автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка новых облегченных арамидных тканей на основе вторичных регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления

СЛУГИН АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ АРАМИДНЫХ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ РЕГЕНЕРИРОВАННЫХ ВОЛОКОН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.19.02 -Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

1 2 2012

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005015392

005015392

1 Г) СЛУГИН АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ АРАМИДНЫХ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ РЕГЕНЕРИРОВАННЫХ ВОЛОКОН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.19.02 -Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре ткачества федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Николаев Сергей Дмитриевич

Заваруев Владимир Андреевич доктор технических наук, профессор федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А. Н. Косыгина»

профессор кафедры технологии трикотажного производства

Лабок Владимир Георгиевич кандидат технических наук ОАО «ЦНИИМашдеталь» генеральный директор

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия»

Защита диссертации состоится « у> марта 2012 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.139.02 при Московском государственном текстильном университете имени А.Н.Косыгина по адресу: ул.Малая Калужская, д.1, Москва, 119071

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Автореферат разослан « ОТ » февраля 2012года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.139.02 доктор технических наук, профессор

Шустов Юрий Степанович

АННОТАЦИЯ

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований. Разработан метод проектирования арамидных тканей на основе вторичных регенерированных материалов по заданной поверхностной плотности с учетом порядка фазы их строения с использованием современных информационных технологий. Спроектированы 13 новых облегченных тканей из арамидной пряжи 30 х 2 текс с уменьшенной по сравнению с используемыми для защитной одежды тканями поверхностной плотностью в 2 - 3 раза. Проведены расчеты параметров строения тканей и технологических параметров в зоне их формирования на бесчелночных ткацких станках СТБ и заправочного натяжения основы в наиболее доступной зоне для экспериментирования «скало - ламели» и натяжения утка в зоне перед компенсатором. С учетом степенной зависимости между временем нагружения и напряжением, возникающим в нити, определены параметры долговечности пряжи Русар. На основе использования критерия длительной прочности В.В.Москвитина проведен расчет повреждаемости нитей основы. Экспериментальные исследования натяжения нитей основы и утка позволили установить распределение натяжения нитей в основные периоды тканеформирования. С учетом требований, предъявляемых к физико-механическим и теплофизическим показателям материала верха боевой одежды пожарного, изготовлены ткани и исследованы физико -механические свойства используемых волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей. Предложены и изготовлены новые облегченные арамидные ткани для повседневной одежды спасателя, исследованы физико - механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей. Исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей с поверхностной плотностью до 115 г/м2, проведено сравнение показателей предлагаемых тканей с тканями с поверхностной плотностью 350 - 400 г/м2, и показана их высокая эффективность. Проведены баллистические испытания защитных пакетов, изготовленных из ткани из комбинированных нитей, предложенных в работе, показавшие эффективность их использования. Получены зависимости скорости проникновения пули от поверхностной плотности бронепакета и бронепанели. Получена зависимость снижения характеристик защитных элементов в зависимости от поверхностной плотности изделия, что позволяет эффективно определять рациональные структуры бронепакетов и бронепанелей. Использование регенерированного арамидного волокна в качестве исходного материала для изготовления текстильных бронепакетов и композитных бронепанелей приводит к существенному снижению стоимости бронирования.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Метод проектирования арамидных тканей на основе вторичных регенерированных волокон по заданной поверхностной плотности и заданного порядка фазы строения ткани с использованием информационных технологий.

2. Структуры облегченных тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов.

3. Методику расчета натяжения основы и утка в зоне формирования ткани на основе линейной теории изгиба упругих стержней и заправочного натяжения основы в зоне «скало - ламели».

4. Статистику данных натяжения основы и утка в различные периоды изготовления тканей из арамидной пряжи.

5. Результаты прогнозирования напряженности заправки современного бесчелночного ткацкого станка СТБ при изготовлении арамидных тканей из вторичных регенерированных волокон.

6. Результаты баллистических испытаний тканей, бронепакетов и броне-панелей на основе облегченных арамидных тканей.

7. Математические модели защитных свойств тканей и бронепакетов в зависимости от их поверхностной плотности.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Конкурентоспособность продукции текстильных предприятий в современных условиях обеспечивается оперативной сменой ассортимента, низкой себестоимостью, а также выпуском тканей с заданными структурными и физико-механическими свойствами. Особенно это важно при изготовлении дорогостоящего ассортимента тканей технического назначения. В настоящее время при переработке дорогостоящего сырья образуется значительное количество отходов. Отходы арамидного производства портят и без того плохую экологическую обстановку в районах, перерабатывающих арамид. Поэтому проблема использования этих отходов стоит сегодня очень остро и слабо решается в нашей стране в отличие от цивилизованных стран. Поэтому данная работа, направленная на разработку новых облегченных тканей из арамидной пряжи на основе вторичных регенерированных волокон и технологии их изготовления, весьма актуальна.

Целью данной работы является разработка новых арамидных тканей из пряжи на основе вторичных регенерированных материалов для их изготовления на современном отечественном технологическом оборудовании.

Задачами данного исследования являются:

- разработка метода проектирования арамидных тканей из пряжи, полученной из вторичных регенерированных волокон;

- разработка структур облегченных арамидных тканей из пряжи на основе вторичных регенерированных волокон;

- разработка технологических параметров изготовления тканей из арамидной пряжи;

- оценка напряженности выработки ткани технического назначения из арамидной пряжи на современном технологическом оборудовании»;

- исследование свойств тканей из арамидной пряжи.

Методика данного научного исследования включает проведение теоретических и экспериментальных исследований. Теоретические исследования основаны на использовании современных научных теорий механики нити, теории накопления повреждений, механики упругих стержней. Экспериментальные исследования проводились в ткацком производстве ООО «АРАМИД» г.Каменск Ростовской области, в лаборатории кафедры ткачества Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина. Использованы стан-

дартные приборы для определения свойств нитей и тканей, а также тензометрическая аппаратура. При обработке экспериментальных данных использовались современные методы статистики. При проведении работы широко использовалась современная вычислительная техника.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на современном отечественном технологическом оборудовании с использованием критерия длительной прочности Москвитина;

- предложен новый метод проектирования арамидных тканей по заданным поверхностной плотности и порядку фазы строения ткани на основе теории геометрического строения ткани;

- определены заправочные натяжения основы и утка в зависимости от параметров структуры спроектированных тканей для изготовления их на бесчелночных ткацких станках СТБ;

- установлена взаимосвязь между защитными свойствами бронепакетов, изготовленных из спроектированных тканей, и их поверхностной плотностью;

- впервые проведены баллистические испытания арамидных тканей, бронепакетов и бронепанелей.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- спроектированы 13 новых облегченных арамидных тканей, полученной из арамидной пряжи и определены основные параметры их структуры;

- определены технологические параметры изготовления облегченных арамидных тканей на основе вторичной пряжи на бесчелночных ткацких станках СТБ;

- получена статистика натяжения основы и утка в различные периоды работы ткацкого станка, необходимая для прогнозирования напряженности заправки и качества тканей;

- исследованы физико - механические свойства арамидных волокон, пряжи и тканей, что позволило выбрать рациональные структуры тканей;

- проведены баллистические испытания арамидных тканей и полученных на их основе бронепакетов и бронепанелей, что позволило определить рациональные структуры изделий.

Апробаиия работы.

Основные положения диссертации обсуждались на заседании кафедры ткачества (2011, 2012 гг.). Результаты диссертационной работы доложены на международных научно-технических конференциях: «Применение нанотехно-логий и композитов в средствах защиты и других отраслях техники». Черногория, 2008, «ТЕКСТИЛЬ-2008», «ТЕКСТИЛЬ-2009», «ТЕКСТИЛЬ-2010», ТЕК-СТИЛЬ-2011» (г. Москва), «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты». г.Хотьково Московской обл., 2010, ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010», Димитровград. «ПОИСК-2011», Иваново, «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности», 2011, Витебск. Опубликовано 18 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 2 патента.

Структура и объем диссертации Работа изложена на 162 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе,

списка использованных источников из 70 наименований на 7 стр., 7 приложений на 23 стр., содержит 36 таблиц, 19 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость результатов.

Первая глава посвящена состоянию вопроса. Все работы, тесно связанные с темой диссертации, рассматривались по следующим направлениям: работы по изучению взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами, работы по изучению технологии изготовления тканей технического назначения, работы по изучению напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке; работы по исследованию свойств и строения тканей, работы по проектированию тканей. В работе критически проанализированы исследования многих ученых, внесших существенный вклад в решение рассматриваемых вопросов, среди них работы профессоров П.В.Власова, Ф.М.Розанова, А.А.Мартыновой, Э.А.Оникова, С.Д.Николаева, С.С.Юхина, В.ШЦербакова, В.А.Гордеева, А.И.Могильного, Ю.Ф.Ерохина, Т.Ю.Каревой, Г.В.Степанова, А.Б.Брут-Бруляко, И.Н.Панина, В.М.Миляшуса, В.С.Башметова, В.Н.Васильченко, Я.Шосланда и других ученых. Анализ литературных источников позволил подтвердить актуальность выбранной темы, отметить ее научную значимость и практичную ценность.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям. Проектирование тканей является сложным творческим процессом и включает в себя комплекс исследовательских и расчетных работ, целью которых является разработка документа, содержащего основные параметры строения ткани, необходимые для проведения технического расчета ткани и определения заправочных параметров ткацкого станка.

При проектировании тканей из арамидной пряжи наиболее целесообразно использовать метод проектирования тканей по заданной поверхностной плотности. При этом необходимо учесть строение тканей (особенно порядок фазы строения) и прочностные показатели. Прочностные показатели достигаются использованием арамидных нитей и пряжи. В алгоритм необходимо записать формулы для расчета поверхностной плотности ткани, уработок основных и уточных нитей, порядка фазы строения. При проектировании ткани обычно используют имеющуюся на предприятии пряжу определенной линейной плотности. Поэтому при расчетах необходимо определить плотности ткани по основе и по утку. В зависимости от области использования ткани необходимо задать отношение плотности ткани по основе к плотности ткани по утку и коэффициенты изменения диаметров нитей в ткани.

Данные формулы имеют следующий вид: Поверхностная плотность ткани:

М = Р0Т0{ 1 + 0.01ао)/100 + РуТу{\ + О.Окг^/ЮО (.1)

где Р0,Ру- плотности ткани по основе и по утку; Т„,Ту- линейные плотности основных и уточных нитей; а0,ау- уработки основных и уточных нитей в ткани.

Отношение высот волн изгиба основы и утка У гус'010

где Е01с,Еу1у - изгибные жесткости нитей основы и нитей утка; ЕВ,ЕУ- модули упругости нитей основы и утка; 10,1у - моменты инерции сечений нитей основы и утка.

Порядок фазы строения ткани

= ^ (3)

ф + \

Расчет изгибной жесткости целесообразно проводить по методике, предложенной на кафедре механической технологии волокнистых материалов МГТУ им.А.Н.Косыгина. При использовании в основе и утка одинаковых нитей отпадает необходимость в определении изгибной жесткости, так как в формуле они сокращаются.

Размеры сечений эллипсов нитей в ткани (обычно их называют диаметрами нитей по горизонтали и вертикали) определяются по следующим формулам: диаметр основы по горизонтали = й0ког ; диаметр основы по вертикали а„ = £/„к0. ; диаметр утка по горизонтали с!уг = ; диаметр утка по вертикали ¿у. = ¿Л. ; ¿о ~ 0Дсол/0,1Го - условный диаметр нити основы; (1у = 0,1су ^0,17^, -условный диаметр нити утка; с„,су- коэффициенты, определяющие вид волокнистого состава нитей основы и утка: к„к„ коэффициенты изменения диаметров нитей основы в ткани по горизонтали и вертикали; коэффициенты изменения диаметров нитей утка в ткани по горизонтали и вертикали.

Для однослойных тканей выполняется следующее условие:

= (4)

Для ткани полотняного переплетении уработка основных нитей равна:

а ^ -100/Ру + ^(100/Ру)2 + (¡1

а° ^(100/Р^)2 + А02

Для ткани полотняного переплетения уработка уточных нитей равна

д -т/рс+роо/ра)г + ^

Записывая систему уравнений на ЭВМ, задача решается численными методами. В результате расчетов были спроектированы ткани, характеристика которых представлена в таблице. При расчетах коэффициенты изменения диаметров нитей брались, исходя из анализа микросрезов, выработанных ранее тканей: ког-1,2; ков=0,75; куг=1,15; кув=0,82.

Для спроектированных тканей определены остальные параметры их строения: диаметры нитей основы и утка по горизонтали и вертикали, высоты волн изгиба основы и утка, уработки основных и уточных нитей.

Зная параметры строения тканей и свойства используемых нитей, проведен расчет натяжения основы и утка в зоне формирования ткани, который проводился с помощью линейной теории изгиба упругих стержней. В работах, проводимых на кафедре ткачества МГТУ им.А.Н.Косыгина доказана правомерность использования линейной теории изгиба для большинства однослойных тканей. При использовании линейной теории изгиба получаются более простые выражения и ими удобно пользоваться при инженерных расчетах. Для расчетов использованы следующие соотношения;

где натяжение основы и утка в зоне формирования ткани; Р„,РУ-

плотности ткани по основе и по утку; Е01с,Еу,1у- изгибные жесткости нитей основы и утка; Е„,ЕУ- модули упругости нитей основы и утка; 1„1у- моменты

инерции сечения нитей основы и утка.

Номер образца, переплетение ткани Состав пряжи Поверхностная плотность ткани, г/м2 Линейная плотность, текс Плотность ткани, нит/дм

основа уток основа уток

Образец 1 Полотно Русар/Ье1шп§ РК30%/70% 245 30x2 30x2 170 200

Образец 2 Полотно Русар/Ьегшг^ РЯ50%/50% 247 30x2 30x2 170 200

Образец 3 Полотно Русар/Ьегшгщ РЯ70%/30% 249 30x2 30x2 170 200

Образец 4 полотно Русар, 100% 243 30x2 30x2 220 260

Образец 5 Полотно Русар/РпЛех-М 30%/70% 237 30x2 30x2 170 200

Образец 6 Полотно Русар/ Ргс^ех-М 50%/50% 230 30x2 30x2 170 200

Образец 7 Полотно Русар, 100% 243 30x2 30x2 175 205

Образец 8 Полотно Русар/Рго1ех-С/поли-эфир15%/40%/45% 121 30x2 30x2 95 95

Образец 9 полотно полиэфир/Рпйех-С 50%/50% 119 30x2 30x2 95 95

Образец 10 полотно Русар100% 117 30x2 30x2 95 95

Образец 11 Саржа 1/2 Русар/РпЛех-С/поли-эфир15%/40%/45% 116 30x2 30x2 95 95

Образец 12 Саржа 1/2 полиэфир/РпЛех-С50%/50% 114 30x2 30x2 95 95

Образец 13 Саржа 1/2 Русар 100% 112 30x2 30x2 95 95

При расчете задавались отношением натяжения нитей основы и утка. Ранее проведенные исследования показали, что в процессе формирования элемента ткани на станке СТБ это отношение можно взять равным 1,25.

Но на ткацком станке заправочное натяжение основы устанавливается для зоны «скало - ламели». Исследования, проведенные на кафедре ткачества Московского государственного текстильного университета имени А.Н.Косыгина при помощи различных методов, в том числе и при помощи тепловизоров, дали следующую картину. Если принять натяжение основы в зоне «навой - скало» за 100%, то в зоне «скало - ламели» оно составляет 120-125%, в зоне «ламели - ремиз» - 160 -180%, в зоне «ремиз - опушка ткани» - 190220%. Кроме того установлено, что натяжение основы при прибое на 50-60% больше заправочного натяжения, а натяжение при полном открытии зева на 4045% больше заправочного натяжения. Исходя из этого, принимаем, что заправочное натяжение основы в зоне «скало - ламели» будет составлять 40% от натяжения основы при прибое у опушки ткани [120/(200 х 1,5) хЮО].

Одним из основных понятий развивающегося во времени феноменологического процесса разрушения является долговечность - время, необходимое для разрушения образца при постоянном напряжении. При исследовании долговечности материала испытывают несколько одинаковых образцов при различных напряжениях и устанавливают время, необходимое для разрушения каждого образца.

Любой критерий прочности предполагает знание параметров долговечности b и В. При исследовании долговечности испытывают образцы материала при статической нагрузке и устанавливают время, необходимое для их разрушения. На основе испытательной машины FP -100/1 разработан способ и создана установка для измерения времени до разрушения нити. Испытанию подвергнута пряжа Русар различной линейной плотности. Каждой г'-ой величине нагрузки соответствуют 30 опытов, и приведенные величины долговечности вычислены как средние из 30 повторностей. Напряжения а в ГПа определены

по формуле а-^р, где р - плотность пряжи, г/см3.

Проведена оценка напряженности изготовления арамидных тканей. В этом случае используются критерии длительной прочности, который позволяет оценить напряженно-деформированное состояние нитей на ткацком станке. В нашей работе использован критерий В.Москвитина. Коэффициент повреждаемости нити основы можно рассчитать по следующей формуле:

», = (и+1

' [ff(r)1 (8)

В работе использован степенной закон, связывающий напряжение нити и время разрушения: t = Ba'b (9)

С учетом степенной зависимости критерий Москвитина принимает

следующий вид: ц = J(/ - г)ст(1+"14 (г)</г

Коэффициент повреждаемости может быть рассчитан по следующим формулам:

при постоянном напряжении - т\=-!-

В" (П)

Расчеты коэффициента повреждаемости показали, что исследуемые ткани можно выработать на современном ткацком станке.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям натяжения основы и утка. Проведен выбор датчиков омического сопротивления для измерения натяжения основных и уточных нитей при изготовлении арамидных тканей на бесчелночном ткацком станке СТБ.

Основными особенностями изменения натяжения основы на ткацких станках являются следующие: характер изменения натяжения основы, пробранной в одну ремизку, повторяется через число прокидок, равным раппорту ткани по утку; характер изменения среднего натяжения нитей основы практически повторяется через каждую прокидку; натяжение основных нитей, пробранных в первые ремизки, больше натяжения нитей основы, пробранных в последние ремизки; величина заправочного натяжения нитей основы, пробранных в различные ремизки, примерно одинакова; натяжение нитей основы при прибое превышает натяжение нитей при полном открытии зева; процесс прибоя уточной нити к опушке ткани вызывает колебания натяжения нитей.

Получена статистика натяжения утка при его прокладывании в зеве, определены значения натяжения утка: заправочное, при разгоне, при проклыва-нии в период сматывания нити с паковки и в период действия уточного тормоза. Расчетные и экспериментальные данные дают хорошие результаты.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям свойств и строения арамидных волокон, пряжи, тканей, бронепакетов и бронепанелей. Защита человека от неблагоприятного внешнего воздействия является сложной инженерной задачей, поскольку в реальной ситуации человек одновременно подвергается воздействию не одного, а нескольких поражающих факторов, определены требования, предъявляемые к физико-механическим и теплофизиче-ским показателям материала верха боевой одежды пожарного.

Определены показатели арамидной пряжи и регенерированных параара-мидных волокон: линейная плотность, относительная разрывная нагрузка, разрывное удлинение, кислородный индекс, равновесное влагосодержание, длина резки волокна, потеря массы при при температуре 400°С в течение 30 минут.

При исследовании физико-механических показателей суровых тканей, выработанных из регенерированного арамидного волокна, определялись поверхностная плотность ткани, плотности ткани по основе и по утку, разрывные нагрузки и удлинения, сопротивление раздиранию при обычных и условиях и после воздействия температуры 300°С в течение 5 минут.

Определены характеристики волокон, используемых при изготовлении смесовых пряж и тканей для специальной защитной одежды, характеристики смесовых пряж, изготовленных из регенерированного волокна Русар и волокна Ьегшг^ БЯ, характеристики смесовых пряж, изготовленных из регенерированного волокна Русар и волокна РгсЛех-М, характеристики тканей, изготовлен-

и

ных из регенерированного волокна Русар и волокна Lenzing FR, характеристики тканей, изготовленных из регенерированного волокна Русар и волокна Protex-M.

В работе определены характеристики волокон, используемых для изготовления тканей для повседневной одежды спасателей, состав и характеристики пряжи для повседневной одежды спасателя.

Проведенные исследования показали, что баллистическая стойкость тканей выработанных из регенерированных арамидных штапельных волокон лишь на 16,5% ниже баллистической стойкости тканей, изготовленных из пара-арамидных комплексных нитей. Эти результаты были получены на тяжелых тканях с поверхностной плотностью 340-420 г/м2 и вызвали оживленную дискуссию среди специалистов-баллистиков о механизме разрушения защитного пакета при воздействии поражающего элемента. Было признано, что основная часть кинетической энергии пули или осколка рассеивается за счет взаимного перемещения нитей и волокна под воздействием баллистического снаряда. Исходя из этого, а также принимая во внимание, что с увеличением количества слоев ткани в пакете баллистическая стойкость последнего растет, было принято решение повторить серию испытаний на облегченных тканях.

Разработанные ткани из регенерированного арамидного волокна прошли натурные испытания при создании внутренней противоосколочной защиты экипажей бронированной техники.

Основными критериями, определяющими выбор материала в качестве противоосколочной защиты, являются следующие: удельная баллистическая стойкость (баллистическая стойкость защиты, отнесенная к ее весу); огнестойкость; теплостойкость (стабильность характеристик во всем диапазоне рабочих температур); количество и токсичность дыма при возгорании; технологичность материала при монтаже внутренней защиты; возможность использования материала защиты в качестве несущих элементов конструкции; доступность материала на внутреннем рынке; цена.

Для повышения конкурентоспособности текстильных бронепакетов и баллистических композитов на основе арамидных комплексных нитей было предложено часть слоев ткани из комплексной нити Русар заменить на ткань из пряжи арамидной, изготовленной из регенерированного волокна Русар.

Были изготовлены текстильные бронепакеты различной поверхностной плотности из комплексной нити и текстильные бронепакеты с применением тканей из регенерированного арамидного волокна, а также композитные бронепакеты из комплексной нити и композитные бронепакеты с применением тканей из регенерированного волокна.

Представлены результаты баллистических испытаний текстильных бронепакетов, которые проводили путем обстрела защитного пакета шариком 1,03 г.: пакет из комплексных нитей Русар, пакет с тканью из регенерированного арамидного волокна. Замена части комплексной нити на пряжу из регенерированного арамидного волокна ведет к снижению защитных характеристик текстильного бронепакета, однако с увеличением поверхностной плотности пакета это снижение уменьшается.

Представлены результаты снижения баллистической стойкости

панели, изготовленной из комплексной нити по сравнению с баллистической стойкостью пакета из комплексной нити, а также снижение баллистической стойкости панели, изготовленной из регенерированного арамидного волокна по сравнению с пакетом из регенерированного арамидного волокна в зависимости от поверхностной плотности защитного элемента. С увеличением поверхностной плотности различие в защитных характеристиках текстильных пакетов из комплексной нити и из регенерированного арамидного волокна уменьшается; разница в защитных характеристиках композитных панелей из комплексной нити и регенерированного арамидного волокна не меняется; разница в защитных характеристиках текстильного пакета из комплексной нити и композитной панели из комплексной нити слабо возрастает; разница в защитных характеристиках текстильного пакета из регенерированного арамидного волокна и композитной панели из регенерированного арамидного волокна возрастает.

В испытательной лаборатории ОАО «НИИ Стали» были проведены испытания 8,75 мм брони «усиленной» двумя текстильными бронепакетами, изготовленными из ткани из регенерированного арамидного волокна (рис. 1) и одним текстильным бронепакетом и композитной бронепанелью, также изготовленными из ткани из регенерированного арамидного волокна (рис.2).

ваши

. 1

Рисунок 1 Рисунок 2

В первом случае - результат: непробитие. Сердечник не раздроблен (расколот на 2 части). Образование срезанной пробки. Осколки (10 грамм) остановлены: 60% первыми 50% первого пакета, 40% вторыми 40% первого пакета. Итог: поверхностная плотность подбоя, остановившая 100% поражающих элементов, составила 4,5 кг на 1 кв.м.

Во втором случае - Результат: непробитие. Сердечник раздроблен на часта. Образование срезанной пробки. Осколки (8,5 грамм) остановлены: 100% первыми 50% первого пакета. Итог: поверхностная плотность подбоя, остановившая 100% поражающих элементов, составила 2,5 кг на 1 кв.м.

Использование предложенной защиты решает проблему защиты экипажа бронированного автомобиля и позволяет снизить вес автомобиля на 200-300 кг по сравнению с монолитной броней.

Использование регенерированного арамидного волокна в качестве исходного материала для изготовления текстильных бронепакетов и композитных бронепанелей приводит к существенному снижению стоимости бронирования. Текстильный бронепакет и композитная бронепанель, изготовленные из реге-

нерированного арамидного волокна, имеют меньшую стоимость даже по сравнению с композитом из полипропиленовых волокон, обладая при этом несравнимо более высокими огне- и термостойкостью.

Пятая глава посвящена разработке технологических параметров изготовления спроектированных тканей.

Технологические параметры изготовления тканей определяют уровень обрывности нитей на ткацком станке, напряженность его заправки, качество ткани. Качество ткани определяется как структурой полотна, так и физико-механическими свойствами.

Важным показателем правильности технологического процесса является обрывность нитей основы и утка на ткацком станке. Обрывность нитей в ткачестве может служить одним из важных показателей уровня технологии и организации производства. Большая обрывность основных и уточных нитей ухудшает качество продукции и снижает производительность груда. Значительная часть рабочего времени ткача затрачивается на ликвидацию обрыва. Наблюдения за обрывностью нитей на ткацком станке показывает, что ее величина невысокая, она обеспечивает требуемую производительность оборудования.

В приложении приведен акт о внедрении результатов работы и программы расчета параметров на ЭВМ.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен метод проектирования арамидных тканей на основе вторичных регенерированных материалов по заданной поверхностной плотности с учетом порядка фазы их строения с использованием современных информационных технологий.

2. Спроектированы 13 новых облегченных тканей из арамидной пряжи 30 х 2 текс, полученной из пряжи на основе вторичных регенерированных волокон, с содержанием арамида от 30 до 100% с уменьшенной по сравнению с используемыми для защитной одежды тканями поверхностной плотностью 2 - 2,5 раза.

3. На основе разработанных геометрических моделей строения тканей с использованием линейной теории изгиба упругих стержней проведен расчет параметров строения тканей и технологических параметров в зоне их формирования на бесчелночных ткацких станках СТБ.

4. Проведен расчет заправочного натяжения основы в наиболее доступной зоне для экспериментирования «скало - ламели» и натяжения утка в наиболее доступной для экспериментирования зоне перед компенсатором.

5. С учетом степенной зависимости между временем нагружения и напряжением, возникающим в нити, определены параметры долговечности пряжи Русар с вложением арамидного компонента от 30 до 100%.

6. На основе использования критерия длительной прочности В.В.Москвитина проведен расчет повреждаемости нитей основы, как более нагруженных на ткацком станке, и доказана возможность их переработки в спроектированные ткани на бесчелночном ткацком станке СТБ

7. Экспериментальные исследования натяжения нитей основы и утка ПОЗВОЛИЛИ установить распределение натяжения нитей в основные периоды тка-

неформирования, что необходимо для оценки напряженности заправок ткацких станков и установки оптимальных технологических параметров.

8. С учетом требований, предъявляемых к физико-механическим и теп-лофизическим показателям материала верха боевой одежды пожарного изготовлены ткани с содержанием арамидного волокна 30 -100 % и исследованы физико - механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

9. Предложены и изготовлены новые облегченные арамидные ткани для повседневной одежды спасателя, исследованы физико - механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

10. Исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей с поверхностной плотностью до 130 г/м2, проведено сравнение показателей предлагаемых тканей с тканями с поверхностной плотностью 350 - 400 г/м2, и показана их высокая эффективность.

11. Проведены баллистические испытания защитных пакетов, изготовленных из ткани из комбинированных нитей, предложенных в работе, показавшие эффективность их использования.

12. Получены зависимости скорости проникновения пули от поверхностной плотности бронепакета и бронепанели и показана эффективность использования предложенных тканей.

13. Получена зависимость снижения характеристик защитных элементов в зависимости от поверхностной плотности изделия, что позволяет эффективно определять рациональные структуры бронепакетов и бронепанелей.

14.Использование регенерированного арамидного волокна в качестве исходного материала для изготовления текстильных бронепакетов и композитных бронепанелей приводит к существенному снижению стоимости бронирования.

15. Использование предложенной защиты решает проблему защиты экипажа бронированного автомобиля и позволяет снизить вес автомобиля на 200300 кг по сравнению с монолитной броней.

16. Предложены технологические параметры спроектированных 13 облегченных арамидных тканей из вторичных регенерированных волокон.

17. Экономический эффект от внедрения результатов работы на ООО «Арамид» в 2011 году составил 980 тыс.руб.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. При проектировании тканей из вторичной арамидной пряжи необходимо учитывать поверхностную плотность ткани, ее порядок фазы строения и прочностные показатели.

1. Для оценки напряженности заправок ткацких станков целесообразно использовать метод расчета повреждаемости основных нитей с использованием критерия длительной прочности В.Москвитина

3. Для расчета рационального строения тканей целесообразно использовать предложенную методику на основе линейной теории изгиба упругих стрежней.

4. Для прогнозирования заданных структур бронепакетов необходимо использовать математические модели их защитных свойств в зависимости от поверхностной плотности.

5. С целью получения тканей с наилучшими физико-механическими показателями и наименьшей обрывностью на ткацком станке необходимо установить предложенные технологические параметры:

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Алексей И. Слугин, Андрей И. Слугин Исследование влияния вида переплетения ткани на натяжение нитей основы в процессе изготовления арамид-ных тканей из пряжи, полученной из вторичных материалов. Известия вузов. Технология текстильной промышленности., 2010, №3

2. А.И.Слугин, О.В.Парфенов, H.A. Николаева, Б.М.Фомин. Исследование баллистических свойств тканей. Известия вузов. Технология текстильной промышленности., 2011, №4

3. А.И.Слугин, С.Д.Николаев, Б.М.Фомин, А.С.Николаев. Исследование баллистических свойств тканевых бронепакетов. Известия вузов. Технология текстильной промышленности., 2011, №6.

4. А.И.Слугин И.В.Слугин, Б.М.Фомин, С.Д.Николаев. Исследование и анализ баллистических свойств тканей. Текстильная промышленность, 2011, №6-7.

5. А..И.Слугин, С.Д.Николаев. Исследование свойств тканей для защитной одежды. Сборник научных трудов аспирантов. МГТУ им.А.Н.Косыгина, 2011.

6. А.И.Слугин А.И., С.Д.Николаев, Б.М.Фомин. Разработка тканей для защитной одежды. Сборник научных трудов, посвященный 100-летию со дня рождения ПВ.Власова, МГТУ им.А.Н.Косыгина, 2011 г.

7. Слугин Андрей И., Слугин Алексей И., Слугин И.В. Разработка технологии производства тканей для специальной защитной одежды из регенерированных пара-арамидных волокон. Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении, Москва, ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2011. Вып. 1(160)-2(161).

8. Патент РФ на изобретение № 2264484 от 11.02.2004 г. «Способ получения волокон из вторичного сырья» Слугин Ал.И., Слугин Ан.И., Слугин И.В.

9. Патент РФ на изобретение №2338016 от 23/03/2007 «Защитная ткань» Михайлова М.П., Мальков JI.A., Слугин Ал.И., Шаблыгин М.В., Слугин И.В., Слугин Ан.И.

10. А.И.Слугин, О.В.Парфенов, С.Д.Николаев. Оптимизация изготовления тканей из арамидной пряжи. Тезисы международной научно-техн.конф. «ТЕКСТИЛЬ-2008», Москва

11. Е.Ф.Харченко, А.И.Слугин. Композитные материалы на основе дискретных арамидных волокон. Материалы докладов научно-технической конференции «Применение нанотехнологий и композитов в средствах защиты и других отраслях техники». Черногория, 2008.

12. Слугин А.И., Николаев С.Д. Разработка метода проектирования тканей специального назначения из арамидной пряжи, полученной на основе вторичных материалов. Тезисы международной научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ-2009», Москва

13. Слугин А.И., Парфенов О.В. Николаев С.Д. Разработка метода проектирования тканей, полученных из углеродной пряжи. Всероссийская научно-техничесая конференция <<ТЕХТЕКСТИЛЬ-2010>>, Димитровград.

14. Андрей И.Слугин, Алексей ИСлугин. Исследование натяжения нитей основы в процессе изготовления арамидных тканей с длинными перекрытиями из пряжи, полученной из вторичных материалов. Тезисы международной науч-но-техн.конф. «ТЕКСТИЛЬ-2010», Москва

15. В.Г.Бова, А.И.Слугин, А.Ю.Кутюрин, А.В.Бова, И.В.Слугин. Баллистические ткани на основе арамидного штапельного волокна. Тезисы докладов XI Международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты». г.Хотьково Московской обл., 2010.

16. А.И.Слугин. Разработка тканей для защитной одежды. Международная научно-техническая конференция «ПОИСК-2011», Иваново.

17. А.И.Слугин, И.В.Слугин, С.Д.Николаев, Б.М.Фомин. Анализ свойств тканей из параарамидной пряжи. Материалы международной научной конференции «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности», 2011, Витебск

18. А.И.Слугин, Б.М.Фомин, С.Д.Николаев. Анализ баллистических свойств тканей, выработанных из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов. Тезисы международной научно-технической конференции «ТЕКСТИЛЬ-201 1», Москва

Подписано в печать 06.02.12 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печл. 1,00 Заказ 32 Тираж 80 ФГБОУ ВПО «МГТУ имени А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

61 12-5/1655

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕКСТИЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени А.Н. Косыгина»

РАЗРАБОТКА НОВЫХ ОБЛЕГЧЕННЫХ АРАМИДНЫХ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНЫХ РЕГЕНЕРИРОВАННЫХ ВОЛОКОН И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.19.02 Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

СЛУГИН АНДРЕИ ИВАНОВИЧ

На правах рукописи

Диссертация

на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

НИКОЛАЕВ СЕРГЕЙ ДМИТРИЕВИЧ

(Ь.флюоА

Москва-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................................................4

Глава 1. Состояние вопроса.......................................................................................................................8

1.1 Литературный обзор.........................................................................................................................8

1.1.1 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных волокон................................................................................................................................................8

1.1.2 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных арамидных волокон.........................................................................................................................Ю

1.1.3 Анализ работ по изучению напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке в процессе тканеформирования.........................................................................................19

1.1.4 Анализ работ по изучению взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами.....................................................................................................22

1.1.5 Анализ работ, посвященных исследованию свойств и строения тканей...........................27

1.1.6 Анализ работ, посвященных проектированию тканей.........................................................31

1.2 Цель и задачи исследования.........................................................................................................42

Выводы по главе 1................................................................................................................................43

Глава 2. Теоретические исследования. Прогнозирование технологии изготовления тканей облегченных структур на современном оборудовании........................................................................44

2.1 Проектирование тканей по заданной поверхностной плотности..............................................44

2.2 Расчет натяжения основы и утка в зоне формирования ткани на основе линейной теории изгиба.....................................................................................................................................................51

2.3 Оценка напряженности изготовления ткани на ткацком станке................................................63

Выводы по главе 2................................................................................................................................69

Глава 3. Экспериментальные исследования. Исследование натяжения основы и утка....................70

3.1 Выбор датчиков для исследования...............................................................................................70

3.2. Исследование натяжения нитей основы за цикл работы ткацкого станка..............................73

3.3. Влияние заправочного натяжения основы на натяжение основы в различные периоды тканеформирования.............................................................................................................................76

3.4. Исследование натяжения уточных нитей....................................................................................78

Выводы по главе 3................................................................................................................................81

Глава 4. Экспериментальные исследования..........................................................................................82

4.1. Разработка тканей для боевой одежды пожарного...................................................................82

4.2. Разработка тканей для изготовления повседневной одежды спасателя...............................100

4.3 Разработка и исследование баллистических тканей.................................................................103

Выводы по главе 4..............................................................................................................................117

Глава 5. Технологические параметры изготовления спроектированных тканей.............................118

Выводы по главе 5..............................................................................................................................128

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.................................................................................................................128

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ.................................................................................................................130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................................................................................138

ВВЕДЕНИЕ

Для защиты человека от различных поражающих факторов, таких как высокая температура, открытое пламя, пуля, осколок, существуют принципиально два подхода:

- использование защитных тканей, изготовленных из специальных волокон,

использование защитных тканей, изготовленных из обычных волокон, подвергнутых дополнительной обработке.

В настоящее время в нашей стране для производства защитной одежды используются, как правило, ткани, изготовленные из хлопка и (или) полиэфирных волокон и подвергнутые различным пропиткам. Целью нанесения на ткань различных составов является придание тканям формоустойчивости и улучшение таких потребительских свойств, как грязеотталкивание, маслоотталкивание, водоотталкивание, огнестойкость. Очень часто при выборе ткани определяющую роль играет цвет ткани.

Такой подход к выбору тканей для защитной одежды связан с «насаждением» в нашей стране европейских стандартов и не учитывает реального положения дел в области обеспечения безопасности труда, а именно:

- несоблюдение сроков носки и замены спецодежды;

- отсутствие пунктов химической чистки одежды;

- использование одного комплекта одежды при выполнении различных работ;

- отсутствия резервного фонда спецодежды.

Все это приводит к преждевременной утрате защитной одеждой первоначальных защитных характеристик и способствует повышению травматизма при выполнении тех или иных работ.

Кроме того, стоимость спецодежды, изготовленной из специально

подготовленных материалов, практически сравнима со стоимостью

4

спецодежды, изготовленной из специальных волокон, защитные характеристики которых обусловлены химическим строением и структурой исходных полимеров.

Учитывая эти аспекты, а так же возрастающую ответственность за жизнь и здоровье сотрудника работодатели все чаще предпочитают обеспечивать работников спецодеждой, изготовленной из специальных волокон. Этому способствует и принятие законодательных актов в области охраны труда, таких как ГОСТ Р 53264-2009 «Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного» [1], ГОСТ Р 12.4.234-2007 «Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги» [2] и др.

Под специальными волокнами в этом случае понимают с одной стороны обычные волокна, модифицированные в процессе их изготовления путем введения в структуру волокна специальных мономеров и (или) антипиренов, а с другой стороны, волокна, высокие защитные характеристики которых обусловлены химическим составом и структурой полимера, из которого произведено волокно.

К первым можно отнести Lenzing FR (Ленцинг, Австрия), Protex-M(C) (Канека, Япония), ко вторым - Kevlar, Nomex (Дюпон, США), Twaron, Technora, Копех (Тейджин Арамид, Япония), СВМ, Русар (Каменскволокно, Россия), Kennel (Кермель, Франция), Арселон (Светлогорскхимволокно, Белоруссия), NewStar (Янтай, Китай), Heracron (Колон, Корея) и другие.

Каждое из этих волокон имеет свои достоинства и свои недостатки. Общим же для всех их является высокая цена, особенно у арамидных волокон, обладающих уникальными защитными свойствами и наиболее подходящих для производства специальной защитной одежды.

Это обстоятельство заставляет по-другому смотреть на проблему использования вторичного арамидного волокна и тканей, выработанных на его основе, а задача разработки облегченных арамидных тканей и

технологических параметров их изготовления является актуальной.

5

Данная работа посвящена разработке ассортимента новых облегченных арамндных тканей на основе регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления, которые используются для производства боевой одежды пожарного и предлагаются к использованию для производства повседневной одежды спасателя и противоосколочной защиты экипажей бронированных машин.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

- теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на современном отечественном технологическом оборудовании с использованием критерия длительной прочности Москвитина;

- предложен новый метод проектирования арамидных тканей по заданным поверхностной плотности и порядку фазы строения ткани;

- определены заправочные натяжения основы и утка в зависимости от параметров структуры спроектированных тканей для изготовления их на бесчелночных ткацких станках СТБ;

- установлена взаимосвязь между защитными свойствами бронепакетов, изготовленных из спроектированных тканей, и их поверхностной плотностью;

- впервые в комплексе проведены баллистические испытания арамидных тканей из регенерированного арамидного волокна, бронепакетов и бронепанелей.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- спроектированы новые облегченные ткани из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, обладающие необходимыми свойствами;

- разработана технология изготовления облегченных арамидных тканей на современном технологическом оборудовании;

- исследованы основные свойства и параметры строения исследуемых тканей, что позволяет прогнозировать их дальнейшее использование в различных конструкциях;

- исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей;

- результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Литературный обзор

Все работы, наиболее тесно связанные с темой исследования, рассматривались по следующим направлениям:

- работы по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных волокон;

- работы по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных арамидных волокон;

- работы по изучению напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке;

- работы по изучению взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами;

- работы по методам проектирования тканей

- работы по изучению свойств и строения тканей;

1.1.1 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных волокон

Повторному использованию отходов производства, образующихся при наработке нитей, тканей, швейных и трикотажных изделий всегда уделялось много внимания. Процесс вовлечения в оборот вторичных сырьевых ресурсов, как правило, состоит из следующих стадий:

- сбор отходов и их сортировка по видам;

- подготовка рассортированных отходов к разволокнению - резка, эмульсирование, вылеживание;

- многостадийное разволокнение с помощью набора щипальных и концервальных машин, с помощью ультразвукового или электроразрядного воздействия;

- фракционирование полученной волокнистой массы на волокна различной длины с целью использования последних в конкретных технологических процессах;

- предварительный прочес полученного при фракционировании волокна для подготовки его к смешиванию с первичным волокном.

Набор перечисленных технологических операций часто называют

процессом регенерации (восстановления) отходов. Проблема регенерации

обычных волокон впервые в нашей стране была систематизирована и

изложена в отдельной монографии Гусевым В.Е. [3]. В дальнейшем процессы

регенерации различных классов волокон были исследованы многими

учеными и изложены в нескольких работах. Так в работе Сапрыкина Д.Н. [4]

подробно изложены процессы восстановления хлопкового волокна, описаны

особенности этих процессов и предложено технологическое оборудование

для их осуществления. В работе Фроловой И.В. [5] разработана технология и

оборудование для регенерации волокон из плоского текстильного материала,

в том числе подвергнутого пропиткам текстильно-вспомогательными

веществами. Эти и другие подобные работы, посвященные, в основном,

решению проблем ресурсосбережения и экологии показывают, что волокна,

полученные в процессе регенерации текстильных отходов, могут быть

использованы для выработки тканей и трикотажных полотен. В работе

Чекановой И.А. [6] рассмотрены проблемы проектирования, изготовления и

исследования тканей на основе регенерированных хлопковых волокон.

Используя критерий длительной прочности Бейли, автор исследовал

напряженно-деформированное состояние нитей основы в процессе

тканеформирования и доказал возможность выработки хлопковых тканей из

пряжи на основе регенерированных отходов. По результатам испытаний на

длительную прочность автором разработан новый метод определения

параметров кинетической теории прочности, позволяющий установить

взаимосвязь между прилагаемой нагрузкой, ее характером и временем

действия. По результатам испытаний нитей на релаксацию напряжений с

9

использованием теории наследственной вязкоупругости Больцмана -Вольтерра определены вязкоупругие параметры хлопчатобумажной пряжи из регенерированных отходов. Установлено, что релаксационные процессы в пряже на основе регенерированных отходов протекают медленнее, чем в пряже, полученной по обычной технологии. В ходе измерения натяжения нитей основы по ширине заправки показано, что натяжение основы имеет значительную неравномерность. Также установлено, что механические и гигиенические свойства пряжи на основе регенерированных отходов несколько хуже, чем у ткани, выработанной по обычной технологии.

1.1.2 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных арамидных волокон

Арамидные волокна - это волокна, макромолекулы которых состоят исключительно из ароматических циклов, соединенных друг с другом амидными группами.

Принципиально арамидные волокна делятся на пара-арамидные и мета-арами дные.

Пара-арамидные волокна характеризуются высокой прочностью, высоким модулем упругости и низким удлинением, высокими термо-, и теплостойкостью, высокой устойчивостью к огню.

Мета-арамидные волокна характеризуются высокой устойчивостью к огню, относительно низкой прочностью, но высоким удлинением, высокой термо- и теплостойкостью и относительно высоким влагопоглощением. Таким образом, у каждой из этих групп есть свои достоинства и в соответствии с этим свои области применения

Если пара-арамидные волокна работают в условиях высокой нагруженности (корпус двигателя ракеты, бронежилет, корпус газовой центрифуги, тормозной шланг автомобиля), то мета-арамиды работают в мягких условиях, выполняя при этом чрезвычайно важную задачу - защиту

человека (защиту от огня, брызг расплавленного металла, электрической дуги, режущего предмета).

. На рисунке 1.1 схематично представлена структура пара-арамидного волокна, а на рисунке 1.2 - структура мета-арамидного волокна.

Рисунок 1.1 - Структура макромолекулы пара-арамидного волокна

Рисунок 1.2 - Структура макромолекулы мета-арамидного волокна

Кроме того существуют волокна, в макромолекулах которых одновременно присутствуют пара- и мета-мономеры, но они не получили широкого распространения хотя и представляют определенный интерес для производителей защитной одежды.

Сегодня существуют две принципиально разные схемы получения пара-арамидных волокон:

- первая основана на синтезе поли-парафенилентерефталамида и получении высокопрочных волокон из концентрированных растворов полимера в серной кислоте методом высокоскоростного сухо-мокрого формования; по этой технологии производят свои волокна Дюпон (Кевлар), Тейджин Арамид (Тварон), Колон (Херакрон).

- вторая схема основана на синтезе гетероциклического пара-арамида и пара-сополи-арамида с получением высокопрочных волокон из низкоконцентрированных растворов в органическом растворителе методом мокрого или сухо-мокрого формования; эта схема лежит в основе производства отечественных волокон СВМ, Армос, Русар, Русар-С и, по нашему мнению, в основе производства волокна Технора; среди названных СВМ является гомо-полимером, а Армос, Русар, Русар-С и Технора представляют собой со-полимеры.

У каждого из применяемого для производства пара-арамидных волокон процесса есть свои преимущества:

- сернокислотный способ дешевле, производительней, но дает ниже физико-механические характеристики волокна;

- способ, основанный на органическом растворителе многократно затратнее, но характеристики получаемого волокна здесь гораздо выше. Мета-арамидные волокна синтезируются и формуются каждое по своей схеме и имеют свой набор характеристик. В таблице 1.1 представлены некоторые характеристики арамидных волокон. Эта информация собрана из рекламных проспектов производителей этих волокон.

Таблица 1.1- Свойства арамидных волокон

Волокно Относительная разрывная нагрузка, сН/текс Модуль упругости, ГПа Удлинение при разрыве, % Т