Разработка и исследование технологии получения трощено-крученых нитей из оксида алюминия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Медведев, Александр Викторович

• Медведев, Александр Викторович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Медведев, Александр Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПО ОБЪЕКТУ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Классификация, способы получения и применение в изделиях технического назначения волокон и нитей из керамических материалов

1.1.1. Классификация и способы получения волокон и нитей из керамических материалов

1.1.2. Нити на основе оксида алюминия, производимые зарубежными компаниями

1.1.3. Технический уровень объекта исследования

1.1.4. Технология производства комплексных нитей из оксида алюминия ФГУП «ВИАМ»

1.1.5. Изделия технического назначения из керамических материалов

1.1.6. Изделия технического назначения из оксида алюминия

1.2. Технология текстильной переработки комплексных нитей

1.2.1. Общая характеристика процесса перемотки, технологические схемы и оборудование

1.2.2. Общая характеристика процесса кручения, технологические схемы и оборудование

1.2.3. Натяжение нитей на крутильных машинах

1.2.4. Экспериментальная проверка возможности осуществления процесса кручения пряжи из волокон оксида алюминия на существующих крутильных машинах

1.2.5. Оценка возможности использования существующего оборудования для кручения комплексных нитей из оксида алюминия

1.2.6. Общая характеристика процесса трощения и оборудование

1.2.7. Натяжение нитей на тростильно-крутильных машинах

1.2.8. Общие принципы получения крученых и трощено-крученных нитей из оксида алюминия и задачи исследования

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНЫХ НИТЕЙ ИЗ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

2.1. Исследование микроструктуры элементарных нитей оксида алюминия

2.2. Исследование шероховатости поверхности элементарных нитей оксида алюминия

2.3. Геометрические свойства элементарных и комплексных нитей из оксида алюминия

2.3.1. Определение диаметра элементарных нитей

2.3.2. Определение поперечника комплексной нити оксида алюминия

2.3.3. Извитость комплексных нитей из оксида алюминия

2.3.4. Линейная плотность нитей и неровнота по линейной плотности комплексных нитей из оксида алюминия

2.4. Экспериментальное изучение характеристик механических свойств элементарных и комплексных нитей из оксида алюминия

2.4.1. Полуцикловые характеристики, определяемые при однократном растяжение до разрыва элементарных нитей

2.4.2. Полуцикловые характеристики, определяемые при однократном растяжение до разрыва комплексных нитей

2.4.3. Одноцикловые характеристики при растяжении комплексных нитей

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТРОЩЕНО-КРУЧЕНЫХ НИТЕЙ ИЗ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЕЁ РЕАЛИЗАЦИИ

3.1. Обоснование основных технологических параметров и режимов устройства для получения крученых и трощено-крученых нитей

3.1.1. Исследование сматывания нитей.

3.1.2. Исследование схемы кручения с осевой подачей нити в зону кручения

3.1.3. Исследование схемы кручения с радиальной подачей нити в зону кручения

3.1.4. Экспериментальное определение критической крутки

3.1.5. Экспериментальное определение влияния натяжения при кручении на разрывную нагрузку крученой нити

3.1.6. Склеивание оборвавшейся нити

3.2. Обоснование технологических требований к функциональным узлам устройства для получения трощено-крученых нитей

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА УЗЛОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ ТРОЩЕНО-КРУЧЕНЫХ НИТЕЙ

4.1. Подбор и оптимизация замасливающих составов

4.1.1. Подбор замасливающих составов

4.1.2. Экспериментальное определение оптимальной концентрации замасливающей эмульсии

4.2. Расчет и экспериментальное определения параметров замасливающего диска

4.2.1. Расчет геометрических параметров замасливающего диска

4.2.2. Экспериментальное определение оптимальной величины шероховатости замасливающего диска

4.2.3. Влияние шероховатости замасливающего диска на электризацию нитей оксида алюминия

4.3. Кинематический расчет функциональных узлов экспериментального стенда

4.3.1. Кинематический расчет узла регулирования натяжения

4.3.2. Кинематический расчет механизма раскладки

4.3.3. Кинематический расчет крутильного механизма

4.4. Исследование натяжение нити при кручении на экспериментальном стенде

4.5. Геометрические свойства крученых нитей

4.5.1. Диаметр крученой нити

4.5.2. Линейная плотность и неровнота по линейной плотности крученых нитей

4.6. Принципиальная схема и технические характеристики экспериментального стенда

4.7. Оптимизация технологического процесса получения трощено-крученых нитей

4.7.1. Условия и методика проведения эксперимента

4.7.2. Критерий, факторы, их уровни и интервалы варьирования план эксперимента. Анализ полученной математической модели

4.8. Испытания трощено-крученой нити из оксида алюминия линейной плотностью 300 текс

4.8.1. Определение неравновесности

4.8.2. Испытание трощено-крученых нитей при однократном растяжение до разрыва

4.9. Технологический режим получения трощено-крученых нитей линейной плотностью 300 текс из комплексных нитей оксида алюминия

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. НАПРАВЛЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА

5.1. Основные требования к современному оборудованию для получения трощено-крученых нитей

5.2. Обоснование направлений разработки технических средств автоматизации, управления и контроля технологического процесса, с целью создания экспериментального образца

5.2.1. Автоматизация регулирования линейной скорости нити

5.2.2. Регулирование и контроль электрического заряда нити

5.2.3. Обеспечение контроля качества технологического процесса

5.3. Принципиальная схема и состав экспериментального образца

5.4. Техническая характеристика экспериментального образца

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование технологии получения трощено-крученых нитей из оксида алюминия»

Изделия технического назначения из оксида алюминия приобретают большое значение в связи с возрастающими потребностями в теплоизоляционных и конструкционных материалах, способных работать при высоких температурах.

В СССР по Государственным научно-техническим программам «Перспективные материалы» и «Порошковая металлургия и композиционные материалы» в 1980-1990 годах проводились работы по созданию и изучению термостойких волокон оксидов металлов. Определенных успехов в создании и исследованиях нитей из непрерывных тугоплавких волокон добились коллективы «ВИАМа», РХТУ им. Д.И. Менделеева [1], Института общей и неорганической химии АН Белоруссии [2]. Однако промышленное производство не было налажено из-за экономических проблем.

Правительством РФ разработана и принята Федеральная целевая программа, введенная в действие постановлением Правительства Российской Федерации от 11 сентября 2008 года № 658-25 «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009-2011 годы и на период до 2015 года».

Цель работы и задачи исследования - разработка технологии и средств получения из комплексных нитей оксида алюминия линейной плотностью 10 текс трощено-крученых нитей с линейной плотностью 300 текс, для использования в изделиях технического назначения с температурой эксплуатации до 1700 °С.

Для достижения поставленной задачи в работе решаются следующие основные задачи:

- обосновать теоретические, технологические и технические решения вопроса получения трощено-крученых нитей;

- обосновать основные технологические параметры и режимы устройства для получения трощено-крученых нитей;

- разработать, спроектировать и изготовить экспериментальный стенд для реализации поставленной задачи;

- исследовать работу функциональных узлов экспериментального стенда: регулирования натяжения нити, замасливающего устройства и крутильного механизма;

- провести эксперименты по оптимизации основных элементов технологического процесса: натяжения нити при кручении, концентрации замасливающей эмульсии, величины первой и второй и последующих круток;

- разработать технологический режим получения трощено-крученых нитей;

- исследовать характеристики геометрических и механических свойств трощено-крученых нитей;

- разработать комплекс мер, необходимых для разработки экспериментального образца устройства для получения трощено-крученых нитей.

Данная работа направлена на совершенствование научно-технологического задела по созданию технологии производства трощено-крученых нитей из оксида алюминия для изготовления гибких термостойких уплотнительных теплоизоляционных материалов: оплёток, шнуров и др.

Разрабатываемая технология обеспечит возможность получения изделий технического назначения - теплозащитных материалов в условиях отечественного производства, вне зависимости от импортных поставок. Создание технологии получения трощено-крученых нитей и материалов на их основе является перспективным в изделиях технического назначения энергетической, машиностроительной, химической, нефтехимической отраслей промышленности и др.

Методы и средства исследования. В диссертации использованы теоретические и экспериментальные методы.

В теоретических исследованиях использованы положения общей физики, аналитической и коллоидной химии, методы математической статистики.

В экспериментальных исследованиях использовались современные измерительные средства, оптический, цифровой, атомно-силовой и растровый электронный микроскопы, разрывные машины. Применялись методы: проектирования машин и механизмов, испытания текстильных материалов, планирования эксперимента. Использовались положения теории кручения и наматывания нитей, механической технологии волокнистых материалов, текстильного материаловедения. Оценка достоверности полученных результатов осуществлялась методами теории вероятности и математической статистики. Исследования выполнялись с использованием стандартных и оригинальных программ для ЭВМ.

Научная новизна. При выполнении работы автором впервые разработаны:

- технология получения трощено-крученой нити из оксида алюминия и сопутствующие процессы: радиальная подача нити в зону кручения, обработка текстильно-вспомогательными веществами и наматывание;

- принципиальная схема устройства для реализации процесса получения трощено-крученых нитей;

- теоретическое и экспериментальное обоснование основных технических параметров и режимов работы функциональных узлов и устройства в целом;

- методики проведения экспериментов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Разработка, восстановление и организация производства стратегических, дефицитных и импортозамещающих материалов и малотоннажной химии для вооружения, военной и специальной техники на 2009-2011 годы и на период до 2015 года»;

- результаты работы соответствуют прогнозируемому научно-техническому уровню;

- полученная трощено-крученая нить конкурентоспособна по отношению к существующим, в том числе зарубежным аналогам;

- отработаны технологические режимы получения трощено-крученой нити из оксида алюминия;

- изготовлена экспериментальная партия трощено-крученой нити из оксида алюминия линейной плотностью 300 текс в количестве 500 м;

- полученные нити позволят производить изделия технического назначения с температурой эксплуатации до 1700 °С;

- экспериментальный стенд для получения трощено-крученых нитей из оксида алюминия может служить прототипом экспериментального образца;

- результаты работы являются основой для создания промышленной технологии;

- результаты работы используются в учебном процессе.

Работа выполнена в 2010 - 2012 годах по договору № 09-226-14/4453 «Разработка макета установки и технологии получения трощено-крученой комплексной нити с линейной плотностью 200 текс из первичных нитей оксида алюминия» и договору № 10-255-14/5250-10-11 по теме «Отработка технологии изготовления трощено-крученой нити из тугоплавких непрерывных волокон с линейной плотностью не менее 100 текс и 300 текс» с Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский институт авиационных материалов» в учебно-исследовательском комплексе «Фрикционные процессы в прядении» кафедры прядения федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина».

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Медведев, Александр Викторович

11. Результаты работы рекомендуется использовать при проектировании, экспериментального образца установки для получения трощено-крученых нитей из оксида алюминия по технологической схеме с радиальной подачей нити в зону кручения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Медведев, Александр Викторович, 2012 год

1. Сафонова Т.В. Поликристаллические волокна на основе оксида алюминия и диоксида циркония. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. МХТИ им. Д.И. Меделеева. М. 1992г с-20

2. Ермоленко И.Н., Ульянова Т.М., Витязь П.А., Федорова И.Л. Волокнистые высокотемпературные материалы. Минск. Наука и техника, 1991, 255с.

3. Афанасов И.М., Лазоряк Б.И. Высокотемпературные керамические материалы. Учебное пособие для студентов по специальности «Композиционные материалы». МГУ им. М.В. Ломоносова, научно-образовательный центр по нанотехнологиям, М., 2010, 51 с.

4. URL: http://www.3M.com/ceramic

5. Пакшвер А.Б., Мельников Б.В., Усенко В.А., Соловьев А.Н., Кукин Г.Н. Свойства и особенности переработки химических волокон под редакцией А.Б. Пакшвера, М, Химия, 1975. С. 496

6. Bunsell AR, Berger MN. Fine diameter ceramic fibers. // J Eur Cer Soc, 2000, 20:2249-2260. (5)

7. Ullmann's Fibers, Vol. 1-2, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2008, 899 p. (5)

8. Патент США US 3760049 от 18.09.1973. 3M Company (ПИ)

9. Ульянова Т. М. и др. Волокна тугоплавких оксидов: получение, свойства и применение. Химические волокна. 2005. - N 5. - С. 16-20

10. Bunsell AR Miner J., Metalls and Mater. Oxide Fibers for High-Temperature Reinforcement and Insulation Sci. v.57, 2, 2005 JOM

11. Возняк H., Виесек E. Огнеупорные керамические волокна, виды, последствия для здоровья после воздействия. Zakladu Aerozoli Instytutu Ме-dycyny Pracy, Lodzi, 2005.

12. Патент США US 4047965 от 13.09.1977. ЗМ Company (ПИ)

13. D.M. Wilson and L.S. Visser, Higt-performance oxid fibers for metal fnd ceramic Composites, Processing of fibers & Composites Conference, Bagra, Italy, May 22, 2000. (ПИ)

14. James С. Romine, E.I.du de Nemorous and Co.Inc, Новое высокотемпературное керамическое волокно. США, журнал Ceram.Eng.Sci.Proc., т. 8, 1987, стр. 755-765. (ПИ т. В 6.2)

15. Отчет о патентно-технических исследованиях по получению трощено- крученых нитей. ФГУП ВИАМ, М, 2010, 26 с.

16. Технологическая инструкция ТИ 1.595-29-184-2010 «Получение трощено-крученой нити с линейной плотностью 200 текс». ФГУП ВИАМ, 2010- с. 15

17. URL: http://www.npo-Stekloplastik.ru

18. Патент США US 4375779 от 08.03.1983

19. Патент США US 4430851 14.02.1984

20. Переработка химических волокон и нитей. Справочник. Под редакцией Маркова Б.А. и Сурниной Н.Ф., Легпромбытиздат. М, 1989. С 744.

21. Шахова Н.В., Усенко В.А., Родионов В.А. Кручение и перемотка химических нитей. М. Высшая школа, 1975. С. 240

22. Мигушов. И.И. Механика текстильной нити и ткани. М, Легкая индустрия, 1980. С. 160

23. Щербаков В.П. Прикладная механика нити. М, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001. С 301.

24. Бархоткин Ю.К. Новые технические и технологические возможности кльцевой прядильной машины.Иваново.ОАО Издательство «Иваново»,2007. С. 200

25. Косцов A.A., Грилихес Е.А. Тростильные машины и их обслуживание. М, Легкая промышленность, 1967. С. 134

26. Берсенев В.А., Флексер Л.А. Лукьянова Л.М. Макроструктура волокон и элементарных нитей и особенности их разрушения. М. Легкая и пищевая промышленность, 1982. С. 248

27. Букалов Г.К. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук. Развитие теории взаимодействия текстильного продукта с нитепроводящими рабочими органами и методов повышения их износостойкости. КГТУ, Кострома , 2001,20 с.

28. Рядченко Г.В., Назаренко Д.В., Болотников B.C. Исследование влияния режимов эксплуатации на триботехнические свойства модифицированных эластомеров. Вестник ДГТУ. Сер. "Трение и износ", Ростов-на-Дону: ДГТУ. 2001. Т. 1. № 2(8). с . 155 159.

29. ГОСТ 25142-82 Шероховатость поверхности Термины и определения.

30. Magonov S.N., Whangbo М-Н. Surface analysis with STM and AFM. Experimental and Theoretical Aspects of Image Analysis. VCH, New York, 1996 324 c.

31. ГОСТ 6943.2-79 Материалы текстильные стеклянные. Методы определения диаметра элементарных нитей и волокна

32. ГОСТ 6611.1 Нити текстильные метод определения линейной плотности.

33. Садыкова Ф.Х. Текстурированные нити, основные свойства и методы их определения. М, Легкая индустрия, 1974. С-160.

34. Мортон В.Е., Хёрл Д.В. Механические свойства текстильных волокон. (пер с англ.) под ред. Г.Н.Кукина. М, Легкая Индустрия. -1971. С. 184

35. Кудряшова Н.И,. Кудряшов Б.А. Высокоскоростное растяжение текстильных материалов. М, Легкая индустрия. -1974. С 267 с.

36. Соколов Г.В. Вопросы теории кручения волокнистых материалов. М, Гизлегпром -1957. С 232 с.

37. Проектирование прочности гребенчатой шерстяной пряжи. Богаче-ва С.Ю. Автореферат диссертации на звание кандидата технических наук. МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2004 г.

38. Влияние полиэтиленгликоля на фрикционные свойства волокон. Степанова Т.Ю. Автореферат диссертации на звание кандидата технических наук. Иваново, 2003 г.

39. Патент Японии JP 715046 от 13.06.1995 «Alumina Fiber Coated with Sizing Agent» Sumimoto Chemical Company.

40. Прошков А.Ф. Расчет и проектирование машин для производства химических нитей и волокон. М.: РИО МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2001 -497 с.

41. Рыжов Э.В. Геометрические характеристики шероховатости и волнистости поверхности. Сб. Новое в теории трения. Наука, М. 1966 с. 126

42. Озерский О.Н. Исследование влияния механических факторов на электризацию химических волокон в процессе переработки. Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МТИ, 1973 г., 188 с.

43. Каценеленбоген A.M., Лазарева Л.В. Подготовка пряжи и нитей к вязанию. М.: Легкая индустрия, - 1968, 222 с.

44. Ефремов Е.Д., Ефремов Б.Д. Основы теории наматывания нити на паковку. -М.: Легкая и пищевая промышленность. 1982, 143 с.

45. Гордеев В.А, Арефьев, Г.И., Волков. Ткачество. -М.: Легкая индустрия. 1970, 582 с.

46. Симон Л, Хюбнер МП.В., Технология подготовки пряжи к ткачеству и трикотажному производству М.: Легпромбытиздат. 1989, 271 с.

47. Минаков А.П. Основы механики нити. Научно-исследовательские труды Московского текстильного института, 1941.

48. Прошков А.Ф. Исследование и проектирование мотальных меха-низмов.М. Машгиз, 1963 311 с.

49. Вакс Э.Е. Измерение натяжения нитей. М. Легкая индустрия, 1966220 с.

50. Севостьянов А.Г. Методы и средства исследования механикотехнологических процессов текстильной промышленности. М. МГТУ им. А.Н. Косыгина ООО «Совъяж Бево», 2007 648 с.

51. USTER TESTER 4-SE Описание и инструкция по применению

52. Козлов А.Б., румянце Ю.Д., Тимохин А.Н., Круглова C.B. Автоматизация процесса производства оптических волокон. М., МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2005.-С. 192

53. Мартынов И.А., Мещеряков A.B., Корнев Б.И. Динамика приводов ткацких машин/ Монография. М.: РИО МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2002.-352с.

54. Контроль технологических параметров текстильных материалов: методы, устройства. Под редакцией д.т.н. Таточенко Л.Н.

55. Пункты 1.5.2, 2.1.1. Официальный сайт Российской Федерации www.zakupki.gov.ru