) в виде пектиновых веществ

% ^■ЯКЗЖКЙ^ |л 12 '

'.Cü' ÉMÉB ШШ^

Рисунок 1 - Фракционный состав примесей в водной среде после обработки

По результатам исследований, представленных на рисунке 2, было установлено, что при предварительном замачивании волокнистой массы в течение ~ от 5 до 20 мин и последующей ультразвуковой обработке в непрерывном режиме в течение 4 мин, при частоте 21-22 кГц, происходит

удаление крупных остатков костры и покровных тканей, за счет распространения поперечных волн сантиметрового диапазона в элементах обрабатываемого лубоволокнистого материала.

Необходимость проведения ультразвуковой обработки при выбранных параметрах продиктована не только получением более чистого волокнистого материала (со снижением засоренности в ~ 2-2,5 раза), но и технологическим аспектом применения его на дальнейших этапах ударно-волновой модификации, т.е. удалением воздушных включений в пучках волокна (для уменьшения

Рисунок 2 - Зависимость засоренности льноволокна затухания ударно-волнового от длительности ультразвуковой обработки возмущения).

На основании априорных сведений об объекте исследования и, руководствуясь предварительными исследованиями, обобщены и обоснованы входные технологические параметры режимов гидродинамических обработок, представленные в таблице 1. Обобщенный анализ полученных результатов, выявил диапазоны варьирования основных параметров для льняного волокна и конопли (в таблице выделено жирным шрифтом), которые определялись исходя из вида сырья, опыта наблюдений и предварительной эксплуатации объекта.

Таблица 1 - Основные технологические параметры режимов гидродинамических обработок

№ Наименование технологических параметров ударно-волновой модификации Величина

для льна | для конопли

Гидродинамическая обработка в непрерывном режиме (ультразвуковая обработка)

1. Масса загрузочного сырья, кг 1,5 1,5

2. Частота магнитострикционного преобразователя, кГц 21-22 21 -22

3. Время обработки, мин 4 4

4. Объем ультразвукового бака, л 60 60

Гидродинамическая обработка в импульсном режиме (ударно-волновая обработка)

5. Масса загрузочного сырья, кг 3 2,5

6. Серии (количество) разрядных импульсов 300-900 500-1500

7. Частота подачи импульсов, Гц 1,5 1,5

8. Время обработки, мин 3,3-10,0 5,5-16,6

9. Весовое соотношение обрабатываемой смеси «волокно-вода» (модуль ванны) 1:18-1:28 1:18-1:28

10. Накопительная энергия конденсаторного блока, кДж ~ 1,3 -1,3

И. Уровень разряда (зарядное напряжение), кВ -39,5 -39,5

12. Величина разрядного промежутка, мм -40 -40

13. Объем ударно-волнового бака, л 110 110

1 2 3 4 5 8 10 Длительность УЧ обработки, мин

В предварительном эксперименте проводилось исследование качественных показателей исходного и модифицированных образцов короткого льняного волокна № 3, полученных на границах интервала варьирования серий разрядных импульсов и модуля ванны 1:18 и 1:23. По результатам экспериментов установлено, что поиск и определение базовых параметров ударно-волновой обработки необходимо проводить в локальной области по основному входному параметру, - серии (количество) импульсов (от «300» до «900») при частоте 1,5 Гц. Кроме того, установлено, что увеличение модуля ванны в ударно-волновом баке с 1:18 до 1:23 улучшает качество волокна, что позволяет использовать в качестве дополнительного уровня модуль ванны 1:28.

В основном эксперименте проводилось базовое определение входных параметров технологического режима ударно-волновой обработки короткого льняного волокна № 3, прошедшего ультразвуковую обработку в течение 4 мин при частоте 21-22 кГц. Объектом исследования являлся технологический процесс ударно-волновой модификации, включающий ультразвуковую, ударно-волновую обработки и чесание на экспериментальном стенде. В качестве основного критерия качества принята линейная плотность модифицированного льняного волокна. Входными параметрами технологических режимов ударно-волновой обработки были выбраны количество разрядных импульсов, поданных при частоте 1,5 Гц и модуль ванны «волокно-вода».

На основании анализа данных диаграммы и полученных доверительных интервалов, представленных на рисунке 3, установлено, что базовый диапазон лежит в области значений линейной плотности 0,495 текс и 0,497 текс при входных параметрах: серии разрядных импульсов «600» и «700», соответственно, и объеме воды в 69 л на порцию волокна в 3 кг.

960

ЭвО

800 -

720 -

| 6-40 н

Я 560 -

I 480

§ 400 -

м

Й 320 -| 240

| 160 н

3 во г

о

н

£5

-^-модуль ванны волокно-вода 1:23 —■—модуль ванны волокно-вода 1:18 — ® — модуль ванны волокно-вода 1:28

«300» «500» «600» «"00» «900»

Серия разрядных импульсов при частоте 1.5 Гц

Рисунок 3 - Диаграмма зависимости линейной плотности волокна от входных параметров режима ударно-волновой обработки короткого льняного волокна

Статистические и технико-экономические показатели обусловили в качестве основного решения определить образец с линейной плотностью 0,495 текс, полученный при базовых параметрах технологического режима,-количество разрядных импульсов «600» и модуль ванны 1:23. Кроме того, дополнительными исследованиями установлено, что требуемые показатели технологичности (средняя массодлина 31 мм, штапельная массодлина 48 мм, содержание волокон в прядомой группе 68 % и засоренность 2 %) получаются при соблюдении вышеупомянутых входных базовых параметров.

По результатам сравнительного анализа качественных характеристик 10-ти образцов льняного волокна установлено, что волокно, полученное на базе ударно-волнового воздействия, сопоставимо по качественным показателям с котонином бельгийского происхождения и уступает ему только по прочности (на 10 %). Проведенная микроскопия модифицированных льноволокон отечественного и зарубежного производства с помощью микроскопа «Ernst Leitz Wetzlar» при увеличении ЗООх показала, что наиболее очищенными от пектиновых веществ и менее поврежденными (отсутствуют складки и надломы) являются волокна, подвергнутые ударно-волновой модификации.

Выработка хлопкольняной пряжи малой линейной плотности показала, что льноволокно, полученное при базовых параметрах технологических режимов, характеризуется хорошей прядильной способностью.

Проводились исследования по выбору оборудования для предварительной механической обработки конопли, собранной в фазе биологической спелости, имеющей линейную плотность ~ 8,5-9 текс и засоренность 22-25 %. В результате определен рабочий параметр режима ударно-волновой модификации волокон конопли, - количество разрядных импульсов «1000» при частоте 1,5 Гц, с учетом предварительной механической обработки и установленных ранее параметров для льна: длительности ультразвуковой обработки (4 мин) и модуля ванны 1:23.

На рисунке 4 показана диаграмма зависимости линейной плотности и засоренности пеньковых волокон от серии импульсов при частоте 1,5 Гц._

а «500» «700» «900» «1000» «1200» «1500»

о

Сершрачрядных импульсов Закостренность, °о —»—Линейная плотность волокна, текс

Рисунок 4 - Комбинированная диаграмма зависимости качественных показателей модифицированных волокон конопли от количества разрядных импульсов

При объединении механических и ударно-волновых воздействий, вследствие проявления синергетического эффекта, возможно получение модифицированной технической конопли линейной плотностью 2,2 текс, средней массодлиной 49,7 мм, закостренностью 0,6 % и содержанием прядомых волокон 48,0 %. Установлено, что при добавлении к хлопку 25-30 % конопли, прошедшей подготовительную механическую обработку и ударно-волновую модификацию, можно вырабатывать пряжу средних линейных плотностей.

В четвертой главе приведены и описаны технологические и технические недостатки, влияющие на производительность и надежность работы экспериментального стенда (цикличный вариант) при ударно-волновой обработке в электроимпульсном режиме. На стенде НТЦ-4 ОАО «МРТИ РАН», взяв за основу ударно-волновой способ модификации лубоволокнистых материалов, разработана и смонтирована экспериментальная установка для ударно-волновой модификации лубоволокнистых материалов в мембранном варианте обработки, в котором реализуется поточный вариант обработки волокна. Кроме того, разработан общий комплексный вид устройства, включающий данные установки, промышленного типа.

На основании выявленных основных технологических параметров мембранного режима ударно-волновой модификации, определен рабочий режим управления технологическим процессом. При апробировании ударно-волновой модификации в мембранном варианте обработки конопли установлена эффективность мембранного режима при объеме волокнистой паковки подмембранного слоя в 300 г и модуле ванны «волокно-вода» 1:2, а также, уменьшенном на 35-40 %, количестве импульсов при частоте 1,5 Гц.

При определении входного параметра в интервале варьирования от «100» до «500» не выявлено основного значения, но установлен базовый диапазон ударно-волновой модификации в мембранном варианте обработки с количеством разрядных импульсов - «200». Установлено, что ударно-волновая модификация в мембранном варианте обработки короткого льняного волокна на базе совокупности электрофизических и механических методов воздействия позволяет получить модифицированные волокнистые материалы с необходимыми качественными характеристиками. Кроме того, выработана кардная пряжа линейной плотности 29,4 текс при максимальном вложении модифицированного льняного волокна в смеску с хлопком до 35 % и установлено подобие показателей с кардной пряжей, полученной с вложением 30 % традиционного котонина (механический способ обработки).

Установлено, что экспериментальная установка для ударно-волновой модификации в мембранном варианте обработки волокнистых материалов при включении в технологию получения модифицированного лубяного волокна обеспечивает уменьшение удельной энергоемкости с 0,38 кВт-ч/кг («Модуль котонизации лубоволокнистых материалов») до 0,18-0,20 кВт-ч/кг при сохранении требуемого уровня качества модифицированного лубяного волокна.

В пятой главе обоснован выбор цепочки оборудования для заключительной подготовки волокна к хлопкопрядению. В результате проведенных исследований установлено, что заключительная переработка на

хлопкопрядильном оборудовании (поточная линия в составе рыхлительно-трепального агрегата и кардочесальной машины) модифицированного ударно-волновым способом льняного волокна, обеспечивает получение качественного котонина. Выработаны опытно-промышленные партии ткацкой пряжи пневмомеханического способа прядения линейных плотностей 29,4-50 текс в объеме 126,5 кг из смеси хлопка и котонина составом 70/30 и 50/50 (таблица 2).

Таблица 2 - Качественные показатели опытно-промышленных партий пряжи

№ п/п Наименование показателей Пряжа 70/30 Пряжа 50/50

29 текс 50 текс 29 текс 50 текс

1 Линейная плотность, текс 29,4 49,5 27,1 46,8

2 Коэффициент вариации: по лин. плотности, % 2,9 4,6 4,6 5,6

по разрывной нагрузке, % 14,2 15,1 15,3 16,7

по крутке, % 4,3 6,3 5,3 7,8

3 Разрывная нагрузка, Н 2,6 4,4 1,9 3,6

4 Удельная разрывная нагрузка, сН/текс 8,8 8,8 7,0 7,6

5 Удлинение при разрыве, % 5,3 6,4 4,6 5,7

6 Крутка, кр/м 1000 740 1062 750

7 Стойкость к истиранию в петле, цикл 403 1614 237 1040

Осуществлена производственная проверка модифицированного ударно-волновым способом короткого льняного волокна № 6 по полугребенной системе прядения шерсти. Выработана пряжа кольцевого способа прядения для ручного вязания и для трикотажного производства в объеме 155,5 кг из смесей п/т шерсти, модифицированного льняного и полиакрилонитрильного волокон.

На основании проведенных исследований разработана технологическая схема получения котонина, на базе ударно-волнового воздействия. Эта схема по переходам включает: ударно-волновую модификацию на модуле с установленными базовыми параметрами режимов ударно-волнового воздействия; обезвоживание и сушку (блоки отжима и сушильная камера); разрыхление и очистку (СН-3, П-5, ОН-6, ЧО, ГР-8, Т-16), чесание волокон (ЧМ-50); упаковку волокна (прессование в кипы).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Комплекс теоретических, экспериментальных и технологических исследований создал условия для разработки технологии получения котонина на базе ударно-волнового воздействия с требуемым уровнем технологичности показателей: линейной плотностью 0,7 текс, удельной разрывной нагрузкой 29,78 гс/текс, средней массодаиной 35,7 мм, содержанием прядомых волокон 82,3 % и засоренностью 0,46 %.

2. Совокупность экспериментальных и технологических исследований позволила разработать базовую линию получения котонина, определяемую следующей последовательностью технологических процессов: замачивание в баке с водой отходов трепания, ультразвуковая обработка и ударно-волновая обработка на созданном модуле, обезвоживание и просушивание, заключительная обработка на оборудовании хлопкопрядильного производства для получения волокна (котонина), пригодного дня смешивания с хлопком.

3. Исследования непрерывного режима ультразвуковой обработки короткого льняного волокна при частоте 21-22 кГц позволили установить основной параметр — длительность волнового воздействия в течение 4 мин, способствующий получению менее засоренного (снижение в 2-2,5 раза от исходного) волокнистого полуфабриката.

4. Исследование импульсного режима ударно-волновой обработки волокнистого полуфабриката и определение базовых входных параметров режима позволили установить производственно значимую линейную плотность 0,495 текс при следующих значениях входных параметров: количество разрядных импульсов «600» при частоте 1,5 Гц и соотношение обрабатываемой смеси «волокно-вода» (водяной модуль ванны) 1:23.

5. На основании исследования качественных характеристик модифицированного лубяного сырья и апробирования технологического процесса их переработки установлены базовые параметры технологических режимов, позволяющие получить хлопкольняную пряжу линейной плотности 18,5 текс при вложении 30 % льняного волокна и рабочие параметры технологических режимов, позволяющие получить хлопкопеньковую пряжу линейной плотности 29,4 текс при вложении 25-35 % технической конопли семенного назначения.

6. Производственная апробация показала возможность использования котонина, полученного на базе ударно-волнового воздействия в хлопкопрядении при выработке в условиях ООО «Георг-П» хлопкольняной пряжи линейной плотности 29,4 и 50 текс ткацкого назначения при вложении в сортировку 30 % и 50 % льняного волокна, соответственно, а также возможность использования модифицированного льняного волокна в смеси с шерстью и полиакрилоншрильным волокном при выработке в условиях ОАО «Троицкая камвольная фабрика» и ООО «Пехорский текстиль» пряжи линейной плотности 83 текс х 2 трикотажного назначения и пряжи 83 текс х 4 для ручного вязания при вложении в сортировку 30 % модифицированного льняного волокна.

7. Разработанная экспериментальная установка в мембранном варианте обработки волокнистых материалов позволяет организовать рабочий процесс получения льняного волокна с требуемым уровнем технологичности показателей: линейной плотностью 0,6 текс, средней массодлиной 31,1 мм, содержанием прядомых волокон 51,5 % и засоренностью 1,3 %, при этом с уменьшением энергоемкости в ~ 2-2,5 раза и более высокой надежностью работы. Исполнение модуля в мембранном варианте обработки рекомендуется как направление совершенствования оборудования и технологии получения модифицированного лубяного волокна на базе ударно-волнового воздействия.

8. В результате Технико-экономической оценки выявлено, что ударно-волновая модификация в мембранном варианте обработки короткого льняного волокна не уступает ни в технологическом, ни в экономическом плане существующим механическим способам котонизации отходов трепания.

Выражаю благодарность и глубокую признательность директору научно-технического центра - 4 ОАО «МРТИ РАН», кандидату технических наук Захарову Виктору Николаевичу за постоянную и неоценимую помощь при выполнении диссертационной работы.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных изданиях и журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России:

1. Дорофеев В.В. Исследование влияния параметров обработки ударно-волнового воздействия на свойства короткого льноволокна / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев,

B.Н. Захаров // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - И.: ИГТА, 2013. -№4(346).-С. 49-52.

2. Дорофеев В.В. Сравнительная оценка прядильной способности котонизированного волокна технической конопли после ударно-волнового воздействия / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров, Г.Г. Бубнов, A.B. Семенов // Швейная промышленность. - М. -2013,-№4.-С. 40-42.

3. Дорофеев В.В. Применение мембранного варианта ударно-волновой модификации короткого льняного волокна в хлопчатобумажной промышленности / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров, Е.П. Лаврентьева, В.В. Дьяченко, Г.Г. Бубнов, A.B. Семенов // Швейная промышленность. - М. - 2014. - № 2. - С. 15-18.

Прочие статьи, тезисы докладов и материалы конференций:

4. Дорофеев В.В. Влияние ударно-волновой котонизации на физико-механические свойства короткого льняного волокна / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров // «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс - 2012): сборник материалов МНПК. - Иваново: ИГТА, 2011. -

C. 19-20.

5. Дорофеев В.В. Разработка базовых технологий производства текстильных материалов и переработки натурального сырья на базе отечественного оборудования, основанного на ударно-волновой технологии получения высококачественного котонизированного льна / В.В. Дорофеев, В.Н. Захаров, Е.П. Лаврентьева, В.В. Дьяченко // Тезисы докладов МНТК «Внедрение инновационных разработок в целях повышения экономической эффективности в льняном комплексе России». - Вологда, 2012. - С. 25-27.

6. Дорофеев В.В. Ударно-волновая технология получения модифицированного пенькового -волокна для текстильной промышленности / В.В. Дорофеев // Рынок легкой промышленности. - Санкт-Петербург, 2014. - № 110.

7. Дорофеев В.В. Апробация использования модифицированных отходов трепания в гребенной системе прядения шерсти / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров // Инновационные технологии в текстильной и легкой промышленности: материалы докладов — МНТК. - Витебск: ВГТУ, 2014. - С. 35-36.

8. Дорофеев В.В. Применение ударно-волновой технологии обработки лубоволокнистого сырья в текстильной отрасли / В.В. Дорофеев, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров // Материалы сборника научных трудов ООО НПК «ЦНИИШерстъ». - М., 2012. - С. 225-228.

9. Лаврентьева Е.П. Повышение эффективности использования ненаркотической технической конопли в текстильной промышленности / Е.П. Лаврентьева, В.В. Дьяченко, В.В. Дорофеев, В.Н. Захаров // Директор. - Санкт-Петербург. - 2014. - № 2 (150). - С. 11-12.

10. Дорофеев В.В. Исследование процесса очистки шерстяных волокон от сорных примесей и пороков ударно-волновым воздействием / В.В. Дорофеев, С.Б. Оренбах, К.Э. Разумеев, В.Н. Захаров, П.В. Никоноров // Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности (ИННОВАЦИИ - 2014): сборник материалов МНТК. Часть 1. - М.: МГУДТ, 2014. - С. 115-118.

Подписано в печать 08.12.2014 г. Формат 60x84/16. Бумага множ. Усл. печ. л. 1,0. Заказ № 145-Н. Тираж 80 экз. Редакционно-издательский отдел ФГБОУ ВПО «МГУДТ»

_117997, г. Москва, ул. Садовническая, д. 33, стр. 1_

Отпечатано в РИО «МГУДТ»