автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка импульсно-акустического метода оценки неравномерности механических свойств комплексных химических нитей

На правах рукописи

БРЕЗГИН РОМАН ВАЛЕРЬЕВИЧ

РГб од

^ - Г:'" . о

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНО-АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ОЦЕНКИ НЕРАВНОМЕРНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ НИТЕЙ

Специальность 05.19.01 - Материаловедение (текстильное, кожевенно-меховое, обувное, швейное)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сашсг-Петербург 2000

1 (••

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна на кафедре материаловедения.

Научные руководители: Заслуженный деятель науки и техники,

доктор технических наук, профессор К. Е. Перепелкин;

кандидат технических наук, профессор Е.А. Смирнов

Официальные оппоненты.

Ведущее предприятие:

Доктор технических наук, ст. научный сотрудник В.И. Киселев;

кандидат технических наук, A.B. Гусаков

ООО НПФ "Техинком"

Защита диссертации состоится "28" декабря 2000 г. в 16.00 час. на заседании диссертационного совета Д.063.67.01 при Санкт-Петербургском государственном университете технологии и дизайна. Адрес: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 18, ауд. 241.

С текстом диссертации можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "24" ноября 2000 г.

Отзывы в двух экземплярах (заверенные печатью) направлять по адресу: 191186, г. Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 18, ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор

А. Е.Рудин

А^- Ас\С f)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема неравномерности и дефектности механических свойств химических нитей имеет важное значение, как для оптимизации технологических процессов их получения, так и для стабильности процессов переработки и применения в текстильных материалах и изделиях с целью выпуска высококачественной продукции. Для всех видов нитей характерно наличие гетерогенности строения и дефекгаости на различных уровнях (как нити в целом, так и составляющих ее элементарных нитей), которые возникают в процессах получети, последующих обработок, переработки и влияют как на средний уровень показателей механических свойств, так и на их неравномерность.

Следует выделить три основных группы характеристик неравномерности и дефекгаости нитей:

- показатели продольной неравномерности свойств комплексной нити в целом;

- показатели неравномерности свойств элементарных нитей в поперечном сечении комплексной нити;

- местные (локальные) дефекты, существенно влияющие на процессы последующей переработки нитей.

Традиционные методы испытаний химических нитей (определение линейной плотности, разрывных характеристик и их неравномерности; визуализация внешних дефектов и др.) не дают необходимой информации о различии свойств отдельных элементарных нитей в комплексной нити и наличии внутренних опасных (вызывающих разрушение) дефектов.

В результате исследований на кафедре материаловедения СПГУТД разработаны новые оригинальные методы, позволяющие оценивать неравномерность отдельных элементарных нитей в комплексной нити:

- импульсно-акустический метод, основанный на регистрации спектра акустических импульсов, возникающих в процессе деформирования комплексной нити до ее полпого разрушения;

- регистрация полной диаграммы растяжения комплексной нити (включая правую часть).

Импульсно-акустический спектр состоит из отдельных импульсов акустической эмиссии, излучаемых элементарными нитями при их разрушении в процессе растяжения комплексной нити. К моменту разрушения в натянутом состоянии каждая элементарная нить обладает запасом энергии деформации. В момент разрыва происходит превращение этой энергии в энергию акустических колебаний. Анализ импульсно-акустической спектрограммы позволяет изучить процесс поочередного разрушения элементарных нитей в комплексной.

Наиболее информативна импульсно-акустическая спектрограмма в сочетании с регистрацией полной диаграммы растяжения комплексной нити до разрыва. Длина и форма правой части диаграммы растяжения после

максимума нагрузки зависят от степени неравномерности свойств или дефектности отдельных элементарных нитей.

Проведенные исследования показали, что имлульсно-акустический метод в сочетании с регистрацией полной диаграммы растяжения в десятки раз менее трудоемок, чем испытания отдельных элементарных нитей, выделенных из комплексной, и позволяет получить новую важную информацию о процессе деформирования и разрушения как отдельных элементарных нитей, так и комплексной нити в целом, а, соответственно, о ее внутренней неравномерности и дефектности, что и определяет актуальность выполненной работы.

Диссертационная работа выполнялась: в соответствии с планом по теме хоздоговорных работ №6/98 "Разработка нового метода испытаний технических нитей. Оценка свойств нитей Армос" и №1/99 "Комплексная оценка свойств волокон "Армос". Техническое содействие развитию производства", выполняемых по заказу ОАО "Тверьхимволокно"; в соответствии с грантом по теме научно-исследовательской работы №А4-0809589 "Создание нового акустического метода для исследования оценки свойств химических волокон, нитей, материалов на их основе", выполняемой по итогам конкурса грантов 1999 г. в системе Государственного комитета РФ по высшему образованию совместно Балтийским государственным техническим университетом "Военмех" и СПГУТД; в соответствии с грантом по теме "Оценка внутренней дефектности и неравномерности комплексных химических нитей на основе импульсно-акустического метода и полных диаграмм деформирования", выполняемой по итогам конкурса персональных грантов для аспирантов, проводимого Администрацией Санкт-Петербурга, Министерством образования РФ и Российской Академией наук в 2000 г.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является изучение разрушения комплексных химических нитей и разработка нового метода оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной нити ("поперечной" неравномерности комплексной шгга) с использованием шшульсно-акусгаческой спектрограммы и диаграммы растяжения.

Для достижения поставленной цели в работе реализуется решение следующих задач: изучение особенностей оценки неравномерности комплексных химических нитей с использованием импульсно-акустического метода; усовершенствование технических приемов получения совмещенной диаграммы растяжения и импульсно-акустической спектрограммы при растяжении до разрушения комплексной нити; разработка количественных критериев и метода оценки неравномерности комплексных нитей по импульсно-акустической спектрограмме и совмещенной диаграмме растяжения; сравнительные исследования по оценке неравномерности и изучению разрушения различных химических комплексных нитей, используя как традиционные, так и нетрадиционные методы; анализ полученных

результатов и на их основании разработка рекомендаций по практическому использованию созданных методов.

Научная новизна. Разработан импульсно-акустический метод оценки неравномерности комплексных химических нитей, позволяющий получить новую информацию, необходимую для оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных. Получены совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акусгаческие спектрограммы при растяжении исследованных комплексных химических нитей.

Для оценки неравномерности комплексной нити по импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс удлинения комплексной нити, определяющий величину удлинения комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей.

Для комплексной оценки неравномерности комплексной нити по совмещенной диаграмме растяжения и импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс работы деформирования комплексной нити, определяющий величину работы деформирования комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей.

Выявлено соответствие распределения значений удлинения и работы деформирования комплексной нити от начала деформирования до разрушения каждой одиночной элементарной нити при растяжении некрученой комплексной нити нормальному закону распределения для значений удлинения и закону распределения Вейбулла для значений работы деформирования.

Найдены количественные значения разработанных новых показателей оценки неравномерности для различных видов комплексных химических нитей (полиэфирных, вискозных, полипропиленовых, пара-арамидных и других).

Произведены сравнительные исследования неравномерности химических нитей как известными, так и новыми разработанными методами. Показаны преимущества новых методов и практическое значение предложенных критериев оценки неравномерности комплексных химических нитей.

Практическая значимость работы. Разработаны методики оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной, использующие имяульсно-акусгаческую спектрограмму и диаграмму растяжения комплексной нити.

Разработана функциональная схема измерительно-регистрирующей системы, в которую входит ПЭВМ типа IBM.

Выполнена экспериментальная оценка неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитях: полиэфирных, вискозных, произведенных в Могилевском и Светлогорском ПО "Химволокно", ОАО "Тверьхимволокно", а также полипропиленовых, пара-арамидных и других.

Разработаны технические задания для ЗАО "Метротекс" на разработку двух вариантов автоматизированной установки для определения неравномерности механических свойств комплексных химических нитей на основе разработанных методов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-технической конференции СПГУТД по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности. - Санкт-Петербург, 1998; международной научно-технической конференции "Прогресс-98",- Иваново, 1998; научно-технической конференции "Лен-98".- Кострома, 1998; Fifth International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials; международной конференции по химическим волокнам "Химволокна-2000". - Тверь, 2000; International seminar "Cellulosic Man-made Fibers in the Next Millenium". Stenungsund, 2000; на семинарах кафедры материаловедения СПГУТД.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано семь работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 страницах, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, содержащего 119 наименований, и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены цели и задачи, научная повгона и практическая значимость работы.

Перед.", гласа посвящена обзору литературы по свойствам основных видов химических нитей, по исследованию неравномерности механических свойств комплексных нитей стандартными и нетрадиционными методами, применению акустических методов в исследовании свойств нитей и оценке неравномерности свойств комплексных химических нитей. Анализ литературы показал, что к настоящему времени преимущественное развитие получили методы оценки общей неравномерности свойств комплексных нитей в продольном направлении. Применяемые для оценки неравномерности испытания одиночных элементарных нитей очень трудоемки и не дают объективных результатов для комплексной нити. Поэтому необходимо развивать методы оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной. Метод акустической эмиссии, развитый для исследования механизмов разрушения композиционных и монолитных материалов, может быть применен для изучения неравномерности свойств химических нитей путем регистрации моментов разрушения отдельных элементарных нитей при растяжении комплексной нити.

На основании полученных выводов из анализа литературы сформулированы цели и задачи диссертационной работы, направленные на развитие методов оценки "поперечной" неравномерности комплексных

химических ггитей, используя информацию, полученную при анализе импульсно-акустического спектра и полной диаграммы растяжения комплексной нити.

Во второй главе дана характеристика объектов исследования, описываются методы проведения испытаний комплексных нитей. Объектами исследования были выбраны текстильные комплексные нити: полиэфирные, вискозные и полипропиленовые с заданным количеством элементарных нитей (от 24 до 48). Эти нити различаются химической природой, способом формования, формой поперечного сечения элементарных нитей, видом диаграммы растяжения. При апробации разработанных методов для оценки неравномерности комплексных химических нитей с большим количеством элементарных нитей были выбраны технические пара-арамидные комплексные нити кевлар-49 (820 элементарных нитей) и тварон (1000 элементарных нитей). Характеристики объектов исследования приведены в табл. 1. Для минимизации фрикционного взаимодействия между элементарными нитями при проведении испытаний все образцы комплексных нитей раскручивались до нулевой крутки.

В работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований на базе современных научных представлений текстильного материаловедения и технической акустики. Оценка механических свойств нитей и их неравномерность производились как по ранее известным, так и по разработанным в диссертационной работе методам. Регистрация совмещенной диаграммы растяжения и импульсно-акустической спектрограммы проводилась на автоматизированной установке, разработанной на кафедре материаловедения СПГУТД. Обработка результатов осуществлялась на персональном компьютере с использованием программного обеспечения Excel, Statgraf и др.

Третья глава посвящена описанию принципа импульсно-акустического метода, экспериментальной аппаратуры, разработке метода оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитях.

Принцип импульсно-акустического метода основан на регистрации волн напряжения (импульсов акустической эмиссии), излучаемых твердым телом при его деформации, при возникновении и развитии в нем вызывающих разрушение дефектов. Метод применяется для диагностики дефекгаости и изучения процесса разрушения монолитных материалов (горных пород, металлов и сплавов, пластиков, керамических, композиционно-волокнистых и других). В монолитных материалах акустические сигналы определяются прорастанием трещин, которое обычно происходит в слабых местах образца. При развитии трещины возникают и регистрируются акустические импульсы.

Особенностью текстильных материалов является дискретность их структуры. В случае материалов, состоящих из отдельных структурных

Таблица 1

Характеристика объектов исследования

1 Наименование комплексных нитей Обозна чение Линейная плотность текс Число элементарных нитей Относительная разрывная нагрузка, сН/текс (*) Коэффициент вариации по разрывной нагрузке, % (*) Удлинение при разрыве, % (*) Коэффициент вариации удлинения при разрыве, % (*) |

500 мм 100 мм 500 мм 100 мм 500 мм 100 мм 500 мм 100 мм |

Полиэфирная -лавсан, вариант 1 ПЭФ1 14,0 32 56,0 59,1 3,4 5,5 11,2 14,0 4,9 4,8

Полиэфирная -лавсан, вариант 2 ПЭФ2 27,8 48 63,7 64,7 2,8 2,8 7,3 9,3 4,8 2,5

Вискозная, вар. 1 (непрерывная) ВСЮ 12,7 25 19,9 21,3 2,4 2,0 14,7 16,9 5,9 6,0

Вискозная, вар. 2 (бобинная) ВСК2 13,9 24 15,8 16,5 3,4 5,1 17,8 19,8 8Д 12,1

Полипропиленовая ПП 11,0 33 43,5 44,8 1,4 2,1 42,9 51,2 12,6 12,0

Параарамидная -тварон ТВ 110,4 1000 208,5 219,9 3,7 2,6 2,5 4,6 5,6 3,5

I Параарамидная -| кевлар-49 КВ 134,0 820 187,9 211,2 3,7 3,2 1,8 2,7 4,8 5,2 |

(*) - указана зажимная длина

элементов, в частности химических комплексных нитей, каждый импульс соответствует разрушению отдельного структурного элемента (иногда их группе), что делает возможным соотнести эти импульсы с механизмом разрушения. Таким образом, для текстильных материалов в интерпретации полученных данных имеются существенные отличия от монолитных твердых тел.

Перед разрушением в натянутом состоянии элементарная нить обладает запасенной энергией, которую можно оценить частью работы деформирования элементарной нити до разрыва, соответствующей величине ее деформации. В момент разрыва происходит превращение запасенной энергии в энергию акустических колебаний. Акустические колебания со скоростью звука проходят путь до датчика акустической эмиссии, теряя часть своей энергии. Энергия акустических колебаний, преобразованных датчиком в электрический сигнал, характеризуется величиной импульса, регистрируемого на импульсно-акустической спектрограмме. На величину импульса акустической эмиссии, регистрируемого датчиком при разрушении элементарной нити, оказывают влияние:

- величина запасенной энергии деформированной элементарной нити;

- величина пути прохождения импульса акустической эмиссии от конца разрушившейся элементарной нити до датчика;

- геометрические размеры элементарной нити, ее материал, а также степень взаимодействия с другими элементарными нитями; неоднородность и дефекты элементарных нитей.

Таким образом, импульсно-акустический метод позволяет определить момент разрушения структурного элемента комплексной нити (элементарной нити или их группы) в процессе ее растяжении, а также оценить величину упругой энергии, высвободившейся при разрушении компонента нити.

Для реализации импульсно-акустического метода оценки неравномерности химических нитей на кафедре СПГУТД разработана экспериментальная установка, позволяющая проводить испытания нитей и других текстильных материалов. На рис.1 показана функциональная схема экспериментальной установки, в которую входят разрывная машина (1) с датчиками деформации (2) и нагрузки (3), зажимом (4); датчик импульсов акустической эмиссии оригинальной конструкции со встроенным первичным усилителем (5), амплитудный детектор (6), быстродействующий самопишущий прибор (7) (типа НЗОЗО), коммутирующее устройство (8), устройство АЦП (9), преобразовательное устройство (10), ЭВМ типа 1ВМ (11). Установка позволяет осуществить в процессе деформирования и разрушения образца (12) автоматическую регистрацию нагрузки и удлинения, а также регистрацию сигналов акустической эмиссии, соответствующих разрушению отдельных элементарных нитей или их групп. В экспериментальной установке используется пьезодатчик для преобразования акустических колебаний в электрические колебания. Увеличение отношения амплитуды полезного сигнала к уровню собственных шумов усилителя и внешних наводок от различных источников достигается максимальным приближением усилителя к

чувствительному элементу, применением малошумящих активных элементов в схеме усилителя, экранированием корпуса датчика и усилителя от внешних электромагнитных помех. С целью возможности проведения стандартных испытаний образца, а также с целью получения наибольшей амплитуды сигналов акустический датчик установлен непосредственно на зажиме разрывной машины. Коэффициент усиления датчика акустической эмиссии выбран таким, чтобы регистрирующая аппаратура могла зафиксировать сигнал акустической эмиссии при разрыве одиночной элементарной нити.

Рис. 1. Схема экспериментальной установки.

Акустические колебания от разрушения элементарной нити образца возбуждают в пьезоэлементе высокочастотные электрические колебания. После усиления напряжения высокой частоты и последующего детектирования на выходе образуется низкочастотный импульс. Его регистрация осуществляется при помощи быстродействующего самопишущего прибора. В процессе растяжения комплексной ниш также происходит автоматизированная регистрации деформации и нагрузки. Два аналоговых сигнала с датчиков, регистрирующих изменение удлинения и нагрузки образца, поступают на коммутатор, который поочередно подключает сигналы датчиков на аналого-цифровой преобразователь, где информация преобразуется в нормальный десятиразрядный двоичный код. Значение удлинения и соответствующей нагрузки образца вводится в ЭВМ, где происходит сохранение информации на жестком диске. Для управления ЭВМ разработано программное обеспечение.

При испытании образцов комплексных нитей на экспериментальной установке записывались импульсно-акустические спектрограммы, которые были совмещены с диаграммами растяжения. Координата импульса на

спектрограмме соответствует величине удлинения е*, при котором произошло разрушение структурного элемента комплексной нити - разрушение отдельной элементарной нити (или их группы).

Исследования проводились в стандартных климатических условиях, зажимная длина образцов принята равной 100 мм, скорость перемещения зажима устанавливали такой, чтобы среднее время до достижения максимальной разрывной нагрузки образца составляло 20±2 с. Результаты отдельный испытаний удлинения комплексной нити при разрыве элементарных нитей и работы деформирования комплексных нитей от начала растяжения до момента разрушения каждой элементарной нити были объединены в общую генеральную выборку, для которой определялся эмпирический закон распределения.

Для комплексных нетей, имеющих небольшое количество элементарных нитей (не более 100-150) и предварительно раскрученных до нулевой крутки, экспериментальная установка позволяет зарегистрировать не менее 95-98% импульсов от общего количества элементарных нитей в комплексной. Таким образом, по координатам акустических импульсов можно оценить неравномерность удлинения комплексной нити при разрушении элементарных нитей в процессе ее растяжения, количественной характеристикой которой являются параметры эмпирического закона распределения, соответствующего распределению значений координат акустических импульсов.

Большое практическое значение имеет оценка качества комплексной нити на основании найденного эмпирического закона распределения значений координат акустических импульсов РЕ(с;). Этот эмпирический закон описывает распределение значений удлинения комплексной нити при разрушении ее элементарных нитей. Для технических измерений принят доверительный интервал, который покрывает попадание в него случайной измеряемой величины с вероятностью 0,95, принятой в текстильных испытаниях.

Верхняя левая граница доверительного интервала ен интегральной функции распределения значений координат акустических импульсов Р,:(с;) для значения вероятности 0,025 соответствует началу вероятного разрушения элементарных нитей при растяжении комплексной нити. Верхняя левая граница доверительного интервала е„ определяется интегральным уравнением:

Рек) = 0,025

е| = ен

(1)

Найденную верхнюю левую границу доверительного интервала функции распределения Р^Е;), определяющую удлинение комплексной нити до начала разрушения ее элементарных нитей, предложено назвать абсолютным вероятностным ресурсом удлинения комплексной нити Уе.

Для сравнительной оценки предложенного показателя качества для разных видов комплексных химических нитей рассчитывают относительный вероятностный ресурс удлинения - по отношению к величине полного удлинения комплексной нити. В качестве полного удлинения комплексной

нити принимают верхнюю правую границу доверительного интервала г.к эмпирической интегральной функции распределения Ре({:!) для значения вероятности 0,975, которая определяется интегральным уравнением:

= 0,975

Е(=Ек

(2)

Таким образом:

уе = —-100% (3)

%

Показатель У)Г предложено назвать относительным вероятностным ресурсом удлинения комплексной нити у€.

Аналогично вероятностному ресурсу удлинения комплексной нити, импульсно-акустический метод совместно с регистрацией диаграммы растяжения комплексной нити позволяет определить абсолютный и относительный вероятностный ресурс работы деформирования комплексной нити, который соответствует работе деформирования комплексной нити до начала разрушения ее элементарных нитей.

По диаграмме растяжения определялась работа деформирования комплексной нити А, от начала деформации до значения удлинения, соответствующего каждому акустическому импульсу. Значения работы деформирования комплексной нити А, соответствуют некоторому эмпирическому распределению Ьа(А). Для интегральной функции распределения Г'аСА,) верхняя левая граница доверительного интервала А„ для значения вероятности 0,025, определяется интегральным уравнением:

РаЫ =0'025 (4)

АГАН ™

Найденную верхнюю левую границу доверительного интервала функции распределения Ра(А*), определяющую работу деформирования комплексной нити до начала разрушения ее элементарных нитей, предложено назвать абсолютным вероятностным ресурсом работы деформирования комплексной нити У а-

В качестве полной работы деформирования комплексной нити принимают верхнюю правую границу доверительного интервала Ак эмпирической интегральной функции распределения Ба(А;) для значения вероятности 0,975, которая определяется интегральным уравнением:

Ю

Введем также показатель относительный вероятностный ресурс удлинения комплексной нити у/.

Ул=~А.,оо% (6)

Для исследовательских целей можно также определять значения вероятностного ресурса удлинения и работы деформирования комплексной нити для других значений установленной вероятности.

Более неравномерную или дефектную комплексную нить отличают большая ширина импулъсно-акустического спектра относительно полпого удлинения комплексной нити и более раннее появление первых импульсов на импульсно-акустической спектрограмме. Следовательно, неравномерная комплексная нить будет иметь более низкие значения вероятностного ресурса удлинения и работы деформирования.

В четвертой главе приводятся результаты исследования разрушения комплексных химических нитей с применением импулъсно-акустического метода и одновременной регистрацией полных диаграмм деформирования комплексных нитей.

На рис. 2-3 представлены типичные совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спектрограммы для каждого объекта исследования, гистограммы распределения значений удлинения комплексной нити при разрушении ее элементарных нитей и работы деформирования комплексных нитей от начала растяжения до момента разрушения каждой элементарной нити для объединенной выборки из 10 испытаний.

Рассмотрено соответствие полученных экспериментальных распределений трем теоретическим законам распределения: нормальному, нормально-логарифмическому и закону распределения Вейбулла. Для количественной оценки степени совпадения эмпирического и теоретического распределений использовался критерий Для удлинения комплексной нити при разрушении ее элементарных нитей отмечено наиболее близкое соответствие экспериментально полученного распределения нормальному закону распределения. Для работы деформирования комплексных нитей от начала растяжения до момента разрушения каждой элементарной нити отмечено наиболее близкое соответствие экспериментально полученного распределения закону распределения Вейбулла. В табл. 2 представлены параметры функций распределения для исследованных объектов.

Для сравнительных исследований дополнительно была произведена также оценка неравномерности комплексных нитей известными методами: определение коэффициентов вариации разрывных характеристик элементарных и комплексных нитей; определение масштабного эффекта; определение доли работы деформирования комплексной нити до достижения максимальной нагрузки.

Испытания элементарных нитей, извлеченных из комплексной нити, традиционно проводили с целью оценки поперечной неравномерности комплексной нити путем определения разрывных характеристик элементарных нитей на зажимной длине 10 мм.

10 16 Удлинение, %

14

50, ПЭФ1

40

Л

к

12 14 16 18 20 22

Удлинение,%

80 ПЭФ2

■111И1И

10 12 14 18 18 20

Удлинение, %

ВС1С 8 II

.1 1.

ПЭФ1

60 60 70 80 90 100110 Работа деформирования, мДж

ПЭФ2

.Ц|.

6 а 10 12 14 18

Удлинение,%

ВСК1 7

80 100 120 140 160 180 Работа деформирования, мДж

15 20 25 30 35 40

Работа деформирования, мДж

Удлинение, %

14 16 18 20 22 24

Удлинение, %

ВСК2

12

24 23 32 38 40

Работа деформирования, мДж

Рис. 2. Испытания импульсно-акустическим методом полиэфирных и вискозных комплексных нитей: типичные совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спеюрограммы (1)-(4); гистограммы распределения значений удлинения (5)-(8) и работы деформирования (9)-(12) от начала деформации до разрушения каждой элементарной нита

10 20 30 40 50 ео 70

Удлинение, %

ю

пп

л.

•II

'■а 50 65 70 80

Удлинение, %

ю

..11

1Й) 200 240 1ва

Работа деформирования, мДж

0,5 1.0 1,5 2,0 2,5

Удлинение, %

Удлинение, %

кв

.а

«■мам

ТЬО 200 250 300 350

Работа деформирования, мДж

ТВ

90® ?0

80

Ю~ 70 0 ео| 15

>ч

60 С

г 1С'

40 ^

(б

30 ЕС

»г 5

1 0 < 0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Удлинение, %

ТВ

«■Л

I * л!

2.75 3,00 3,26 3,50

Удлинение, %

ТВ

1.6

250 300 350 400 450

Работа деформирования, иЩж

Рис. 3. Испытания импульсно-акустическим методом полипропиленовой и пара-арамидных комплексных нитей: типичные совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спектрограммы (1)-(3); гистограммы распределения зпачспий удлинения (4)-(6) и работы деформирования (7)-(9) от начала деформации до разрушения каждой элементарной ни-га

Таблица 2

Параметры законов распределения значений удлинения (нормальный закон) и

работы деформирования (закон распределения Вейбулла) от начата деформирования до разрушения каждой элементарной нити при растяжении

комплексной нити

Образец Удлинение Работа деформирования

е, % <т, % а р,мДж

ПЭФ1 16,4 1,80 7,48 88,4

ПЭФ2 10,7 1,53 7,24 138,0

ВСК1 15,5 1,57 8,66 32,2

ВСК2 18,7 1,90 12,07 36,1

ПП 60,8 6,71 12,61 249,4

КВ 2,3 0,27 6,68 294,5

ТВ 3,1 0,16 11,35 365,0

Определение масштабного эффекта проводили с целью определения продольной неравномерности разрывных характеристик комплексной нити. Определяли масштабные коэффициенты - отношение средних значений удлинения и нагрузки при разрыве комплексной нити на разных зажимных длинах: стандартной зажимной дойне 500 мм и используемой в разработанных методиках -100 мм.

Долю полной работы деформирования до достижения максимальной нагрузки определяли по диаграмме растяжения комплексных нитей на зажимной длине 100 мм с целью оценки "поперечной" неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной. Отаошеште Арпих/Ап оценивает степень неодновременности разрушения элементарных нитей в комплексной (Ап - полная работа деформирования нити, Арщах - работа деформирования нити до достижения максимальной нагрузки).

В табл. 3 представлены результаты испытаний исследованных комплексных нитей различными методами.

По разработанным методикам определены показатели неравномерности комплексных нитей различных видов, различной формы поперечного сечения (с гладкой поверхностью у полиэфирных, полипропиленовых, с изрезанной поверхностью - у вискозных), с различным удлинением, с различной формой диаграммы растяжения. Для комплексных нитей с большим количеством элементарных нитей по разработанным методикам определены вероятностный ресурс удлинения и работы деформирования до начала разрушения структурного элемента комплексной нити, который представляет собой одну или несколько одновременно разрушающихся элементарных нитей. Полученные результаты позволили предложить импульсно-акустический метод для оценки и сравнения качества различных по химической природе комплексных химических нитей.

Оценка неравномерности механических свойств химических комплексных нитей различными методами.

Показатель неравномерности Зажимная длина, мм Объекты исследования

ПЭФ1 ПЭФ2 ВИС1 ВИС2 ПП КВ ТВ

Разрывные характеристики комплексных нитей к-т вариации удлинения при разрыве С™, % 500 4,9 4,8 5,9 8,1 12,6 5,6 4,8

100 1 4,8 2,5 6,0 12,1 12,0 | 3,5 5,2

к-т вариации разрывной нагрузки Ср„, % 500 3,4 2,8 2,4 3,4 1,4 3,7 3,7 1

100 5,5 2,8 2,0 5,1 2,1 2,6 3,2

масштабный коэффициент удлинения при разрыве Х„ 500/100 I 0,80 0,78 0,87 0,90 0,84 0,54 0,67

Масштабный эффект комплексных нитей масштабный коэффициент разрывной нагрузки Хр 500/100 0,95 0,98 0,93 0,96 0,97 0,95 0,89

комплексный масштабный коэффициент Хре 500/100 0,76 0,77 0,81 0,86 0,81 0,52 0,59

I Разрывные к-т вариации удлинения при | ^ разрыве Си % 1 13,7 13,8 16,5 12,5 22,4 - -

характеристики элементарных нитей к-т вариации разрывной ! ^ нагрузки Ср, % | 8,4 6,8 7,5 9,8 5,5 13,3 9,6

Отношение Артах/Ап среднее значение, % 100 66,0 71,0 79,3 81,2 85,8 ] 88,8 97,0

Разработанные показатели неравномерности комплексных нитей по данным испытаний I импупьсно- абсолютный вероятностный ресурс удлинения УЕ, % 100 12,9 7,6 12,4 15,0 47,6 1,86 2,83

относительный вероятностный ресурс удлинения уЕ, % 100 1 64,6 56,1 66,8 66,9 64,4 63,9 82,0

абсолютный вероятностный ресурс работы деформирования Уд, мДж 100 | 54,1 83,0 21,1 26,6 186,23 169,8 264,0

I акустическим методом относительный вероятностный ресурс работы деформирования уА, % 100 51,3 51,4 56,3 66,2 67,3 47,4 64,5 |

В пятой главе обобщены результаты проведенных исследований и даны рекомендации по их практическому применению.

Результаты сравнительных исследований процесса разрушения комплексных нитей известными и разработанными в диссертационной работе методами показали ряд преимуществ новых методов и практическое значение предложенных критериев оценки неравномерности комплексных химических нитей.

Показано, что в отличие от известных методов оценки неравномерности комплексных химических нитей разработанный в диссертационной работе импульсно-акустический метод позволяет определить показатели неравномерности комплексных нитей с учетом неравномерности механических свойств элементарных нитей. Разработанный метод может быть применим для оценки неравномерности текстильных и технических комплексных химических нитей с количеством элементарных нитей не более 100-150.

Для комплексных химических нитей, состоящих из большого количества элементарных нитей имеет место большая вероятность группового разрушения элементарных нитей. Акустическому импульсу на спектрограмме может соответствовать разрушение как одиночной элементарной нити, так и их групповое разрушение. Таким образом, импульсно-акустическую спектрограмму следует интерпретировать как модель разрушения элементов структуры комплексной нити, состоящих как из одной, так и из нескольких элементарных нитей. Рассчитанные по разработанным методикам вероятностные ресурс удлинения и работы деформирования для комплексной нити, состоящей из большого количества элементарных нитей, соответствуют значению удлинения и работы деформирования комплексной нити до достижения вероятного начала разрушения ее структуры. Поэтому в случае с большим количеством элементарных нитей найденные показатели следует использовать для сравнительной оценки качества комплексной нити одного вида.

Отмечается возможность распространения разработанного метода для изучения других текстильных материалов, в частности, трикотажа. Это показано на примере испытания трикотажной полоски с цельновязанными кромками. При растяжении трикотажа в продольном направлении акустические импульсы на спектрограмме соответствуют моменту разрушения нити в петельном столбике или их группе. Импульсно-акустическую спектрограмму можно интерпретировать как модель разрушения элементов структуры трикотажа. Аналогично, рассчитанные по разработанным методикам вероятностные ресурс удлинения и работы деформирования для трикотажа соответствуют значению удлинения и работы деформирования образца до достижения вероятного начала разрушения его структуры, и найденные показатели можно использовать для сравнительной оценки его качества в пределах одной партии.

ВЫВОДЫ

1. Разработан импульсно-акустический метод оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных химических нитях. Показано, что импульсно-акустический метод позволяет получить новую информацию, необходимую для оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных нитях ("поперечная" неравномерность), - регистрировать удлинение при растяжении комплексной нити, соответствующее моменту разрушения каждой отдельной элементарной нити. Получены совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спектрограммы при растяжении комплексных нитей: полиэфирных, вискозных, полипропиленовых, пара-арамидных и других.

2. Разработана усовершенствованная схема автоматизированной регистрации импульсной спектрограммы и диаграммы растяжения при растяжении комплексной нити.

3. Для оценки неравномерности комплексных химических нитей по импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель -вероятностный ресурс удлинения комплексной нити, определяющий величину удлинения комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей, и разработана методика для его определения, которая может быть реализована на большинстве стандартных разрывных машин путем их незначительной модернизации.

4. Для комплексной оценки неравномерности комплексных нитей по совмещенной диаграмме растяжения и импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс работы деформирования комплексной нити, определяющий величину работы деформирования комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей, и разработана методика для его определения.

5. При сравнительной экспериментальной оценке неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитей получены следующие результаты:

- впервые экспериментально определен вид распределения значений удлинения комплексной нити от начала растяжения до разрушения каждой одиночной элементарной нити при растяжении некрученой комплексной нити (нормальный закон распределения) и найдены параметры распределения;

- впервые экспериментально определен вид распределения значений работы деформирования комплексной нити от пачала растяжения до разрушения каждой одиночной элементарной нити при растяжении некрученой комплексной нити (закон распределения Вейбулла) и найдены параметры распределения.

6. Разработанные методики применимы для оценки неравномерности химических комплексных нитей: полиэфирных, вискозных, полипропиленовых, пара-арамидных и других.

7. Разработанный метод рекомендован и прошел апробацию при оценке неравномерности механических свойств комплексных химических нитей в организациях: ООО Ш1Ф "Техником", ОАО "НИИХимволокно", ВНИИ Полимерных волокон, в учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного университета технологии и дизайна.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Брезгин Р. В., Перепелкин К Е., Лаврова 3. И., Лугерт Е.В. Датчики, регистрация и интерпретация сигналов акустической эмиссии при оценке свойств текстильных материалов. Материалы научно-технической конференции по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности. - С-Петербург, 1998, с. 105;

2. Брезгин Р. В., Перепелкин К Е., Смирнов Е.А., Лаврова З.И. Применение метода акустической эмиссии для оценки свойств текстильных материалов. Материалы научно-технической конференции "Прогресс-98".-Иваново, 1998, стр. 272;

3. Перепелкин К Е., Мачалаба Н.Н., Брезгин Р. В., Лаврова З.И. Исследование качества сверхвысокомодульных химических нитей с помощью метода акустической эмиссии. Материалы научно-технической конференции "Текстиль-98".-Москва, 1998, стр.9;

4. Перепелкин К.Е., Смирнов, Е.А., Брезгин Р.В., Лаврова З.И. Возможности акустических методов испытаний и исследований текстильных материалов. Материалы научно-технической конференции "Лен-98",-Кострома, 1998, стр.88.

5. Kirill Е. Perepelkin, Roman V. Brezgin, Eugenie A. Smirnov. Original impulse-acoustic method for fibres bundle (yam) inner defectiveness and destruction testing. Principles and development. Book of Abstracts. Fifth International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials, Poznan, Poland, 1999, p. 99-100.

6. Перепелкин K.E., Брезгин P.B. Новый принцип и аппаратура для оценки внутренней дефектности и неравномерности комплексных химических нитей на основе импульсно-акустического метода и полных диаграмм деформирования. Материалы международной конференции "Химволокна-2000"Тверь, 2000, секция №4, стр. 1-9.

7. Perepelkin К.Е., Brezgin R.V. Impulse-acoustic spectral method and full deformation diagram analysis application for viscose yarns. International seminar "CeUulosic Man-made Fibers in the Next Millenium". Stenungsimd. Papers. 2000, p. 1-10.

Лицензия ЛП № 000285 от 21.10.2000 Оригинал подготовлен автором Подписано к печати 20.11.2000 г. Формат 60 х 84 1/16.

Усл. печ. л. 1,2 Заказ 2(0 Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии СПГУТД 191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основные виды и свойства химических комплексных нитей

1.2 Основные методы оценки механических свойств химических нитей

1.3 Влияние неравномерности и дефектности элементарных нитей на свойства комплексной нити, влияние на переработку

1.4 Методы оценки неравномерности и дефектности химических комплексных нитей

1.5 Акустические методы при испытании материалов

1.6 Метод акустической эмиссии в исследовании свойств химических нитей

1.7 Выводы из обзора литературы и задачи исследований

ГЛАВА 2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор и характеристика объектов исследования

2.2 Методы оценки механических свойств волокон и нитей

2.3 Методы оценки неравномерности механических свойств комплексных нитей

2.4 Методы обработки результатов испытаний

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНО-АКУСТИЧЕСКОГО

МЕТОДА ОЦЕНКИ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ НИТЕЙ В

КОМПЛЕКСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ НИТЯХ

3.1 Принцип импульсно-акустического метода.

3.2 Аппаратура и программное обеспечение.

3.3 Оценка неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной нити на основе использования импульсно-акустической спектрограммы

3.4 Оценка неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной нити на основе совмещенной импульсно-акустической спектрограммы и полной и диаграммы растяжения комплексной нити

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНЫХ ХИМИЧЕСКИХ НИТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ

4.1 Определение неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных с использованием импульсно-акустического метода и одновременной регистрацией полной диаграммы растяжения комплексной нити

4.2 Определение масштабного эффекта разрывных характеристик химических комплексных нитей

4.3 Определение неравномерности элементарных нитей в комплексных по данным испытаний элементарных нитей

4.4 Определение доли полной работы деформирования до достижения максимальной нагрузки по диаграмме растяжения

4.5 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО

ПРИМЕНЕНИЮ ИМПУЛЬСНО-АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ

ИСПЫТАНИЙ ХИМИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСНЫХ НИТЕЙ

5.1 Обсуждение результатов определения неравномерности комплексных нитей различными методами

5.2 Рекомендации по использованию разработанного импульсно-акустического метода для определения неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитях

ВЫВОДЫ

Актуальность темы. Проблема неравномерности и дефектности механических свойств химических нитей имеет важное значение, как для оптимизации технологических процессов их получения, так и для стабильности процессов переработки и применения в текстильных материалах и изделиях с целью выпуска высококачественной продукции. Для всех видов нитей характерно наличие гетерогенности строения и дефектности на различных уровнях (как нити в целом, так и составляющих ее элементарных нитей), которые возникают в процессах получения, последующих обработок, переработки и влияют как на средний уровень показателей механических свойств, так и на их неравномерность.

Следует выделить три основных группы характеристик неравномерности и дефектности нитей: показатели продольной неравномерности свойств комплексной нити в целом; показатели неравномерности свойств элементарных нитей в поперечном сечении комплексной нити;

- местные (локальные) дефекты, существенно влияющие на процессы последующей переработки нитей.

Традиционные методы испытаний химических нитей (определение линейной плотности, разрывных характеристик и их неравномерности; визуализация внешних дефектов и др.) не дают необходимой информации о различии свойств отдельных элементарных нитей в комплексной нити и наличии внутренних опасных (вызывающих разрушение) дефектов.

В результате исследований на кафедре материаловедения СПГУТД разработаны новые оригинальные методы, позволяющие оценивать неравномерность отдельных элементарных нитей в комплексной нити: импульсно-акустический метод, основанный на регистрации спектра акустических импульсов, возникающих в процессе деформирования комплексной нити до ее полного разрушения; регистрация полной диаграммы растяжения комплексной нити (включая правую часть).

Импульсно-акустический спектр состоит из отдельных импульсов акустической эмиссии, излучаемых элементарными нитями при их разрушении в процессе растяжения комплексной нити. К моменту разрушения в натянутом состоянии каждая элементарная нить обладает запасом энергии деформации. В момент разрыва происходит превращение этой энергии в энергию акустических колебаний. Анализ импульсно-акустической спектрограммы позволяет изучить процесс поочередного разрушения элементарных нитей в комплексной.

Наиболее информативна импульсно-акустическая спектрограмма в сочетании с регистрацией полной диаграммы растяжения комплексной нити до разрыва. Длина и форма правой части диаграммы растяжения после максимума нагрузки зависят от степени неравномерности свойств или дефектности отдельных элементарных нитей.

Проведенные исследования показали, что импульсно-акустический метод в сочетании с регистрацией полной диаграммы растяжения в десятки раз менее трудоемок, чем испытания отдельных элементарных нитей, выделенных из комплексной, и позволяет получить новую важную информацию о процессе деформирования и разрушения как отдельных элементарных нитей, так и комплексной нити в целом, а, соответственно, о ее внутренней неравномерности и дефектности, что и определяет актуальность выполненной работы.

Диссертационная работа выполнялась: в соответствии с планом по теме хоздоговорной работы №6/98 "Разработка нового метода испытаний технических нитей. Оценка свойств нитей Армос", выполняемой по заказу ОАО "Тверьхимволокно; в соответствии с планом по теме хоздоговорной работы №1/99 "Комплексная оценка свойств волокон "Армос". Техническое содействие развитию производства", выполняемой по заказу ОАО "Тверьхимволокно"; в соответствии с грантом по теме научно-исследовательской работы №А4-0809589 "Создание нового акустического метода для исследования оценки свойств химических волокон, нитей, материалов на их основе", выполняемой по итогам конкурса грантов 1999 г. в системе Государственного комитета РФ по высшему образованию совместно Балтийским государственным техническим университетом "Военмех" и СПГУТД; в соответствии с грантом по теме "Оценка внутренней дефектности и неравномерности комплексных химических нитей на основе импульсно-акустического метода и полных диаграмм деформирования", выполняемой по итогам конкурса персональных грантов для аспирантов, проводимого

Администрацией Санкт-Петербурга, Министерством образования РФ и Российской Академией наук в 2000 г.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка нового метода оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной нити ("поперечной" неравномерности комплексной нити) с использованием импульсно-акустической спектрограммы и диаграммы растяжения.

Для достижения поставленной цели в работе реализуется решение следующих задач: изучение особенностей оценки неравномерности комплексных химических нитей с использованием импульсно-акустического метода; усовершенствование технических приемов получения совмещенной диаграммы растяжения и импульсно-акустической спектрограммы при растяжении до разрушения комплексной нити; разработка количественных критериев и метода оценки неравномерности комплексных нитей по импульсно-акустической спектрограмме и совмещенной диаграмме растяжения; сравнительные исследования по оценке неравномерности и изучению разрушения различных химических комплексных нитей, используя как традиционные, так и нетрадиционные методы; анализ полученных результатов и на их основании разработка рекомендаций по практическому использованию созданных методов.

Научная новизна. Разработан импульсно-акустический метод оценки неравномерности комплексных химических нитей, позволяющий получить новую информацию, необходимую для оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных. Получены совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спектрограммы при растяжении исследованных комплексных химических нитей.

Для оценки неравномерности комплексной нити по импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс удлинения комплексной нити, определяющий величину удлинения комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей.

Для комплексной оценки неравномерности комплексной нити по совмещенной диаграмме растяжения и импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс работы деформирования комплексной нити, определяющий величину работы деформирования комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей.

Выявлено соответствие распределения значений удлинения и работы деформирования комплексной нити от начала деформирования до разрушения каждой одиночной элементарной нити при растяжении некрученой комплексной нити нормальному закону распределения для значений удлинения и закону распределения Вейбулла для значений работы деформирования.

Найдены количественные значения разработанных новых показателей оценки неравномерности для различных видов комплексных химических нитей (полиэфирных, вискозных, полипропиленовых, пара-арамидных и других).

Произведены сравнительные исследования неравномерности химических нитей как известными, так и новыми разработанными методами. Показаны преимущества новых методов и практическое значение предложенных критериев оценки неравномерности комплексных химических нитей.

Практическая значимость работы. Разработаны методики оценки неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексной, использующие импульсно-акустическую спектрограмму и диаграмму растяжения комплексной нити.

Разработана функциональная схема измерительно-регистрирующей системы, в которую входит ПЭВМ типа 1ВМ.

Выполнена экспериментальная оценка неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитях: полиэфирных, вискозных, произведенных в Могилевском и Светлогорском ПО "Химволокно", ОАО "Тверьхимволокно", а также полипропиленовых, пара-арамидных и других.

Разработаны технические задания для ЗАО "Метротекс" на разработку двух вариантов автоматизированной установки для определения неравномерности механических свойств комплексных химических нитей на основе разработанных методов. 9

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: научно-технической конференции СПГУТД по машинам и аппаратам текстильной и легкой промышленности. - Санкт-Петербург, 1998; международной научно-технической конференции "Прогресс-98",- Иваново, 1998; научно-технической конференции "Лен-98",- Кострома, 1998;

- Fifth International Conference on Frontiers of Polymers and Advanced Materials; международной конференции по химическим волокнам "Химволокна-2000". -Тверь, 2000;

- International seminar "Cellulosic Man-made Fibers in the Next Millenium". Stenungsund, 2000;

- на семинарах кафедры материаловедения СПГУТД.

По материалам диссертационной работы опубликовано семь работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 153 страницах, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, содержащего 119 наименований, и 5 приложений, содержит 17 таблиц, 21 рисунок, 47 формул.

выводы

1. Разработан импульсно-акустический метод оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных химических нитях. Показано, что импульсно-акустический метод позволяет получить новую информацию, необходимую для оценки неравномерности элементарных нитей в комплексных нитях ("поперечная" неравномерность), - регистрировать удлинение при растяжении комплексной нити, соответствующее моменту разрушения каждой отдельной элементарной нити. Получены совмещенные диаграммы растяжения и импульсно-акустические спектрограммы при растяжении комплексных нитей: полиэфирных, вискозных, полипропиленовых, пара-арамидных и других.

2. Разработана усовершенствованная схема автоматизированной регистрации импульсной спектрограммы и диаграммы растяжения при растяжении комплексной нити.

3. Для оценки неравномерности комплексных химических нитей по импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс удлинения комплексной нити, определяющий величину удлинения комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей, и разработана методика для его определения, которая может быть реализована на большинстве стандартных разрывных машин путем их незначительной модернизации.

4. Для комплексной оценки неравномерности комплексных нитей по совмещенной диаграмме растяжения и импульсно-акустической спектрограмме предложен показатель - вероятностный ресурс работы деформирования комплексной нити, определяющий величину работы деформирования комплексной нити с заданной вероятностью разрушения ее элементарных нитей, и разработана методика для его определения.

5. При сравнительной экспериментальной оценке неравномерности механических свойств элементарных нитей в комплексных химических нитей получены следующие результаты: впервые экспериментально определен вид распределения значений удлинения комплексной нити от начала растяжения до разрушения каждой одиночной элементарной нити при растяжении некрученой

1. Кукин Г.Н., Соловьев А.Н. Текстильное материаловедение (исходные текстильные материалы): Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Легпромиздат, 1985. -216 с.

2. Перепелкин К. Е. Структура и свойства волокон М.: Химия, 1985 - 208 с.

3. Вузов Б. А. и др. Материаловедение швейного производства: Учебник для высш. учеб. заведений легкой промышленности/Б. А. Бузов, Т. А. Модестова, Н. Д. Алыменкова.-З-е изд., перераб. и испр.-М.: Легкая индустрия, 1978.-480 с.

4. Калиновски Е., Урбанчик Г. В. Химические волокна (исследования и свойства). М.: Легкая индустрия, 1966. - 320 с.

5. Папков С. П. Полимерные волокнистые материалы. М.: Химия, 1986.244 с.

6. Папков С. П. Роль химического строения полимерных волокон в определении их механических свойств. / Хим. волокна. 1998. - № 1. - с. 26 - 31.

7. Марихин В. А., Мясникова Л. П. Надмолекулярная структура полимеров. -Л.: Химия, 1977. 238 с.

8. Перепелкин К. Е. Физико-химические основы формования химических волокон. М.: Химия. 1978. - 384 с.

9. Носов М.В. Теория формования химических волокон. М.: Химия, 1975. -с. 178-203.

10. Зябицкий А. Теоретические основы формования волокон. Пер. с англ. О. К. Перепелкиной и К. Е. Перепелкина. М.: Химия. - 1979. - 504 с.

11. Теория формования химических волокон. Под. ред. А. Т. Серкова. М.: Химия, 1975. - 280 с.5. Юркевич В. В., Пакшвер А. Б. Технология производства химических волокон. - М.: Химия, 1987. - 304 с.

12. Hearl J. W. S. Mechanics of yarns and nonwoven fabrics. // Text. Struct. Compos. Amsterdam etc., 1989. - p. 27 - 65.

13. Мортон B.E., Херл Д.В.С. Механические свойства текстильных волокон. Легкая индустрия, М.: 1971. - 181 с.

14. Зарин А. В., Андреев А. С., Перепелкин К. Е. Высокопрочные армирующие волокна. М.: НИИТЭХИМ, 1984. 54 с.

15. Регель В. Р., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1974. - 560 с.

16. Тканые конструкционные композиты. Пер. с анкл. / Под ред. Т.-В. ЧУ и Ф. Ко. М.: Мир, 1991 - 432 с.

17. Кудрявцев Г. И., Варшавский В. Я., Щетинин А. М., Казаков М. Е. Армирующие химические волокна для композиционных материалов. М.: Химия, 1992. 236 с.

18. Перепелкин К. Е. Волокна и волокнистые материалы для армирования композитов с экстремальными свойствами. Механика композитных материалов. 1992, No 3, с. 291 -306.

19. Гаденин М.М. Автоматизация экспериментальных исследований характеристик механических свойств материалов при статическом и циклическом нагружениях. //Заводская лаборатория. 1987. - №10. -с. 56-69.

20. Ломагин В.Н. Разработка метода и определение механических свойств пряжи при нагружении движущейся нити с использованием ЭВМ: Дисс. . канд. техн. наук. ЛИТЛП им. Кирова, 1986. - 187 с.

21. Яку по в Э.Л. Определение деформационных характеристик нитей на основе автоматизированной системы измерения: Дисс. . канд. техн. наук. -ЛИТЛП им. Кирова, 1987. 245 с.

22. Филимонова Л.И. Применение ЭВМ для оценки качества шелковых нитей //Текстильная промышленность. 1987. - №8. - с. 59-60.

23. Шепс. Г.Я. Электронная техника в текстильном материаловедении. М.: Легкая и пищевая промышленность. - 1981. - 167 с.

24. Демина Н.В., Моторина A.B., Немченко Э.А. и др. Методы физикомеханических испытаний химических волокон, нитей и пленок. М.: Легкая индустрия, 1969. 398с.

25. Кукин Т.Н. Оценка механических свойств текстильных нитей //Текстильная промышленность. 1987. - №2. - с. 59-60.

26. ГОСТ 10213.4 73. Волокно и жгут химические. Метод определения длины. - М.: Издательство стандартов. - 1984. - 5 с.

27. ГОСТ 10213.2 73. Волокно и жгут химические. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. - М.: Издательство стандартов. -1984. -5 с.

28. ГОСТ 6611.2 73. Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве. - М.: Издательство стандартов. - 1987. - 10 с.

29. ГОСТ 6611.3 73. Нити текстильные. Методы определения числа кручений, укрутки и направления крутки нитей. - М.: Издательство стандартов. -1987. -9 с.

30. ГОСТ 11.006 74 (CT СЭВ 1190 - 78). Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим.

31. ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными измерениями. Методы обработки результатов наблюдений.

32. Перепелкин К.Е. Комплексная оценка качества и работоспособности нитей в процессах получения и перерботки //Хим. волокна. 1991. - №2 с. 45-56.

33. Перепелкин К.Е. Работоспособность и усталостные свойства волокон и нитей. Обзоринформ. Пром. хим. волокон. М.: НИИТЭХим 1964, с.66.

34. Сорокин Е.Я., Перепелкин К.Е. Неравномерность свойств химических волокон. Обзорн. информ. Серия: Пром. хим. волокон. М. НИИТЭХим, 1975, с. 32.

35. Зубахина Н.Л., Велерникова Т.И., Серков А.Т. О причинах неравномерной прочности элементарных вискозных нитей. Обзорн. информ. Серия: Пром. хим. волокон М.: НИИТЭХим, 1975, с.34.

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

37. Поздняков Б. П. Методы статистического контроля и исследования текстильных материалов. М.: Легкая индустрия, 1978. - 280 с.

38. Андреев A.C., Васильева О.В., Кучер В.И. и др. Статистический подход к оценке механических свойств волокнистых материалов. М. : НИИТЭХИМ, 1986, -36 с.

39. Перепелкин К.Е., Серков А.Т., Иванцова Т.М. и др. Дефектность, гетерогенность микроструктуры химических нитей и их влияние на свойства. — М.: НИИТЭХИМ. 1989. - 45 с.

40. Перепелкин К.Е, Лебедева Г.Г. Методы исследования свойств волокон и нитей. Л.: ЛИТЛП, 1986. - 80 с.

41. Сулейменова Т. Н. Оценка свойств нитей с применением масштабной зависимости разрывных характеристик. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1991. - 17 с.

42. Жаров В.Б. Александрийский С.С. Характеристика свойств невытянутых полиэфирных нитей по кривым нагрузка-удлинение //Химические волокна. 1979. - №2. - с. 40 - 42.

43. Перепелкин К.Е., Серков А.Т., Иванцова Т.М. и др. //Химические волокна. 1989. - №1.

44. Васильева О. В. Разработка методов оценки прочности высокомодульных арамидных нитей для армирования пластиков. Дисс. . канд. техн. наук. Л.: 1989. - 205 с.

45. Абрамчук С.С., Ермоленко А.Ф., Протасов В.Д. Оценка характеристик армирующих волокон путем испытания их пучков. //Механика композитных материалов. 1984. - №1. - с. 3 - 7.

46. Заболоцкий А. А., Следков В. К, Сахаров В. В., Салибеков С. Е. Оценка прочности волокон по методу сухого пучка. / Порошковая металлургия. 1973. - № 4.-е. 51-56.

47. Компанией А. В., Потапов В. В., Григорян Г. А. Анализ моделей для расчета реализации прочности арамидных волокон в нити и микропластике. / Механика композитных материалов. 1983. - № 3. - с. 387 - 390.

48. Власова З.В., Горынин Г.Л. Математическая модель разрушения комплексных нитей при растяжении // Препринт. Академия наук. Сибирское отделение. Институт информационных технологий и прикладной математики. -Омск, 1991, 10 с.

49. Васильева О. В., Андреев А. С. и др. Оценка характера распределения прочности элементарных нитей путем испытания комплексной нити. / Хим. волокна. 1985. - № 4. - с. 38 - 39.

50. Пакшвер А. Б., Фингер Г. И., Гершман А. М. Метод оценки дефектных волокон и нитей. / Хим. волокна. 1981. - № 4. - с. 60.

51. Матуконис А.В. Производство, свойства и применение неоднородных нитей. -М.: Легпромбытиздат, 1987. 134 с.

52. Зубахина Н.Л. Изучение неравномерности свойств элементарных вискозных волокон (нитей): Автореферат канд. дисс. -М.: 1973, 25 с.

53. Назаренко Т.С., Тарасенко Н.К., Носов М.П. Взаимосвязь параметров получения и прочности комбинированных текстурированных нитей //Химические волокна. 1987. №3. - с. 32 - 34.

54. Ничепорчик Л.В., Назарова Т.В. К вопросу оценки неравномерности прочности капроновой кордной нити //Тезисы докладов УП Всесоюзной конференции по текстильному материаловедению. Вильнюс-Каунас., 1971, - с. 88 -92.

55. Македонова З.И., Герасимова Л.С., Пакшвер Э.А. Оценка свойств разнофиламентных капроновых нитей //Тезисы докладов УШ Всесоюзной конференции по текстильному материаловедению, часть 2, Л., 1974, с. 253 - 258.

56. Носов М.П., Запольский А.Г. Метод определения коэффициента использования прочности волокон в нитях //Хим. волокна. Под ред. Конкина А.А., -М.: Химия, 1968.-е. 190- 195.

57. Носов М. П. Оценка коэффициента использования прочности элементарных нитей в комплексной с позиции статистической теории прочности. / Хим. волокна. 1983. - № 2. - с. 48 - 49.

58. Ермоленко А. Ф., Абрамчук С. С., Протасов В. Д. Молекулярно-кинетическая модель одноосного растяжения и сжатия высоко-ориентированных полимерных волокон. / Механика композитных материалов. 1985. - № 1. - с. 3 - 6.

59. Лугерт Е. В. Разработка методов определения разрывных характеристик высокопрочных и высокомодульных технических нитей с использованием автоматизированного комплекса. Дисс. . канд. техн. наук. Л.: 1990. - 179 с.

60. Корицкий К. И. Инженерное проектирование текстильных материалов. М.: Легкая индустрия. 1971. - 352 с.

61. Труевцев Н. Н., Штут И. И., Кузнецов Ю. И. и др. Механическая технология текстильных материалов. Справ, пособие. СПб.: Издательство С.-Петербургского университета. - 1993. - 212 с.

62. Лугерт Е. В., Иванов М. Н., Перепелкин К. Е. и др. Оценка разрывных характеристик высокомодульных элементарных нитей по диаграмме растяжения пучка. / Хим. волокна. 1989. - № 6. - с. 26.

63. Datue Keshav V., Mishra Sachi. Load Elongation Properties of Filaments in a Multifilament Yarn. / Text. Res. J. 1984,- v. 54. - p. 408 - 413.

64. Datue Keshav V., Mishra Sachi. Load Elongation Properties of Filaments in a Multifilament Yarn. Part 2. Yarns at Various Stages of Their Manufacture. / Text. Res. J. -1985,-v. 55. -N 1. p. 46-49.

65. Золоторевский Л.Т. Обрывность основы на ткацких станках. М., Легкая и пищевая промышленность, 1982, 88 с.

66. Быкадеров Р.В. Регулирование качества ткани на ткацких станках. М., Легкая и пищевая пром., 1984, с. 154.

67. Ефремов Р.Д. Снижение обрывности в ткацком производстве. Киев: Техника, 1992, с. 140.

68. Соловьев А.Н., Кирюхин С.М. Оценка и прогнозирование качества текстильных материалов. М., Легкая и пищевая промышленность, 1984, с.216.

69. Варковецкий М.М. Количественное измерение качества продукции в текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия. 1976, с. 104.

70. Серов В.А. Принципы и практика использования статистических методов в управлении качеством химических волокон и нитей. Обзоры, информ. Синтетические волокна. М.: НИИТЭХим, 1988, с. 52.

71. Ермолов И. Н., Алешин Н. М., Потапов А. И. Акустические методы контроля. Неразрушающий контроль. Кн. 2 / Под ред. В. В. Сухорукова. М.: Высшая школа. - 1991. - 283 с.

72. Остроумов Г.А. Новый класс электроакустических преобразователей. Базовые проебразователи. Акустических журнал, 1982, 28, №3, с. 390-392.

73. Трофимов А.И. Пьезоэлектрические преобразователи статических нагрузок. М.:Машиностроение, 1979. - 95 с.

74. Пенкин А.Г., Гусев О.В. Разработка установки акустической эмиссии применительно к испытаниям композиционных материалов. Изд-во "Наука", Сб. Композиционные материалы, 1981, с. 269 273.

75. Гурвичюс И. В., Шукис В. И. Прибор для измерения скорости ультразвука в текстильных нитях. "Труды ЛитНИИТП", т.П., Вильнюс, изд-во "Минтис", 1972, с. 289 - 292.

76. Гурвичюс И. В. Акустический способ исследования разрыва нитей. / Текстильная пром-сть. 1973. - № 12. - с. 68 - 69.

77. Бренер И. Р., Берестнев В. А., Флексер Л. А. О возможности акустического метода для автоматического контроля прочности химических нитей. / Труды 8-ой Всесоюзной конференции по материаловедению. Л.: ЛИТЛП. - 1974. - Ч. 1. - с. 275 - 279.

78. Гурвичюс И. В. Новые методы оценки качества текстильных материалов. / Труды 8-ой Всесоюзной конференции по материаловедению. Л.: ЛИТЛП. - 1974. -Ч. 2.-е. 104-107.

79. Donald W. Lyons. Acoustic Measurement of Fiber Properties. / Textile Res. J. 1975. V.45, N 7, July 1975, p. 549 - 553.

80. Гурвичюс И. В. Разработка новых акустических методов для исследования свойств химических нитей. Автореф. . канд. техн. наук. Каунас, 1979, 25 с.

81. Забашта Ю.Ф. Об интерпретации акустического эксперимента для ориентированных полимеров. Акустический журнал 1979, т.25,№1, с.77-80

82. Верховец А.П., Перепелкин К.Е., Геллер А.Б. и др. Акустические методы в исследовании химических волокон. Обзор, инф. Сер. "Промышленность химических волокон". М., НИИТЭХИМ, 1983

83. Юнусов Б.Х., Носов М П. Взаимосвязь акустических характеристик с молекулярной ориентацией и прочностью химических волокон // Химические волокна. 1984. - №5. - с. 26 - 28.

84. Носов М П., Юнусов Б.Х., Рысюк Б.Д. и др. Скорость распространения и затухания ультразвуковых волн в вискозных текстильных нитях // Химические волокна. 1984. - №1. - с. 30 - 33.

85. Юнусов Б.Х., Рысюк Б.Д., Носов МП., Бабаева И.М. Исследование затухания ультрозвуковых волн в текстильных нитях и пленках // Изв. ВУЗов. Технология текстильной промышленности. 1984 . - №2. - с. 20-23.

86. Рысюк Б Д., Юнусов Б.Х., Носов М П. Исследование структуры с свойств химических волокон и пленок акустическим методом // Химические волокна. 1985. - №1. - с. 15 - 21.

87. Юнусов Б.Х. Акустические методы исследования строения и свойств химических нитей и пленок Автореф. . док. тех. наук. Ленинград, 1986, 38 с.

88. Семенова А. Н., Лебедев Н. А. Исследование процессов разрушения иглопробивных полотен из текстильных отходов. / Текстильная пром-сть. 1995. -№ 4 - 5. - с. 22 - 24.

89. Гурвичюс И. В., Шукис В. И. Влияние крутки нити на акустические измерения. Материалы конференции по внедрению результатов научных исследований, проводимых в вузах Литовской ССР. Каунас, 1973, с. 64-65.

90. Гурвичюс И. В., Шукис В. И. Влияние крутки на акустические показатели нити. Научн. тр. / ЛитНИИТП. - Вильнюс: Минтис, 1974, т. 3, с. 349 -353.

91. Юнусов Б.Х., Бабаева И.М., Носов М П. Влияние натяжения образца на механизм затухания ультразвуковых волн в непрерывных нитях // Изв. ВУЗов. Технология легкой промышленности. 1983 . - №1. - с. 32 - 34.

92. Рой В.Ф. Индикация ультразвуковых волн в полимерных волокнах и нитях. Акустический журнал, 1981, 27, №6, с. 933-934.

93. Гурвичюс И. В., Шукис В. И. Определение моментов разрыва компонентов нити при ее механическом испытании. Материалы конференции по внедрению результатов научных исследований, проводимых в вузах Литовской ССР. Каунас, 1973, с. 63 - 64.

94. Гурвичюс И. В., Шукис В. И. Регистрация разрыва компонента нити акустическим способом. Науч. тр. / ЛитНИИТП. - Вильнюс: Минтис, 1974, т. 3, с. 345 - 348.

95. Егоров Ю.М., Гурвичюс И. В., Халфин Р. Л., Душанскис Н. Я. О возможности измерения поперечной неоднородности структуры нити акустическим методом. Новое в исследовании свойств текстильных материалов. Научн. тр. / ВНИИПХВ. - М., 1977, с. 15 - 20.

96. Викторова И. В., Хорошавина С. Г., Щеглов А. Ю. Идентификация механизмов разрушения волокнистых композитов по акустикоэмиссионным испытаниям. / Механика композитных материалов. 1989. - № 4. - с. 617 - 622.

97. Narisawa J., Oba H. An Evaluation of Acoustic Emission from Fibre-reinforced Composites. / J. of Material Science. 1984. - v. 19. - p. 1777 - 1786.

98. Котосонова В. Я., Соболевский M. Т. Исследование механизма разрушения графитов методом акустической эмиссии. / Сб. Конструкционные материалы на основе углерода. М.: Металлургия. - 1983. - № 8. - с. 102- 107.

99. Филоненко С. Ф. и др. Особенности сигналов акустической эмиссии при пластическом деформировании и хрупком разрушении материалов. / Физ. -хим. мех. материалов. 1985. - т. 21. - № 6. - с. 105 - 106.

100. Хакимов О. Ш. Способ определения координат источников акустической эмиссии (в волокнах и нитях): A.C. 1620934 СССР МКИ 01 1429/14. Опубл. 15.01.91. Бюл. №2.

101. Власова 3. В. Разработка метода оценки неравномерности механических свойств технических нитей на основе акустической эмиссии. Дисс. . канд. техн. наук. СПб: 1992. - 143 с.

102. Тутанс М. Я., Уржумцев Ю. С. Прогностика процессов разрушения стеклопластиков сейсмоакустическим методом. Зависимость сейсмоакустического излучения от величины нагрузки. / Механика полимеров. 1971. - № 3. - с. 421 -429.

103. Лаврова З.И. Новые разрушающие методы оценки механических свойств химических нитей. Дисс. . канд. техн. наук. СПб.: 1998 - 147с.

104. Swindlehurst W.E., Engel P.A. Model of acoustic generation in composite materials. R.J. "Fibre Sei. and. Technol.", 1978, №6, p. 463 -479.

105. Петерлин А. Акустическая эмиссия при растяжении полимеров / Под ред. Дж. Кенига. Пер. с англ. под ред. H.A. Платэ. М.: Мир, 1982. 264 с.

106. Тутанс М.Я. Исследование акустической эмиссии при нагружении стеклопластиков. Автореф. канд. техн. наук. Рига, ин-т мех. полимеров АН Латв. СССР, 1976, 17с.

107. Хаттон, Орд Акустическая эмиссия. В кн.: Методы неразрушающих испытаний. - М.: Мир. - 1972. - с. 27 - 58.

108. Лугерт Е. В., Иванов М. Н., Власова 3. В., Перепелкин К. Е. Метод и аппаратура для исследования акустической эмиссии при разрушении химических нитей. / Хим. волокна. 1992. - № 6. - с. 38 - 39.

109. Лугерт Е. В., Иванов М. Н., Власова 3. В., Перепелкин К. Е. Метод и аппаратура для исследования акустической эмиссии при разрушении химических нитей. / Хим. волокна. 1992. - № 6. - с. 38 - 39.

110. Перепелкин К. Е., Иванов М. Н, Лаврова 3. И. Акустическая эмиссия при исследовании особенностей разрушения вискозных комплексных нитей и текстильных материалов на их основе. /Хим. волокна. 1997. - № 6. - С. 43 - 46.

111. Перепелкин К. Е., Лаврова 3. И. Метод регистрации акустической эмиссии при исследовании особенностей разрушения комплексных нитей, пряжи и тканей / Материалы межд. науч.- техн. конф. "Прогресс 97". - Иваново, 1997, с. 175 - 176.

112. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством.: Учеб. для вузов/Под ред. акад. Н.С. Соломенко. М.: Изд-во стандартов, 1990. -342 с.

113. Pero К.Г. Метрологическая обработка результатов технических измерений: Справ, пособие. К.: Техшка, 1987.-128 с.