автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.02, диссертация на тему:Разработка технологии переработки базальтовых волокон в геотекстильные полотна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Геотекстильные нетканые материалы.

1.1.1. Применение текстильных материалов в строительстве и ремонте дорог.

1.1.2. Производство геотекстильных нетканых материалов и особенности их структуры.

1.1.3. Применяемой сырье для производства ГТНМ.

1.1.4. Требования, предъявляемые к ГТНМ.

1.2. Современное состояние производства базальтового волокна и материалов на его основе.

1.2.1 Исследование возможности применения базальтовых волокон при производстве ГТНМ.

1.2.1.1 Сравнительный анализ величины коэффициента трения базальтовых и основных текстильных волокон.

1.2.1.2 Исследование изменения длины базальтового волокна в процессе переработки.

Выводы по главе 1.

Постановка задачи.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ГЕОТЕКСТИЛЬНОГО НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН И ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЕГО ПРОИЗВОДСТВА.

2.1. Выбор и обоснование структуры нетканого материала для дорожного строительства с применением базальтового волокна.

2.1.1. Обоснование целесообразности применения нетканых материалов трехслойной структуры.

2.1.2. Особенности формирования ГТНМ из разнородных по волокнистому составу слоев.

2.2. Изучение влияния структурных параметров на физико-механические свойства ГТНМ.

2.2.1. Изучение физико-механических характеристик опытных нетканых полотен с применением базальтового волокна.

2.2.2. Экспертная оценка основных свойств полученных образцов.

2.3. Выбор и обоснование технологических этапов в произюдстве ГТНМ.

2.3.1. Предложения по организации технологического процесса изготовления нетканого материала на основе базальтовых волокон.

2.3.2 Выбор оборудования.

2.3.3. Исследование запыленности воздуха в процессе производства ГТНМ на основе базальтового волокна.

2.3.4. Анализ экономической эффективности производства ГТНМ на основе базальтового волокна.

Выводы по главе 2.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ГЕОТЕКСТИЛЬНОГО НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА С ПРИМЕНЕНИЕМ БАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН.

3.1. Исследование технологии производства геотекстильного нетканого материала на основе базальтовых волокон с применением многофакторного эксперимента.

3.1.1. Постановка задачи, выбор и обоснование факторов и критериев оптимизации.

3.1.2. Методика проведения эксперимента.

3.1.3. Получение и оценка регрессионных моделей.

3.2. Исследование физико-механических свойств и оптимизация технологии производства геотекстильного нетканого материала с применением базальтовых волокон.

3.2.1. Анализ регрессионных моделей и исследование физикомеханических свойств ГТНМ на основе базальтовых волокон.

3.2.1.1. Удельная разрывная нагрузка по длине и по ширине.

3.2.12. Ошосительное удлинение при разрыве по длине и по ширине.

3.2.1.3. Условный модуль угфугосш и деформации при растяжении.

3.2.1.4. Коэффициент водопроницаемости.

3.3. Оптимизация технологии производства геотекстильного нетканого материала на основе базальтового волокна.

3.3.1. Постановка и решение оптимизационной задачи.

3.3.1.1. Оценка корреляционной связи критериев.

3.3.1.2. Решение оптимизационной задачи.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ИГЛОПРОБИВАНИЯ.

4.1. Исследование зависимости прочности иглопробивного материала от плотности прокалывания.

4.1.1. Анализ существующих подходов к решению поставленной задачи.

4.1.2. Характеристики площади иглопробивного нетканого материала.

4.1.3. Изменения площадей Зсв.п, З].,,, Зг.п, 8з.п, 84.п, Зповр.п при попадании нового прокола.

4.1.4. Результаты теоретических исследований процесса изменения прочности материала от плотности прокалывания.

4.2. Моделирование процесса иглопробивания с применением средств компьютерной графики.

Выводы по главе 4.

Развитие экономики на современном этапе требует полнейшего использования сырьевых ресурсов, освоения местных источников сырья, создания новых рабочих мест.

Республика Саха (Якутия) имеет большие запасы базальта и ряд предприятий уже освоил выпуск холстов, полученных из расплавов горных базальтовых пород, которые являются, как правило, полуфабрикатом для производства тепло и звукоизоляционных изделий [1].

Большие запасы сырья (горной породы) для производства базальтовых волокон, возможность получения волокон, обладаюш;их комплексом высоких теплофизических и механических свойств, обуславливают актуальность создания и освоения производства широкого ассортимента новых материалов и изделий технического назначения на их основе.

Особое значение приобретает разработка геотекстильных полотен в условиях Крайнего Севера, так как их использование позволяет уменьшить расход традиционных дорожно-строительных материалов, снизить объем земляных работ, материалоемкость дорожной конструкции, сократить сроки строительства, энергозатраты на строительных и ремонтных работах, транспортные расходы, обеспечить эксплуатационную надежность и сроки службы конструкции и отдельных ее элементов.

Актуальность данной работы состоит в разработке технологии производства геотекстильного нетканого материала с применением базальтового волокна. Эффективность и целесообразность применения геотекстильных материалов определяются их свойствами, зависящими от состава сырья и технологии производства.

Применение в производстве таких материалов базальтовых волокон позволило бы увеличить спрос на них, повысить эффективность применения дорожных конструкций в условиях вечной мерзлоты, решить актуальную задачу ускоренного дорожного строительства в Республике Саха (Якутия).

Основной целью работы явилась разработка технологии производства геотекстильного материала на основе базальтовых волокон, а также теоретические исследования процесса иглопробивания.

В соответствии с этой целью были поставлены и решены следующие задачи:

- проведен обзор научно-технической литературы о существующих способах получения геотекстильных материалов, анализе их свойств и влиянии способов обработки базальтовых волокон на их основные характеристики;

- осуществлена разработка структуры опытных образцов геотекстильных материалов на основе базальтовых волокон, проведены их физико-механические испытания, ползЛЛена экспертная оценка их качества и обоснован выбор рекомендуемого типа материала;

- предложена теоретическая модель процесса иглопробивания;

- осуществлены разработка, исследование и оптимизация технологии производства геотекстильного нетканого материала на основе базальтового волокна;

- разработаны рекомендации по реализации технологического процесса производства геотекстильного нетканого материала на основе базальтового волокна и выбору типа оборудования.

Методы исследования. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования.

В теоретических исследованиях использованы методы математической статистики, методы математического и имитационного моделирования с применением ПК. При решении задач моделирования использовались программные продукты Microsoft Excel и Turbo Pascal 6.

В экспериментальных исследованиях применялись методы математического планирования эксперимента и оптимизации технологических процессов.

Для измерения свойств исследуемых материалов использованы стандартные методы текстильного материаловедения и средства измерения физико-механических свойств текстильных материалов. Обработка всех полученных данных выполнялась на ПК.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработан новый иглопробивной нетканый геотекстильный материал с применением базальтовых волокон и предложена технология его производства;

- получены математические зависимости, определяющие влияние структурных характеристик материала и технологических параметров его производства на основные свойства материала;

- установлены оптимальные уровни технологических параметров производства геотекстильного нетканого материала на основе базальтового волокна;

- получена система уравнений, описывающая процесс иглопробивания, выявлена и графически отображена зависимость прочности материала от плотности прокалывания, предложена уточненная формула для определения критической плотности прокалывания;

- разработан алгоритм, составлена программа, на основании которой проведено исследование процесса упрочнения иглопробивного материала при иглопрокалывании.

Практическая значимость работы.

Результаты экспериментальных исследований показали возможность и целесообразность применения базальтовых волокон в производстве геотекстильных материалов, предназначенных для применения в условиях вечной мерзлоты.

На основании решения многокритериальной оптимизационной задачи установлены технологические параметры, рекомендуемые при производстве указанного материала. 8

Основные материалы диссертационной работы использованы при выполнении х/д НИР № 22/98, 99 на кафедре МТВМ СПбГУТД, в рамках Программы жилищного и дорожного строительства Объединенной дирекции по ремонту и строительству дорог Министерства строительства и архитектуры Республики Саха (Якутия).

По результатам работы опубликовано 6 печатных работ. Диссертационная работа состоит из четырех глав, общих выводов, списка использованных информационных источников и приложений. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 24 таблицы и список источников из 105 наименований, 6 приложений.

Выражаем благодарность к.т.н. Гылыковой Р.П. за ценные консультации и помощь в выполнении экспериментов по данной работе.