автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка структуры и технологии изготовления многослойной комбинированной ткани из углеродных и кварцевых нитей

СЕРГЕЕВ ВЛАДИМИР ТЕРЕНТЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ТКАНИ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ И КВАРЦЕВЫХ НИТЕЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

005557745

1 - ЯНЗ ¿015

005557745

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ ВЛАДИМИР ТЕРЕНТЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ТКАНИ ИЗ УГЛЕРОДНЫХ И КВАРЦЕВЫХ НИТЕЙ

Специальность 05.19.02 - Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре проектирования текстильных изделий Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Николаев Сергей Дмитриевич

доктор технических наук, профессор кафедры технологии и конструирования Димитроград-ского инженерно-технологического института (филиала) ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,

Малецкая Светлана Владимировна

Ведущая организация:

доктор технических наук, заместитель директора по научной работе, заведующая кафедрой технологии текстильных изделий Камышин-ского технологического института (филиала) ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет» Назарова Маргарита Владимировна ООО «ТЕКС-ЦЕНТР»

Защита диссертации состоится «1Л »фсб^йШ 2015 года в «-Т& » часов на заседании диссертационного совета Д 212.144.06 при Федеральном Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет дизайна и технологии» по адресу: 115035,Москва, ул. Садовническая, 33,стр.1,ауд.157

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

Автореферат разослан » 2014 года

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.144.06 доктор технических наук, профессор

Е.А. Кирсанова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с интенсивным развитием авиа- и ракетостроения, атомной энергетики, освоением космоса и повышением обороноспособности страны возникла потребность в новых конструкционных материалах, превосходящих по своим свойствам традиционные металлические и неметаллические материалы.

Сегодня широкое применение находят композиционные материалы, полученные на основе полимерной матрицы и волокнистого армирующего элемента. Для армирования стеклопластиков, работающих в наиболее неблагоприятных условиях при высоких температурах и механических нагрузках, применяются ткани, выработанные из кварцевых и углеродных нитей. Стеклопластики на их основе используются для защиты летательных аппаратов от различных разрушающих воздействий.

Ткани вообще, и многослойные ткани в особенности, превосходят другие виды текстильных армирующих материалов по постоянству структуры, однородности свойств, устойчивости форм, технологичности в производстве стеклопластиков, удельной прочности. При применении многослойных тканей резко повышается несущая способность композиционного материала.

Применение многослойных комбинированных тканей в качестве армирующего элемента многофункционального композитного материала выдвигает повышенные требования к их качеству, техническим характеристикам и технологическому процессу их изготовления на ткацком станке.

Отрасль производства композитных материалов распоряжением Правительства РФ от 24 июня 2013 г. №1307-р выделяется как инновационная отрасль страны. Вышесказанное свидетельствует о том, что разработка многослойных комбинированных тканей специального назначения из углеродный и кварцевых нитей является актуальной.

Целью диссертации является разработка структуры многослойных комбинированных тканей из углеродных и кварцевых нитей для армирования многофункциональных композитов; определение рациональных параметров строения и технологии изготовления многослойных тканей специального назначения на отечественном оборудовании.

Для достижения поставленной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

- определены методы и средства исследования параметров изготовления, строения и свойств многослойных комбинированных тканей;

- выполнен расчет напряженно-деформированного состояния углеродных и кварцевых нитей в процессе многослойного ткачества;

- выполнен расчет по прогнозированию повреждаемости нитей основы и утка при выработке многослойных комбинированных тканей;

- разработана структура многослойных комбинированных углеродно-кварцевых полых тканей;

- определены натяжения основных и уточных нитей в динамических условиях многослойного ткачества;

- разработаны рациональные технологические параметры изготовления многослойных комбинированных тканей на отечественном оборудовании;

- выявлена возможность перехода на бесчелночное ткачество и даны рекомендации по созданию ткацких станков нового поколения.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являются многослойная комбинированная ткань сложной структуры, процесс ее изготовления на отечественном технологическом оборудовании. Для исследования объектов и решения поставленных в работе задач применялись теоретические и экспериментальные исследования. Теоретические исследования основаны на использовании современных научных теорий накопления повреждений, наследственной теории вязкоупругости, геометрическом методе строения и проектирования тканей. Экспериментальные исследования проводились в лаборатории кафедры ткачества МГУДТ и производственных участках ЗАО «ТРИ-Д». Использованы стандартные приборы для определения физико-механических свойств нитей и тканей, а также высокоточная автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС). Обработка экспериментальных данных проводилась с использованием методов математической статистики и современной вычислительной техники.

Научная новизна работы заключается в разработке:

- геометрической модели многослойной комбинированной ткани, определении параметров ее структуры для обеспечения заданного строения и свойств;

- значений вязкоупругих параметров для углеродных и кварцевых нитей на основе наследственной теории вязкоупругости Людвига Больцмана и Вито Вольтерры;

- математической модели напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка при изготовлении многослойной комбинированной ткани;

- параметров долговечности углеродных и кварцевых нитей и доказательстве на аналитическом уровне возможности изготовления многослойных комбинированных тканей на отечественном оборудовании;

- доказательств возможности изготовления исследуемых тканей на основе использования критерия длительной прочности В.В. Москвитина.

Практическая значимость работы:

- разработана новая многослойная комбинированная ткань из углеродных и кварцевых нитей с заданными свойствами;

- разработана технология изготовления многослойной комбинированной ткани сложной структуры;

- разработана система экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка в процессе многослойного ткачества;

- разработаны технические требования к многослойным комбинированным тканям, которые учитывают экстремальные условия эксплуатации;

- предложена геометрическая модель многослойной ткани с использованием комбинации углеродных и кварцевых нитей и различных базовых перепле-

тений, позволяющая решить проблему по обеспечению комплекса заданных свойств;

- получена статистика экспериментальных значений натяжения основы и утка при изготовлении многослойной комбинированной ткани;

- получены закономерности изменения натяжения основных и уточных нитей, характеризующие их напряженно-деформированное состояние в процессе тканеобразования;

- установлены рациональные технологические параметры, которые приводят к стабилизации процесса выработки многослойной ткани сложной структуры;

- результаты работы внедрены на ЗАО «ТРИ-Д».

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, базируются на большом экспериментальном материале, использовании современных научных теорий, корректном применении методов статистического анализа, использовании современных средств исследования и информационных технологий, апробации основных положений диссертации в периодической научной печати, а также подтверждается актами внедрения в производстве многослойных тканей технического назначения и в учебном процессе.

Апробация работы.

Основные положения диссертации обсуждались на заседании кафедры ткачества МГТУ им. Косыгина (2011, 2012 гг.). Результаты диссертационной работы доложены на международных научно-технических конференциях: «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» «ТЕКСТИЛЬ - 2009, ТЕКСТИЛЬ - 2010, ТЕКСТИЛЬ - 2012» (г. Москва), «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности»,(2011 г,. Витебск), «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» «ПРОГРЕСС - 2010, ПРОГРЕСС - 2012, ПРОГРЕСС - 2013», (г. Иваново), «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности» (МГУДТ, 2013г.).

Публикации.

По материалам диссертационного исследования опубликовано 25 работ, из которых 2 статьи в журнале, входящем в перечень ВАК: «Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности» , 4 статьи в сборниках научных трудов, 1 монография, 6 патентов, 12 работ в виде тезисов докладов на всероссийских и международных научно-технических конференциях.

Структура и объем диссертации. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, списка использованных источников из 208 наименований, 6 приложений на 34 страницах, содержит 32 таблицы, 60 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и задачи исследования, определены средства и методы, отражена научная новизна, практическая значимость и апробация результатов

работы, приведены сведения о публикациях по теме диссертации, о ее структуре и объеме.

В первой главе проведен обзор и анализ научных работ по следующим направлениям:

- напряженно-деформированное состояние нитей на ткацком станке;

- взаимодействие технологических параметров ткачества и параметров строения тканей различного назначения;

- технология изготовления многослойных тканей для композитов.

- Анализ литературных источников показал, что

- теоретические методы, применяемые в современных исследованиях, позволяют получить достоверные результаты, их целесообразно использовать при разработке технологии изготовления многослойной комбинированной ткани;

- натяжение и деформацию основы и утка в значительной степени предопределяют условия технологического процесса ткачества;

- при расчете натяжения нитей основы и утка следует учитывать релаксационные процессы, происходящие в нитях и ткани;

- отсутствуют теоретические разработки по выявлению влияния распределения натяжения и деформации нитей по глубине заправки ткацкого станка в динамических условиях.

Из обзора литературных источников следует, что имеется значительное количество сведений по изготовлению тканей технического назначения, исследованию их технологии, свойств и строения, однако практически отсутствуют публикации по разработке и исследованию многослойных комбинированных тканей сложных структур из углеродных и кварцевых нитей.

Вместе с тем, возрастающая потребность в композитах, полученных на основе многослойных стеклянных тканей, диктует необходимость проведения работ по созданию и исследованию новых армирующих материалов с заданными свойствами, в том числе в виде многослойных комбинированных углеродно-кварцевых тканей.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям.

В работе исследованы вязкоупругие параметры исследуемых нитей. На основе испытаний на разрывной машине РР-100 и используя основные положения наследственной теории вязкоупругости Больцмана - Вольтерры получены значения вязкоупругих параметров для углеродной нити линейной плотности 612 текс и кварцевой нити линейной плотности 410 текс при различных нагрузках, которые используются для создания многослойно комбинированной ткани специального назначения. В результате аналитических расчетов установлено, что модуль упругости кварцевых и углеродных нитей при изменении приложенных нагрузок значительно изменяется. Так при увеличении деформации углеродных нитей линейной плотности 205x2 текс (420 текс) с 0,1 до 0,5% модуль упругости уменьшается в 2,41 раза, а кварцевых нити линейной плотности 68x3x3 текс (612 текс) в 1,74 раза; для одиночных нитей это изменение меньше (для стеклянных нитей линейной плотности 205 текс — в 2,40 раза, для кварцевых нитей линейной плотности 68 текс — в 1,71 раза). Модуль упругости

основных нитей (на катушках) как кварцевых, так и углеродных, несколько больше модуля упругости уточных нитей (на шпуле) соответственно на 3,77% (кварцевых нитей) и 0,63% (углеродных нитей). Характер изменения модуля упругости кварцевых и стеклянных нитей свидетельствует о том, что при описании напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка следует использовать нелинейную наследственную теорию вяз коу пру гости. Изменение нагрузки на нити при изучении релаксационных процессов (для кварцевых нитей на 2.59-2,99%, для углеродных нитей на 2,54-3,38%) позволяет при описании напряженно-деформированного состояния нитей основы и утка на ткацком станке использовать формулы теории упругости, подставляя в них текущий модуль упругости.

В работе на аналитическом уровне установлена взаимосвязь между параметрами напряженно-деформированного состояния нитей. Предложена новая методика установления взаимосвязи между натяжением основных и уточных нитей на ткацком станке при изготовлении многослойной комбинированной ткани, которая учитывает изменение модуля упругости при приложении реальной нагрузки на нити. Получена статистика данных натяжения и деформации нитей при формировании многослойной полой комбинированной ткани из углеродных нитей линейной плотности 410 текс и кварцевых нитей линейной плотности 612 текс. Установлено, что натяжение кварцевых нитей значительно меньше натяжения углеродных нитей, однако деформации углеродных и кварцевых нитей примерно одинаковые. Натяжение и деформации нитей основы при зевообразовании в зависимости от положения нитей на 10-90% превышает натяжение основных нитей при прибое уточных нитей. Натяжение и деформации уточных нитей превышают натяжение основных нитей в зонах экспериментирования, наибольшее натяжение нити утка имеют в процессе прокладывания при сматывании нити.

Незначительные показатели деформаций свидетельствуют о том, что углеродные и кварцевые нити сохраняют свои упругие свойства в полной мере, о чем свидетельствуют физико-механические свойства нитей основы и утка до ткачества и нитей, вынутых из ткани.

На аналитическом уровне доказана возможность изготовления исследуемых тканей на отечественном технологическом оборудовании. Получены параметры долговечности углеродной нити линейной плотности 420 текс и кварцевой нити 612 текс, позволяющие прогнозировать напряженности заправки ткацкого станка. Расчеты повреждаемости нитей основы по критерию длительной прочности В.В.Москвитина показывают, что углеродные и кварцевые нити в условиях их небольшого деформирования на ткацком станка работоспособны.

Получение многофункциональных композитов возможно при применении нескольких исходных материалов в определенном сочетании и пропорци-ях.В данной работе использованы два вида волокон: кварцевые и углеродные. Высокие термические и механические показатели, влаго- и хемостойкость делают возможным их применения в экстремальных условиях. Удельное электрическое сопротивление кварцевого волокна обеспечивает радиопрозрачность летательных объектов, а углеродные волокна обладают уникальным свойством -

абляцией, которое широко используется для тепловой защиты космических аппаратов.

Структура многослойной ткани обеспечивает нерасслаиваемость композита при воздействии ударных нагрузок, в том числе в трансверсальном направлении. В разработанной многослойной комбинированной полой ткани (МКГТТ) получено такое расположение нитей, при котором внешняя поверхность полой ткани закрыта углеродными нитями (410 текс; Урал Н/205-22х2), а внутренние слои образованы кварцевыми нитями (612 текс; КС11-68текс хЗхЗ) с малой величиной крутки 50-75кр/м.

Для формирования многослойной комбинированной ткани в качестве базовых переплетений выбрано сочетание сатинового переплетения с производным от полотняного (рис.1). Получение многослойной комбинированной полой

ткани осуществляется за счет последовательного послойного прокладывания уточных нитей из верхнего полотна в нижнее и обратно. Автором определены параметры и вид нитей, структура ткани и форма тканого изделия, обеспечивающие получение многослойной комбинированной полой ткани, используемой в качестве армирующего материала многофункциональных композитов.

Рис. I- Пространственная модель многослойной комбинированной ткани.

В третьей главе предложена последовательность технологических процессов подготовки углеродных и кварцевых нитей заданной структуры и толщины, в том числе процесса трощения, кручения, формирования уточного початка и основной катушки с учетом специфических свойств стеклянных нитей.. Выбран ткацкий станок КПТЗ-160С, оснащенный механизмами, обеспечивающими выработку многослойных комбинированных полых тканей сложных структур.

Определены параметры подготовительных процессов и условия выработки многослойной комбинированной полой ткани на специальном ткацком станке КПТЗ-160С с учетом свойств малокрученых углеродных и кварцевых нитей значительной линейной плотности. Установлены параметры ткачества: скорость ткацкого станка снижена до 56-60 мин"1, величина заступа 310-320°, прибойная полоска не превышает 3 мм. Применение шпулярника и системы скал позволяет увеличить вынос зева и создает условия для поддержания заправочного натяжения основных нитей.

В четверной главе представлены результаты исследований натяжения основных и уточных нитей в процессе выработки многослойной комбинированной ткани.

Исследование осуществлялось с помощью разработанных датчиков натяжения одиночных и группы основных нитей, датчиков уточных нитей, положения главного вала и отсчета начала раппорта переплетения. Измерительные датчики встроены в автоматизированную информационно - измерительную си-

стему (АИИС), которая предназначена для записи, визуализации и обработки быстропротекающих процессов в реальном времени (рис.2).

Рис. 2 - Структурная схема АИИС С помощью АИИС определены фактические значения натяжения основных нитей в полотнах и слоях многослойной комбинированной полой ткани (МКПТ), выявлено влияние вида нитей и технологических параметров заправки. Всего было поведено более 120 записей, получены диаграммы для всех основных нитей раппорта переплетения (К0=16). Характер диаграмм (рис. 3 а, б) свидетельствует о том, что натяжение основы имеет значительные колебания по величине и зависит от вида нитей и базового переплетения.

АИИС

Особенностью условий формирования разработанной ткани является тот факт, что натяжение основных нитей при опускании ремиз в 2-3 раза, а в некоторых случаях в 5-6 раз больше, чем при подъеме. Натяжение при зевообразо-вании больше, чем при прибое, - это объясняется использованием зевообразо-вательного механизма закрытого типа, в котором прибой осуществляется практически при заступе

Величина Р0 углеродных нитей больше, чем у кварцевых, особенно в верхнем полотне полой ткани (рис.4), и. достигает в среднем 75-80 сН у углеродных нитей и 15-20 сН у кварцевых нитей.

» Рзаст. ш Рпрпб.

Рис. 4 - Натяжение углеродных и кварцевых основных нитей в различных полотнах многослойной комбинированной углеродно-кварцевой ткани Представляют интерес сведения об изменении Р0 в зависимости от расположения нитей на шпулярнике ткацкого станка. Большая разница в натяжении (при максимуме в 1-2-ом и 16-17-ом вертикальных рядах и минимуме в средних рядах) появляется из-за различной степени изгиба основных нитей при выходе со шпулярника, в направляющих скального устройства и влияния высоты подъема ремизок (рис. 5).

углеродные нити:

Номер ряди Ш1[)'Лярник1Ц центральная стойки 1-ый вертвка.тьный ряд

—«— Натяжение основных нитей при зевообрязошншм к нижнем положении ремизки, Ко. (еН) —к*°°»Нагжкение основных нитей при зевообразовашш с верхнем положении ремизки, 1-о (сН)

Рис. 5 - Натяжение основных нитей (Р0) на станке КПТЗ-160С при выработке МКПТ в зависимости от их расположения по вертикали шпулярника

Для исследования натяжения уточных нитей (Fy) разработано измерительное устройство, вмонтированное непосредственно в челнок, что обеспечило непрерывную запись диаграмм без нарушения процесса ткачества и изменения структуры ткани. При использовании его совместно с АИИС получены новые сведения о деформации уточных нитей при формировании МКПТ. В процессе исследования установлено, что Fy углеродных и кварцевых нитей по мере сматывания с уточного початка увеличивается в 2 раза при наличии периодических колебаний и существенного отличия по абсолютной величине при изменении направления полета челнока (рис 6 а, б).

На рис. 7 дан фрагмент тензограммы Fy, на котором видны изменения натяжения утка за каждый цикл работы ткацкого станка. Наибольшего значения до 100 сН Fy достигает при 180° (полет «слева-направо») и до 50 сН при 210° (полет «справа-налево»), что соответствует процессу сматывания уточной нити с початка, сопровождаемое усилением воздействия уточной нити на датчик натяжения.

а б

Рис. 6 - Тензограммы Ру углеродных (а) и кварцевых (б) нитей за время сматывания с одной

уточной шпули

Полученные результаты исследования Ру в динамических условиях ткачества могут быть использованы при оптимизации процесса выработки многослойных полых тканей различных структур.

Hi Оборота

Основные периоды движения челнока при выработке МКПТ: Точки 1 - 2 - 3 - бой (60° - 120°); Точки 3 - 4 - 5 - полет челнока в зеве (120° - 230°);

Точки 5 - 6 - торможение (230° - 270°);

Точки 6 - 1 - челнок в челночной коробке (270° - 360° - 60°).

В работе проведены исследования свойств и строения многослойных комбинированных тканей различных переплетений, построенных на базе полотняного, производного от полотняного и комбинации производного от полотняного и сатинового. Получение однородности структуры спроектированных тканей обеспечено использованием углеродных и кварцевых нитей практически одинакового диаметра: dpac4 угл =0,839 мм;ёрасч кварц = 0,876 мм; <1фактугл = 0,85 мм; с1факт кварц = 0,89 мм.

Установлено, что вид базового переплетения существенно влияет на свойства МКПТ Так, поверхностная плотность ткани составляет 2,39кг/м2; 2,59кг/м2' и 2,43кг/м2при заданном значении 2,5±0,15 кг/м2. Уработка основных нитей в 5-10 раз превышает уработку уточных нитей, при минимальном отличии в ткани комбинированного переплетения (в 5-6 раз). Наибольшее объемное заполнение 0,66г/см3 наблюдалось у МКПТ третьего варианта.

При сравнении разрывных характеристик исходных нитей и вынутых из ткани установлено, что потеря прочности составляет 10 %, в отдельных случа-ях-20 % для основных нитей и 3-6 % для уточных нитей. Разница в показателях является результатом волнообразной формы нитей, при которой средняя высота волны углеродных нитей составляет h0=l,72 мм, Ьу=0,45мм, у кварцевых нитей h0=l ,27 мм, Ьу=0,38мм во внутренних слоях и уменьшается до практически прямолинейного расположения кварцевого утка во внешнем слое (Ьу=0,05мм).

В целом расположение нитей в различных слоях МКПТ характеризуется высоким ПФС, который составляет 7,16-7,35, а во внешнем кварцевом слое ПФС=8,7., что согласуется с результатами уработок нитей обеих систем и величиной угла их наклона к поверхности ткани: среднее значение углеродных нитей 22,8°, кварцевых 12,0°. Также найдено соотношение высот волн изгиба (h0 /hy), составляющих для углеродных нитей 3,82, для кварцевых внешнего слоя 3,54-3,34,а для внешнего слоя 25,4 за счет прямолинейного утка (рис. 8).

По фотографиям срезов установлено, что коэффициенты смятия нитей по горизонтали (пог, г|уг) в 3-4 раза больше, чем по вертикали (г]ов, г|ув). При этом коэффициенты смятия по горизонтали основных углеродных и кварцевых нитей близки по своей величине (1,849-1,731). Однако эти показатели отличаются у уточных нитей : углеродных riyr = 2,017/2,035-1,905 и кварцевых Т|уг = 1,784/2,060-1,545. Более плоская форма уточных нитей является результатом воздействия натяжения основных нитей, которое достигает максимума во внешних слоях МКПТ (см. рис.8).

Рис. 8 - Фотографии срезов МКПТ: а- вдоль основных; б- вдоль уточных нитей

Анализ физико-механических свойств и параметров строения многослойных комбинированных тканей различных переплетений подтвердил выбор многослойной ткани, построенной на основе сочетания производного от полотняного переплетения и сатинового. Испытание изделий на основе МКПТ рациональной структуры определили возможность использования ее в качестве армирующего материала для многофункциональных композитов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследованы вязкоупругие параметры исследуемых нитей. На основе наследственной теории вязкоупругости Людвига Больцмана - Вито Вольтерры получены значения вязкоупругих параметров для углеродной нити линейной плотности 612 текс и кварцевой нити линейной плотности 410 текс при различных нагрузках, которые используются для создания многослойной комбинированной ткани специального назначения. Установлено, что модуль упругости кварцевых и углеродных нитей при изменении приложенных нагрузок значительно изменяется.

2. Установлена взаимосвязь между параметрами напряженно-деформированного состояния основных и уточных нитей при изготовлении многослойной комбинированной ткани из углеродных и кварцевых нитей. Предложена новая методика выявления взаимосвязи между натяжением основных и уточных нитей на ткацком станке при изготовлении многослойной комбинированной ткани, которая учитывает изменение модуля упругости при приложении реальной нагрузки на нити. Небольшие значения деформаций свидетельствуют о том, что углеродные и кварцевые нити сохраняют свои упругие свойства в полной мере, о чем свидетельствуют физико-механические свойства нитей основы и утка до ткачества и нитей, вынутых из ткани.

3. На аналитическом уровне доказана возможность изготовления исследуемых тканей на отечественном технологическом оборудовании. Получены параметры долговечности углеродной нити линейной плотности 420 текс и кварцевой нити 612 текс, позволяющие прогнозировать напряженности заправки ткацкого станка. Расчеты повреждаемости нитей основы по критерию длительной прочности В.В. Москвитина показывают, что углеродные и кварцевые нити в условиях их небольшого деформирования на ткацком станка работоспособны.

4. Предложены геометрическая и пространственная модели многослойной комбинированной ткани, определены рациональные параметры ее структуры для обеспечения заданного строения и свойств.

5. Разработана технология изготовления многослойных комбинированных тканей сложных структур с чередованием в слоях углеродных и кварцевых нитей для получения армирующего тканого материала с заданной массой, толщиной и объемной плотностью.

6. Разработаны принципиально новая система измерения натяжения основы и утка на многочелночном ткацком станке; предложены конструкции датчиков для непрерывного измерения натяжения основных и уточных нитей в динамических условиях работы ткацкого станка; разработана и внедрена программа обработки результатов исследования с помощью АИИС.

7. Получена статистика данных натяжения основы и утка на многочелночных ткацких станках, позволяющая прогнозировать условия работы нитей на ткацком станке.

8. Установлено, что в каждом периоде образования многослойной ткани натяжение основных нитей при зевообразовании больше, чем при прибое; на натяжение углеродных и кварцевых основных нитей оказывает существенное влияние проборка нитей в ремиз и расположение катушек по высоте и глубине шпулярника из-за различной степени изгиба нитей в направляющих.

9. Определены фактические значения натяжения уточных нитей в процессе выработки многослойной комбинированной ткани на станке КПТЗ-160С; установлено увеличение натяжения в 2 раза от начала до конца сматывания уточной паковки и разница абсолютного значения в зависимости от направления движения челнока.

10. Исследованы основные физико-механические свойства многослойных комбинированных тканей, параметры их структуры. Получена хорошая сходимость экспериментальных и расчетных данных. Установлено, что во всех слоях многослойной ткани уработка основных нитей в 5-10 раз превышает уработку уточных нитей и зависит от вида переплетения.

11. При сравнении одноцикловых разрывных характеристик исходных нитей и вынутых из ткани, установлено, что потеря прочности составляет 10-20 % для основных и 3-6 % для уточных нитей. Разница в показателях является результатом волнообразной формы нитей, при которой высота волны углеродных нитей составляет Ь0=1,72 мм, Ьу=0,45 мм, у кварцевых нитей Ь0 = 1,27 мм, Ьу = 0,38 мм во внутренних слоях и уменьшается до практически прямолинейного расположения утка во внешнем слое Иу = 0,05 мм.

12. Установлено, что ПФС в различных слоях многослойной комбинированной ткани различен: во внешнем верхнем слое (чистый углерод) и внутренних слоях (переходный слой: углерод + кварц; и чистый кварц) ПФС составляет 7,35-7,16, а во внешнем нижнем слое (чистый кварц) приближается к максимуму ПФС= 8,7.

13. Определены перспективы развития многослойных комбинированных тканей для армирования композитов, используемых в различных отраслях военно-промышленного комплекса страны.

14. Разработаны исходные данные и технические задания для создания ткацких станков нового поколения: СТ-160С и СТ4-160Ж. На них предусмотрены системы программного управления основными механизмами ткацкого станка через комплектные электродвигатели с электронным управлением; установка монитора для отображения текущих технологических параметров и пульта с возможностью их задания

15. Результаты аналитических и экспериментальных исследований апробированы и внедрены в ткацком производстве ЗАО «ТРИ-Д».

Публикации, отражающие основное содержание диссертации Монография

1. Разработка новых текстильных материалов специального назначения. Монография/ И.М. Гаврилова, Е.В. Евсюкова, Т.Ю. Карева, О.В. Кащеев, С.Д. Николаев, И.Н. Панин,

И.Ю. Павлихина, В.Т. Сергеев, Р.И. Сумарукова, Б.М. Фомин. Под редакцией С.Д. Николаева. - М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012,- 110 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования научных результатов кандидатских диссертаций

2. В.Т. Сергеев. Перспективные многослойные ткани // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - Иваново: ИГТА, 2010. - №3,- 3 с.

3. В.Т. Сергеев, С.Д. Николаев, Р.И. Сумарукова. Технология изготовления многослойной бикомпонентной ткани // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. - Иваново: ИГТА, 2012. - №6 - 5 с.

Статьи в сборниках научных трудов

4. В.Т. Сергеев, И.Ю. Павлихина, И.М. Гаврилова, Е.В. Евсюкова, К.Э. Разумеев, Н.В. Куликова. Новое поколение ресурсосберегающих многослойных тканей и контурно-профильных тканых изделий специального назначения из химических нитей. // Разработка научных основ и промышленное освоение эффективных ресурсосберегающих технологий производства и глубокой переработки шерсти и других видов натуральных и химических волокон. Сборник научных трудов. - М.: ОАО «ЦНИИШЕРСТЬ», 2011- 6 с.

5. В.Т. Сергеев, И.Ю. Павлихина, С.Д. Николаев, Р.И. Сумарукова, И.М. Гаврилова. Новые многослойные ткани из нетрадиционного сырья // Сборник научных трудов. - Димит-ровград: ДИТИ Национального исследовательского ядерного университета МИФИ, 2013. — 6 с.

6. В.Т. Сергеев. Технологические особенности изготовления многослойной бикомпонентной ткани. Сборник научных трудов аспирантов. Выпуск 18. - М., 2012г. - 5 с.

7. В.Т Сергеев, С.Д. Николаев. Создание нового поколения многослойных тканей и контурно-профильных тканых изделий из химических нитей. Сборник научных трудов аспирантов МГУДТ. - М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», 2013. - 6 с.

Патенты

8. Патент РФ на промышленный образец №40438 от 24.02.1994. Ткань. Павлихина И.Ю., Еровенкова В.И., Сергеев В.Т., Квашнева З.И., Аитова М.Ю.

9. Патент РФ на промышленный образец №40439 от 24.02.1994. Ткань. Павлихина И.Ю., Еровенкова В.И., Сергеев В.Т., Квашнева З.И., Аитова М.Ю.

10. Патент РФ на промышленный образец №41327 от 21.10.1994. Тканый материал. Павлихина И.Ю., Еровенкова В.И., Сергеев В.Т., Квашнева З.И., Аитова М.Ю.

11. Патент на промышленный образец № 81353 от 15 декабря 2010 года. Ткань. Аитова М.Ю., Сергеев В.Т.

12. Патент на полезную модель №143392 от 08.04.2014 года. Устройство подачи нитей основы на ткацкой машине для многослойных тканей и ткацкая машина с этим устройством. Сергеев В.Т., Малафеева И.Г., Терентьев O.A., Усолов В.А.

13. Патент на промышленный образец № 2159301 от 28.03.2000 года. Многослойная ткань. В.Т. Сергеев, З.И. Финникова, В.И. Еровенкова.

Материалы научно-технических конференций

14. В.Т. Сергеев. Использование специального ткацкого оборудования для изготовления многослойных комбинированных тканей. // Материалы международной научно-технической конференции. «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности». - Витебск, 2011. - 3 с.

15. В.Т. Сергеев, И.Ю. Павлихина, Р.И. Сумарукова, И.М. Гаврилова ,А.Ю. Тимко. Многослойные ткани для композитов // Материалы международной научно—технической конференции. «Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности». -Витебск, 2011.-Зс.

16. В.Т. Сергеев. Перспективы создания и производства многослойных тканых армирующих материалов. // Международная научно-техническая конференция «Современные

технологии и оборудование текстильной промышленности » (ТЕКСТИЛЬ-2010): тезисы до-кладов.-М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010. - 1 с.

17. В.Т. Сергеев. Измерение и исследование расположения стеклянных нитей в многослойных тканях технического назначения. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «ПРОГРЕСС-2010». - Иваново: ИГТА, 2010. - 1 с.

18. В.Т. Сергеев, Р.И. Сумарукова. Перспективные текстильные материалы. Многослойные ткани и тканые изделия. П Тезисы докладов международной научно-технической конференции «ПРОГРЕСС-2010». - Иваново: ИГТА, 2010,- 1 с.

19. Р.И. Сумарукова, В.Т. Сергеев, И.Ю. Павлихина. Разработка геометрических моделей строения многослойных тканей // Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2009): тезисы докладов.-М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009 - 1 с.

20. С.Д. Николаев, В.Т. Сергеев. Разработка технологии многослойных комбинированных тканей с заданными свойствами для армирования композиционных материалов // Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности » (ТЕКСТИЛЬ-2009): тезисы докладов.-М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009 - 1с.

21. В.Т. Сергеев, Р.И. Сумарукова. Исследование натяжения основных нитей на шпулярнике ткацкого станка КПТЗ-160С при выработке многослойных тканей. // Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012): тезисы докладов.-М.: ФГБОУ ВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2012,- 1 с.

22. В.Т. Сергеев, С.Д. Николаев. Особенности технологии изготовления многослойной бикомпонентной ткани. // Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности «ПРОГРЕСС-2013»: сборник материалов международной научно-технической конференции. Иваново: Текстильный институт ФГБОУ ПВО «ИВГПУ», 2013 - 1 с.

23. А.Ю. Тимко, В.Т. Сергеев. Особенности технологии многослойных тканей из кварцевых нитей. // Международная научно-техническая конференция «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности»: тезисы докладов. - М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», 2013. - 1 с.

24. В.Т. Сергеев, И.Ю. Павлихина, Р.И. Сумарукова. Новые многослойные ткани. // Международная научно-техническая конференция «Дизайн, технологии и инновации в текстильной и легкой промышленности»: тезисы докладов. - М.: ФГБОУ ВПО «МГУДТ», 2013.-1 с.

25. В.Т. Сергеев, Р.И. Сумарукова. Перспективы создания и производства многослойных тканых армирующих материалов. // Тезисы докладов международной научно-технической конференции «ПРОГРЕСС-2012». - Иваново: ИГТА, 2012 - 1 с.

Подписано в печать: 28.11.2014

Объем: 1,0 усл. п. л. Тираж: 100 шт. Заказ № 070 Отпечатано в типографии «Реглет» 125009, г. Москва, Страстной бульвар, д. 4 +7(495)978-43-34; www.reglet.ru