Обоснование технологических параметров получения тканей с металлизированным покрытием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Чебунькина, Татьяна Алексеевна

• Чебунькина, Татьяна Алексеевна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чебунькина, Татьяна Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НАПЫЛЕНИЕМ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ ТКАНИ.

1.1. Назначение заключительной отделки тканей.

1.2. Основные способы металлизации текстильных материалов.

1.3. Технологические процессы нанесения покрытий напылением.

1.4. Схема процесса и основные параметры газотермического нанесения покрытий.

1.5. Электродуговая металлизация.

1.6 Оборудование для нанесения металлического слоя на ткань.

1.7. Оценка и контроль качества металлизированных тканей.

1.8. Современные металлизированные ткани и области возможного их применения.

1.9. Обзор и анализ предлагавшихся математических описаний процесса формирования напылённых покрытий.

1.10. Выводы, цель и задачи исследования.

1.11. Концептуальная схема получения текстильного изделия с металлическим покрытием.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ В МЕТАЛЛО-ВОЗДУШНОЙ СТРУЕ И НА ТКАНИ.

2Л. Стохастические математические модели распределения металлических частиц в металло-воздушном факеле.

2.1.1. Структура металло-воздушного факела.

2.1.2. Случайное поле точек, основные понятия и определения.

2.1.3. Стохастические модели распределения частиц в металло-воздушной струе.

2.1.4. Описание полёта частицы в двухфазном потоке с помощью системы случайных величин.

2.2. Математическое моделирование распределения металлических частиц на поверхности ткани.

2.2.1. Стохастические модели распределения частиц первого слоя на ткани.

2.2.2. Геометрические вероятности попадания частицы на участки тканей различных переплетений.

2.2.3. Детерминированная модель распределения частиц на ткани.

2.2.4. Стохастическая модель, описывающая толщину металлического слоя.

2.3. Выводы.

3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРА РАСПОЛОЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЧАСТИЦ НА ПОВЕРХНОСТИ ТКАНИ И ОЦЕНКА

РАВНОМЕРНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛОЯ.

3.1. Сущность метода имитационного моделирования.

3.2. Имитационное моделирование расположения металлических частиц на ткани.

3.3. Выбор операционной системы и средств разработки программного обеспечения.

3.4. Используемые технические средства.

3.5. Входные и выходные данные.

3.6. Руководство пользователя.

3.6.1. Главное меню программы.

3.6.2. Пример работы с программой.

3.7. Нанесение равномерного по толщине металлизированного слоя на ткань.

3.8. Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛИЗАЦИИ НА ОБРАЗОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛОЯ И НА ГИГРОСКОПИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТКАНЕЙ.

4.1. Описание установки для нанесения металлических покрытий.

- стенд для механизации процессов напыления;.

4.2. Исследование изменения массы металла, осевшего на ткани, в зависимости от номера напыляемого слоя.

4.3. Исследование изменения массы металла, осевшего на ткани,. в зависимости от дистанции напыления.

4.4. Исследование изменения толщины металлического слоя по площади напыления.

4.4.1. Методика обработки экспериментальных данных изменения толщины металлического слоя.

4.4.2. Исследование изменения толщины металлического покрытия. при напылении «в точку».

4.4.3. Исследование изменения толщины металлизированной ткани.

4.5. Исследование зависимости толщины металлического слоя от времени напыления.

4.6. Получение на ткани равномерного слоя.

4.7. Исследование изменения гигроскопических свойств ткани в процессе металлизации.

4.7.1. Исследование водопоглощения льняных тканей.

4.7.2. Исследование капиллярности льняных тканей.

4.8. Выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологических параметров получения тканей с металлизированным покрытием»

Одним из основных направлений развития текстильной промышленности России является расширение ассортимента текстильных материалов и улучшение их качества, а применение различных видов заключительной отделки тканей - один из способов достижения данной цели.

В настоящее время наблюдается высокий спрос на металлизированные текстильные материалы. Это обусловлено тем, что в зависимости от состава напыленного слоя, металлизированные текстильные материалы обладают прекрасными декоративными, антистатическими, бактерицидными, свето- и тепло-отражающими, экранирующими и радиомаскирующими свойствами.

Металлизированные ткани по своим свойствам более универсальны, чем металлизированные пленки, производство которых давно ведётся в России и за рубежом, но которые не пригодны для изготовления одежды и других изделий. Ткани пропускают через себя водяные пары и воздух, хорошо драпируются, прекрасно облегают любые выступы и впадины покрываемых поверхностей, устойчивы к физико-механическим воздействиям и, наконец, они намного долговечней пленок.

К методам получения металлизированных текстильных материалов относится электродуговая металлизация, при которой напыление осуществляют мелкодисперсными частицами распыляемого металла. Одной из причин, ограничивающих масштабы применения электродуговой металлизации для получения металлизированных тканей, является неравномерность плотности потока частиц в металло-воздушной струе, что в некоторых случаях приводит к нежелательному распределению частиц на поверхности тканей.

При проектировании металлизированных тканей необходимо прогнозировать изменение толщины и вида поверхности металлического слоя, плотности напыления и свойств ткани при изменении параметров электродуговой металлизации или ткани - основы. Сегодня в большинстве случаев данная задача решается экспериментально. В связи с этим обоснование технологических параметров процесса электродуговой металлизации является актуальной задачей, как в научном, так и практическом смысле.

Цель и задачи исследования

Целыо работы является расширение ассортимента тканей специального назначения за счёт дополнительной отделки методом электродуговой металлизации.

В соответствии с данной целью в диссертационной работе были поставлены и решены следующие задачи:

• анализ современного состояния проблемы нанесения покрытий напылением и прогнозирования распределения металлических частиц на поверхности ткани;

• математическое описание потока металлических частиц в металло-воздушной струе, образующейся при электродуговой металлизации;

• создание стохастических моделей распределения металлических частиц на поверхности ткани в зависимости от параметров режима напыления и параметров ткани;

• создание детерминированных моделей распределения металлических частиц на ткани в зависимости от параметров, характеризующих условия напыления покрытий;

• разработка имитационной модели, позволяющей осуществлять визуализацию рисунка и распределение частиц на ткани;

• наработка опытных образцов металлизированных тканей и проверка адекватности теоретических моделей;

• исследование влияния процесса металлизации на гигроскопические свойства тканей.

Методы исследования

В диссертационной работе используются методы и аппарат аналитической геометрии, теории вероятностей, математической статистики, теории случайных функций, численных методов, методы оценки показателей качества текстильных материалов.

Обработка экспериментальных данных при выполнении работы осуществлялась средствами MathCAD, MS Excel. Программа моделирования распределения частиц на ткани выполнена в среде программирования Borland Delphi 7.0.

Научная новизна

В диссертационной работе впервые:

• расширены теоретические основы проектирования металлизированных текстильных изделий в части распределения металлических частиц на ткани в процессе металлизации;

• построена совокупность детерминированных и стохастических математических моделей распределения металлических частиц на ткани в зависимости от параметров режима напыления и параметров ткани;

• проанализировано влияние на формирование металлического слоя следующих параметров электродуговой металлизации: время напыления, расстояние до напыляемой поверхности, скорость металлизатора;

• даны рекомендации по выбору параметров металлизации с целью получения на ткани различных рисунков из металлизированных полос или равномерного слоя;

• предложено методическое обеспечение для имитационного моделирования характера расположения металлических частиц на ткани, позволяющее расширить диапазон применяемых вариантов оформления металлизированной ткани.

Практическая значимость работы

Настоящая работа даёт возможность расширить ассортимент тканей за счёт использования специальной отделки — нанесение на ткань металлического слоя методом электродуговой металлизации. Разработаны практические рекомендации по выбору параметров режима металлизации с целью получения на ткани металлического слоя с заданными характеристиками, позволяющие уменьшить наработку экспериментальных образцов, сократить сырьевые затраты. Результаты работы могут быть использованы в лабораториях по проектированию тканей специального назначения.

Разработанные в рамках диссертационной работы методы и методики, часть которых реализована в оригинальном пакете прикладных программ, приняты к использованию на ОАО «Костромской научно-исследовательский институт льняной промышленности».

Образцы металлизированных тканей переданы в первую городскую больницу г. Костромы на основании чего получен акт об использовании результатов научной работы, в котором отмечены основные области применения металлизированных тканей в медицине. I

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на семинарах и конференциях:

- международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Ярославль, 2007; Саратов, 2008; Псков, 2009);

- международной научно-технической конференции «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и лёгкой промышленности» (Прогресс — 2008) (Иваново, 2008);

- международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (Текстиль-2008, Тек-стиль-2009) (Москва, 2008, 2009);

- международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы переработки льна в современных условиях» (Лён-2008) (КГТУ, Кострома, 2008);

- на общероссийском научном семинаре «Технология текстильных материалов» (КГТУ, Кострома, 2009);

- на расширенном заседании кафедры МТВМ (КГТУ, Кострома, 2010);

- на научных семинарах кафедры высшей математики (КГТУ, Кострома, 2007, 2008, 2009).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях, в том числе три статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ (одна в журнале «Текстильная промышленность», две в журнале «Известия вузов. Технология текстильной промышленности»), одна статья в журнале «Вестник КГТУ», остальные - тезисы докладов и материалы научно-технических конференций.

Структура и объём работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах, содержит 54 рисунка, 14 таблиц, список литературы включает 87 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Чебунькина, Татьяна Алексеевна

10. Результаты работы получили положительную оценку в ЗАО КНИ-ИЛП, образцы металлизированной ткани были приняты на рассмотрение в первую городскую больницу г. Костромы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чебунькина, Татьяна Алексеевна, 2010 год

1. Айвазян С.А. Основы моделирования и первичная обработка данных / С.А. Айвазян, И.С. Енюков, Л.Д. Мешалкин. М.: Финансы и статистика, 1983.-471 с.

2. Бахвалов Н.С. Численные методы / Н.С.Бахвалов, Н.П.Жидков, Г.М.Кобельков. М.: Наука, 1987. - 600 с.

3. Бахвалов Н.С. Численные методы в задачах и упражнениях / Н.С.Бахвалов, А.В.Лапин, Е.В. Чижонков. М.: Высшая школа, 2000. -190 с.

4. Бендат Дж. Прикладной анализ случайных данных / Дж. Бендат, А. Пир-сол: пер. с англ. -М: Мир, 1989. -540 с.

5. Борисов Ю.С. Газотермические покрытия из порошковых материалов / Ю.С.Борисов, Ю.А.Харламов, С.Л.Сидоренко, Е.Н.Ардатовская. Киев: Наукова думка, 1987.- 544 с.

6. Бузов Б.А. Материаловедение в производстве изделий лёгкой промышленности (швейное производство) / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова.-М.: Академия, 2008. 448 с.

7. Бузов Б.А. Практикум по материаловедению швейного производства / Б.А. Бузов, Н.Д. Алыменкова, Д.Г. Петропавловский. М.: Академия, 2003 .-416с.

8. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 с.

9. Вентцель Е.С. Теория вероятностей и её инженерные приложения / Е. С. Вентцель, JI.A Овчаров. М.: Наука, 1988. - 480 с.

10. Вентцель Е.С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель, JI.A Овчаров. — М.: Наука, 1973.-368 с.

11. Вентцель Е.С. Прикладные задачи теории вероятностей / Е. С. Вентцель, JI.A Овчаров. М.: Радио и связь, 1983.-416с.

12. Вентцель Е.С. Теория случайных процессов и её инженерные приложения /Е. С. Вентцель, Л.А Овчаров. -М.: Наука, 1991. -384 с.

13. Вержбицкий В.М. Численные методы (линейная алгебра и нелинейные уравнения). М.: Высш.шк., 2000. - 266 с.

14. Вероятностные методы в вычислительной технике / А.В.Крайников, Б.А.Курдиков и др. М.: Высш.шк., 1986. -312 с.

15. Веселов В.В. Защитный головной убор/ В.В.Веселов, С.В.Королёва, Б.Л.Горберг, О.Г.Егорова // Современные наукоёмкие инновационные технологии развития промышленности региона (Лён-2008): сб.трудов межд.научно-техн.конф.- Кострома: КГТУ, 2008. С.72-73.

16. Герасимович А.И. Математическая статистика. Минск, Вышэйшая школа, 1983.-279 с.

17. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш.шк., 1977.-479 с.

18. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высш.шк., 2001. - 400 с.

19. Горберг Б.Л. Перспективы использования метода магнетронного распыления для изготовления текстильных материалов со специальными поверхностными свойствами/ Иванов А.А., Стегнин В.А., Рыбкин В.В., Титов В.А.//Рынок лёкгой промышленности,- 2007.- №48.

20. Гордеев В.А. Ткачество / В.А. Гордеев, П.В.Волков. — М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. 488 с.

21. ГОСТ 12023-93. Материалы текстильные. Полотна. Метод определения толщины.- М.: Изд-во стандартов, 1995.

22. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1991.

23. Дамянов Г.Б. Строение ткани и современные методы её проектирования / Г.Б.Дамянов, Ц.З.Бачёв, Н.Ф.Сурнина. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984. - 240 с.

24. Закс JI. Статистическое оценивание. Пер. с нем. М.: Статистика, 1976. -598 с.

25. Живетин В.В. Лён вчера, сегодня, всегда / В.В.Живетин, Л.Н.Гинзбург, А.И.Рыжов. -М.: ИПО «Полигран», 1995. -120 с.

26. Катц Н.В. Металлизация тканей. — М.: Ростехиздат, 1962. 128 с.

27. Катц Н.В. Металлизация тканей. М.: Лёгкая индустрия, 1972. — 144 с.

28. Катц Н.В .Восстановление деталей текстильных машин металлизацией. — М.: Лёгкая индустрия, 1968. 191 с.

29. Катц Н.В. Электрометаллизация / Н.В.Катц, Е.М.Линник. — М.: Сельхоз-гиз, 1953,- 224 с.

30. Катц Н.В. Металлизация распылением / Н.В.Катц, Е.В.Антошин, Д.Г.Вадивасов, Г.Д.Вольперт, Л.М.Камионский. М.: Машиностроение, 1966.-200 с.

31. Кендалл М. Геометрические вероятности / М. Кендалл, П.Моран: пер. с англ. М.: Наука, 1972. - 192 с.

32. Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука, 1986.-535 с.

33. Колмогоров А.Н. Элементы теории функций и функционального анализа. -М.: Наука, 1968.-496 с.

34. Кудинов В.В. Плазменные покрытия. — М.: Наука, 1977. 184 с.

35. Кудинов В.В. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий / В.В.Кудинов, В.М.Иванов.- М.: Машиностроение, 1981.-192 с.

36. Кудинов В.В. Нанесение покрытий плазмой / В.В.Кудинов, П.Ю.Пекшев, В.Е.Белащенко, О.П.Солоненко, В.А.Сафиуллин.-М.:Наука, 1990.-408 с.

37. Кудинов В.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование / В.В.Кудинов, Г.В.Бобров.- М.: Металлургия, 1992.-432 с.

38. Куликов Е.И. Методы измерения случайных процессов.- М.: Радио и связь, 1986.-272 с.

39. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. - 648 с.

40. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006,- 573 с.

41. Кречмар Э. Напыление металлов, керамики и пластмасс. — М.: Машиностроение, 1966. 432 с.

42. Лабораторный практикум по текстильному материаловедению. /А. И. Кобляков, Г.Н. Кукин, А.Н.Соловьёв.- М.: Легпромбытиздат, 1986.-344 с.

43. Лапчик М.П. Численные методы /М.П.Лапчик, М.И.Рагулина, Е.К.Хеннер. М.: Академия, 2004. - 384 с.

44. Линник В.А. Современная техника газотермического нанесения покрытий / В.А.Линник, П.Ю.Пекшев. М.: Машиностроение, 1985.- 128 с.

45. Лихолётов И.И. Высшая математика, теория вероятностей и математическая статистика. — Минск, Вышэйшая школа, 1976. — 720 с.

46. Михайлов Г.А. Численное статистическое моделирование / Г.А.Михайлов, А.В. Войтишек. М.: Академия, 2006. - 368 с.

47. Натансон И.П. Краткий курс высшей математики. — М.: Наука, 1968.-728 с.

48. Орленко Л.В. Терминологический словарь одежды. М.: Легпромбытиз-дат, 1996. - 344 с.

49. Охорзин В.А. Прикладная математика в системе MATHCAD. СПб: Лань, 2008.-352 с.

50. Павловский Ю.Н. Имитационное моделирование / Ю.Н. Павловский, Н.В. Белотелов, Ю.И.Бродский. М.: Академия, 2008. - 236 с.

51. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. — М.: Наука, 1970.-576 с.

52. Пирогов К.М. Основы надёжности текстильных машин. — Иваново: ИГТА, 2004.-268 с.

53. Плис А.И. MathCad: математический практикум / А.И.Плис, Н.А.Сливина- М.: Финансы и статистика, 1999. 656 с.

54. Пригарин С.М. Методы численного моделирования случайных процессов и полей. Новосибирск: ИВМиМГ СО РАН, 2005. - 259 с.

55. Пугачёв B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Наука, 1979.-496 с.

56. Пугачёв B.C. Теория случайных функций. -М.: Физматгиз, 1962. 884 с.

57. Розанов Ю.А. Теория вероятностей, случайные процессы и математическая статистика. М.: Наука, 1989. — 320 с.

58. Розанов Ю.А. Случайные процессы (краткий курс).- М.: Наука, 1979.- 184 с.

59. Румшиский JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.- 192 с.

60. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968.-464 с.

61. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механико технологических процессов текстильной промышленности. - М.: Лёгкая индустрия, 1980.-392 с.

62. Севостьянов А.Г. Методы исследования неровноты плоских текстильных материалов / А.Г. Севостьянов, Т.Н.Элькина. — М.: Лёгкая индустрия, 1975.- 104 с.

63. Севостьянов А.Г. Моделирование технологических процессов / А.Г. Севостьянов, П.А. Севостьянов. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1984.-344 с.

64. Севостьянов А.Г. Основы математического моделирования механико-технологических процессов текстильной промышленности / А.Г. Севостьянов, П.А. Севостьянов. — М.: Лёгкая индустрия, 1974. 72 с.

65. Семененко М.Г. Математическое моделирование в MathCad. М.: Аль-текс-А, 2003.-208 с.

66. Смирнов Н.В. Курс теории вероятностей и математической статистики / Н.В.Смирнов, И.В.Дунин Барковский. - М.: Наука, 1969. - 512 с.

67. Соловьёв А.Н. Оценка качества и стандартизация текстильных материалов / А.Н.Соловьёв, С.М.Кирюхин. М.: Лёгкая индустрия, 1974. - 248 с.

68. Соловьёв А.Н. Оценка качества текстильных материалов. — Технология лёгкой промышленности, 1968, №6. — С. 16-20.

69. Соловьёв А.Н. Оценка и прогнозирование качества текстильных материалов / А.Н.Соловьёв, С.М.Кирюхин. М.: Лёгк. и пищ.пром-ть, 1984. -215 с.

70. Тушинский Л.И. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий / Л.И. Тушинский, А. В. Плохов. М.: Наука, 1986.-200 с.

71. Феллер В.Введение в теорию вероятностей и её приложения. В 2-х томах. Т.1. Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.- 528 с.

72. Феллер В.Введение в теорию вероятностей и её приложения. В 2-х томах. Т.1. Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.- 738 с.

73. Хасуй А. Техника напыления. Пер. с японского. М.: Машиностроение, 1975.-288 с.

74. Чжун K.JL Элементарный курс теории вероятностей / К.Л.Чжун, Ф.АитСахлиа. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. -455 с.

75. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. -М.: Мир, 1978.- 420 с.

76. Шипачёв B.C. Высшая математика. — М.: Высшая школа, 1990. — 479 с. 81.000 «Юнсу»: офиц. сайт Электронный ресурс. Режим доступа:http://yunsu.ru/pryazhametanit.

77. ОАО «Денисовский завод» офиц. сайт Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.dzavod.ru/production.html

78. Женская энциклопедия Электронный ресурс. Режим доступа: http://woman.modnaya.ru/woman/obraz-zhenschiny/tkani.htm

79. Артемов А. Металлизация текстильных изделий // В мире оборудования 8(25) Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.lpb.ru/print.php?id=1232

80. Горберг Б.Л. Металлизация текстильных материалов из плазмы. Новые методы и новые возможности. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.ivtechnomash.ru/articles.php?go=page&pid=21&page=l

81. Резункова О.П. Возможности использования металлизированной ткани «Метакрон» / О.П. Резункова, А.Г.Резункова, Меткин Н.П. и др. Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.chizhevski.ru/vestnik/9ecology/141 -vosmognosti-ispol sovayvaniia

82. ГРАНТ ГР 01 2001 13519 «Отработка технологии получения металлизированной ткани медицинского назначения из низкосортного льна и отходов трепания», 2006.