автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка оптимальных технологических параметров изготовления тканей на основе вторичной арамидной пряжи

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ ВТОРИЧНОЙ АРАМИДНОЙ ПРЯЖИ

05.19.02 Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой кандидата технических нау

Москва 2008 г.

003449932

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Николаев Сергей Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Малецкая Светлана Владимировна

кандидат технических наук, доцент Руденко Людмила Геннадьевна

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия»

Защита состоится

' '' 2008 г. в//£-у часов на заседании диссертационного совета Д212.139.02 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина» по адресу: 119071, г.Москва, ул.Малая Калужская, д. 1

С диссертацией молото ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н.Косыгина»

Автореферат разослан

2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

Доктор технических наук, профессор /р/ Ю.С.Шустов

АННОТАЦИЯ РАБОТЫ

Работа посвящена разработке новых тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, предназначенных для пошива одежды работников, работающих в экстремальных ситуациях.

Проанализированы свойства используемой пряжи. На основе использования критерия длительной прочности В.Москвитина на аналитическом уровне доказана возможность изготовления данных тканей на бесчелночных ткацких станках СТБ.

На основе нелинейной теории изгиба стержней проведены расчеты, позволяющие изготовить ткани заданного строения с необходимой высотой волны изгиба в зависимости от технологических параметров, параметров заправки и свойств используемых нитей.

Проанализировано влияние вида переплетения тканей из вторичной арамидной пряжи на условия формирования, строение и свойства вырабатываемых тканей. '

Получены математические модели влияния технологических параметров и параметров заправки ткани на основные свойства и параметры строения тканей, построены сечения поверхностей отклика и пространственные модели, что позволяет прогнозировать качество вырабатываемых тканей.

Проведены испытания антирекошетных тканевых пакетов, изготовленных из арамидных тканей. Определены оптимальные технологические параметры изготовления тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных арамидных материалов, с заранее заданными свойствами. Результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ:

1. Результаты аналитических исследований по установлению взаимосвязи между технологическими параметрами и параметрами строения тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, на основе нелинейной теории изгиба упругих стержней.

2. Расчеты по прогнозированию возможности изготовления исследуемых тканей на основе критерия длительной прочности Бейли.

3. Математические модели для расчета технологических параметров изготовления арамидных тканей, их свойств и строения.

4. Разработанные структуры арамидных тканей, обладающих заданными свойствами и предназначенных для пошива одежды работников, работающих в экстремальных и чрезвычайных ситуациях.

5. Технологию изготовления арамидной ткани из пряжи, полученной из регенерированных пара-арамидных волокон;

6. Технологию подготовки вторичной арамидной пряжи для получения технических тканей;

7. Результаты баллистических и физико-механических испытаний арамидных тканей, полученных из вторичной арамидной пряжи.

8. Результаты внедрения работы в промышленности.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для защиты человека от различных поражающих факторов, таких как высокая температура, открытое пламя, пуля, осколок используются всевозможные ткани, которые изготовлены как из специальных волокон, так и из обычных волокон, подвергнутых дополнительной обработке.

У каждого из этих материалов есть свои достоинства и недостатки: материалы, подвергнутые различным дополнительным обработкам, как правило, доступны по цене, но теряют свои защитные свойства в процессе эксплуатации и при стирках;

специальные волокна, защитные свойства которых обусловлены структурой (природой) полимера, как правило, практически не теряют своих характеристик во время эксплуатации, но при этом проигрывают в цене.

Наибольшее распространение при изготовлении специальной защитной одежды получили пара- и мета-арамидные волокна. Пара-арамидные -в баллистике и защитной одежде. Мета-арамидные - в защитной одежде. Однако арамиды - дорогие материалы и это сдерживает их применение в повседневной жизни.

Вместе с тем при производстве средств баллистической защиты (бронежилетов, бронешлемов) образуется большое количество отходов, так называемых межлекальных выпадов, которые являются источником ценного сырья.

Проведенный анализ имеющейся литературы позволил подтвердить актуальность темы, ее практическую ценность и значимость, а также сделать вывод о том, что исследований по выработке технических тканей из вторичной арамидной пряжи не проводилось.

Целью работы является разработка технологии изготовления ткани технического назначения из вторичной арамидной пряжи, разработка ассортимента тканей технического назначения из вторичной арамидной пряжи и исследование параметров строения и свойств этих тканей.

Задачи исследования:

- исследование вязкоупругих параметров используемой вторичной арамидной пряжи;

- установление взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами ее выработки на отечественном ткацком оборудовании;

- оценка напряженности выработки ткани технического назначения из вторичной арамидной пряжи;

- разработка ассортимента тканей технического назначения из вторичной арамидной пряжи;

- разработка технологических параметров изготовления тканей на отечественном ткацком оборудовании.

- получение математических моделей влияния технологических параметров и параметров заправки на условия изготовления, ртроение и свойства тканей.

- оптимизация технологических процессов изготовления тканей различного переплетения из вторичной арамидной пряжи.

Методы исследования:

В работе применены традиционные методы исследования физико-механических характеристик волокон и нитей.

Для исследования поверхности волокон использовалась сканирующая электронная микроскопия.

Для подготовки пряжи к процессу ткачества использовалось обычное и экспериментальное оборудование.

Баллистические испытания проводились с использованием различных поражающих факторов, и результаты оценивались общепризнанным показателем У50 - скоростью, при которой вероятность непробития составляет 50%. д

При оптимизации технологического процесса использовались методы математического планирования эксперимента и комплекс вспомогательных программ для расчета на ЭВМ.

При исследовании натяжения нитей использовалась тензометриче-ская аппаратура. 1

Научная новизна работы:

определены вязкоупругие параметры арамидной пряжи на основе результатов испытаний на разрывной машине с постоянной скоростью деформирования и использованием наследственной теории вязкоуп-ругости;

проведен расчет натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения тканей и свойств применяемых нитей с целью получе-

ния заданной структуры тканей на основе использования нелинейной теории изгиба стержней;

теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на основе использования критерия длительной прочности В.Москвитина;

получены математические модели влияния основных технологических параметров изготовления ткани на натяжение нитей основы в различные периоды тканеформирования, свойства и строение тканей.

Практическая значимость работы:

разработаны новые ткани различного переплетения из арамид-ной пряжи, полученной из вторичных арамидных материалов, обладающие необходимыми свойствами;

разработана технология изготовления тканей различного переплетения из арамидной пряжи, полученной из вторичных арамидных материалов;

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

проведены баллистические испытания полученных тканей; оптимизированы технологические процессы изготовления тканей различного переплетения;

результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

Апробация результатов работы. Результаты работы были доложены:

в 2007 году - на Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2007) г.Москва, на Всероссийской научно-технической конференции «Техтекстиль-2007» г.Димитровград, на Международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты» г.Москва;

в 2008 году - на Межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Поиск-2008» г.Иваново, Международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности» г.Москва, международной научно-технической конференции «Текстиль-2008» в Иваново, межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов КГТУ в Костроме.

По теме диссертации опубликованы 5 статей, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК, 7 тезисов докладов на научных конференциях, имеется 1 патент и 1 положительное решение на изобретение.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 173 страницах, включает 46 иллюстраций и 34 таблиц. Список литературы включает 77 наименований.-Приложения представлены на 19 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, методика научного исследования, научная новизна работы и ее практическая значимость.

В первой главе проведен обзор литературы по исследуемому вопросу. Работы, относящиеся к теме данного исследования, рассматривались по следующим направлениям: исследования по влиянию технологических параметров изготовления тканей на их параметры строения и свойства; работы по изучению напряженно-деформированного состояния нитей основы в процессе ткачества; работы, по оптимизации технологического процесса ткачества; работы по исследованию свойств и строения тканей; работы, исследования по проектированию тканей, работы, работы по изучению пряжи, полученной из регенерированных волокон.

Анализ литературных источников позволил подтвердить актуальность выбранной темы, отметить ее научную значимость и ее практичную ценность. Представлены теоретическая и экспериментальная базы исследования. При исследованиях использовались ткани с различными параметрами заправки и переплетения из арамидной пряжи различной линейной плотности, полученной из вторичных материалов. Арамидные ткани вырабатывались на бесчелночных ткацких станках С1Б. Сформулированы цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям. К исследуемым тканям предъявляются определенные требования. Они должны обеспечивать максимальный уровень защиты в экстремальных условиях, следовательно, должны обладать: высокой прочностью на разрыв; высокой стойкостью к раздвигаемости нитей; равномерным расположением нитей в ткани; безусадочностью; малой теплопроводностью; стойкостью к воздействию температуры и устойчивостью к действию открытого пламени.

Ткань должна быть малодеформируемой, биостойкой, устойчивой к длительным пребываниям в воде, способной долго храниться без изменения свойств и, конечно, быть максимально прочной при минимальной поверхностной плотности.

Ткань из арамидной пряжи очень дорогая. Поэтому необходимо научиться прогнозировать напряженно-деформированное состояние нитей ос-

новы и утка на ткацком станке без проведения экспериментальных исследований.

Вид арамидных пряжи (слева) и нити (справа) показан на рис. 1

Рис.1

В ходе теоретических исследований определены вязкоупругие параметры исходной арамидной пряжи линейной плотности 60 текс, полученной из вторичных арамидных волокон.

Исследования проведены по методике, разработанной на кафедре ткачества МГТУ им. А.Н.Косыгина, суть которой заключается в измерении нагрузки при заданной деформации во времени. Испытания проводились на универсальной разрывной машине ФП-10.

Расчет параметров вязкоупругости проводился по следующим зависимостям:

С (сг2 - ст,) - (О-, - сг°) + С (сг, - сгг)

А= -<У1)сс(а + \)

сг,(а+ Щ'-ОНч-тЖ

Е_ аха{а + 1) Р ЕеАЦ"1-С)Ца +1)

Значения вязкоупругих параметров позволяют рассчитать в дальнейшем напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на

ткацком станке. Значения вязкоупругих параметров (сравнительно большие значения модуля упругости Е и параметра а и небольшое значения параметра А) свидетельствуют о том, что технологический процесс на ткацком станке будет напряженным. Сравнение вязкоупругих параметров пряжи с вязкоупругими параметрами мононитей свидетельствует о том, что релаксационные процессы будут идти несколько интенсивнее в пряже'.

Исследуемые ткани используются для пошива специальной одежды (для бронежилетов, для пожарных), поэтому они должны быть соответствующего строения. Желательно, чтобы порядок фазы строения был бы выше. Для прогнозирования параметров строения тканей в зависимости от технологических параметров, параметров заправки и свойств используемых нитей использована нелинейная теория изгиба стержней.

В общем виде точный метод решения задачи продольно-поперечного изгиба нитей основы и утка в ткани имеет следующий вид:

кй _ t]" cos у-%" cos у 1" В

где к0 - половина высоты волны изгиба нити; 1]0", - упругие параметры; у - угол наклона результирующей силы к горизонтали\Р - результирующая сила; Ь - расстояние между соседними нитями в местах их пересечения; Е- модуль упругости нити; I - момент инерции сечения нити.

Расчеты, проведенные по данной методике, позволили выбрать параметры заправки тканей различного переплетения, близких к УШ (с максимальным изгибом основных нитей).

Для оценки возможности изготовления тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, использована теория длительной прочности.

Для расчета повреждаемости нитей основы применен критерий В.Москвитина. Коэффициент повреждаемости нити основы рассчитывается по формуле:

В работе использован степенной закон, связывающий напряжение нити и время разрушения:

С учетом степенной зависимости критерий Москвитина принимает следующий вид

О О

9

где с - напряжение нити, I - время, Ь, В, га - эмпирические коэффициенты.

Коэффициент повреждаемости может быть рассчитан по следующим формулам:

при постоянном напряжении -

При постоянной скорости нагружения -

= р«» Г(1 + /и)Г[1 + Ь(т +1)]

71 Г[1 + (1 + ¿)(1 + т)]

у

где Г - гамма-функция.

Параметры В и Ъ определяются из опытов на разрушение на длительную прочность, а параметр т - на разрывной машине с постоянной скоростью нагружения.

Расчеты дали довольно большое значение критерия (для тканей различного переплетения от 0,80 до 0,87)

Это свидетельствует о том, что ткани выработать на ткацком станке можно, но условия выработки тканей будут напряженными. Наилучшие условия переработки арамидной пряжи будут при изготовлении тканей с длинными уточными переплетениями (саржа 1/5), самые напряженные -при изготовлении ткани полотняного переплетения.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям натяжения основных нитей на ткацком станке. Запись натяжения основы проводилась'на ткацком станке в наиболее благоприятной для экспериментирования зоне «скало - ламели» при помощи тензометрической установки.

Установлено, что при изготовлении данных тканей заправочное натяжение основы значительно меньше, чем при изготовлении обычных тканей и составляет 2 - 3% от разрывной нагрузки пряжи. Натяжение при зе-вообразовании превышает натяжение при прибое, что затрудняет изготовление тканей и повышает напряженность заправки.

Проведенный эксперимент позволил получить большую статистику натяжения основы при изготовлении арамидных тканей различных переплетений: полотняного, саржевого с различным раппортом, сатина, рогожки. Наибольшее натяжение имеют нити в тканях с короткими основными и уточными перекрытиями.

В работе получены регрессионные уравнения натяжения основных нитей при заступе, зевообразовании и прибое для ткани переплетением саржа 1/3 в зависимости от плотности ткани по утку X,, величины заступа Х2, выноса зева Хъ. Анализ этих уравнений свидетельствует о том, что наибольшее влияние на натяжение основы при заступе и зевообразовании оказывают заправочное натяжение основы и вынос зева, а на натяжение при прибое - величина заступа и вынос зева.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию свойств и строения арамидных тканей.

Анализ полученных результатов по исследованию свойств и строения арамидных тканей показал, что:

максимальной воздухопроницаемостью обладает ткань, выработанная переплетением саржа 2/10 - 652 дм3/(м2с), а минимальной — рогожка 3/3 -356 дм3/(м2с);

наибольшей разрывной нагрузкой по основе обладает ткань, выработанная переплетением саржа 1/5 - 2162,46Н, а наименьшей - саржа 2/10-2084,ЮН;

наибольшей разрывной нагрузкой пр утку обладает ткань, выработанная переплетением саржа 2/10 - 957,72Н, а наименьшей - саржа 1/5 - 689,87Н;

наибольшей поверхностной плотностью обладает ткань, выработанная переплетением саржа 1/5 - 222,13 г/м2, а наименьшей - рогожка 3/3-206,89 г/м2;

наибольшей толщиной обладает ткань, выработанная переплетением саржа 2/10 — 1,70мм, а наименьшей — саржа 1/3 — 1,16мм;

наибольшим удлинением по основе обладает ткань, выработанная переплетением саржа 1/3 - 10,91%, а наименьшим -'саржа 2/10 — 6,63%;

наибольшим удлинением по утку обладает ткань, выработанная переплетением саржа 1/3 - 4,49%, а наименьшим - саржа 1/5 - 3,94%;

наименьшей уработкой обладает ткань, выработанная переплетением сатин.

Получены регрессионные уравнения влияния технологических параметров на основные параметры и свойства. Установлено, что наибольшее влияние на них оказывают плотность ткани по утку.

Пятая глава диссертации посвящена оптимизации технологического процесса и разработке конкурентоспособных высокоплотных тканей.

Установлено, что оптимальными параметрами изготовления исследуемой арамидной ткани переплетением саржа 1/3 является плотность ткани по утку 115-120 нит/дм, вынос зева 394-401 мм, величина заступа 40 мм.

Разработан базовый ассортимент ткани из вторичной арамидной пряжи 60 текс — 4 варианта и из вторичной арамидной пряжи 83 текс - 3 варианта.

Наработаны и испытаны все ткани базового ассортимента.

Проведены испытания двух тканей на огнестойкость и прожигае-мость. Ткани соответствуют требованиям, предъявляемым к ним.

Результаты испытаний представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Показатель Саржа 2/2 Неправильный сатин 3/1 Рогожка 2/2 Полотно

Ширина, см .153,2 154 155,3 156,6

Поверхностная плотность, г/м2 341,8 335,5 340,4 298,0

Плотность ткани, нит/дм: по основе по утку 150 115 149 116 144 118 144 84

Разрывная нагрузка, кгс по основе по утку 4752,9 3436,0 4652,5 3983,5 4582,6 3626 4757,9 2810,5

Разрывное удлинение, % по основе по утку 11,4 6,5 11,8 6,9 9,9 6,0 16,2 4,4

Раздирающая нагрузка, кгс по основе по утку 80,0 74,5 77,5 95,0 ** ** 57,3 59,3

В оздухопроницаемость, дм3/м2*с 100 81 151 137

Стойкость к прожиганию, сек 73,0 76,0 68,0 57,6

Огнестойкость Не горит, не тлеет Не горит, не тлеет Не горит, не тлеет Не горит, не тлеет

Число циклов истирания 385 363 343 159

Таблица 2

Наименование показателя Саржа 2/2 Саржа 3/1 Рогожка 2/2

Ширина, см 158,7 79,6 85,5

Поверхностная плотность, г/м2 404,2 374,2 401,1 .

Число нитей на 10 см: основа 138 136 138

уток 94 84 104 1

Разрывная нагрузка, кгс по основе 5174,3 4986,5 4863,5

по утку 4225,4 3320,3 4677,9

Разрывное удлинение, % - основа 11,2 11,2 11,3

- уток 7,0 5,4 6,2

Раздирающая на1рузка, кгс - основа 74,5 73,5 88,5**

- уток 79,5** 71,5** 96,0**

Воздухопроницаемость, дм3/м2*с 111 102 115

Число циклов истирания 1142 1420 1420

Проведены баллистические испытания на противоосколочную стойкость тканевых пакетов. Результаты представлены в таблицах 3 и 4. По-• верхностная плотность каждого пакета 4 кг/м2

_ _Таблица 3

№ Тип переплетения Количество слоев Линейная плотность пряжи, текс Разррвная нагрузка Н Поверхностная плотность ткани, г/м2 У50, м/с

основа уток

1 Саржа 2/2 11 55,6x2 4752 3436 - 343 1 411

2 Неправильный сатин 3/1 11 55,6 х 2 4652 3983 338 434

3 Рогожка 2/2 11 55,6x2 4582 3626 343 401

4 Рогожка 9 83x2 4863 4678 ' 422 406

5 Саржа 3/1 10 83x2 4986 3320 390 421

6 Саржа 2/2 9 83x2 5174 4225 420 414

Из анализа полученных данных видно, что ткань из вторичной ара-мидной пряжи имеет баллистическую стойкость к осколку лишь на 16,5% ниже, чем ткань, изготовленная из комплексной нити.

Антирикошетные пакеты выдержали испытания без единого пробития.

Таблица 4.

№ Наименование об- Тип ору- V, м/с Характер Состояние

п/п разца жия (пу- поражения бумажных

ли) листов

1 Антирикошетный 7,62 мм 420 Непробитие Пробоин нет

пакет ОП 01.06 ТТ 425 непробитие пробоин нет

(снаряженный (ПСТ) 431 непробитие пробоин нет

стальной пласти- 433 непробитие пробоин нет

ной броневой 2 438 непробитие пробоин нет

класса защиты)

2 Антирикошетный 7,62 мм 724 непробитие пробоин нет

пакет ОП 02.06 АКМ 725 непробитие пробоин нет

(снаряженный (ПС) 727 непробитие пробоин нет

стальной пласти- 7,62 мм 843 непробитие пробоин нет

ной броневой 5 евд 840 непробитие пробоин нет

класса защиты) (ППС)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате проведения работы предложен новый ассортимент тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных арамидных материалов, обладающих необходимыми свойствами и заданным строением.

2. Исследованы свойства вторичной арамидной пряжи, включая и вязкоупругие параметры, позволяющие прогнозировать поведение нитей на ткацком станке.

3. Предложены аналитические зависимости для расчета параметров строения тканей по заданным технологическим параметрам, параметрам заправки и свойствам используемых нитей на основе нелинейной теории стержней, что позволяет прогнозировать структуру вырабатываемых тканей.

4. С помощью теории накоцления повреждений при использовании критерия длительной прочности В.В.Москвитина теоретически доказана возможность изготовления тканей из вторичной арамидной пряжи на отечественном ¡технологическом оборудовании.

5. Проанализировано влияние вида переплетения тканей из вторичной арамидной пряжи на условия формирования, строение и свойства вырабатываемых тканей.

6. Получены математические модели влияния технологических параметров и параметров заправки ткани на основные свойства и параметры строения тканей, построены сечения поверхностей отклика и пространственные модели, что позволяет прогнозировать качество вырабатываемых тканей.

7. Определены оптимальные технологические параметры изготовления тканей из арамидной пряжи, полученной из вторичных арамидных материалов, с заранее заданными свойствами. 1

8. Проведены баллистические испытания на противоосколочную стойкость тканевых пакетов, изготовленных на основе предложенных .новых арамидных тканей, эти испытания дали положительные результаты.

9. Результаты работы внедрены на ООО «Арамид». Годовой экономический эффект составляет 965 тыс.руб.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

в журналах, рекомендованных ВАК

1. С.Д.Нюсолаев, С.С.Юхин, А.И.Слугин, А.К.Синицын. Определение вязкоупругих параметров пряжи из вторичных арамидных волокон. Изв.вузов. Технология текстильной промышленности, №3с, 2007

2. С.Д.Николаев, С.С.Юхин, А.И.Слугин, М.Н.Иванова. Исследование свойств и строения тканей из вторичных арамидных материалов. Изв.вузов. Технология текстильной промышленности, 2007, №6с.

3. А.И.Слугин. Оценка напряженности заправки тканей из арамидной пряжи на ткацком станке. Изв.вузов. Технология текстильной промышленности, №2с, 2008.

статьи в других изданиях

4. А.И.Слугин. Взаимосвязь между параметрами строения тканей из арамидной пряжи и технологическими параметрами их изготовления на ткацкого станке. Сборник научных трудов аспирантов, выпуск 13, 2007, МГТУ им.А.Н.Косыгина.

5. А.И.Слугин. Разработка тканей из арамидной пряжи. Сборник научных работ аспирантов МГТУ. 2008, №14 т

тезисы докладов на научных конференциях

6. С.Д.Николаев, А.И.Слугин, О.В.Парфенов. Оценка работоспособности нитей из вторичных углеродных материалов на ткацком станке. Сборник материалов Всероссийской научн.-техн. конференции «ТЕХТЕК-СТИЛЬ-2007», Димитровград.

7. С.Д.Николаев, А.И.Слугин. Разработка технологии получения тканей из вторичных арамидных материалов. Тезисы докладов на-учн.техн.конф. «ТЕКСТИЛЬ-2007»

8. Слугин Ал.И., Слугин Ан.И. Разработка технологии получения баллистических и огнестойких тканей из вторичных арамидных материалов. Тезисы докладов Международной конференции «Новейшие тенден-

г

ции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты», Москва, 2007г.

9. С.Д.Николаев, А.И.Слугин. Прогнозирование напряженно-деформированного состояния нитей основы на ткацком станке при изготовлении тканей из арамидной пряжи. Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Тезисы докладов, РОСЗИТЛП, 2008

10. А.ИСлугин, И.В.Синицына, Н.А.Михеева, В.Ю.Романов. Прогнозирование напряженности заправки ткацкого станка. Сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «ПОИСК-2008», ИГТА, 2008

11. С.Д.Николаев, А.И.Сяугин. Разработка технологии изготовления арамидной ткани из вторичных текстильных материалов». Тезисы докладов международной научно-технической конференции «Текстиль-2008», Иваново, 2008

12. Н.А.Михеева, Н.А.Николаева, ИВ.Синицына, А.И.Слугин. Прогнозирование строения тканей на основе нелинейной теории изгиба. Сборник материалов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов КГТУ, Кострома 2008.

патенты:

13. 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.

14. Положительное решение на получение патента РФ № 2007102209/12 (002373) от 23/03/2007 «Защитная ткань» Михайлова М.П., Мальков Л.А., Слугин Ал.И., Шаблыгин М.В., Слугин И.В., Слугин Ан.И.

Подписано в печать 10.10.08 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ 311 Тираж 80 ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 119071, Москва, ул. Малая Калужская, 1

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Литературный обзор.

1.1.1. Работы, посвященные влиянию технологических параметров изготовления ткани на параметры ее строения и свойства

1.1.2. Работы, посвященные изучению напряженно-деформированного состояния нитей основы в процессе ткачества

1.1.3. Работы, посвящённые оптимизации технологического процесса ткачества

1.1.4. Анализ работ, посвященных исследованию свойств и строения тканей

1.1.5. Анализ работ, посвященных проектированию тканей

1.1.6. Работы, посвященные изучению пряжи, полученной из регенерированных волокон

1.2. Теоретическая и экспериментальная базы исследования

1.3. Цель и задачи исследования 47 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 49 2.1. Определение физико-механических характеристик арамидной пряжи из вторичных арамидных материалов

2.2 Определение вязкоупругих параметров пряжи из вторичных арамидных волокон

2.3. Взаимосвязь между технологическими параметрами изготовления тканей и их параметрами строения на основе нелинейной теории изгиба

2.4. Оценка напряженности заправки тканей из вторичной арамидной пряжи на ткацком станке 64 ВЬЮ ОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ТКАНИ

3.1. Исследование влияния вида переплетения ткани на натяжение нитей основы в процессе ткачества

3.2. Исследование влияния заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на натяжение нитей основы в процессе ткачества

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ И ПАРАМЕТРОВ СТРОЕНИЯ ТКАНЕЙ

4.1. Влияние переплетения на строение и свойства тканей

4.1.1. Исследование влияния вида переплетения на воздухопроницаемость ткани из вторичной арамидной пряжи

4.1.2. Исследование влияния вида переплетения на разрывную нагрузку ткани технического назначения

4.1.3. Влияние переплетения на поверхностную плотность ткани

4.1.4. Влияние переплетения на толщину ткани

4.1.5. Влияние переплетения на разрывное удлинение ткани

4.1.6. Влияние вида переплетения на уработку основных и уточных нитей

4.2. Исследование влияния технологических параметров и параметров заправки на параметры строения и свойства ткани

4.2.1. Исследование влияния заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на воздухопроницаемость ткани

4.2.2. Исследование влияние заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на уработку нитей в ткани

4.2.3. Исследование влияние заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на разрывную нагрузку ткани

4.2.4. Исследование влияния заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на поверхностную плотность ткани

4.2.5. Исследование влияния заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на толщину ткани

4.2.6. Исследование влияния заправочных параметров ткацкого станка и плотности ткани по утку на разрывное удлинение полосок ткани

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО

ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТКАНИ

5.1. Выбор критериев оптимизации

5.2 Выбор параметров оптимизации

5.3. Определение оптимальных параметров изготовления ткани технической из вторичной арамидной пряжи

5.4. Апробация результатов работы в промышленности 136 5.4.1. Разработка базового ассортимента тканей и их испытания

5.5. Баллистические испытания разработанных тканей 143 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5 145 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 147 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 148 ПРИЛОЖЕНИЯ

Технический текстиль сегодня в мире наиболее динамично развивающаяся направление в текстильной промышленности.

Российский рынок технического текстиля в сравнении с другими товарными группами отрасли также наиболее динамичен и прогрессивен. Рост производства и потребления технического текстиля в ближайшие 10 лет прогнозируется в 1,5-2 раза выше среднего роста экономики в целом. Это касается в первую очередь изолирующих, фильтрующих и, особенно, защитных материалов [1].

Защита человека от различных негативных факторов является первостепенной задачей и здесь (в этой области) технический текстиль занимает особое место.

В настоящее время отечественная текстильная промышленность выпускает большой (широкий) спектр специальной защитной одежды, которая изготавливается как из специальных химических волокон, так и из обычных волокон, подвергнутых дополнительной обработке. У каждого из этих материалов есть свои достоинства и свои недостатки:

- материалы основанные на обычных волокнах и прошедшие различные дополнительные обработки, как правило доступны по цене, но часто теряют свои защитные свойства в процессе эксплуатации и обслуживания;

- специальные волокна, защитные свойства которых обусловлены природой полимера практически не теряют своих свойств (характеристик) во время эксплуатации, но при этом проигрывают в цене.

Несмотря на несопоставимость в цене все большее распространение при изготовлении (производстве) специальной защитной одежды получают пара- и мета-арамидные волокна.

Это касается в первую очередь боевой одежды пожарного, костюма сварщика, спецодежды спасателя, металлурга, средств индивидуальной баллистической защиты, комплекта защиты от электрической дуги и многого другого.

Однако арамиды — дорогие материалы и это обстоятельство сдерживает их применение в повседневной жизни.

Вместе с тем при производстве средств баллистической защиты (бронежилетов и бронешлемов) образуется большое количество отходов [2], так называемых межлекальных выпадов, которые являются дешевым источником ценного сырья. В последнее время вопросу использования этого вида сырья уделялось огромное внимание [3,4]. Многие коллективы занимались вопросом извлечения волокна из отходов арамидных тканей в основном для производства нетканых материалов и мелкорубленого волокна (пульпы). Часть отходов от производства бронешлемов утилизировалось путем сжигания в высокотемпературных печах. Однако работы проведенные российскими специалистами привели к положительным результатам и сделали возможным извлечение длинных волокон, способных образовывать высокопрочную арамидную пряжу [5].

В связи с этим возникла идея использовать полученную арамидную пряжу для изготовления технических тканей с целью производства специальной защитной одежды.

Данная работа посвящена разработке технологического процесса изготовления ткани из арамидной пряжи выработанной из вторичных арамидных материалов — отходов текстильного производства.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

- определены вязкоупругие параметры арамидной пряжи на основе результатов испытаний на разрывной машине с постоянной скоростью деформирования и использования наследственной теории вязкоупругости;

- проведен расчет натяжения основы и утка в зависимости от параметров строения тканей и свойств используемых нитей при использовании нелинейной теории изгиба стержней;

- теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на основе использования критерия длительной прочности Москвитина;

- получены математические модели влияния основных технологических параметров изготовления ткани на натяжение основы в различные периоды тканеформирования, свойства и строение тканей.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработана технология изготовления арамидных тканей различного переплетения из вторичной арамидной пряжи;

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

- оптимизированы технологические процессы изготовления тканей различного переплетения.

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

- результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

8. Результаты работы внедрены на ООО «Арамид». Годовой экономический эффект составляет 965 тыс.руб.

1. Текстильная промышленность, ноябрь 2004г., стр. 38-41.

2. Анискович В.А. Разработка и исследование текстильных и композитных бронематериалов на основе арамидных волокон типа Армос (Русар) для средств индивидуальной защиты. Дис. . канд.техн.наук, ЦНИИСМ, г.Хотьково, 2002г. 139с.

3. G.Ortlepp, M.Weis-Quasdorf, R.Lutzekendorf, Technische Textilien Jahrgang 45, 2002r.

4. Патент WO 031056080A2 DUPONT DE NEMOURS AND COMPANY.

5. Алексеев К.Г. Основы расчета параметров строения и формирования тканей. — М.: Легкая индустрия, 1973. 167 с.

6. Оников Э.А., Заботин A.A., Руткевич З.А. Определение зависимости структуры элемента ткани в опушке от натяжения основы и длины вкладываемой в ткань уточины. // Научно-исследовательские труды ЦНИХБИ. Сборник работ за 1965 г. Легкая индустрия. 1968.

7. Оников Э.А., Светлицкий В.А. Расчет показателей элементов ткани полотняного переплетения в опушке. // Научно-исследовательские труды ЦНИХБИ. Сборник работ за 1964 г. Легкая индустрия. 1966.

8. Степанов Г.В. О геометрической форме осевой линии нити в элементе ткани. // Известия вузов: Технология текстильной промышленности. — 1993.-№5.-с. 38-41.

9. Степанов Г.В. Математическая модель строения ткани. // Известия вузов: Технология текстильной промышленности. — 1991. №5. - с. 42-47.

10. Степанов Г.В. Создание и технология получения технических тканей для производства композиционных материалов: Автореферат дис. . докт. техн. наук. Иваново: ИвТИ, 1985. — 45 с.

11. Милаппос В.М. Исследование релаксационных свойств тканей: Дис. докт. техн. наук. — Каунас: КИИ, 1974. 327 с.

12. Николаев С.Д. Прогнозирование технологических параметров изготовления тканей заданного строения и разработка методов их расчета: Дис. . докт. техн. наук. М.: МТИ, 1988. - 470 с.

13. Николаев С.Д. Ковалева О.В., Ликучева A.A., Николаева H.A., И.В. Рыбаулина. Проектирование технологии тканей заданного строения: Моно-графия.-М.: МГТУ им.А.Н.Косыгина, 2007. 180 с.

14. Николаев С.Д. Разработка системы автоматизированного проектирования технологического процесса ткачества // Текстильная промышленность. 1999. - №№ 7 - 8 , с. 30 - 31.

15. Раченкова О.М. Разработка метода расчета рациональных параметров строения тканей различного переплетения с учетом технологии их изготовления. Дис. . канд. техн. наук, МГТУ, 2000. — 239 с.

16. Примаченко Б.М., Прохорова И.А. Зависимость между начальным натяжением и модулем жесткости хлопчатобумажной пряжи. // Известия вузов: Технология текстильной промышленности. 1987. - №3. - с. 8-10.

17. Примаченко Б.М. Разработка путей оптимизации процесса прибоя уточной нити на ткацких станках: Автореферат дис. канд. техн. наук. — Л.: ЛИТЛП, 1985.-18 с.

18. Власов П.В. Нормализация процесса ткачества. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 296 с.

19. Власов П.В., Я. Шосланд, Николаев С.Д., И. Масайтис. Нормализация процесса ткачества. — М.: МТИ, 1983. 100 с.

20. Козлов В.Г. Исследование и оптимизация натяжения основных нитей на ткацких станках. Дисс. . канд.техн.наук. — М, 1970 220 с.

21. Михлина Л.П. Исследование влияния технологических параметров заправки ткацкого станка СТБ2 330 на процесс формирования капроновой ткани: - Дисс. . канд. техн. наук. — М., 1970. — 224 с.

22. Широва Е.А. Исследование и разработка автоматизированного метода расчета натяжения основных и уточных нитей на ткацких станках. Дис. . канд. техн. наук, МГТУ, 1999г. 200 с.

23. Николаев С.Д. Теоретические основы определения жесткости нитей при изгибе // Известия вузов. Технология текстильной промышленности.- 1989.- №2.-14-17 с.

24. Синицын В.А. Методика расчета параметров строения тканей с переменной плотностью расположения нитей // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. 1997. - № 5. — 40-44 с.

25. Власов П.В., Николаев С.Д., Васильев A.B. Анализ обрывности нитей основы в ткачестве. Учебное пособие. МТИ им. А.Н. Косыгина, 1985г.

26. Агапова И.И. Исследование процесса выработки бязи на станке АТПР 100 из пряжи, полученной на машине БД - 200: - Дисс. . канд. техн. наук. -М., 1973. - 175 с.

27. Новикова O.A. Разработка метода проектирования и определение оптимальных параметров изготовления ткани комбинированных переплетений: Дис.к.т.н. М., 1996. - 137 с.

28. Лустгартен Н.В. Разработка методов оптимизации и стабилизации технологического режима процесса образования ткани: Автореф. дисс. . докт. техн. наук. - Кострома., 1983. — 32 с.

29. Цыцилина С.А. Определение рационального строения, технологических параметров выработки высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках: Дис.к.т.н. М., 1996. - 104 с.

30. Николаев С.Д., Малецкая, Пестроткани. Особенности строения и технологии выработки. М. МГТУ, 2005г.

31. Николаев С.Д., Власов П.В., Сумарукова Р.И., Юхин С.С. Теория процессов, технология и оборудование ткацкого производства. — 2-е изд. пе-рераб. и доп. М.: Легпромбытиздат, 1995. - 256 с.

32. Юхин С.С. Разработка метода прогнозирования технологии изготовления тканей нетрадиционных структур. Дис. . докт. техн. наук, 1996г. -400 с.

33. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Оптимизация механико-технологических процессов текстильной промышленности. Учебник для вузов. — М.: Легаромбытиздат, 1991. 256 с.

34. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико-технологических процессов текстильной промышленности. Учебник для вузов текстил. пром-ти. М.: Легкая индустрия, 1980. - 392 с.

35. Мартынова A.A., Юхин С.С., Таракулов Б.С.

36. Старостина Л.Ф. Исследования физико-механических свойств тканей с одной системой основных и несколькими системами уточных нитей: Автореферат дис. . канд. техн. наук. Л., 1973. — 26 с.

37. Прокопова Р.Т. Строение и технология изготовления двухполотной буферной ткани: Дис. . канд. техн. наук. Ленинград-Киев, 1971. — 154 с.

38. Прокопова Р.Т., Гречка Е.Н, Войченко П.Г. Новая двухполотенная высокообъемная ткань. // Текстильная промышленность. 1977. №12 — с. 46• 47.

39. Сидорова Э.Е. Разработка метода проектирования и определение оптимальных параметров изготовления неразрезной двухполотной осново-ворсовой ткани: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1999. — 220 с.

40. Марков В.А. Создание многослойных лент для амортизирующих устройств: Автореферат дис. . канд. техн. наук. — М.,1988. — 25 с.

41. Давыдова И.С. Разработка структур и технологии выработки двухосновных тканей для конвейерных лент: Дис. . канд. техн. наук. — Л., 1981. -188 с.

42. Жураев А.Т. Разработка структур и технологии выработки многослойных тканей обувного и одежного назначения: Дис. . канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 1994. — 175 с.

43. Юрочкина В.П. Рациональная структура полушерстяных тканей для резиновой обуви. Автореферат дис. . канд. техн. наук. — Л., 1977.

44. Кононова C.B. Рациональная структура шерстяных байковых одеял. Дис. канд. техн. наук. — Л., 1975. 142 с.

45. Зотова Н.К. Определение оптимальных параметров изготовленияполутораслойных тканей: Дис. канд. техн. наук. М., 2001. - 212 с.

46. Акимов Г.И. Исследование процесса формирования двухслойных шерстяных тканей на бесчелночных ткацких станках СТБ: Дис. . канд. Техн. Наук. -М., 1979. 182 с.

47. Берус Г.И. Разработка и исследование параметров строения п процесса формирования чистошерстяных тканей драповой группы на станке СТБ с кареткой: Дис. канд. техн. наук. — М., 1988. — 210 с.

48. Черникина JI.A. Проектирование шерстяных костюмных тканей по основным параметрам их строения: Дис. . канд. техн. наук. М., 1971. -227 с.

49. Ильин И.В. О коэффициенте наполнения ткани // Текстильная промышленность. i960. - №7 - с. 37-39.

50. Смирнов В.И. Теоретические исследования строения тканей полотняного переплетения. — М.: Ростехиздат, 1960. — 100 с.

51. Смирнов В.И. Об аналитическом определении высот волн изгиба основных и уточных нитей в тканях полотняного переплетения // Текстильная промышленность. — 1963. — №12. с. 35-38.

52. Воробьев В.А. метод расчета при построении шерстяной пряжи и ткани. М.: Легкая индустрия, 1964. - 162 с.

53. Ятченко О.Ф. Исследование и проектирование многослойных тканей специального назначения: Дис. канд. техн. наук. -М., 1975. — 193 с.

54. Сурнина Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам. — М.: Легкая индустрия, 1973. 142 с.

55. Меркулов A.B. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ворсовых тканей: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1997.-224 с.

56. Меренкова М.В. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления технических тканей их хлопчатобумажной и комбинированной пряжи: Дис. . канд. техн. наук. М., 2002. — 251 с.

57. Склянников В.П. оптимизация строения и механических свойств тканей из химических волокон. М.: Легкая индустрия, 1974. - 168 с.

58. Юхин С.С., Цыцилина С.А. Методы расчета параметров строения тканей. // Известия вузов: Технология текстильной промышленности. — 1996. -№5.-с. 36-38.

59. Мартынова A.A. К вопросу проектирования технических тканей их химических волокон по прочности на раздирание: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1964.-151 с.

60. Хасанов Б.К. Разработка тканого каркаса поливных трубопроводов и оптимизация его формирования на ткацком станке: Дис. . канд. техн. наук. -Ташкент, 1984. 155 с.

61. Слостина Г.Л. Разработка оптимальных параметров строения полых тканей для бесконечных приводных ремней: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1967. 146с.

62. Литовченко А.Г. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ткани из комбинированных нитей: Дис. . канд. техн. наук. М., 1995. - 195 с.

63. Юхина Е.А. Определение оптимальных параметров и условий изготовления хлопоколавсановых тканей: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1984. -178 с.

64. Гусев В.Е. Технология вторичного текстильного сырья. Москва, Легкая индустрия, 1970 г.

65. Сапрыкин Д.Н. Создание технологии и оборудования по регенерации текстильных отходов и разработка способов их использования. Дис. . докт. техн. наук. Иваново, 1997г. - 451 с.

66. Кудрявцев Г.И., Варшавский В.Я., Щетинин A.M., Казаков М.Е. Армирующие химические волокна для композиционных материалов. М., Химия, 1992 г. с.89.

67. Патент на изобретение № 2264484 Способ получения волокон из вторичного сырья. Слугин А.И., Слугин А.И., Слугин И.В., 2004г.

68. Николаев С.Д., Мартынова A.A., Юхин С.С., Власова H.A. Методы и средства исследования технологических процессов в ткачестве. — М. МГТУ, 2003 г.

69. Щербаков В.П. Прикладная механика нитей. М. МГТУ, 2000 г.

70. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация. М. Высшая школа, 1976г.

71. Николаева H.A. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления тканей на основе использования котонированного льна. Дис. канд. техн. наук. М. МГТУ, 2004г.

72. Николаев С.Д., Юхин С.С., Слугин А.И., Синицин А.К. Определение вязкоупругих параметров пряжи из вторичных арамидных волокон. Известия ВУЗов, Технология текстильной промышленности, ИГТА, 2007 с. 138.

73. ГОСТ 12.4.105-81. Ткани и материалы для спецодежды сварщиков.

74. Матвеев B.C., Будницкий Г.А. Материалы для бронезащиты. Вопросы оборонной техники. Сер.15 1996г. - Вып.1(113) - 2(114).

75. Швайнов Д.К. Чивилев В.В., Прошкин В.В. Сравнительные баллистические характеристики защитных пакетов из некоторых видов высокопрочных химических волокон. Вопросы оборонной техники. Сер. 15 1996г. -Вып. 3(115)-4(116).

76. Егоров А.И., Маринин В.М. Методические аспекты техники проведения испытаний средств защиты на противоосколочную стойкость. Вопросы оборонной техники. Вопросы оборонной техники. Сер. 15 — 2008г. — Вып. 1(148)-4(149).