автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка рациональной структуры и технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением

БАЗУНОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ШНУРОПЛЕТЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПОНИЖЕННЫМ

УДЛИНЕНИЕМ

Специальность 05.19.02 - «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

5 ДЕК 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

005543071 Москва 2013 г.

005543071

БАЗУНОВ ДМИТРИИ АЛЕКСАНДРОВИЧ

РАЗРАБОТКА РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ШНУРОПЛЕТЕНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ПОНИЖЕННЫМ

УДЛИНЕНИЕМ

Специальность 05.19.02 - «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013 г.

Работа выполнена на кафедре прядения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Родионов Вячеслав Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор, профессор кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Севостьянов Пётр Алексеевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией нетканых полотен ОАО «Инновационный научно-производственный центр текстильной и лёгкой промышленности»

Никоноров Павел Васильевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского»

Защита диссертации состоится Л а 2013 года в «» часов на

заседании диссертационного совета Д 212.144.06 при Московском

государственном университете дизайна и технологии по адресу: ул. Садовническая, д.ЗЗстр.1, Москва, 117997

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Автореферат разослан ^ 2013 года

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор 1устов Юрий Степанович

АННОТАЦИЯ

Настоящая диссертационная работа представляет законченную научно-исследовательскую работу, в которой изложены технические и технологические решения, связанные с разработкой технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. В работе рассмотрены и исследованы шнуры различной структуры из полиамидных комплексных нитей и нитей Русар. Исследовано влияние отечественных и иностранной специализированных пропиток на свойства шнуроплетеных изделий. Разработана методика расчёта прогнозирования удлинения шнуроплетеных изделий при заданных нагрузках, не превышающих предел упругих деформаций.

АВТОР ЗАЩИЩАЕТ

1. Технологию получения шнуроплетеных изделий технического назначения из комплексных полиамидных нитей и нитей Русар отвечающих специальным требованиям.

2. Использование отечественных и зарубежных специальных пропиток для упрочнения шнуров и снижения удлинения при фиксированной нагрузке.

3. Методику расчёта удлинения при фиксированной нагрузке шнуроплетеных изделий различной структуры.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы работы. В настоящее время большое внимание уделяется текстильным изделиям бытового и технического назначения. В частности шнуроплетеным изделиям специального назначения для оборонной промышленности и космической индустрии. Также шнуроплетеные изделия используют в рыболовстве, страховочных комплексах, в работе службы МЧС и т.д. Требования потребителя к шнуроплетеным изделиям, обеспечивающим безопасность, практичность, комфортность, увеличение срока эксплуатации и улучшение качества! создают предпосылки для производства новых видов шнуров.

В технических отраслях основным назначением шнуроплетеных изделий является обеспечение безопасных и надёжных условий работы узлов и механизмов различной техники. Шнуроплетеные изделия, наработанные из натуральных нитей, не отвечают требованиям, предъявляемым к шнурам, используемым для технических целей, так как они не выдерживают силовых и термических нагрузок. Это объясняется тем, что натуральные нити, используемые для изготовления шнуров, имеют низкую разрывную нагрузку,' высокое удлинение при фиксированной нагрузке и низкую химическую стойкость по сравнению с арамидными нитями. На сегодняшний день химические нити являются наиболее перспективными в изготовлении шнуроплетеных изделий технического назначения.

Таким образом, разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий нового поколения, обладающих высокой разрывной нагрузкой, минимальным удлинением при фиксированной нагрузке в зоне упругих деформаций и высокой устойчивостью к воздействию внешних факторов, является актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Разработать структуру и оптимальную технологию получения шнуроплетеных изделий для технических нужд с наполнителем, обладающих минимальным удлинением при фиксированной нагрузке.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены

следующие задачи:

- наработаны и исследованы шнуроплетеные изделия из полиамидных комплексных нитей с увеличенным числом сложений для расширения областей исследования;

- выбрана оптимальная структура шнуроплетеных изделий из полиамидных комплексных нитей;

- выработаны и исследованы шнуроплетеные изделия раннее выбранной структуры из комплексных нитей Русар;

- произведена физико-механическая и органолептическая оценка шнуоплетеных изделий, в результате которых, был наработан шнур с наполнителем из комплексных нитей Русар линейной плотностью 750 текс;

произведены исследования влияния специальных пропиток российского производства на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий выполненных из комплексных нитей Русар;

произведено исследование влияния специальной пропитки иностранного производства на свойства шнуроплетеного изделия (в частности на удлинение при фиксированной нагрузке);

- произведены испытания готовых шнуроплетеных изделий в «Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС» в Межкафедральной испытательной лаборатории «Наноматериалы»;

- выведена методика расчёта удлинения шнуроплетеных изделий в пределах упругих деформаций, позволяющая очень точно прогнозировать прочностные свойства шнуров;

- проведено планирование эксперимента в целях получения оптимальных технологических параметров процесса выработки готовых шнуроплетеных изделий с использованием пакета программ Excel и MathCAD.

Методы исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке шнуроплетеных изделий проводились в лаборатории кафедры прядения МГУДТ на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1, а испытания для определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве - на разрывной машине "Instron 4411" в лаборатории кафедры

текстильного материаловедения. В работе использовались математические методы планирования эксперимента. При исследовании свойств шнуроплетеных изделий из нитей Русар использовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ MathCad и Excel.

Научная новизна.

Разработана структура и технология выработки шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением из комплексных нитей Русар. Для основного исследуемого показателя шнуроплетеных изделий технического назначения является удлинение при фиксированной нагрузке, разработана методика расчёта и прогнозирования в зависимости от физико-механических показателей готового изделия и исходного сырья. Изучено влияние различных специальных пропиток, позволяющих упрочнить шнуроплетеное изделие и уменьшить его удлинение при фиксированной нагрузке.

Практическая ценность работы.

Теоретические и экспериментальные исследования, положенные в основу данной работы, дают возможность вырабатывать шнуроплетеные изделия с пониженным удлинением для технических нужд.

Реализация результатов работы. Разработанная структура и технология позволяет получить на шнуроплетельных машинах отечественного и зарубежного производства шнуроплетеные изделия с пониженным удлинением, пригодные для использования в различных отраслях промышленности.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:

- 61-ой межвузовской конференции молодых учёных и студентов «Студенты и молодые учёные КГТУ» Кострома 2009;

- всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2009), (Санкт-Петербург 2009);

- всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2009), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности», (Прогресс 2010), Иваново;

международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2010), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2010);

- всероссийской научной конференции молодых учёных «Инновации молодёжной науки», (Дни науки 2011), (Санкт-Петербург 2011);

- международном научно-техническом форуме Прогресс 2012, Иваново;

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и лёгкой промышленности» (Поиск 2012), Иваново.

По материалам диссертационной работы опубликовано 9 тезисов докладов на различных конференциях и 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и обьём работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав с выводами, общими выводами по работе, библиографического списка использованной литературы и приложения! Работа изложена на 112 страницах машинописного текста, имеет 32 рисунка, 32 таблицы, библиографический список использованных литературных источников включает 85 наименований. Приложения представлены на 10 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая ценность работы.

В—первой главе производится анализ современного состояния текстильного производства и его тенденции развития, как в РФ, так и за рубежом, также рассматривается производство шнуроплетельного оборудования и шнуроплетеных изделий различной структуры и назначения.

Промышленность химических волокон и нитей - одна из важнейших подотраслей химической индустрии, в значительной степени определяющая уровень химизации производственного потенциала страны. Мировой баланс текстильного сырья согласно прогнозам в 21 веке, претерпит изменения: снизится потребление натуральных волокон, особенно шерсти и льна, в меньшей степени, хлопка; сохраниться тенденция стабильного развития химических волокон и нитей. Следует отметить, что после кризисного 2009 года на сегодняшний день ситуация в отрасли стабилизировалась, был обеспечен рост объемов производства по важнейшим видам продукции.

Сегодня необходима координация усилий всех заинтересованных сторон - включая потребителей химических волокон и нитей, отраслевую науку, корпорационные структуры и отдельные предприятия - для выявления проблем и возможностей конкретных предложений по сохранению и развитию производства химических волокон и нитей в России.

Анализируя шнуроплетеные изделия, можно говорить о широких темпах их развития. Они применяются во многих отраслях промышленности: при изготовлении одежды, обуви, в качестве комплектующих деталей при изготовлении специальной защитной одежды для нефтяников, пожарных, военнослужащих, сотрудников МЧС, для использования в технической сфере в качестве растяжек при установке раскладных радиолокационных антенн и т.д.

Предприятия продолжают постоянно развивать и совершенствовать свою продукцию на основе последних технологических достижений в области проектирования оборудования, применяя системы компьютерного дизайна и производства CAD (Computer Assisted Design) и САМ (Computer Assisted Manufacturing).

Имеющиеся на сегодняшний день шнуроплетельное оборудование позволяет создавать любые виды шнуров из всех возможных материалов.

Вторая глава посвящена эксперименту по влиянию отечественных пропиток на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий. Было проведено исследование шнуроплетеного изделия из комплексных нитей Русар структурой 29текс х 1 х 24, выработанного при скорости выпуска 0,817 м/мин. Исследовано влияние этилсиликата, АГМ-9 и КТ-30 на физико-механические свойства шнура. Во всех исследованных шнурах наилучшие физико-механические показатели наблюдались у шнуроплетеного изделия, пропитанного 1%-ным раствором КТ-30. Шнур, пропитанный данным раствором, показал самую высокую разрывную нагрузку и наименьшее удлинение при разрыве и постоянной нагрузке 100Н.

Предварительные исследования показали, что сделанные предпосылки являются обоснованными и способствуют получению шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением при заданной нагрузке.

С учётом проведённых испытаний, был расширен эксперимент по использованию полиамидных комплексных нитей с увеличенным числом сложений исходных нитей 29 текс X 2, 29 текс х 3, 29 текс х 4. Более плотная исходная нить не использовалась, так как было бы превышение по пределам литейной плотности готового изделия.

Анализ современного шнуроплетеного оборудования позволил выявить оптимальное оборудование для проведения эксперимента. Параллельно был произведён анализ и подбор сырья для проведения эксперимента.

Наработаны и исследованы шнуроплетеные изделия из полиамидных комплексных нитей заправкой 29 текс х 2, 29 текс х 3, 29 текс х 4 при различных скоростях выпуска на шнуроплетеной машине ШП-24-3-1.

Первым этапом исследования полученных шнуров являлась визуальная оценка полученных изделий, выявление неподходящих шнуров заказчиком и отсев их из дальнейших исследований. Далее были произведены эксперименты по определению физико-механических параметров.

Исследования выявили, оптимальные значения заправки и скорости выпуска шнуров, подходящих по требованиям: диаметр шнура менее 3 мм., наивысшее значение разрывной нагрузки и минимальное удлинение при постоянной нагрузке 100Н. Наилучшими являлись шнуры: 29текс х 4 х 16 при скорости выработки 0,717 м/мин, 29текс хЗ х16 при скорости выработки 0,717 м/мин, 29текс хЗ х24 при скорости выработки 0,938 м/мин, 29текс х2 х24 при скорости выработки 0,717 м/мин.

Третья глава посвящена проведению эксперимента по наработке шнуроплетеных изделий с использованием высокомодульных комплексных нитей Русар. Было наработано 6 образцов шнуров с лучшими показателями по физико-механическим свойствам, выявленным в результате эксперимента по исследованию свойств шнуроплетеных изделий из полиамидных комплексных нитей. Результаты физико-механических испытаний представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-механические свойства шнуроплетеных изделий из нитей Русар

Линейная Скорость Разрывная Коэф. Разрывное Коэф. Удлинение Диаметр, Линей

плотность выпуска, нагрузка, вариации удлинение, вариации при 100Н, шнура плотно

исходных по по шнур

нитей разрывной разрывному

м/мин кН нагрузке % удлинению % мм текс

Схема заправки 16 веретён

29 текс х 0,717 0,953 4,51 2,90 8,78 2,04 1,6 968

29 текс х 3 0,938 1,310 5,58 3,06 8,71 1,96 2,0 146

29 текс х 4 1,159 1,881 11,39 3,16 7,96 1,92 2,2 192

Схема заправки 24 веретена

29 текс х 2 1,159 1,636 9,84 3,21 8,39 1,28 2,0 143

29 текс х 3 1,159 1,996 12,88 3,98 7,01 2,10 2,6 2245

29 текс х 4 1,159 2,789 11,44 4,52 7,37 2,84 3,5 3009

Требования > 1,500 <0,2 <3,0 <2500

После анализа испытаний шнуроплетеных изделий было выбрано три шнура удовлетворяющих специальным требованиям заказчика (рис. 1) 29текс х 4 х 16 - 1,159 м/мин, 29текс х 2 х 24 - 1,159 м/мин, 29текс х 3 х 24 - 1,159 м/мин.

На основе всех исследований был выбран шнур оптимальной структуры 29 текс х 2 х 24 при скорости выработки 1,159м/мин как наиболее подходящий по всем требованиям, предъявляемым к шнурам с пониженным удлинением при фиксированной нагрузке.

нити Русар.

Полученный шнур являлся плоским и неподходящим для дальнейших исследований. На следующем этапе получения шнуроплетеного изделия, был наработан шнур с большей плотностью плетения с использованием наполнителя из подкрученных комплексных нитей «Русар» общей линейной плотностью 750 текс. Образец 29текс х 2 х 24 при скорости выпуска 0,495 м/мин с сердечником из нитей Русар линейной плотности 750 текс (табл. 2).

Таблица 2

Физико-механические свойства шнура 29 текс х 2 х 24 при скорости

выработки 0,495 м/мин. (Т=2275)

Параметры Разрывная нагрузка, кН Разрывное удлинение, % Циаметр, мм Удлинение при 100Н, %

Среднее значение 2,26 9,83 2,20 1,42

С целью упрочнения и уменьшения удлинения при фиксированной нагрузке для шнуроплетеного изделия структурой 29 текс х 2 х 24 при скорости выработки 0,495 м/мин. было проведено исследование влияния специальной пропитки зарубежного производства

«метакрилоксипропилтриметоксилоксана» на физико-механические свойства шнуроплетеного изделия.

Пропитка после нанесения на изделие образует «силиконовую рубашку» вокруг каждой элементарной нити, плотно выстраиваясь в структуру материала. Пропитка связывается с элементарными нитями за счёт этокси групп полимера и ОН групп на поверхности нити. На следующем этапе метакрилокси группа полимеризуется при температурном воздействии, и получается сшитое полимерное покрытие на поверхности нитей. При этом

нанесённая пропитка не склеивает изделие, тем самым не увеличивает его жёсткость, однако удлинение при фиксированной нагрузке уменьшается за счёт плотной сшивки компонентов полимера.

Полученный шнур подвергли испытаниям на удлинение при фиксированной нагрузке 100Н. Шнур одним концом прикрепляли к специально сойке, после чего подвешивали груз предварительного натяжения согласно ГОСТ 162118.5 - 93 равный 30 Н и ставили метки маркером на шнуре на расстоянии одного метра. Затем к шнуру прикрепляли груз 10 килограмм( 1 ООН). Через сутки измеряли удлинение.

Шнур, пропитанный спиртовым раствором

метакрилоксипропилтриметоксилоксана, показал удлинение менее 1%. Наилучший результат показал шнур с процентным содержанием пропитки 2,3%.

В результате проведённого исследования удалось получить шнур с наполнителем, с удлинением при фиксированной нагрузке 100Н - 2 мм, что составляет 0,2%(2 мм.) при зажимной длине 1 метр (рис. 2)._

Процент нанесённого вещества

Рис. 2 График зависимости удлинения шнура при постоянной нагрузке 100Н от количества нанесённого вещества

Для подтверждения полученных результатов шнур был направлен на исследование в Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный

исследовательский технологический университет «МИСиС» в Межкафедральную испытательную лабораторию «Наноматериалы» (табл. 3)

В результате проведённых испытаний получено шнуроплетеное изделие, которое по параметрам: разрывная нагрузка, линейная плотность, диаметр, удлинение при фиксированной нагрузке 100 Н (10 кгс) соответствует

требованиям, предъявляемым к специальным изделиям технического назначения.

Таблица 3

Образец № Начальная длина (мм) Модуль Юнга (ГПа) Макс, нагрузка (Н) Предел прочности (МПа)

Образец 1 114,70 17,20 2232,76 587,36

Образец 2 137,40 20,17 2415,40 635,41

Образец 3 134,40 19,27 2433,65 640,21

Среднее 128,83 18,88 2360,60 620,99

В четвёртой главе выполнены исследования по проектированию важнейших физико-механических характеристик, предъявляемых к шнуроплетеным изделиям технического назначения. Основными характеристиками для шнуроплетеных изделий являются: разрывная нагрузка шнура, модуль Юнга, удлинение при фиксированной нагрузке, линейная плотность и диаметр. Была разработана методика расчёта модуля Юнга изделия для шнуров различной структуры.

Плетеные изделия в процессе эксплуатации испытывают значительные растягивающие нагрузки. Усилие Б (рис. 3), приходящееся на одиночную нить при растяжение изделия, можно разложить на две составляющие Рс и Бр.

Рис. 3 Расположение сил действующих на одиночную нить при растяжении

Угол расположения нитей в шнуре относительно его оси можно рассматривать как функцию использования разрывной нагрузки одиночной нити в шнуроплетеном изделии. Если пренебречь снижением использования разрывной нагрузки нитей в процессе плетения и неровнотой их деформационных свойств, то теоретическая прочность плетеных изделий составит:

Рт=РнКнп (1)

Рт - теоретическая прочность плетеных изделий, Н; К„ - коэффициент использования разрывной нагрузки одиночной нити в шнуроплетеном изделии; Рн - разрывная нагрузка одиночной нити изделия, Н; п - число нитей в изделии, шт.

Таким образом, при изменении использования разрывной нагрузки исходной нити, числа нитей в изделии, а так же 'изменения угла расположения нити (коэффициент использования разрывной нагрузки одиночной нити в шнуроплетеном изделии) изменится разрывная нагрузка шнуроплетельного изделия.

Теоретически использование разрывной нагрузки одиночной нити в шнуроплетеном изделии можно определить по углу расположения нити в изделии. Длина нити, уложенная в один раппорт, равна í / sina. Число раппортов на единице длины равно 1 / С. Из выше изложенного коэффициент использования разрывной нагрузки одиночной нити в шнуроплетеном изделии равен:

£ sin a sin а (2)

а- угол наклона нитей в шнуре относительно его осевой линии, град; i -длина отрезка изделия, на котором расположен один раппорт, м.

При поперечном срезе в шнуре каждая из составляющих нитей оплётки (компонентов) образует эллипс, у которого малая полуось (а) равна радиусу нити г„, а большая полуось (Ь), которая определяется следующей функцией:

b = a/sma ^

Для тонкого растяжимого стержня закон Гука имеет вид:

F = kM

F - сила растяжения стержня, Н; AL - абсолютное удлинение стержня, м; к - коэффициент упругости (или жёсткости), Н/м.

Коэффициент упругости зависит как от свойств материала, так и от размеров стержня. Можно выделить зависимость от размеров стержня (площадь поперечного сечения S и длина L), записав коэффициент упругости в следующем виде:

к - коэффициент упругости (или жёсткости), Н/м; Е - модуль упругости, Па (Н/м ); Б - площадь сечения шнура, по которой распределено действие силы, м ; Ь - длина деформируемого стержня, м.

Величина Е называется модулем упругости первого рода или модулем Юнга и является механической характеристикой материала.

Следует иметь в виду, что закон Гука выполняется только при малых деформациях (обратимых для каждого из исследуемых материалов). Однако шнур не является сплошным изделием, а состоит из определённого количества нитей, переплетённых между собой. В результате этого внутри шнура возникают внутренние напряжения, которые изменяют понятие модуля Юнга, вводя понятие «модуля Юнга изделия» характерного для данного вида шнуроплетеного изделия.

Конечная формула для расчёта модуля упругости первого рода будет выглядеть так:

Е=Р1

ды (6)

Е - модуль упругости, Па; Б - сила, растягивающая шнур, Н; Б -площадь сечения шнура, по которой распределено действие силы, м2; Ь -длина шнура, м; ДЬ - удлинение шнура под действием заданной нагрузки, м.

Рассчитанный модуль Юнга по закону Гука, позволил определить удлинение при фиксированной нагрузке по выведенной методике для каждого шнура.

После этого были произведены эксперименты по определению величины удлинения шнуров при данной нагрузке. Эксперимент показал, что в основном ошибка расчётов не превышает 6%, что говорит о высокой достоверности результатов.

На основе полученных результатов можно утверждать, что формула для расчёта модуля Юнга для шнуроплетеных изделий является верной и, применяя её, можно прогнозировать величину удлинения шнуроплетеных изделий различного вида при приложении к ним сил, не превышающих предела необратимых деформаций.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В настоящее время производство шнуроплетеных изделий технического назначения во всём мире является одним из важнейших направлений в развитии текстильной промышленности. Они находят широкое применение для изготовления товаров технического и специального назначения.

2. Разработка рациональной структуры и технологии производства шнуроплетеных изделий технического назначения способствует внедрению новых технологических решений в гражданской и оборонной промышленности, позволяющих создавать механизмы с повышенными эксплуатационными характеристиками.

3. В процессе работы с литературными источниками было установлено, что разработка технологии производства шнуроплетеных изделий, отвечающим требованиям: разрывная нагрузка более 1,5 кН, удлинение при фиксированной нагрузке 100 Н меньше 0,02%, диаметр не более 3 мм, линейная плотность не более 2,5 ктекс, является в настоящее время актуальной проблемой.

4. Был проведён эксперимент по исследованию влияния специальных упрочняющих пропиток отечественного производства на физико-механические свойства шнуроплетеного изделия из комплексных нитей Русар структурой 29текс х 1 х 24, выработанный при скорости 0,817 м/мин. Во всех исследованных шнурах наилучшие физико-механические показатели наблюдались у шнуроплетеного изделия, пропитанного 1%-ным раствором КТ-30. Полученный шнур не соответствует требованиям, предъявляемым к шнурам с пониженным удлинением при фиксированной нагрузке.

5. Для разработки рациональной структуры и технологии производства шнуроплетеных изделий проведён эксперимент по расширению ассортимента с использованием полиамидных комплексных нитей технического назначения с заправками исходных нитей 29 текс х 2, 29 текс х 3, 29 текс х 4.

6. Проведённые исследования шнуроплетеных изделий различной структуры, из комплексных полиамидных нитей, позволили выявить оптимальные структуры шнуров, соответствующие требованиям заказчика.

7. Для улучшения физико-механических показателей шнуров произведена наработка и исследование оптимальных структур шнуроплетеных изделий из высокопрочных комплексных нитей Русар.

8. Наилучшими физико-механическими показателями обладает шнур структурой 29текс х 2 х 24 при скорости выпуска 0,495 м/мин с сердечником из нитей Русар линейной плотности 750 текс. Единственным недостатком данного шнура является несоответствие требованиям по удлинению при фиксированной нагрузке 100Н.

9. С целью снижения удлинения при фиксированной нагрузке шнур был обработан раствором «метакрилоксипропилтриметоксилоксана» иностранного производства по специальной разработанной технологии.

10. Обработанный шнур исследован в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»» в Межкафедральной испытательной лаборатории «Наноматериалы» на универсальной разрывной машине ШЗТШЖ 150ЬХ.

11. Полученные данные показали, что средняя максимальная нагрузка составила 2360,6 Н (необходимое условие - прочность более 1500 Н). Средняя деформация при нагрузке 100 Н составила 0,14% (необходимое условие - деформация при нагрузке 100 Н не более 0,2%).

12. Создана методика расчёта удлинения шнуроплетеных изделий технического назначения при фиксированной нагрузке, позволяющая прогнозировать удлинение в пределах упругой деформации. Эксперимент показал, что в основном ошибка расчётов не превышает 6%, что говорит о высокой достоверности результатов

13. В результате проведённых исследований был получен образец шнуроплетеного изделия структурой, 29текс х 2 х 24 при скорости выпуска 0,495 м/мин с сердечником из нитей Русар линейной плотности 750 текс, пропитанный раствором метакрилоксипропилтриметоксилоксана (2,3%) удовлетворяющий специальным требованиям заказчика и обладающий пониженным удлинением при фиксированной нагрузке.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структур и исследование технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. // Сборник тезисов 61-ой межвузовской конференции молодых учёных и студентов «Студенты и молодые учёные КГТУ» Кострома 2009;

2. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры шнуроплетенх изделий специального назначения. // Сборник тезисов всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2009), (Санкт-Петербург 2009);

3. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структур и исследование технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. // Сборник тезисов всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

4. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2009), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

5. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных издлий технического назначения. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности», (Прогресс 2010), Иваново;

6. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов

международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2010), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2010);

7. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов всероссийской научной конференции молодых учёных «Инновации молодёжной науки», (Дни науки 2011), (Санкт-Петербург 2011).

8. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международном научно-техническом форуме Прогресс 2012, Иваново;

9. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и лёгкой промышленности», (Поиск 2012), Иваново;

10. Базунов Д. А. Родионов В. А. Технологи получения шнуроплетеных изделий с пониженной усадкой. // Известия вузов №2, 2013г. стр. 57-60

11. Базунов Д. А. Родионов В. А. Шаблыгин М. В. Прогнозирование свойств шнуроплетеных изделий технического назначения. // Химические волокна №3 2013г. стр. 34-37.

12. Базунов Д. А. Родионов В. А. Исследование физико-механических свойств шнуроплетеного изделия пропитанного специальным составом. // Швейная промышленность №2 2013г. стр. 13-15

Подписано в печать 21.11.13 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ. Усл.печ.л. 1,0 Заказ № 174-Т Тираж 80

Редакционно-издательский отдел МГУДТ 115093, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1

Отпечатано в РИО МГУДТ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

На правах рукописи

04201451067

Базунов Дмитрий Александрович

Разработка рациональной структуры и технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением

Специальность 05.19.02 - «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук доцент В. А. Родионов

Москва-2013

Оглавление

Введение 4

Глава 1. Обзор современного уровня производства химических волокнистых материалов, шнуроплетельного оборудования и шнуроплетеных изделий. 10

1.1 Анализ состояния и перспективы развития техники и технологии производства химических волокон и нитей в России и

в мире. 10

1.2. Анализ современного шнуроплетельного оборудования. 21

1.3. Виды шнуроплетеных изделий и области применения. 25

1.4 Шнуроплетеные изделия с пониженным удлинением. 32

1.5 Специализированные пропитки для комплексных арамидных нитей. 34 Выводы по главе 1. 37

Глава 2. Разработка рациональной структуры и технологии 39

шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. 2.1. Проведение эксперимента по влиянию отечественных пропиток на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий. 39

2.2 Разработка рациональной структуры и технологии производства шнуроплетеных изделий расширенного ассортимента из полиамидных комплексных нитей. 44 2.2.1. Выбор оборудования для наработки шнуроплетеных изделий. 44

2.2.2 Выбор сырья для проведения эксперимента. 47

2.2.3 Расчёт технологических параметров для наработки образцов

на машине ШП -24-3-1. 48

2.2.4 Наработка шнуроплетеных изделий. 49

2.3 Проведение испытаний наработанных образцов шнуров из полиамидных комплексных нитей и обработка полученных результатов. 51

2.4 Планирование эксперимента. 58 Выводы по главе 2. 66 Глава 3. Проведение эксперимента по наработке шнуроплетеных изделий с использованием высокомодульных комплексных нитей Русар. 69

3.1 Выбор сырья для проведения эксперимента 69

3.2 Наработка и исследование шнуров оптимальной структуры из комплексных нитей Русар. 72

3.3 Планирование эксперимента 76

3.4 Исследование влияния специализированной пропитки импортного производства на удлинение шнура при фиксированной нагрузке. 79

Выводы по главе 3. 89

Глава 4. Прогнозирование свойств шнуроплетеных изделий

технического назначения. 91

Выводы по главе 4. 105

Общие выводы. 106

Список использованной литературы. 109 Приложения.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время большое внимание уделяется текстильным изделиям бытового и технического назначения, таким, как шнуроплетеные изделия, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности, и в частности для специальных изделий технического текстиля. Также шнуроплетеные изделия используют в рыболовстве, страховочных комплексах, в работе службы МЧС и т.д. Требования потребителя к шнуроплетеным изделиям, обеспечивающим безопасность, практичность, комфортность, увеличение срока эксплуатации и улучшение качества, создают предпосылки для производства новых видов шнуров.

В технических отраслях основным назначением шнуроплетеных изделий является обеспечение безопасных и надёжных условий работы различной техники. Шнуроплетеные изделия, наработанные из натуральных нитей, не отвечают требованиям, предъявляемым к шнурам, используемым для технических целей, они не выдерживают силовых и термических нагрузок. Это объясняется тем, что натуральные нити, используемые для изготовления шнуров, имеют низкую разрывную нагрузку, высокое удлинение при фиксированной нагрузке и низкую хемо и термостойкость по сравнению с химическими, в частности с . арамидными нитями. На сегодняшний день арамидные нити являются наиболее перспективными в изготовлении шнуроплетеных изделий технического назначения.

Таким образом, разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий нового поколения, обладающих высокой разрывной нагрузкой, минимальным удлинением при фиксированной нагрузке и высокой устойчивостью к воздействию внешних факторов, является актуальной задачей.

Цель работы и задачи исследования. Целью данной работы является разработка структуры и оптимальной технологии получения шнуроплетеных

изделий для технических нужд с наполнителем, обладающих минимальным удлинением при фиксированной нагрузке.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи;

- на основе литературного обзора были произведены исследования специальных пропиток российского производства на физико-механические свойства шнуроплетеных изделий.

- наработаны и исследованы образцы шнуроплетеных изделий различного вида заправок от 29текс х2 до 29текс х4 различных плотностей плетения из полиамидных комплексных нитей с заправками 8, 16 и 24 веретён для расширения областей исследования.

- выработаны и исследованы шнуроплетеные изделия оптимальной структуры из малорастяжимых и высокопрочных комплексных нитей Русар.

- произведены исследования шнуроплетеных изделий, в результате которых, был наработан шнур с наполнителем из комплексных нитей Русар линейной плотностью 750 текс

произведено исследование действия специальной пропитки иностранного производства на свойства шнуроплетеного изделия (в частности на удлинение при фиксированной нагрузке).

- произведены испытания готовых малорастяжимых шнуроплетеных изделий в «Национальном исследовательском технологическом университете «МИСиС» в Межкафедральной испытательной лаборатории «Наноматериалы».

- разработана методика расчёта удлинения шнуроплетеных изделий в пределах упругих деформаций, позволяющая точно прогнозировать прочностные свойства шнуров.

проведено планирование эксперимента в целях получения оптимальных технологических параметров процесса выработки готовых шнуроплетеных изделий с использованием пакета программ Excel и MathCAD;

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке шнуроплетеных изделий проводились в лаборатории кафедры прядения МГУДТ на шнуроплетельной машине ШП-24-3-1, а для определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве - на разрывной машине 'Тш^оп 4411" в лаборатории кафедры текстильного материаловедения. В работе использовались методы математического планирования эксперимента. При исследовании свойств шнуроплетеных изделий из нитей Русар использовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ МаШСаё.

Научная новизна:

Разработана структура и технология выработки шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением из комплексных нитей Русар. Для основного исследуемого показателя шнуроплетеных изделий технического назначения - удлинения при фиксированной нагрузке, разработана методика расчёта удлинения шнуроплетеных изделий при приложении к ним сил не превышающих предела упругих деформаций. Изучено влияние специальных пропиток, упрочняющих шнуроплетеные изделия и уменьшающие его удлинение при фиксированной нагрузке.

Практическая ценность.

Теоретические и экспериментальные исследования данной работы дают возможность вырабатывать шнуроплетеные изделия для технических нужд с пониженным удлинением.

Реализация результатов работы. Разработанная технология позволяет получить на шнуроплетельных машинах отечественного производства шнуроплетеные изделия с пониженным удлинением при фиксированной нагрузке.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку на:

- 61-ой межвузовской конференции молодых учёных и студентов «Студенты и молодые учёные КГТУ» Кострома 2009;

- всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2009), (Санкт-Петербург 2009);

- всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2009), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности», (Прогресс 2010), Иваново;

международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2010), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2010);

- всероссийской научной конференции молодых учёных «Инновации молодёжной науки», (Дни науки 2011), (Санкт-Петербург 2011);

- международном научно-техническом форуме Прогресс 2012, Иваново;

- межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и лёгкой промышленности», (Поиск 2012), Иваново.

По материалам диссертационной работы опубликовано 9 тезисов докладов на различных конференциях и 3 статьи.

Публикации.

Тезисы докладов:

1. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структур и исследование технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. // Сборник тезисов 61-ой межвузовской конференции молодых учёных и студентов «Студенты и молодые учёные КГТУ» Кострома 2009;

2. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры шнуроплетеных изделий специального назначения. // Сборник тезисов всероссийской научной конференции молодых учёных и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки 2009), (Санкт-Петербург 2009);

3. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структур и исследование технологии получения шнуроплетеных изделий с пониженным удлинением. // Сборник тезисов всероссийской научной студенческой конференции «Текстиль XXI века» (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

4. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2009), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2009);

5. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности», (Прогресс 2010), Иваново;

6. Базунов Д. А. Родионов В. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международной научно-технической конференции «Современные

технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль 2010), (г. Москва МГТУ им. А. Н. Косыгина 2010);

7. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов всероссийской научной конференции молодых учёных «Инновации молодёжной науки», (Дни науки 2011), (Санкт-Петербург 2011).

8. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов международном научно-техническом форуме Прогресс 2012, Иваново;

9. Базунов Д. А. Разработка структуры и технологии шнуроплетеных изделий технического назначения. // Сборник тезисов межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и лёгкой промышленности», (Поиск 2012), Иваново;

Статьи:

1. Базунов Д. А. Родионов В. А. Технологи получения шнуроплетеных изделий с пониженной усадкой. // Известия вузов №2 2013г.

2. Базунов Д. А. Родионов В. А. Шаблыгин М. В. Прогнозирование свойств шнуроплетеных изделий технического назначения. // Химические волокна №3 2013г. стр. 34-37.

3. Базунов Д. А. Родионов В. А. Исследование физико-механических свойств шнуроплетеного изделия пропитанного специальным составом. // Швейная промышленность №2 2013г. стр. 13-15.

Глава 1. Обзор современного уровня производства химических волокнистых материалов, шнуроплетельного оборудования и

шнуроплетеных изделий.

1.1 Анализ состояния и перспективы развития технологии производства химических волокон и нитей в России и в мире.

Промышленность химических волокон и нитей - одна из важнейших подотраслей химической индустрии, в значительной степени определяющая уровень химизации производственного потенциала страны. Сегодня отрасль насчитывает много крупных производителей, два из них принадлежат крупным корпорациям: ОАО Газпром «Химволокно» (ОАО «Сибур-Волжский») - компании ОАО «Сибур-Холдинг» и ООО «Саратоворгсинтез» - ЗАО «Лукойл-Нефтехим». Установленные мощности по производству химических волокон и нитей составили 337 тыс. т, при среднем объеме их загрузки на 47%. [1]

В России есть ряд серьезных предпосылок для развития производства химических волокон и нитей. Во-первых, наличие сырьевой базы. Россия располагает развитой химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленностью, богатыми ресурсами углеводородного и древесного сырья, что является важнейшей предпосылкой для возможного и необходимого перспективного развития отечественной промышленности химических волокон и нитей. [2]

Обеспечение стабильного развития текстильной и легкой промышленности, увеличение выпуска конкурентоспособного ассортимента тканей, одежды, обуви, продукции технического и специального назначения к 2015 г. в 3-4 раза по сравнению с уровнем 2005 г. невозможно без расширения сырьевой базы отрасли. [3]

Мировой баланс текстильного сырья согласно прогнозам в 21 веке, претерпит изменения. Снизится потребление натуральных волокон, особенно

шерсти и льна, в меньшей степени, хлопка. Сохраниться тенденция развития химических волокон и нитей.

В 2010-2015г. ежегодный прирост в мире синтетических нитей составит 3,9%, химических волокон 2,2% и хлопка 1,1%. Удельный вес химических волокон в общем мировом, душевом потреблении составит 62%. Доля потребления химических волокон и нитей увеличится до 80%. Темп развития химических нитей в 2010-2025г. будет опережающим по сравнению с химическими волокнами.

Изменение приоритетов в потреблении текстильных изделий вызвало появление высокотехнологичных химических волокон и нитей нового поколения со специальными свойствами: пониженной горючести, антимикробных, антифунгицидных, антиаллергических, изменяющихся по цвету в зависимости от температуры и освещения, терморегулирующих, защищающих от статического электричества и ультрафиолетовых лучей. [4]

Отсутствие производства современных химических волокон и нитей в требуемом объеме и ассортименте усугубляет кризисное состояние текстильной и легкой промышленности России, обедняет потребительский рынок товаров широкого потребления, существенно сокращая число рабочих мест.

Следует отметить, что после кризисного 2009 года в 2010 году ситуация в отрасли стабилизировалась, был обеспечен рост объемов производства по важнейшим видам продукции по сравнению с 2009. В первом полугодии 2011 года в текстильном производстве произошло снижение объемов производства по многим видам продукции. Наибольшее снижение к соответствующему периоду 2010 года отмечено в производстве хлопчатобумажных тканей (на 23,1%), обусловленное негативными изменениями на мировом рынке хлопка в виде резкого (почти троекратного) роста цен на него.

Падение объемов производства шерстяных тканей за этот период на 10% произошло из-за дефицита и низкого качества отечественной шерсти

наряду с ростом цен мирового рынка на высококачественную шерсть. По причине ограниченности сырьевых ресурсов выпуск льняных тканей сократился на 11,3 процента. [5]

Мировая текстильная промышленность в 2010 г. испытывала наибольший подъем производства исходных сырьевых материалов в виде натуральных и химических волокон, обеспечив, по сравнению с 2009 г. его прирост на 8,6% (или 6,4 млн. т.) и достигнув уровня - 80,8 млн. т. [6]

Таблица 1.

Импорт химических волокон и нитей в страны ЕС и США в 2010 г.

ЕС-27 США

тыс. тыс.

Виды волокон и нитей тонн тонн ±%

Вискозные

Волокно 30,7 + 1 75 -1

Текстильная нить 9,5 +25 - -

Ацетатная текстильная нить 3 +79 - -

Полиэфирные

Предориентированная нить 30 + 13 9 -32

Текстильная нить 58,1 +47 15 +4

Текстурированная нить 178,1 +30 - -

Техническая нить 135,8 +42 48 +56

Волокно 470,1 +22 381 + 14

Полиамидные

Предориентированная нить - - 12 +38

Текстильная нить 13,1 +20 15 +4

Текстурированная нить 17,7 +3 - -

Ковровая нить 10 +85 57 +7

Техническая нить 41,3 +23 48 +56

Волокно 10,8 + 10 6 -17

Полиакрилонит