автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.03, диссертация на тему:Разработка технологии изготовления кромок тканых синтетических сеток

На правах рдкописи

СЕМЕЛЬКИН шексей Вычеславович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРОМОК ТШШХ СИНТЕТИЧЕСКИХ СЕТОК

05.19.03 - Технология текстильных материалов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических надк

Сапкт-Петербирг 13У5

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете Технологии и Дизайна на кафедре механической технологи волокнистых материалов.

Научный руководитель: Доктор технических наук,

профессор Н.Н.Труевцев

Консультант: Кандидат технических наук,

6.В.Гусаков

Официальные оппоненты: Доктор технических наук,

профессор А.Й.Челышев

Кандидат технических наук, доцент Г.Г.Лебедева

Ведущее предприятие: АО "Невская Мануфактура"

Защита состоится "2.1" г. в час. на

заседании диссертационного Совета К 063.67.03 при Санкт-Петербургском Государственном Университете Технологии и Дизайна, ауд.241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет Адрес: 191065, Санкт-Петербург, ул.Б.Морская. !8.

Нченый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент

^ О.Дергачева

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМИ, В современных условиях особци вашость для производства приобрели вопроси, связанные с повышением конкурентоспособности готовой продукции, что в первую очередь определяется повышением ее качества и надежности в эксплуатации. Острота проблемы для текстильщиков усугубляется геи, что ка рнцке отечественных производителей' иироко представлена продукция зарубежного производства, обладающая высоким качеством, привлекательным внешним видом и наденностыя.

Подобная ситуация характерна и для рынка технических тканей и синтетических тканых сеток. В России основными производителями сеток, используемых для одеяды бумагоделательных и картонодела-тельных мамин являются АО "Невская Нануфактура" и Красноканский завод металлосеток. Однако они испытывает сильнци конкуренции со стороны западных производителей, таких как фирмы "Хайк" (СИА), "йеталликутомо" (Финляндия), "Вагнер" (Германия), "Нордискафельд" (Швеция), "Скапа-Скания" (йвеция) и других, обладавших репутацией производителей продукции высокого качества.

Тканые синтетические сетки, представлявшие собой полотно, соединяемое в бесконкчнцэ транспортирующую ленту при помочи специального замка, обладав! рядом достоинств по сравнении с применявшимися ранее сукнами. Высокая износостойкость,"долговечность, открытая и проницаемая структура), обеспечили им широкое распространение и сделали необходимыми для работы широкоформатных высокоскоростных мавин в целлвлозно-бумаяной промышленности.

Однако при эксплуатации синтетических тканнх сеток часто воз-никапт проблемы, свзанные с недостаточна надежным закреплением краев сеточных полотен, что приводит к ускоренному разрушении их кромок в результате интенсивных механических воздействий, обусло-

- А -

влснннх взаимодействием кромки с задавшим элементом сеткоправиль-ного механизма, Повреждение края полотна, отрыв отдельных нитей приводит к останову машина, необходимости для проведения ремонта кромки, а в некоторых случаях и преждевременной замены дорогостоящ сетки.

Применяемые в отечественной практике способы закрепления кромок путем проклейки не обеспечивают требуемой долговечности сеток при возроежкх скоростях и ужесточении технологических режимов работы бумагоделательных мавин. Традиционные же методы челночного ткачества не позволяют добиться желаемого результата в силу особен ностей производства и эксплуатации тканых синтетических сеток. Зарубежные аналоги обладают более устойчивой к механическим воздействиям кромкой, однако технология ее изготовления составляет "кпои-Ьои" фирмы-производителя и недоступна для непосредственного использования. „

Известно, что в целях упрочнения волокнистых материалов разного назначения «ирокое распространение получили способы, основанные на использовании связующих полимерных материалов и композиций, и , в частности, расплавов термопластичных полимеров. Однако применение этого способа для изготовления кромок тканых синтетических сеток отечественного производства сдерживается отсутствием разработок по осуществлении технологического процесса пропитки края сеточного полотна,* отсутствием методики оценки качества получаемой кромки, отсутствием данных по исследованию свойств подобных кромок к конструкций устройств для реализации технологического процесса их получения и т.п. •

Поэтому разработка параметров технологического процесса укре-!|вния кромок и устройства для осуществления такого процесса явля-тся важной и актуальной задачей.

ЦЕЛЬ И ЗПДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работа является разработка технологического процесса изготовления кромок тканях ьинтетических сеток, устройства для ого обеспечения, а также методики оценки и исследования свойств полученных кромок.

Для достижения этой цели были выполнены следуечие работы:

- исследованы существующие технологии изготовления кромок текстильных полотен и проведена классификация способов их формирования;

- разработано устройство для изготовления кромки и определены параметры его работы;

- составлена программа для вычисления на ЭВМ параметров технологического процесса изготовления кромки;

- исследованы свойства кромок, разработан способ определения их устойчивости к распусканию и предлоаена методика оценки свойств изготовленной кромки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следувщем:

1. На основе изцчения теоретических положений. характеризующих процесс течения вязких зидкосТей через пористые структур« разработана математическая модель формирования кромки тканой синтетической сетки.

2. На основании теоретических расчетов предложен новый способ обеспечения синхронизации расхода подаваемого на кромку расплава со скоростью движения сеточного полотна (Заявка Н 95113332 от 26.07.95 г.).

: 1 I

3. Предложена формула для расчета времени сквозной пропитки

I

расплавом краев тканых синтетических сеток и определен« оптимальные технологические параметры для конкретных тканых сеток. 1 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы состоит в следующем: ,

- разработана технология изготовления устойчивой к распуска-

I

нио переплетения кромки тканых синтетических сеток и устройство

для осуществления технологического процесса формирования упроч}1ен-

-> I

ной кромки; 1

- предложена методика определения свойств кромки, позволявшая произвести выбор наиболее подходящего материала-связупщего и оценить пригодность готовой кромки к эксплуатации.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы работы докладывались на заседа- • ниях кафедры механической технологии волокнистых материалов СПГЭТД в 1994 и 1995 годах и в научно-исследовательской лаборатории АО "Невская Мануфактура" в 1995 году, а также публиковались в печати.

ОБЪЕМ РАБОТН. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами по главам, обчих выводов и рекомендаций. Содер-«ит страниц наиинописного текста. рисунков, таблиц и прилояения. Библиографический список включает наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

М ВВЕДЕНИИ дано обоснование выбора темы диссертации, сформулированы цель н основные задачи исследований, отмечены научная новизна, актуальность * практическая значимость работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ условий работы синтетических тканых сетов н рассмотрены устройства и принципы работы механиз-

мов правки полотна. Выделены основные факторы, обусловливание выхйд|кромки из строя: это износ по лицевой и изнаночной поверхности] высокая температура сушильной части машины, процессы гид)! 1

ролизй и механическое взаимодействие краев сетки с задашщими

П I

элементами сеткоправильных устройств при высоких скоростях дви«е-

■ ! ! 1

ния[полотна. ,

Рассмотрен сществуиций в настоящее время на АО "Невская пураГ технологический процесс выработки тканых синтетичес-

Ианцфа

ких

обзс

I

сучильных сеток и способ изготовления кромок. На основании ра

научно-технической литературы проведен анализ сучествувцих способов и |ехнологий изготовления кроиок, дана их классификация к показаны их основные достоинства и недостатки. Выявлена перспек-тив1|ость способов, основанных на нанесении связувцего на край полотна для изготовления кроиок тканых синтетических сеток. Рассмотрены существующие устройства для нанесения полимерных связувзнх

на различные материалы и произведен их анализ с точки зрения при-

1 : ;

менймости к решении поставленной задачи. Проведен анализ научно-

I : ! ' . технической литературы по вопросам, связанным с течением валких

яидкостей вглубь пористых структур, который показал необходимость

1 1 ! ■

адаптации положений теории движения жидкостей и газпв-в недефорни-руемых пористых средах применительно к вопросам технологии изготовления кромок с учетом особенностей свойств тканых синтетических

I I 'I I ' и расплавов полииеров.

| ' ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена разработке теоретической модели проМ 1 ! десса изготовления кромки.

\ Произведен выбор катериала-связушцего для изготовления крои-пи. |1ри этом учитывались эксплуатационные, технологические к экологические требования, предъявляемые как к связущему. так и к го-

тоной кромке. Проведен сравнительный анализ образцов кромок, изготовленных с использованием в качестве связундего рада растворов и расплавов полимеров, показавший целесообразность применения термопластичного полиуретана, изготавливаемого Владимирским ПИИСС, для формирования кромок синтетических сеток.

При разработке теоретической модели проникновения вязкой нид-кости вглубь тканой структуры были использованы следующие основ-нне допуяения:

- жидкость является несхииаемой и вязкой;

- тканая структура рассматривается как пористая и недеформи-руемал;

- перенос тепла осуществляется теплопередачей от более нагретой хидкости более холодным нитям и теплопроводностьв от нагретых вневних границ вглубь полотна.

В основу теоретической модели били положены следувцие уравнения*. закон сопротивления Дарси. уравнение неразрывности, уравнение теплопроводности и уравнение Ньютона-Рихмана. Кроме того, производился учет зависимости вязкости расплава от температуры и градиента скорости сдвига. Тканые полотна рассматривались как слоистые структуры, обладащие постоянными фильтрационными характеристиками в пределах одного слоя. При рассмотрении тепловых процессов учитывалась зависимость теплоемкости и теплопроводности расплава и синтетических нитей в зависимости от температуры. Также производился учет процессов смачивания нитей расплавом, выражавиийся величиной эквивалентного противодавления на границе проникновения жидкости.

На основании приведенной системы уравнений с учетом особенностей расплавов полимеров, как жидкости, и тканых сеток, как по-

ристой среди, бала разработана теоретическая модель, описывающая процесс течения жидкости вглубь пористой'среды и соответствующий вычислительный алгоритм, а гакае создана программа реализации этого алгоритма на ЭВМ, позволявшая получить значения времени, необходимого для полного заполнения пустот тканой структуры связующим в зависимости от характеристик полотна и расплава, давления и температуры в фильере, а также начальной температуры полотна.

По результатам проведенного численного моделирования была получена теоретическая зависимость, отражающая взаимосвязь основных параметров технологического процесса в виде:

- VI1 с 1 - . (."Ч -То ^ -Й акр ( V ^

где *с - время, необходим»'; пасплаву для сквозной пропитки кромки,

"Т^ - температура расплава в фМльере,

То - начальная температура полотна,

Есх - энергия активации сязкого течения расплава,

Л- - универсальная газоозя постоянная,

- величина давления о сильере,

(1 - предэкспонвпциальнай иногитель,

- константа, учитывающие влияние процесса смачивания нитей и соотноиение тепловых /арактеристик расплава и полотна.

На основании полученной зависимости может быть определена предельная скорость двизения полотна, при которой осуществляется сквозная пропитка кромки:

'•Г. ^

где <5 - скорость движения полотна, рабочая ширина фильеры.

Таким образом, с помоцыл приведениях формул моает быть осуществлен выбор основных технологических параметров процесса изготовления кромки в зависимости от характеристик полотна и полиме-ра-связупщего.

ТРЕТЬЯ ГЛЙВО посвящена проверке адекватности теоретической модели. Для этих целей при помощи теоретической зависимости, полученной во второй главе, был составлен полный факторный план эксперимента и определены уровни варьирования факторов в ка®дом узле плана. Варьированию подвергались следующие Факторы: давление расплава в фильере, температура фильеры, начальная .температура полотна и скорость движения полотна. Кроме того, эксперимент производился с двумя типами полотен, обладавших минимальной' и максимальной величиной коэффициента проницаемости. В ходе эксперимента определялось приращение массы кромки, обусловленное затеквим вглубь тканой структуры расплавом в зависимости от значений технологических параметров (факторов) в каждой точке плана. Полученные значения сравнивались со значениями, определяемыми расчетным путем.

При вычислении расчетных значений приращения массы кромки требовалось знание таких параметров, как коэффициент проницаемости. пористость, удельный объем и сдельная поверхность нитей. Сказанные параметры были определены как расчетным, так и экспериментальным способами для ряда тканых синтетических сеток, выпускаемых в настоящее время на ЙО "Невская Мануфактура"'.

Ниже представлены полученные расчетные формулы для определе-

- и -

пил удельного объема и удельной поверхности нитей, образувцих к;:я мку:

где мл - удельний объем нитей в кронке,

5 - удельная поверхность нитей в кромке,

л/х * - число видов нитей основы и утка.

» ■£» . ~ площадь поперечного сечения нити основы 1-го вида и I -л*

утка 1-го вида, . Оо; " - уработка нити основы 1-го вида и утка }'-го вида, П0(1 „ число нитей основы Ьго вида и утка 1-го вида, приходя-

щихся на один метр. По; ^ Пч . _ периметр поперечного сечения нити основы 1-го вида и утка ]-го вида,

г

^ - толщина полотна,

к - вирина и длина рассматриваемого участка, у,«.р - суммарная площадь перекрытий на рассматриваемом участке. После обработки результатов эксперимента было получено удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных точек.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ сообщаются сведения ой исследовании свойств получаемых кромок. Отмечается, что основными эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к кромкам тканых синтетических сеток являптся;

- устойчивость к распускании переплетения:

- высокая устойчивость к истиранив по плоскости (лицевой и

изнаночной поверхности) и крав;

- устойчивость к гидролизу.

Сучеетвувцие методики определения этих свойств для тканей либо не могут быть использованы, либо нуждавтся в усовершенствовании в силу особенностей свойств материалов, применяемых при производстве тканых синтетических сеток.

В главе рассматривания разработанные специально для синтетических сеток методики определения устойчивости к распускании переплетения кромки и определения устойчивости к износу по ее плоскостии краю, схемы которых представлены на рис.1 (а,б,в).

рос.. I

На рисунке обозначены:

1 - образец изготовленной кромки, 2 - крайняя нить основы, 3 - неподвижный зааим, 4 - подвижный заним, 5 - динамометр, 6 - абразивный круг, 7 - столик, 8 - замынсе приспособление. 3 - груз.

С использование» разработанных методик было проведено сравнительное исследование свойств образцов кромок, изготовленных по разработанной технологии, по традиционно применяемому на ПО "Невская Мануфактура" способу и образцов полотен без укрепленной кромки. При испытаниях образцов, изготовленных по разработанной технологии, использовались образцы двух видов:

- со скругленной галтельи по край кромки; с кромкой без скругленной галтели. Поперечное сечение таких образцов представлено на рис.2, где приняты сяедунщие обозначения:

1 - полотно,

2 - кромка, пропитанная связунщим,

3 - скругленная гал" 'ь, образованная полимером-связувцим.

рис. 2

| ; Результаты испытаний представлены в таблице 1, где за уровень 1()0Х приняты результаты испытаний образцов, изготовленных по разработанной технологии и имеющих по крап скругленную галтель.

Таблица 1

Результаты испытаний кромок разных видов

О о Бе^ гиЭролиу^ После

1 Е о с 5» И п Уст О й Ч нЬос"» Ь и. нию п«.р«.г>л1-«-улемыЯ и^нос ОТ трс-ни? ЙсТоиЧЧ*ЬосТь к сл. Ю Ц^Нос ОТ Т рани.«

О с (У $ и II ¿ нить а нить ъ к ни"Ь Плескать Куои 1 НиТЪ 2.'' нми> Ь к нчТЬ Рлсс-исТЪ Крчм

СК-1М ТПУ есть 100 100 100 100 100 100 53 52 52 53 180 149

СК-1М ТПУ нет 65 95 99 98 100 121 33 53 51 50 180 139

СК-1М Десм нет 39 17 20,5 22 126 147 ,9 7 8. 7 203 172

ск-ш - нет 1 1.5 2.4 3 141 157

СК-1М ТПЗ есть 100 100 100 100 100 100 44 55 52 49 190 127

СМ-5 ТПУ 'нет 64 915 96 96 105 11?; 38 56 54 46 201 136

СМ-5 Десм нет 38 21 19 18 127 143 10 12 9.5 9 226 186

СМ-5 - нет 1 1.5 2.1 2,6 146 165

Примечание:

В графе "вид связуичего" обозначены:

"ТПЗ" - термопластичный полиуретан, наносимый по разработанной технологии;

"Десм" - "Десмоколл-ШТ"^используемый на ЙО "Невская Мануфактура" и наносимый традиционный способом; - кромка без специальной обработки. Из полученных результатов следует, что как для сеток СК-1М, так и для сеток СН-5 наилучиими показателями обладает кромка, имевшая скругленнуп галтель, а наихудмими - кромка без укреплявшей обработки.

ПЯТАЯ ГЛАВА посвячена разработке устройства для реализации технологического процесса изготовления кромки в производственных условиях. Вследствие особенностей технологического процесса изготовления тканых синтетических сеток на АО "Невская Мануфактура", использование существующих устройств для укрепления кромок наталкивается на ряд значительных трудностей. В связи с этим был произведен структурный синтез устройства., в ходе которого были получены возможные конструктивные варианты его исполнения.

К числу основных требований, предъявляемых к создаваемому устройству, долины бить отнесены следуивие:

- четкая синхронизация подачи расплава на кромку с движением полотна;

- возможность настройки устройства в зависимости от характеристик обрабатываемого полотна;

- доступность н легкость очистки рабочих полостей устройства от остатков полимера по окончании работы. ''

После проведенного анализа возможных вариантов устройства с учетом перечисленных требований выбор был остановлен на устройстве, структурная схема которого приведена на рис.3.

Схема исполнения устройства для ил ишвлениь кромок сеток

рис.3

На разработанный вариант устройства подана заявка на выдачу патента РФ, приоритет Н 95113332 от 26.07.93 г.

ОБЩИЕ ВЫВОДИ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. астановлена необходимость укрепления кромок тканых синтетических сеток, используемых на бумагоделательных машинах, и разработана технология производства сеток с упрочненными кромками.

2. На основании анализа факторов, воздействующих на синтетические сетки в процессе их эксплуатации, разработана и предлояе-на математическая модель процесса изготовления кромки и определен его оптимальные параметры.

3. Разработан;! методика определения параметров технологического процесса формирования кромки и программа для их расчета на ЗВН.

4. Выявлено влияние начальной температуря полотна и структуры сетки, а такяе величин температуры и давления расплава связу-ящего вещества, применяемого для упрочнения кромки, на производительность процесса формирования кромки и сделаны соответствующие рекомендации,

5. Выведены формулы, пригодные дяа расчета величин удельного объема и удельной поверхности нитей, образующих кромку, необходимые при определении расчетных значений приращения массы кромки при ее упрочнении.

В. Создана экспериментальная установка для изготовления кромок тканых синтетических сеток как в лабораторных, так ив производственных условиях.

7. Предловена методика определения свойств кромок тканых синтетических сеток, изучена гидролизостойкость и устойчивость кромок к истирании и распускании переплетения, на основании чего выявлен оптимальный вариант технологии упрочнения кромки.

8. Предло1ена структурная схема промышленной установки для осуществления технологического процесса выработки тканых синтетических сеток с упрочненной кромкой,

9. Рекомендуется осуществлять дополнительное упрочнение кромок формирование» скругленной галтели по краям полотна синтетической сетки.

Осиопное содержанке диссертации отралено в следующих работах:

1. Сгиелъкин (1.В., Труевцев ({.П., Гусаков О. Способы получения кромок текстильных полотен и их классификация. Н.1Э95 г. -Рукопись представлена СПГУТД. Деи. в ЦНИИТЭИлегпром. 03.04.133;;,

К 3585-ЛП.

2. Лысанова С.И.. Воронова Н.В.. Семслькин А.В. Разработка метода оценки устойчивости кромок тканых текстильных полотен к распускании, Мелвуз. сб. науч. тр. С11ГУТД, С-Пб, 1335 г., с,32.

По материалам работы поданы следующие заявки на выдачу патента РО:

1. Приоритет N 35100446 от 11.01,33 г. Способ получения Фиксируиней кромки.

2. Приоритет К 95113332 от 25.07.35 г. Устройство для нанесения расплавов полимеров на края текстильных полотен.

Лицензия К 02071? от 02.02.ЭЗ г. Оригинал подготовлен автором. Подписано к печати Формат 60x84 1/16

Печать офсетная. Уч.-изд.л. 1,1. Исл.печ.л. Заказ £ О 3 • Тираж 100 экз. Отпечатано на ротапринте СНГ9ТД 191028. С.-Петербург, ул.Иоховая, 2G