автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.01, диссертация на тему:Разработка методов оценки показателей связности структуры комплексных нитей

РГ5 ОД

На правах рукописи УДК [677.017.424.25.002.56](043.3)

АНДРЕЕВА ТАТЬЯНА ИГОРЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СВЯЗНОСТИ СТРУКТУРЫ КОМПЛЕКСНЫХ НИТЕЙ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1995

- г -

Работа выполнена в Московской государственно^' Текстильной академии имени А.Н.Косыгина на кафедре текстильного материаловедения

Научный руководитель: доктор технических наук.

профессор Кобляков А.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук.

профессор Перепелкин К.Е., кандидат технических наук Севостьянова Ю.Я.

Ведущая организация - АО НПО "Стеклопластик", г.Зеленоград

Защита состоится "// "\996 г. в часов на

заседании диссертационного совета К 053.25.02 в Московской госуда]

твенной текстильной академии имени А.Н.Косыгина по адресу: 1179: Москва, М.Калужская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной текстильной академии.

Автореферат разослан " /¿у " (Л-^Р 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.25.02 кандидат технических наук, доцент / Осьмин H.A.

Аннотация

В диссертационной работе решается актуальная для производства хи-[ческих нитей задача оценки показателей связности структуры комплекс-IX некрученых нитей, позволяющая снизить количество отходов на ста-[и размотки первичных паковок и повреждение структуры нити в процессе жстильной переработки.

Проведен анализ используемых в настоящее время характеристик (язности структуры комплексных нитей, установлена целесообразность вменения характеристик кручения - жесткости и скорости затухания >утильных колебаний - для оценки связности структуры нити.

При исследовании расслоения комплексной нити на пряди (монолитно ¡язанные элементарные нити) разработан количественный критерий расс->ения. позволяющий по жесткости нити при кручении определять число )ядей, на которое расслоилась комплексная нить и, как следствие, су-1ть о качестве нанесения на ее поверхность замасливателя.

В результате экспериментальных исследований прочности связи :клеенности) между элементарными нитями доказана необходимость изме-¡ния данного показателя вдоль всей длины нити на паковке через малые [тервалы.

Получены выражения для определения энергии склеенности нити в обод случае при наличии ее расслоения и деформации, выражение для опре-¡ления длины расслоившегося участка нити. На основе их разработан ме->д оценки склеенности движущейся некрученой комплексной нити, дающий [формацию о равномерности распределения замасливателя по длине нити I паковке и позволяющий оценить способность нитей к текстильной пере-[ботке. При исследовании факторов, влияющих на связность структуры (мплексных нитей и межслоевую связность нитей на паковках, установле-I существенное влияние формы связи нитей с жидкостью. Разработаны хпрессные объективные методы оценки показателей связности структуры »мплексной нити в жидкой среде и в процессе сушки, даны рекомендации » выбору временного режима сушки паковок для поддержания заданных подателей качества нити и обеспечения нормальной работы технологичес->го оборудования.

Результаты работы внедрены в АО НТЦ "Метротекс" (в составе компасной автоматизированной лаборатории) и в АО "Стеклотекс". г. Зеле->град.

Автор защищает:

- методики оценки показателей связности структуры комплексных нит при кручении, при расслоении движущейся нити;

- методы расчета степени расслоения комплексной нити на пряди по характеристикам кручения, определения энергии склеенности вдоль в длины движущейся нити, длины расслоившегося участка нити:

- методы и испытательное оборудование для исследования влияния фо связи нитей с жидкостью на показатели связности структуры комплексн нитей;

- экспериментальные данные изучения изменения связности структуры ни после обработки их жидкостью и в процессе сушки, свидетельствующие эффективности применения разработанных методов для снижения брака отходов при производстве и переработке комплексных химических нитей.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность настоящей работы заключается в разработ методов оценки показателей связности структуры комплексных некручен химических нитей, позволяющих судить о технологической и эксплуатац онной надежности нити, устанавливать соответствующие допуски на режи: производства и текстильной переработки нитей.

В настоящее время отсутствует комплексный подход к изучению х рактеристик связности структуры нитей, дающий разностороннюю информ цию о состоянии их структуры.

Решение этой задачи позволит объективно оценить показатели свя ности структуры нитей, качество обработки их текстильно-вспомогател ными веществами и дать рекомендации по рациональному ведению технол гического процесса переработки химических нитей.

Целью работы является обоснованный выбор характеристик для оцен: связности структуры комплексных некрученых химических нитей и разр ботка методов их определения. В соответствии с целью работы были по тавлены и решались следующие задачи:

- выбор и обоснование характеристик для комплексной оценки связнос структуры нитей;

- разработка методик определения показателей связности структуры н; тей;

- разработка нового и усовершенствование имеющегося испытательн оборудования для проведения испытаний нитей в плане изучения связнос их структуры;

- исследование факторов, влияющих на связность структуры комплексных имических нитей.

Общая методика исследования. При решении оставленных задач был проведен анализ процесса получения комплексных имических нитей по стадиям и требований, предъявляемых к свойствам итей для обеспечения нормальной их текстильной переработки.

Изучена научно-техническая литература по вопросам исследования вязности структуры нитей и существующих методов их испытаний. В рабо-е применялись современные методы теоретических и экспериментальных сследований, в частности, элементы математической статистики, диффе-енциального и интегрального исчисления, корреляционного анализа с об-аботкой результатов на ПЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующих тео-етических и экспериментальных положениях, полученных автором: -установлена возможность применения таких характеристик кручения как есткость и скорость затухания крутильных колебаний для оценки связ-ости структуры комплексных нитей;

- разработан количественный критерий расслоения на пряди склеенной амасливателем нити;

- получены математические уравнения, описывающие процесс расслоения омплексной нити:

- разработана методика оценки показателей связности структуры комп-ексной нити при кручении;

- разработан метод оценки склеенности движущейся некрученой комплекс-ой нити;

- разработана аппаратура для испытания комплексных нитей на кручение расслоение в жидкости;

- получены кривые изменения показателей связности структуры нитей в роцессе сушки после обработки их жидкостью, разделенные на зоны по ритерию связности.

Практическая ценность работы. Разрабо-анные методики оценки показателей связности структуры комплексных ни-ей могут быть использованы при контроле качества обработки их текс-ильно-вспомогательными веществами на стадии размотки первичных пако-ок, при создании нового ассортимента изделий на основе некрученых хи-

мических комплексных нитей, для правильного выбора вида и количес замасливателя, наносимого на поверхность нити. Результаты исследова! изменения связности структуры комплексной нити в процессе высыхш после обработки ее различными жидкостями позволяют дать рекомендацш рациональном времени сушки паковок.

Разработанные методики определения показателей связности струк' ры для комплексных стеклянных нитей внедрены в АО НТЦ "Метротекс" и "Стеклотекс" (г. Зеленоград).

Методики рекомендуются к внедрению на предприятиях производств; переработки химических нитей.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, 1 учных сотрудников и аспирантов Московской Государственной текстилы академии им. А.Н. Косыгина:

- на заседании кафедры текстильного материаловедения МГТА им. А.Н. I сыгина от 7 декабря 1993 года;

- на заседании технико-экономического совета при ЦЛО ПО "Химволою г. Гродно от 2 августа 1994 г.

- на расширенном заседании кафедры текстильного материаловедения М] им. А.Н. Косыгина от 24.10.95.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликов; в 5 работах.

Структура и объем раб оты. Диссертации ная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, спи( литературы, включающего 101 наименование, приложений, представлен! на 11 страницах. Работа изложена на 139 страницах, включая таблицы, содержит 25 рисунков. Общий объем диссертации 159 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во в ведении показана актуальность темы диссертаф онной работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведены < новные сведения о результатах работы.

В первой главе диссертационной работы кратко рассмотрен процесс производства комплексных химических нитей, проведен ана-шз свойств нитей, обеспечивающих требуемое их качество, дан критичес-сий обзор современных методов оценки связности структуры комплексных штей.

Анализ процесса производства химических нитей показал, что до 30% 5рака и отходов наблюдается при текстильной переработке нитей, особен-ю при размотке первичных паковок с некручеными комплексными нитями. 1сследования ученых последних лет показали, что на свойства нити в фоцессе текстильной переработки существенное влияние оказывает связ-юсть их структуры (взаиморасположение элементарных нитей, число и трочность связей между ними) и межслоевая связность (взаимодействие 1ежду нитями смежных слоев на паковке) нитей. Большинство методов для ^следования связности нитей трудоемки и неэффективны. В последнее $ремя проводятся работы по разработке экспрессных точных методов для ^следования расслоения комплексных стеклонитей.

Однако, для всестороннего анализа связности структуры нити и вли-шщих на нее факторов применяемых характеристик и методов оценки недостаточно.

Актуальной является разработка новой более совершенной аппаратуры хля контроля связности структуры комплексных нитей на разных стадиях IX производства. Поэтому, основная задача, поставленная в диссертаци-энной работе заключается в обоснованном выборе характеристик, дающих разностороннюю информацию о связности структуры комплексной нити и разработке испытательного оборудования и методик для определения показателей связности.

Во второй главе проведен анализ характеристик сручения в плане применения их для изучения связности структуры комплексных нитей, показана необходимость применения таких характеристик сручения как жесткость С и скорость затухания крутильных колебаний

определяемых по формулам

С = к / г2.

(1)

К « б/Т

(2)

где к - постоянная для конкретного маятника:

Т - условный полупериод крутильных колебаний: б - логарифмический декремент затухания, определяемый как 1п{Ак/Ак+1), где Ак,Ак+1-амплитуды в моменты времени 1кДк + 1

В результате теоретических и новлена зависимость жесткости при расслоилась комплексная нить. Для

экспериментальных исследований уста кручении от числа прядей, на которы прядей одинакового сечения

С,, = 0.1 * С * О4 *

(3)

п

где жесткость при кручении комплексной нити; Б - диаметр пряди; С - модуль сдвига: п - число прядей в нити.

Если комплексная нить расслоена на большое число прядей различно го сечения, то ее жесткость при кручении представляется в дифференци альной форме

сЮп = 0.1*С*04 <1п + 0,4*С*03*п (Ю (4)

Выражение для дискретных распределений степени расслоения имее

ид

гц/п0 = С0 / С! = /П0/0! .

(5)

де п0, О0, С0 - характеристики комплексной стеклонити до расслоения; гц, 0!, С, - характеристики той же комплексной нити после расслоения.

На основе вышеизложенных теоретических исследований разработана етодика оценки показателей связности структуры комплексной нити на рутильном маятнике.

При изучении факторов, влияющих на взаимодействие элементарных итей в комплексной, выявлено значительное влияние форм связи нити с идкостью. Теоретически и экспериментально установлено, что при объем-ой форме связи нитей с жидкостью взаимодействие между ними минималь-о, в условиях капиллярной формы связи - максимально, в воздушной сре-е сила взаимодействия между элементарными нитями имеет промежуточное начение. Для исследуемых стеклянных комплексных нитей линейной плот-остью 36 текс длиной 1 м типовые значения удельного усилия взаимо-ействия элементарных нитей (удельной средней силы адгезии) в воде и оздушной среде составляют соответственно 0,41 мН/м и 7,6 мН/м.Таким бразом, сила адгезии элементарных нитей в жидкости примерно в 19 раз еньше по сравнению с воздухом.

При наличии тонкой жидкостной пленки замасливателя на поверхности ити в промежутках между элементарными нитями образуются мениски жид-ости, что соответствует капиллярной форме связи и способствует ком-актированию пучка элементарных нитей в комплексную нить.

Получено выражение для определения усилия притяжения отслоившейся лементарной нити к комплексной нити, покрытой тонкой пленкой замасли-ателя

где Ь - постоянный коэффициент пропорциональности между усилием приж] ма элементарной нити к пучку и боковым выпучиванием элементарной нит! равный

6ХГ - поверхностное натяжение жидкости; а - капиллярная постоянная.

Для типовых замасливателей значение удельного усилия притяжеш элементарной нити к комплексной лежит в пределах 10-50 мН/м.

В третьей главе отмечена необходимость исследовали: распределения показателей связности структуры (энергии расслоен) (склеенности)) вдоль всей длины нити, проанализирован процесс рассло> ния комплексной нити на пряди.

При изучении процесса расслоения нити (разделения на две пря, при определенном натяжении) выявлено, что расслоение нити происход не всегда. При наличии в нити сильно склеенного участка ее расслоем не происходит. При этом увеличивается деформация прядей за счет рос их натяжения. На основании данных наблюдений разработан автоматизир! ванный метод оценки показателей склеенности движущейся нити.

В общем виде приращение энергии при наличии расслоения нити деформации ее прядей представляется в виде

Ь = 2.8бжг/а = 2,8бжг / ^6хг/рё = У^. 84бжг*2р^/2б.

'ж г

(7)

<м = ш/эих с1[> + ш/ех^ ах.

(8)

где X - поперечное смещение нити; Ь - длина линии расслоения.

При сохранении угла расслоения ( угла между прядями) постоянным при перемещении точки расслоения, дополнительное приращение внутренней энергии деформации нити в зоне расслоения отсутствует, а вся запасаемая за счет работы внешних сил энергия расходуется на расслоение нити.

В этом случае справедлива формула

ур = <Шр/(Ир = р/г^а^шОр = г^янюр, О)

где Ур - удельная энергия расслоения нити;

р - вес груза, обеспечивающего натяжение нити; Гх - усилие расслоения нити; Ор - половина угла расслоения.

При отсутствии расслоения нити вся работа внешних сил расходуется на увеличение энергии деформации участка нити в зоне измерения. В этом случае (Ур = 0)

(0И/Эиг = Гх»з1пар (10)

Наиболее часто наблюдается одновременное изменение длины расслаиваемого участка нити и угла расслоения в зоне измерения. Этому случаю соответствует выражение (8). Полученные выражения свидетельствуют о необходимости измерения не только угла расслоения, но и увеличения длины линии расслоения.

Длина линии расслоения Ьр движущейся нити определяется из выражения

ьр = + ь/э^йр, (11)

где V - скорость движения нити: I - время движения;

Ь - постоянная,обусловленная конструкцией прибора.

После дифференцирования (11) приращение длины расслоившего! участка имеет вид

<н,р = у*<и -(ь*сг§ар/81пар) (Юр (12)

Представление изменения энергии расслоения относительно дли] расслоившегося участка позволяет вьивить существенные особенности ва) ации уровня склеенности и характера расслоения нити вдоль ее длин! Экспериментальные исследования распределения энергии склеенности вдо: длины нити через малые интервалы показали, что после нанесения на п< верхность нити замасливателя наряду с увеличением уровня энергии скл< енности нити происходит значительное повышение неравномерности ( распределения по длине нити. Неравномерная склейка элементарных нит< в комплексной отрицательно влияет на свойства нитей при переработке Это свидетельствует о необходимости контроля связности структуры нит после ее замасливания разработанным методом расслоения движущейся ш ти.

После обработки нитей различными жидкостями происходит изменен} их структуры в процессе сушки. При изучении изменения показателе межслоевой связности (между нитями смежных слоев на паковке) комплек< ных стеклянных и лавсановых нитей в процессе сушки получены кривые разделенные на зоны по критерию связности. Даны рекомендации по выбор временного режима сушки нитей на паковках, обеспечивающего минимально межслоевую связность комплексных нитей, что облегчает процесс размсш

ервичных паковок.

Результаты исследования изменения жесткости при кручении в провесе сушки лавсановой нити свидетельствуют о практической пригодности азработанной методики для оценки связности структуры различных комп-[ексных некрученых химических нитей.

В четвертой главе проведены исследования меж-лоевой связности комплексных нитей при непосредственной размотке па-шок. Исследования проводились методом отслоения нити от паковки на .втоматизированном испытательном стенде, где определялась энергия отс-юения нити через малые интервалы длины нити на паковке.

Результаты исследования изменения показателей межслоевой связнос-и нити в процессе сушки подтвердили результаты аналогичных исследова-:ий этих же нитей методами кручения и расслоения. Изучение изменение гаказателей межслоевой связности нитей после обработки их замасливате-[ем выявили, что после нанесения на поверхности нитей замасливателя величивается не только уровень межслоевой склейки нитей, но и увели-ивается неравномерность распределения показателей межслоевой связнос1-■и нитей.Это свидетельствует о необходимости контроля показателей вязности указанным методом для правильного выбора вида замасливателя условий замасливания, обеспечивающего хорошую склейку элементарных ;итей в комплексной и минимальную межслоевую связность нитей на паков-

АХ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Установлена необходимость применения таких характеристик кручения лк жесткость и скорость затухания крутильных колебаний для оценки вязности структуры комплексных нитей.

2. Разработана методика оценки показателей связности структуры комп-[ексных химических нитей при кручении, позволяющая получать информацию | качестве нанесения замасливателя на поверхность нитей.

3. Разработан критерий расслоения комплексной нити, позволяющий проводить качественную и количественную оценку степени ее расслоения на [ряди по характеристике нити при кручении.

4. Разработан метод оценки склеенности движущейся некрученой комп-[ексной нити, дающий информацию о распределении прочности склейки эле-

нентарных нитей вдоль всей длины комплексной нити через малые интерва лы и позволяющий судить о равномерности нанесения замасливателя г длине нити на паковке.

5. Получены выражения для определения энергии склеенности (расслое ния) нити в общем случае при наличии ее расслоения и деформации и до определения длины расслоившегося участка нити.

6. Подтверждена практическая ценность автоматизированного метох оценки межслоевой склеенности комплексных нитей на паковках, позволяк щего осуществлять оперативный контроль распределения замасливателя г длине нити на паковке, что помогает установить причину появления и паковке трудноразматываемых участков нитей.

7. Разработаны экспрессные методы оценки показателей связности струи туры комплексной нити в жидкой среде и в процессе сушки, дающие инфор мацию о влиянии влаги на взаимодействие и прочность связи между эле ментарными нитями.

8. Выявлено существенное снижение взаимодействия и прочности свяэ между элементами комплексной нити в жидкой среде и резкое их увеличе ние в процессе сушки за счет проявления капиллярных форм связи.

9. Получены зависимости изменения показателей связности структур комплексных стеклонитей от времени сушки, разделенные на зоны по кри терию связности. Даны рекомендации по выбору временного режима сушк нитей на паковках, обеспечивающего минимальную межслоевую связност комплексных нитей и снижающего количество брака и отходов в процесс размотки первичных паковок.

Результаты исследования изменения жесткости при кручении в процес се сушки лавсановой нити свидетельствуют о практической пригодност разработанной методики для оценки связности структуры различных комп лексных химических нитей.

10.Для получения полной и объективной информации о связности структу ры комплексной нити рекомендуется определять характеристики ее механи ческих свойств при кручении (жесткость и скорость затухания крутильны колебаний) и склеенности (энергию расслоения нити на пряди и энерги отслоения нити от паковки), рассматривая их в совокупности.

11. Высокая согласованность теоретических положений и эксперименталь ных данных, полученных методами кручения, расслоения и отслоения о паковки позволяет применять их для точной и объективной оценки показа телей связности структуры комплексных нитей на разных этапах произ водства, что повышает производительность оборудования и улучшает ка

1ество конечной продукции.

12. Результаты работы внедрены в АО НТЦ"Метротекс"(г.Зеленоград), разрабатывающего и поставляющего испытательное оборудование на заводы троизводства и переработки химических волокон и нитей. За счет внедре-шя результатов диссертационной работы в АО "Стеклотекс" достигнуто :нижение обрывности нитей при переработки на 7%, снижение количества 5рака и отходов пр размотке, крутке, ткачестве на 11%. увеличение про-13водигельности оборудования на 3%.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Киселев В.И., Андреева Т.Н., Кобляков А.И. Изменение структуры и 1еханических свойств комплексных стеклянных нитей в процессе сушки, курнал "Химические волокна", N 2» 1994, с.58-59.

2. Андреева Т.Н., Киселев В.И., Кобляков А.И. Оценка склеенности эле-¿ентарных стеклянных нитей в комплексной динамическим методом, журнал 'Химические волокна", Н 1, 1994, с.44-46.

3. Андреева Т.И.. Киселев В.И., Кобляков А.И. Влияние жидкости на :вязность структуры комплексной нити, журнал "Химические волокна",

II, 1994, с. 48-50.

4. А.И. Кобляков, В.И. Киселев, Т.И. Андреева Применение методов кру-1ения и расслоения для оценки компактности стеклянных комплексных нитей. журнал Известия ВУЗов, "Технология текстильной промышленности". N >,1994, с. 10 - 13.

5. Т.И. Андреева, В.И. Киселев, А.И. Кобляков Разработка метода оп-)еделения расслоения комплексной стеклянной нити при кручении, курнал Известия ВУЗов,"Технология текстильной промышленности". N 4, 1994, с. 17 - 20.

ЛР № 020753 от 04.03.93

Подписано в печать 14.XII.95 Сдано в производство 15.XII.95 Формат бумаги 60 х 84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 0,75 Заказ 524 Тираж 80

Электронный набор МГТА, 117918, Малая Калужская, I