автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка и получение на станках СТБ технических тканей из термостойких нитей стекла и базальта

На правах рук^иси

РОМАНЫЧЕВ НИКИТА КОНСТАНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ НА СТАНКАХ СТБ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ИЗ ТЕРМОСТОЙКИХ НИТЕЙ СТЕКЛА И БАЗАЛЬТА

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003492770

003492770

На правах рукс$лси

РОМАНЫЧЕВ НИКИТА КОНСТАНТИНОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ПОЛУЧЕНИЕ НА СТАНКАХ СТБ ТЕХНИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ИЗ ТЕРМОСТОЙКИХ НИТЕЙ СТЕКЛА И БАЗАЛЬТА

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия» (ИГТА)

Научный руководитель -

доктор технических наук, Степанов Гай Васильевич

профессор

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация -

Брут-Бруляко Альберт Борисович

Ерохин Юрий Филиппович

Костромской научно-исследовательский институт льняной промышленности (КНИИЛП)

Защита состоится ц£5>> марта 2010 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.212.061.01 при Ивановской государственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГТА. Текст автореферата размещен на сайте ИГТА: http■7/www.igta■ruЛltml/raznoe/avtoref■/kandidatsk■html■

Автореферат разослан « 1/9 » февраля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ ^ Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство технического текстиля - одно из наиболее динамично развивающихся направлений развития текстильной промышленности.

В мировой практике расширению сфер использования технического текстиля способствовало создание ассортимента тканей на основе высокомодульных нитей. Это связано с их уникальными эксплуатационными характеристиками: высокая прочность, высокие показатели вибро- и шумоизоляции, термостойкость, неподверженность воздействию микроорганизмов и большинства химикатов и др.

При производстве технических тканей специального назначения используются высокомодульные термостойкие нити, такие как, стеклянные, базальтовые, арамидные и др. Применение высокомодульных нитей позволяет получать тканые материалы, которые используются в космонавтике, авиа- и судостроении. На их основе создаются композиционные пластики, позволяющие сократить общую массу изделия. Улучшение качественных показателей дает применение спецтканей в изделиях защищающих от внешних факторов: тентах, огнезащитных покрытиях, навесах, защитной одежде.

Одной из важнейших технических задач является получение тканей для защиты от теплового излучения. Разработки в этой области являются актуальными.

Целью настоящей работы является разработка и получение на бесчелночных ткацких станках СТБ, технических тканей содержащих высокомодульные термостойкие нити стекла и базальта.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные и технические задачи:

1. Обоснован сырьевой состав тканей и вид оборудования, на котором они могут быть получены. В частности, рекомендованы к использованию станки СТБ, оснащенные многоуточными приборами.

2. Исследовано взаимодействие высокомодульных технических нитей в ткани, дана оценка локальных сил, возникающих в области контакта основных и уточных нитей.

3. Применительно к переплетению рогожка 3/3 разработана математическая модель расположения нитей основы и утка в ткани, позво-

ляющая оценить параметры ткани применительно к теории ее фазового строения.

4. С целью снижения обрывности основных и уточных нитей и повышения производительности ткацкого оборудования проведена оптимизация заправки ткацких станков, вырабатывающих ткани из нитей стекла и базальта, а также ткани из других видов волокон.

5. Исследованы механические свойства новых видов технических тканей.

Решение указанных задач соответствует направлению научных исследований Ивановской государственной текстильной академии по совершенствованию техники и технологии ткацкого производства.

Методика исследований. При теоретических исследованиях применялись методы прикладной математики (решения неоднородных дифференциальных уравнений 4-го порядка), теоретической механики, сопротивления материалов, методы математического моделирования и др.

Экспериментальные исследования по оптимизации заправочных параметров ткацкого станка, а также механических характеристик тканей проводились в производственных и лабораторных условиях. Обработка результатов исследований осуществлялась методами математической статистики с применением критериев Кочрена, Стьюдента, Фишера.

Автор защищает:

1. Результаты исследования взаимодействия в ткани комплексных технических нитей из стекла и базальта.

2. Методику расчета взаимодействия в ткани технических нитей, имеющих разный диаметр и жесткость на изгиб.

3. Методику расчета взаимодействия в ткани нитей, которые подвергаются разным локальным нагрузкам и имеют разные продольные натяжения.

4. Математическую модель строения ткани применительно к удлиненным перекрытиям основных и уточных нитей.

5. Аналитические соотношения, определяющие высоту волны изгиба нитей в ткани.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Исследовано взаимодействие в ткани комплексных технических нитей из стекла и базальта.

2. Разработана методика расчета взаимодействия в ткани технических нитей разного диаметра и жесткости на изгиб.

3. Разработана методика расчета взаимодействия в ткани нитей, которые подвергаются разным локальным нагрузкам и имеют разные продольные натяжения. Дана оценка влияния этих показателей на структуру ткани.

4. Создана математическая модель строения ткани применительно к удлиненным перекрытиям основных и уточных нитей, которые имеют место при получении ткани мелкоузорчатым видом переплетения рогожка 3/3.

5. Получены аналитические соотношения для определения высоты изгиба нитей в ткани.

6. Проведен комплекс работ, повышающих надежность прокладывания на станке СТБ технических нитей.

Практическая значимость и реализация результатов работы состоит:

- в получении технических тканей из высокомодульных термостойких нитей стекла и базальта;

- в разработке технологии их изготовления;

- в разработке мер по снижению обрывности нитей основы и утка в ткачестве путем оптимизации заправки на ткацком станке СТБ-2-180 технических тканей;

- во внедрении результатов диссертационной работы в производственный цикл НПО «Конверсипол», г. Иваново.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение на следующих конференциях и семинарах:

- межвузовских научно-технических конференциях и семинарах аспирантов, магистров и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2004-2008);

- международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Иваново, 2007,2008);

- всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Москва, 2005).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из них 2 статьи в журнале «Известия вузов. Технология

текстильной промышленности», включенном в перечень ВАК и 10 тезисов докладов в сборниках материалов научно-технических конференций.

Личное участие автора в разработке материалов диссертации. Постановка задач, выбор методов и направлений исследований, обобщение полученных результатов, теоретические положения и выводы диссертации принадлежат автору. Разработка тканей из термостойких нитей стекла и базальта и технологии их изготовления выполнена автором при участии научного руководителя. Результаты научно-исследовательской работы апробированы автором в условиях ткацкого производства НПО «Конверсипол» при участии сотрудников предприятия.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов и рекомендаций. Она содержит 140 страниц текста, 19 таблиц, 10 рисунков и приложения. Список использованной литературы включает 71 наименование. В приложениях приводятся заправочные параметры полученных тканей, методика и результаты определения их огнестойкости, технические характеристики аналогов изготовленных согласно НТД, акт производственной апробации результатов НИР.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи работы, обозначены границы исследований, показаны научная новизна, практическая значимость и реализация полученных результатов.

В первой главе произведен анализ источников информации, посвященных техническим тканям и вопросам проектирования.

Изучению строения ткани посвящено довольно значительное количество работ. Но в них большинство исследователей рассматривают ткань, как объект, где нити основы и утка имеют один и тот же диаметр и состоят из одного и того же волокнистого материала. В действительности это не так. Многие технические ткани вырабатываются из нитей разного волокнистого состава, а диаметры нитей отличаются между собой. Практически в научных публикациях недостаточно исследованы ткани подобного рода.

Анализ литературы в области строения тканей позволил сформулировать указанные выше цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрено строение технической ткани, где в основе и утке используются высокомодульные комплексные базальтовые и стеклянные нити. Ткань выработана переплетением рогожка 3/3. На рис.1 показана схема разреза ткани вдоль основной базальтовой нити.

К нити приложены следующие нагрузки: <2у - сила действия уточной стеклонити на базальтовую нить основы;

Ыу - сила действия базальтовой уточной нити на базальтовую нить основы; F0 - сила натяжения базальтовой основной нити; М0 - изгибающий момент; е - обобщенная координата осевой линии нити; е1 - координаты действия соответствующих сил;

1у - расстояние между центрами сечений уточных нитей (геометрическая плотность);

Ьу - длина раппорта переплетения.

При решении задачи силового равновесия нити в ткани, в качестве опор Яу приняты крайние базальтовые уточные нити.

Рассматриваемая ткань имеет квадратное строение. Поэтому нет необходимости приводить схему взаимодействия основных нитей с базальтовой нитью утка.

Для решения задачи прогиба нитей основы и утка в ткани необходимо знать уравнения их осевых линий, приближенно описывающие изгиб нити.

Получены следующие функции: /

У = /(х) = ах

0,5-0,61соз— + 0,135соз— 31 I

-»■у 'у;

О)

<5 = /(У = *г

0,5-0,61соз—+ 0,135соз— 31 I

(2)

где /0, 1у - расстояния между центрами сечений основных и уточных нитей (геометрические плотности);

ах , аг - максимальная величина изгиба нитей основы и утка в ткани.

Однако в этих уравнениях неизвестными величинами являются ах и а2. Используя принцип виртуальных перемещений точек осевой линии нити, а также схему нагрузок (рис. 1), получим значения искомых величин:

0,454/* (2,8 6, +Я,) 0,3* 2Л0+12уР0

(3)

а _ 0,454/а3 (2,8

0,3 я2Ау +120 Ру

(4)

где Qg - сила действия основной стеклонити на базальтовую нить утка; Ы0 - сила действия базальтовой основной нити на базальтовую нить утка; А0 - жесткость базальтовой основной нити на изгиб; Ау - жесткость базальтовой уточной нити на изгиб; Гу - сила натяжения базальтовой уточной нити.

С учетом значений (3) и (4) уравнения (1) и (2) примут вид:

т-

0,455^(2,8 ву + Ку)

0,Зк2Ао+12уРо

0,5 - 0,61 сое— + 0,135««—

' I I

\ у 1у)

(5)

_0,454/» (2,8&+ЛГ.)Г0)5_0)61со5 - + 0Д35созН

О Г у V О К У

0,3 ж2Ау+120Ру

Используя уравнения (5), (6), а также известное равенство "сумма волн изгиба нитей в ткани равна сумме диаметров этих нитей" и равенство сил в местах контактов нитей основы и утка, запишем систему (7), определяющую математическую модель строения ткани:

А„ =

0,44/; (2,8 6,+Л^)

0,3 пгА0 + 1у Р0 0,44/^(2,8 6о+^о) 0,Зл-2Л +/о2 Р

К + Иу = <10 + йу

(7)

2,8 = 2,8б,+ЛГ,

где И0 , ку - высоты волн изгиба нитей основы и утка; с10, йу - диаметры нитей основы и утка. Система (7) позволяет определять высоты волн изгиба нитей основы и утка, а следовательно, и фазу строения ткани по формулам:

(¿0+с1у)Ръ0Ау

(8)

(с10+с1у)Р1А0

Ну Р'А„ +Р,3А

(9)

У 'У'

где Р0, Ру - плотности нитей в ткани по основе и утку.

Кроме того, система (7) позволяет оценить влияние плотности основных и уточных нитей, их изгибной жесткости на расположение нитей в ткани. Система также использована при расчетах основных характеристик проектируемых тканей.

На основании полученных аналитических соотношений построены графики изменения высоты изгиба в ткани базальтовых основных и уточных нитей, рис.2. Следует отметить, что на высоту изгиба нитей влияют плотности ткани по основе и утку, а также жесткости соответствующих нитей на изгиб. Аналогичные выводы справедливы и для нитей из стекла.

Ь мм

И мм

Ь мм

Ру, н./мм

0,6 0,4 0,2 0

Ь мм

б)

0,1 0,2 г)

Рис.2. Влияние на высоту изгиба базальтовой нити:

а) плотности по основе;

б) плотности по утку;

в) жесткости по основе;

г) жесткости по утку.

Ао, Н-мм

Ау? Н-мм

0,3

Третья глава посвящена вопросу оптимизации конструктивно-заправочных параметров станка для повышения эффективности его работы. Для создания качественной ткани и снижения обрывности в ткачестве возникает необходимость в определении оптимальных параметров заправки станка СТБ-2-180. Для этого использовался метод определения регрессивной многофакторной модели с помощью полного факторного эксперимента типа 2".

Рассматривалась обрывность нитей основы. Получено линейное уравнение регрессии:

У = 0,913- 0,079x1 ~ 0,083;с2.

(10)

Рекомендованы параметры заправки основных нитей: величина заступа - 340 высота зева - 80 мм; длина зева - 430 мм.

Очень важным фактором является обеспечение питания станка утком. В качестве утка используются комплексные нити из стекла и базальта. Получено линейное уравнение регрессии: для уточной стеклонити

У = 0,329 +0,071*,+0,067х2, (И)

для уточной базальтовой нити

У = 0,141 + 0,008*, -0,004*2 +0,005*3.

Рекомендованы параметры заправки уточных нитей: из стекла:

угол закручивания торсионного вала - 26 глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм; расстояние от бобины до экрана - 200 мм; из базальта:

глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм; угол закручивания торсионного вала - 28 расстояние от бобины до экрана -170 мм.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию механических свойств новых видов технических тканей. Определена поверхностная плотность тканей, плотность нитей на 10 см ткани, разрывная нагрузка и удлинение, жесткость при изгибе, стойкость к истиранию, выносливость тканей к многократному изгибу.

По результатам проведенных исследований к серийному производству рекомендована ткань № 4, отвечающая всем необходимым требованиям. Ткань выдерживает значительные нагрузки и может применяться для армирования пластмасс и защиты от теплового излучения.

Структура нитей и основные характеристики полученных тканей приведены в табл. 1.

Таблица 1

Механические свойства технических тканей

--^ТГкань Параметры" №1 №2 №3 №4 №5 №6

Линейная плотность нитей, текс хлопок хлопок полиэфир 18,0 + хлопок 18,5 базальт 40; стекло стекло

по основе 18,5 18,5 стекло 26 26 96

базальт

по утку базальт стекло стекло 40; стекло стекло

40 26 14,4x4 стекло 26 26 96

Плотность нитей в

ткани, нит./дм

по основе 231 232 182 182 164 90

по утку 143 202 205 181 160 90

Разрывная нагрузка, Н

по основе 277 233 602 825 637 1000

по утку 667 760 907 840 602 953

Жесткость при из-

гибе, мкН-см2

по основе 335 335 101 4576 2984 10428

по утку 4081 3787 8710 4920 2946 9873

Выносливость к

многократному изгибу, цикл по основе 135 116 1085 8 2 10

по утку 10 6 7 6 2 8

Стойкость к истиранию, цикл 80 95 60 56 17 67

Поверхностная плотность, г/м2 102 103 190 114 90 176

Переплетение полот- полот- двух- рогож- полот- полот-

няное няное слойн. ка 3/3 няное няное

Негорючесть* - - - + + +

* выполнено по методике предприятия НПО «Конверсипол», г. Иваново.

Общие выводы и рекомендации

1. В публикациях и патентной документации недостаточно освещены ткани, в структуре которых одновременно используются нити стекла и базальта.

2. Анализ источников информации выявил многообразие методов проектирования тканей. Однако в приведенных работах не описаны методы расчета тканей из нитей разного диаметра и жесткости на изгиб.

3. Спроектирована и получена техническая ткань из высокомодульных комплексных базальтовых и стеклянных нитей. Ткань обладает повышенной прочностью, огнестойкостью и применяется в военном деле. Кроме того, ткань можно использовать при армировании пластмасс и композиционных термопластов.

4. Решена задача прогиба нитей основы и утка в ткани, что позволило дать оценку ее геометрическим характеристикам.

5. Получена математическая модель строения ткани и на ее основе выведены расчетные формулы, позволяющие определить значения высот волн изгиба нитей в ткани, а следовательно, и фазу ее строения. Модель можно использовать при анализе строения подобных тканей.

6. Сделан анализ взаимодействия основных и уточных нитей в ткани, которые имеют не только разный волокнистый состав, но и разную линейную плотность, жесткость на изгиб, а сама ткань получена на ткацком станке СТБ мелкоузорчатым переплетением рогожка 3/3.

7. Получены линейные регрессионные модели влияния заправочных параметров станка на обрывность основных и уточных нитей.

8. Рекомендованы оптимальные параметры заправки станка СТБ-2-180: по основе:

величина заступа - 340

высота зева - 80 мм;

длина зева - 430 мм;

по утку ("стеклонить):

угол закручивания торсионного вала - 26

глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм;

расстояние от бобины до экрана - 200 мм;

по утку (базальтовая нить):

глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм; угол закручивания торсионного вала - 28

расстояние от бобины до экрана - 170 мм.

9. По результатам проведенных исследований механических свойств тканей, к серийному производству рекомендована ткань № 4, отвечающая необходимым требованиям, т.е. обладающая достаточной поверхностной плотностью, разрывной нагрузкой, сопротивлением истиранию и выносливостью к многократному изгибу.

Публикации, отражающие основное содержание диссертации

1. Романычев, Н.К. Поиск и исследование огнестойких волокон для разработки технических тканей специального назначения / Н.К. Романычев, Г.В. Степанов И Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2007): тез. докл. межвуз. научно-техн. конф. / Иванов. гос. текст, академия. - Иваново, 2007. -Ч. 1. - С. 20.

2. Романычев, Н.К. Анализ свойств и структуры огнезащитной ткани с использованием комбинированной нити / Н.К. Романычев II Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2007): тез. докл. междунар. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2007. - Ч. 1. - С. 51.

3. Романычев, Н.К. Исследование свойств технических тканей полученных с использованием огнестойких волокон / Н.К. Романычев, Г.В. Степанов II Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2007): тез. докл. междунар. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2007. -Ч. 1.-С. 51-52.

4. Романычев, Н.К. Характеристика ткани полученной с применением минеральных волокон / Н.К. Романычев, О.С. Степанов II Молодые ученые -развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008): тез. докл. межвуз. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2008.-Ч. 1.-С. 32.

5. Романычев, Н.К. Анализ рынка стеклянных комплексных нитей / Н.К. Романычев И Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2008): тез. докл. междунар. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2008.-Ч. 1.-С. 74-76.

6. Романычев, Н.К. Перспективы развития минеральных нитей второго поколения / Н.К. Романычев, H.H. Соколов, О.С. Степанов II Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008): тез. докл. межвуз. научно-техн, конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2008.-Ч. 1.-С.35.

7. Степанов, О.С. Ткань из высокомодульных технических нитей / О.С. Степанов, Н.К. Романычев, JI.B. Моторин II Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. - 2009. - № 3. - С. 41-44.

8. Степанов, О.С. Обоснование типа ткацкого станка для получения ткани, содержащей стеклонити / О.С. Степанов, H.H. Соколов, Н.К. Романычев II Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2008): тез. докл. между-нар. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия. - Иваново, 2008. -Ч. 1.-С. 67.

9. Степанов, О.С. Использование дельта-функции при изучении процесса прибоя утка / О.С. Степанов, Н.К. Романычев II Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2008): тез. докл. междунар. научно-техн. конф. / Иванов. гос. текст, академия. - Иваново, 2008. - Ч. 1. - С. 74.

10.Толубеева, Г.И. Определение показателей прочности крученой пряжи I Г.И. Толубеева, Н.К. Романычев, B.JI. Маховер // Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. - 2006. - № 2. - С. 44-47.

\\.Толубеева, Г.И. К расчету прочности крученой пряжи / Г.И. Толубеева, Н.К. Романычев // Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2005): тез. докл. межвуз. научно-техн. конф. / Иванов, гос. текст, академия.-Иваново, 2005.-Ч. 1.-С. 115-117.

12.Толубеева, Г.И. О методике расчета прочности крученой пряжи при разработке САПР тканей / Г.И. Толубеева, Н.К. Романычев // Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2005): тез. докл. всерос. научно-техн. конф. / Москов. гос. технол. ун-т. -Москва, 2005.-С. 52.

Лицензия ИД № 06309 от 19.11.2001. Подписано в печать 26.01.2010 г. Формат 1/16 60x84. Бумага писчая. Плоская печать. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,89. Тираж 90 экз. Заказ № 2074

Редакционно-издательский отдел Ивановской государственной текстильной академии Копировально-множительное бюро 153000 г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ НАУЧНОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Публикации и патентная документация, касающиеся технических тканей.

1.2. Работы, посвященные проектированию и оптимизации строения ткани.

Постановка задачи исследования.

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СТРОЕНИЯ ТКАНИ С УЧЕТОМ СИЛОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОСНОВНЫХ И УТОЧНЫХ НИТЕЙ ИЗ СТЕКЛА И БАЗАЛЬТА.

2.1. Характеристика ткани.

2.2. Определение параметров ряда Фурье и получение уравнения прогиба осевой линии нити применительно к переплетению рогожка 3/3.

2.3. Определение коэффициента ах уравнения осевой линии нити.

2.4. Максимальные значения изгиба нитей основы и утка в ткани.

2.5. Математическая модель строения ткани.

2.6. Анализ взаимодействия нитей из стекла и базальта в ткани. 79 Выводы по разделу.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПИТАНИЯ СТАНКА СТБ-2-180 ОСНОВОЙ И УТКОМ.

3.1. Предварительный эксперимент.

3.2. Параметры заправки основы.

3.3. Параметры заправки уточной нити из стекла.

3.4. Параметры заправки уточной нити из базальта.

Выводы по разделу.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВЫХ

ВИДОВ ТКАНЕЙ ИЗ ТЕРМОСТОЙКИХ НИТЕЙ.

4.1. Поверхностная плотность тканей.

4.2. Плотность нитей на 10 см ткани.

4.3. Разрывная нагрузка и удлинение тканей.

4.4. Жесткость тканей при изгибе.

4.5. Стойкость тканей к истиранию.

4.6. Выносливость тканей к многократному изгибу.

Выводы по разделу.

ОБОБЩЕННЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

Актуальность темы исследования.

Производство технического текстиля — одно из наиболее динамично развивающихся направлений развития текстильной промышленности.

В мировой практике расширению сфер использования технического текстиля в последние годы способствовало создание ассортимента тканей на основе высокомодульных нитей. Это связано с их уникальными эксплуатационными характеристиками: высокая прочность, высокие показатели вибро- и шумоизоляции, термостойкость, неподверженность воздействию микроорганизмов и большинства химикатов и др.

При производстве технических тканей специального назначения используются высокомодульные синтетические нити, такие как стеклянные, базальтовые, арамидные и др. Применение высокомодульных нитей позволяет получать тканые материалы, которые используются в космонавтике, авиа- и судостроении. На их основе создаются композиционные пластики, позволяющие сократить общую массу изделия. Большие выгоды дает применение специальных тканей при изготовлении защитных изделий от внешних факторов: тентов, покрытий, навесов, защитной одежды.

Одной из важнейших технических задач является получение тканей для защиты от теплового излучения. Разработки в этой области являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка и получение новых видов технических тканей содержащих высокомодульные термостойкие нити.

Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:

1. Обосновывается сырьевой состав тканей и вид оборудования, на котором они могут быть получены. В частности, рекомендуются к использованию станки СТБ, оснащенные многоуточными приборами.

2. Ставится задача, и рассматривается взаимодействие высокомодульных технических нитей в ткани, дается оценка локальных сил, возникающих в области контакта основных и уточных нитей.

3. Применительно к переплетению рогожка 3/3 разрабатывается математическая модель расположения нитей основы и утка в ткани, что позволяет оценить параметры ткани применительно к теории фазового ее строения.

4. С целью снижения обрывности основных и уточных нитей и повышения производительности ткацкого оборудования проводится оптимизация заправки ткацких станков вырабатывающих ткани из нитей стекла и базальта, а также тканей из других видов волокон.

5. Исследуются механические свойства новых видов технических тканей.

Методы исследования. При выполнении теоретических исследований применялись методы прикладной математики (решения неоднородных дифференциальных уравнений 4-го порядка), теоретической механики, сопротивления материалов, методы математического моделирования и Др.

Экспериментальные исследования по оптимизации заправочных параметров ткацкого станка, а также механических характеристик тканей проводились в производственных и лабораторных условиях. Обработка результатов исследований осуществлялась методами математической статистики с применением критериев Кочрена, Стьюдента, Фишера.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Исследовано взаимодействие в ткани комплексных технических нитей из стекла и базальта.

2. Разработана методика расчета взаимодействия в ткани технических нитей разного диаметра и жесткости на изгиб.

3. Разработана методика расчета взаимодействия в ткани нитей, которые подвергаются разным локальным нагрузкам и имеют разные продольные натяжения. Дана оценка влияния этих показателей на структуру ткани.

4. Создана математическая модель строения ткани применительно к удлиненным перекрытиям основных и уточных нитей, которые имеют место при получении ткани мелкоузорчатым видом переплетения рогожка 3/3.

5. Получены аналитические соотношения для определения высоты изгиба нитей в ткани.

6. Проведен комплекс работ, повышающих надежность прокладывания на станке СТБ технических нитей.

Практическая значимость работы заключается:

- в получении технических тканей из высокомодульных термостойких нитей стекла и базальта;

- в разработке технологии их изготовления;

- в разработке мер по снижению обрывности нитей основы и утка в ткачестве путем оптимизации заправки на ткацком станке СТБ-2-180 технических тканей;

- во внедрении результатов работы на предприятии НПО «Конвер-сипол» (г. Иваново).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и получили положительную оценку на заседании кафедры механической технологии текстильных материалов ИГТА, на всероссийской научно-технической конференции «Текстиль-2005» г. Москва и межвузовских научно-технических конференциях «Поиск-2004», «Поиск

2005», «Поиск-2007», «Прогресс-2007», «Поиск-2008», «Прогресс-2008» г. Иваново.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них работ, опубликованных в рецензируемом научном журнале, определенном ВАК для публикаций, «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» - 2, работ, опубликованных в материалах всероссийских и международных научно-технических конференций - 10.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций. Она содержит 151 страницу текста, 19 таблиц, 10 рисунков и приложения. Список литературы включает 71 наименование. В приложениях приводятся заправочные параметры полученных тканей, методика и результаты определения их огнестойкости, технические характеристики аналогичных тканей изготовленных согласно НТД, акт производственной апробации результатов НИР.

ОБОБЩЕННЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В публикациях и патентной документации недостаточно освещены ткани, в структуре которых одновременно используются нити стекла и базальта.

2. Анализ источников информации выявил многообразие методов проектирования тканей. Однако в этих работах недостаточно освещены методы расчета тканей из нитей разного диаметра и жесткости на изгиб.

3. Спроектирована и получена техническая ткань из высокомодульных комплексных базальтовых и стеклянных нитей. Ткань обладает повышенной прочностью, огнестойкостью и применяется в военном деле. Кроме того, ткань можно использовать при армировании пластмасс и композиционных термопластов.

4. Решена задача прогиба нити в ткани, в основу которой положено неоднородное дифференциальное уравнение четвертого порядка, отражающее взаимосвязь между натяжением нити, приложенным к ее оси нормальным нагрузкам и жесткостью нити на изгиб.

5. Получена математическая модель строения ткани и на ее основе выведены расчетные формулы, позволяющие определить значения высот волн изгиба нитей в ткани, а следовательно, и фазу ее строения. Модель можно использовать при анализе строения подобных тканей.

6. Сделан анализ взаимодействия основных и уточных нитей в ткани, которые имеют не только разный волокнистый состав, но и разную линейную плотность, жесткость на изгиб, а сама ткань получена на ткацком станке СТБ-2-180 мелкоузорчатым переплетением рогожка 3/3.

7. Получены линейные регрессионные модели влияния заправочных параметров на обрывность основных и уточных нитей.

8. Рекомендованы оптимальные параметры заправки ткацкого станка СТБ-2-180: по основе: величина заступа - 340 высота зева — 80 мм; длина зева — 430 мм; по утку (стеклонить): угол закручивания торсионного вала — 26 глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм; расстояние от бобины до экрана - 200 мм; по утку (базальтовая нить): глубина прогиба пластины уточного тормоза - 2 мм; угол закручивания торсионного вала — 28 расстояние от бобины до экрана - 170 мм.

9. По результатам проведенных исследований механических свойств тканей, к серийному производству рекомендована ткань №4, отвечающая необходимым требованиям, т.е. обладающая достаточной поверхностной плотностью, разрывной нагрузкой, стойкостью к истиранию и выносливостью к многократному изгибу.

1. Пат. 3572397 США, МПК D 03 D 15/00. Noncombustion-supporting fabric / Dennis Т. Austin ; заявитель и патентообладатель Uniroyal Inc. — № 787368 ; заявл. 27.12.68 ; опубл. 23.03.71. 3 с. : ил.

2. Пат. 3707120 США, МПК D 03 D 11/00. Reinforcement of rubber / Charles F. Schroeder ; заявитель и патентообладатель Owens-Corning Fiber-glas Corporation. № 149060 ; заявл. 01.06.71 ; опубл. 26.12.72. - 10 с. : ил.

3. Shindo, A. Cehau koraky / A. Shindo // Journal of the Textile Machinery Society of Japan. 1972. - 25. - № 8. - C. 37-42.

4. Bird Walter, W. Air supported structures / W. Bird Walter // Mod. Text. 1973. - 54. - № 5. - C. 52-56.

5. Ковалев, Н.П. Использование стеклянных текстурированных нитей для изготовления тканей / Н.П. Ковалев, С.В. Кондратенкова // Текстильная промышленность. 1971. - № 11. - С. 23.

6. Слостина, Г.Л. Ткани из термостойких нитей / Г.Л. Слостина // Текстильная промышленность. 1975. - № 2. - С. 50-52.

7. Leary, R.H. Weaving engineered fabric / R.H. Leary I I Textile Industry, USA. 1975. - 139. - № 2. - C. 88-99.

8. Morris, Y.V. Military usage of textiles / Y.V. Morris // Textiles. -1976. 5. - № 2. — C. 52-56.

9. Пат. 3919028 США, МПК D 03 D 13/00. Method of making unidirectional webbing material / Albert Lewis, Ronald G. Krueger ; заявитель и патентообладатель Kaiser Glass Fiber Corporation. № 288793 ; заявл. 13.09.72 ; опубл. 11.11.75. - 6 с.: ил.

10. Пат. 3988490 США, МПК D 06 F 83/00. Cover cloth fabric / George С. Holroyd, Dennis Т. Austin ; заявитель и патентообладатель Uni-royal Inc. -№ 632756 ; заявл. 17.11.75 ; опубл. 26.10.76. -6c.: ил.

11. Пат. 2338016 Российская Федерация, МПК D 03 D 15/12. Защитная ткань / Михайлова М.П. и др. ; заявитель и патентообладатель ООО «Арамид». № 2007102209/12 ; заявл. 23.03.07 ; опубл. 10.11.08. -6с.: ил.

12. Пат. 2309204 Российская Федерация, МПК D 03 D 15/12. Огнезащитная ткань / Михайлова М.П. и др. ; заявитель и патентообладатель ОАО «Каменскволокно». № 2005140613/12 ; заявл. 26.12.05 ; опубл. 27.10.07.-3 с. : ил.

13. Bompard, В. Elargissement du ereieau du tissu de verre. / B. Bom-pard // Ynd. Text. France. 1978. - № 1078. - C. 285-286.

14. Пат. 79500/75 Австралия, МПК D 03 D 13/00, D 03 D 23/00. Tri-axially woven fabric / Dow N.F. ; заявитель и патентообладатель Barber-Colman Company. № 632756 ; заявл. 25.03.75 ; опубл. 24.05.79. -21 c.: ил.

15. А. с. 761629 СССР, МКИ3 D 03 D 15/00. Техническая ткань / В.Н.Феоктистов, З.Н. Исакова, И.А. Шепелева и др. № 3360585/25-08 ; заявл. 28.11.78 ; опубл. 30.03.80, Бюл. № 11. -2 с. : ил.

16. Пат. 2104347 Российская Федерация, МПК 6 D 03 D 15/12, А 62 В 17/00. Металлизированная ткань / Гусейнов Э.Ф., Исаева Е.А. ; заявитель и патентообладатель Гусейнов Э.Ф., Исаева Е.А. № 96107599/12 ; заявл. 10.04.96 ; опубл. 10.02.98. -4 с. : ил.

17. Тутаков, О.В. Температуростойкие ткани из базальтовых волокон / О.В. Тутаков, В.И.Божко, B.JI. Лемешко и др.//Текстильная промышленность, 1982, № 1, С. 42.

18. Hyndman, R.W. Silikafaser-Textilen-eine asbest-freie Methode zur Verbessererung der Hochtenperatur-Ysolierung / R.W. Hyndman // Maschi-nenwelt-Elektrotechn. 1981. - 36. - № 4. - C. 98-100.

19. Bompard, B. Nouveaux debouches pour les materiaux composites / B. Bompard // Mater et techn. -1982. 70. - № 5-6, - C. 135-138.

20. Leary, R.H. Industrial fabric progress / R.H. Leary // Textile Asia. — 1982.-13.-№ 11.-C. 113-115.

21. Пат. 4312913 США, МГЖ В 32 В 7/00, D 03 D 13/00, В 32 В 5/12. Heat conductive fabric / Walter A. Rheaume ; заявитель и патентообладатель Textile Products Incorporated. № 149003 ; заявл. 12.05.80 ; опубл. 26.01.82.-6 c.: ил.

22. Пат. 2211263 Российская Федерация, МПК 7 D 03 D 15/12. Огнестойкая ткань / Бова В.Г. и др.; заявитель и патентообладатель ООО НПП «Термотекс». № 2001134141/12 ; заявл. 19.12.01 ; опубл. 27.08.03. - 6 с. : ил.

23. Склянников, В.П. Строение и качество тканей / В.П. Склянников — М. : Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 176 с.

24. Дамянов, Г.Б. Строение ткани и современные методы её проектирования / Г.Б. Дамянов, Ц.З. Бачев, Н.Ф. Сурнина М. : Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 240 с.

25. Алексеев, К.Г. Основы расчета параметров строения и формирования тканей / К.Г. Алексеев М. : Легкая индустрия, 1973. - 168 с.

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

27. Тихомиров, В.Е. Планирование и анализ эксперимента / В.Е. Тихомиров М.: Легкая индустрия, 1974. - 262 с.

28. Синицын, А.А. Проектирование пряжи и ткани по крепости на разрыв / А.А. Синицын — М.: Гизлегпром, 1932. 255 с.

29. Воробьёв, В.А. Метод расчета при построении шерстяной пряжи и ткани / В.А. Воробьёв М. : Легкая индустрия, 1964. - 162 с.

30. Розанов, Ф.М. К вопросу проектирования тканей по массе квадратного метра с учетом коэффициентов наполнения по основе и утку / Ф.М. Розанов, Л.А. Черникина // В кн.: Ткачество и трикотажное производство М.: 1973. - вып. 1. - С. 55-59.

31. Сурнина, Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам / Н.Ф. Сурнина-М. : 1973. 142 с.

32. Левакова, Н.М. Определение оптимальных параметров строения и условий изготовления ситовых тканей: Автореф. дисс. канд. техн. наук — М.: 1989.-25 с.

33. Скорикова, А.И. Проектирование полушерстяных плательных тканей оптимального строения: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. : 1981.-23 с.

34. Мартынова, А.А. К вопросу проектирования технических тканей из химических волокон по прочности на раздирание: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М. : 1964. - 28 с.

35. Мустафаева, М.Я. Исследование строения шелковых тканей оптическим методом / М.Я. Мустафаева, Н.Х. Уразов, В.К. Канаки, В.В. Яковлев // Изв. вузов. Технология текст, пром-ти. 1970. - № 1. — С. 4851.

36. Розанов, Ф.Н. К вопросу определения толщины нити, необходимой для построения ткани с заданными свойствами / Ф.Н. Розанов, В.Б. Корсакова // Изв. вузов. Технология текст, пром-ти. 1970. - № 4. — С. 4851.

37. Романов, А.В. Определение высоты волны по весу нитей, заработанных в ткань / А.В. Романов // Изв. вузов. Технология текст, пром-ти. — 1971. — № 2. С. 48-51.

38. Толубеева, Г.И. Определение показателей прочности крученой пряжи / Г.И. Толубеева, Н.К. Романычев, B.J1. Маховер // Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. 2006. - № 2. - С. 44-47.

39. Степанов, О.С. Ткань из высокомодульных технических нитей / О.С. Степанов, Н.К. Романычев, JI.B. Моторин // Изв. вузов. Технол. текст, пром-сти. 2009. - № 3. - С. 41-44.

40. Натансон, И.П. Краткий курс высшей математики / И.П. Натансон М. : Наука, 1963. - 370 с.

41. Данко, П.Е. Высшая математика в упражнениях и задачах, Ч. 1. — 3-е изд. перераб. и доп. / П.Е. Данко, А.Г. Попов, Т.Я. Кожевникова М. : Высшая школа, 1980. — 270 с.

42. Марон, И.А. Дифференциальное и интегральное исчисление в примерах и задачах 2-е изд. Стереотипное / И.А. Марон - М. : Наука, 1973.-228 с.

43. Светлицкий, В.А. Механика гибких стержней и нитей / В.А. Светлицкий М. : Машиностроение, 1978. - С. 33-61.

44. Степанов, Г.В. Теория строения ткани / Г.В. Степанов, С.Г. Степанов Иваново : Иванов, гос. текст, академия, 2004. - С. 289-290.

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

46. ГОСТ 29104.0-91. Ткани технические. Правила приемки и метод отбора проб. Взамен ГОСТ 20566-75 в части технических тканей ; введ. 1993-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1992 ; ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 3 с.: ил.

47. ГОСТ 10681-75. Материалы текстильные. Климатические условия для кондиционирования и испытания проб и методы их определения.- Взамен ГОСТ 10681-63 ; введ. 1978-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1975 ; ИПК Изд-во стандартов, 1997. - 28 с. : ил.

48. ГОСТ 427-75. Линейки измерительные металлические. Технические условия. Взамен ГОСТ 427-56 ; введ. 1977-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 1975 ; Стандартинформ, 2005. -5 с.: ил.

49. ГОСТ 3813-72. Материалы текстильные. Ткани и штучные изделия. Методы определения разрывных характеристик при растяжении. — Взамен ГОСТ 3813-47 ; введ. 1973-01-01. М. : Изд-во стандартов, 1972.20 с. : ил.

50. ГОСТ 24104-2001. Весы лабораторные. Общие технические требования. Взамен ГОСТ 24104-88 ; введ. 2002-07-01. - Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации ; М. : Изд-во стандартов, сор. 2002. — 5 с.: ил.

51. ГОСТ 18976-73. Ткани текстильные. Метод определения стойкости к истиранию. Взамен ГОСТ 8312-57 в части льняных и шелковых тканей и ГОСТ 16734-71 ; введ. 1974-07-01. - М. : Изд-во стандартов, 1985. -5 с.: ил.