авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Проектирование свойств и разработка технологии производства льносодержащих армирующих трикотажных структур для волокнистых композитных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БАШКОВА ГАЛИНА ВСЕВОЛОДОВНА

Проектирование свойств и разработка технологии производства льносодержащих армирующих трикотажных структур

для волокнистых композитных материалов

Специальность 05.19.02 – Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Иваново 2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановская государственная текстильная академия».

Научный консультант –

доктор технических наук, профессор

Чистобородов Григорий Ильич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Павлов Ювеналий Васильевич,

доктор технических наук, профессор

Михайлов Борис Сергеевич,

доктор технических наук, доцент

Морозова Людмила Владимировна

Ведущее предприятие (организация) –

ГОУ ВПО «Костромской государственный технологический университет».

Защита состоится «___»________2011 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д212.061.01 при Ивановской го­сударственной текстильной академии по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 21.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ивановской государственной текстильной академии.

Текст автореферата размещен на сайте ИГТА: http://www.igta.ru

Автореферат разослан «___»__________2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Кулида Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Работа посвящена исследованию текстильных армирующих структур для композитных материалов, принадлежащих к техническому текстилю. Эксперты относят отрасль технического текстиля к пяти наиболее высокотехнологичным секторам мировой индустрии с серьезным потенциалом развития.

В условиях мирового кризиса производство и применение инновационных композитных материалов имеет высокую значимость для технологического прорыва во многих отраслях, что наглядно подтверждается включением полимерных композиционных материалов в перечень критических технологий1, значимых для обороны страны и безопасности государства.

Сырьевой состав и структура армирующих текстильных каркасов играют определяющую роль в производстве композитов. Среди распространенных армирующих волокон – стеклянных, углеродных, арамидных, базальтовых – волокна растительного происхождения занимают пока скромное место, однако в последние годы международный научный интерес сфокусирован на этой теме – «green composite». Перспектива частичного замещения синтетических волокон натуральными (грубыми) волокнами с вложением отходов связана с экономическими преимуществами и растущими экологическими требованиями.

Отличительной особенностью работы стало использование трикотажных (вязаных) полотен, имеющих неограниченные возможности структурообразования и применения различных видов сырья в качестве основы для композиционных материалов, обеспечивающее повышение их адгезионной способности, растяжимости и формуемости. Вследствие высокой податливости трикотажных полотен появилась возможность получать детали и изделия с малыми радиусами кривизны. Трикотажные полотна имеют важные преимущества при изготовлении деталей и изделий с расположением наполнителя в виде вязаных объемных форм с различной плотностью вязания.

Получение трикотажного полотна технического назначения изнаночным производным переплетением тамбурного способа петлеобразования из нестабильной по свойствам пряжи стало возможным благодаря использованию нитеводительных трубок на пока малоизученной, но перспективной по технологическим возможностям и универсальности основовязальной трикотажной машине ОВ-160.

Цель работы состоит в разработке и научном обосновании пригодности натуральных волокон на основе первичных и вторичных материалов изо льна при создании специальных (нетрадиционных) армирующих каркасов из трикотажа для композитных материалов.

Для достижения цели работы решены следующие задачи:

  1. Обоснован выбор объектов исследований: сырьевого состава; структуры армирующего каркаса; целесообразного ассортимента композитов.
  2. Оценена возможность наработки трикотажного полотна из нестабильной по свойствам пряжи, и рекомендовано подходящее для этой цели оборудование.
  3. Выявлен перечень определяющих свойств армирующих структур композитных материалов предлагаемых назначений.
  4. Получена возможность прогнозирования механических свойств армирующего трикотажного каркаса.
  5. Спроектированы структуры трикотажного полотна и разработаны технологические параметры заправки для их получения.
  6. Получены и исследованы образцы трикотажных полотен тамбурного способа петлеобразования на машине ОВ-160 (Россия).
  7. Сделаны выводы и обобщения.
  8. Показаны пути использования результатов диссертационной работы в промышленности, науке и перспективные направления дальнейших исследований.

Основные методы исследования. В диссертационной работе использован комплекс теоретических и экспериментальных исследований. В теоретическом анализе применялись дифференциальное, интегральное и вариационное исчисления, теория рядов, а также численные методы решения дифференциальных уравнений, компьютерное имитационное моделирование и анализ динамических моделей, метод конечных элементов, средства инженерных и научных расчетов. Постановка и проведение экспериментальных исследований осуществлялись на базе математических методов планирования эксперимента, при обработке их результатов использовались методы математической статистики. Расчеты проводились на ПК с использованием пакетов статистических прикладных программ. В инструментальной базе использовались стандартные приборы, испытательный комплекс фирмы Zellweger Uster, методика испытаний соответствовала действующим стандартам. Исследования проводились на действующем оборудовании в производственных условиях.

Научная новизна заключается в научном обосновании использования новых методик проектирования текстильных армирующих основ композитных материалов, создания новых и усовершенствования существующих технологий их производства из текстильных лубосодержащих отходов, что позволяет достичь максимально возможного качества продукта при экономии исходного сырья.

Впервые получены следующие основные научные результаты:

    1. Теоретически и технологически обоснованы, а также разработаны новые способы получения текстильных армирующих основ композитных материалов из основовязаного трикотажа с заранее заданными механическими свойствами.
    2. Предложены и теоретически проработаны методики расчета и моделирования основных свойств трикотажных армирующих каркасов композитных материалов: прочности, растяжимости, воздухопроницаемости, теплопроводности.
    3. Разработана динамическая модель механической нагрузки структурного элемента трикотажа на основе его шарнирно-стержневого эквивалента.
    4. Разработана конструкция прибора для определения многоосных деформаций и прочности полотен ткани, трикотажа, нетканых материалов при полуцикловых (разрушающих) и многоцикловых нагрузках.
    5. Дан теоретический анализ особенностей формирования пневмомеханической пряжи из грубого засоренного сырья, выявлены причины образования периодической неровноты пряжи и разработаны мероприятия по ее устранению.
    6. Технологически обосновано применение основовязальных трикотажных машин с трубчатыми петлеобразующими элементами для получения полотен из жесткой льносодержащей пряжи. Предложена методика расчета натяжения нити на всех этапах технологии формирования петли тамбурным способом.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований:

  1. Предложены защищенные патентами РФ конструкция прибора для определения многоосных деформаций и прочности полотен ткани, трикотажа, нетканых материалов при полуцикловых (разрушающих) и многоцикловых нагрузках; промышленный образец трикотажного полотна с зональным уплотнением; программный продукт для расчета механических характеристик трикотажа.
  2. Предложены методики расчета и моделирования основных свойств трикотажных армирующих основ композитных материалов: прочности, растяжимости, воздухопроницаемости, теплопроводности, а также натяжения нити на всех этапах технологии формирования петли тамбурным способом.
  3. Определены оптимальные режимы работы пневмомеханической прядильной машины при использовании полуфабриката из грубых засоренных волокон.
  4. Разработаны структуры полотен и заправочные параметры тамбурной основовязальной машины ОВ-160 при производстве армирующих основ для композиционных материалов.
  5. Разработан экономически, эргономически и экологически перспективный ассортимент трикотажных полотен технического назначения.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы получили подтверждение в производствах НП «Шуйская машиностроительная компания», ОАО «Яковлевский льнокомбинат», ООО «Искож», ОАО «Точприбор», ООО ИПФ «ТексИнж», OOO «Наукоемкие технологии», в учебном процессе кафедр МТТМ и ПМИТ ИГТА.

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

  • на международных симпозиумах «CORTEP-1992» (Яссы, Румыния), «STRUTEX-1997» (Либерец, Чехия), «CORTEP-1997» (Яссы, Румыния), «Present and Perspective in Textile Engineering-2005» (Бухарест, Румыния), «Interactive Textile – Research and Development Platform for Convergent Engineering-2006» (Бухарест, Румыния), «CORTEP-2007» (Яссы, Румыния);
  • международных научно-технических конференциях «Прогресс-95», «Прогресс-96», «Прогресс-97», «Текстильная химия-2000», «Прогресс-2008», «Прогресс-2010» «ПОИСК-2008, 2009, 2010» (Иваново); «Интеллектуальный потенциал – источник возрождения текстильной промышленности» (Шахты), «Новые технологии в одежде из тканей и трикотажа – МГУС-2001», «Текстиль-2009» (Москва), «Лен-2010» (Кострома);
  • на расширенных заседаниях кафедр инженерной графики ИГТА и научно-технического семинара по проблемам повышения эффективности технологических процессов в текстильной и легкой промышленности; механической технологии волокнистых материалов СПГУТД; прядения КГТУ.

Публикации. Основные материалы диссертации изложены в следующих публикациях: 101 печатной работе, в т. ч. в 1 учебнике и 2 учебных пособиях, 13 статьях журналов из перечня изданий, рекомендованных ВАК, «Известия вузов. Технология текстильной промышленности» (12 статей), «Industria Textil» (1 статья), в 5 публикациях зарубежных рецензируемых изданий (ISI), 3 патентах РФ на изобретение, полезную модель и промышленный образец.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Постановка цели и задач диссертационной работы, выбор и разработка методик аналитических и экспериментальных исследований, теоретиче­ские положения и выводы по работе выполнены лично автором. Доля соискателя в опубликованных с соавторами работах по теме диссертации составляет от 25 до 75%.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, семи глав, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 304 страницах машинописного текста, проиллюстрирована 65 рисунками, содержит 25 таблиц, включает 235 наименований литературных источников.

В первой главе приведена классификация волокнистых композитных материалов. Проанализированы армирующие волокнистые структуры (каркасы) и выявлены предъявляемые к ним требования.

Принимая во внимание, что сырьевой состав и структура армирующих текстильных каркасов играют определяющую роль для композитных материалов, акцент сделан на возобновляемое биоразлагаемое волокнистое сырье и ниточные структуры из него (нитепрошивные и трикотажные).

Сравнение наиболее распространенных синтетических армирующих волокон с лубяными позволило отметить сопоставимость их основных свойств (плотности, относительной разрывной нагрузки, удельного модуля упругости, относительного разрывного удлинения) и приемлемость замещения синтетических натуральными волокнами в композитах для определенной ассортиментной ниши. Анализ современных, в основном зарубежных исследований, позволил акцентировать внимание на особом свойстве лубяного волокна – способности демпфировать колебания (в первую очередь, механические вибрации – ударные и звуковые), что при правильно подобранных областях применения композитных материалов этим преимуществом нивелирует отдельные «уступки» по свойствам.

Переработка лубоволокнистого сырья – натуральных волокон, неоднородных по свойствам, имеет технологические особенности и открывает новые возможности для использования трикотажных структур при правильно подобранном оборудовании.

С учетом многоуровневой (иерархической) структуры текстильных армирующих полотен используется системный и модульный подходы к моделированию на основе строения ячейки периодичности, позволяющие прогнозировать основные характеристики армирующего материала с применением метода конечных элементов (МКЭ).

На основании этих выводов сформулирована цель и поставлены основные задачи исследования.

Во второй главе теоретически обоснованы и решены вопросы, связанные с совершенствованием технологии переработки полуфабриката из лубяных оческовых волокон в пневмомеханическую пряжу для трикотажа тамбурного способа петлеобразования. При переработке засоренного волокнистого сырья на пневмомеханических прядильных машинах остро встает вопрос образования в пряже периодической неровноты, которая усложняет и даже делает невозможной ее дальнейшую переработку. В свою очередь, эта неровнота образуется за счет отложений микропыли и сора в волокносборном желобе ротора прядильной камеры. Помимо первоначальной засоренности питающей ленты на интенсивность отложений влияет характер воздушных потоков, транспортирующих волокно и сорные примеси в прядильной камере. Основной волокнисто-воздушный поток выбрасывается в полость прядильного ротора через конфузор транспортирующего канала в виде свободной турбулентной струи. Проходя через резко сужающийся асимметричный конфузор с углом схождения 50°, этот поток в значительной степени турбулизируется. Образующаяся при переходе из конфузора в полость ротора струя за счет взаимодействия с вращающимся вместе с ротором воздухом закручивается в вихревую трубку (рис. 1). Распрямленные волокна имеют скорость пульсаций, меньшую, чем

пыль и сорные примеси, которые движутся вместе с воздушными микровихрями. Турбулизация позволяет сорным частицам и пыли отделиться от волокна и за счет центробежных сил раньше его осесть на стенках ротора, а также в волокносборном желобе. При установившемся течении и соблюдении принципа неразрывности струи можно считать, что вихрь никогда не обрывается и, опираясь на твердые границы, т.е. стенки ротора, сворачивается в кольцо или спираль. Это значит, что внутри ротора, где действует векторное поле U(M) центробежной силы, образуется потенциал объемно распределенных масс с внешними границами в форме эллипсоида вращения. Используя теорему Коши-Гельмгольца с учетом влияния векторного поля можно выразить циркуляцию вихревого шнура:

(1)

и распределение потока V(M), выносящего примеси:

(2)

Векторное поле неоднородно и обладает дивергенцией, поэтому на основании формулы Остроградского можно определить плотность потока, пропорциональную отложениям m:

. (3)

Отсюда можно выразить динамику отложений в виде поверхностного интеграла

, (4)

решение которого записывается в виде выражения

, (5)

где m – масса отложений; а и b – коэффициенты, зависящие от содержания в питающей ленте пыли и сорных примесей и от технологических параметров прядильной камеры; С – постоянное число; – оператор Гамильтона для функции U векторного поля.

Полученное выражение подтверждено экспериментально. На графике (рис. 2) показана зависимость массы сороотложений в прядильном роторе от времени его работы при переработке ленты с однобарабанной чесальной машины (кривая 1) и двухбарабанной чесальной машины (кривая 2). При аппроксимации зависимостей методом линейной анаморфозы были определены коэффициенты а и b.

Отложения в роторе генерируют при его вращении колебания линейной плотности пряжи. Микропыль и сорные примеси, скрепленные содержащимися в волокнистой массе восковыми и жировыми примесями, образуют в волокносборном желобе ротора «первоосадок» в виде локальных возвышений – бугорков. Бугорки под воздействием центробежных сил прикрепляются к поверхности ротора, обычно в том месте, где имеются локальные шероховатости, и движутся навстречу волокнистому клину (рис. 3), внося в него возмущения, сдвигая и изгибая волокна. Перед бугорком первоосадка по ходу волокнистого клина образуется сгущение волокон, позади него разрежение, поскольку только часть волокон преодолевает это препятствие. Пряжа получает периодические колебания линейной плотности с длиной волны кратной длине окружности ротора. При этом за счет сил трения и адгезии на бугорке первоосадка остается часть микропыли и восковых включений, образуя таким образом отложение. Оно растет в размерах и разница между утолщениями волокнистого клина перед ним, и утонениями после него увеличивается. С ростом отложений увеличивается амплитуда колебаний. По мере накопления волокон перед осадком возникает момент, когда они перескакивают за бугорок, образуя в пряже узелки и шишки. Это происходит, когда силы трения сцепления позволяют преодолеть силу трения скольжения волокон по осадку. Если эта сила трения при развитой поверхности осадка становится больше, чем прочность волокнистого клина в начальной стадии кручения, происходит обрыв пряжи. В результате обязательной чистки ротора при ликвидации обрыва осадок удаляется, а описанный процесс возобновляется. В предельном случае, что происходит крайне редко, возможна самоочистка ротора. Это наблюдается при равенстве сил трения в парах «конгломерат осадка – стенка ротора», «волокнистый клин – осадок». В теле пряжи при этом также образуется шишка. Очевидно, уменьшить интенсивность отложений за счет самоочистки можно специальной обработкой внутренней поверхности ротора, снижающей коэффициент трения скольжения.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.