Разработка новых облегченных арамидных тканей на основе вторичных регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.19.02, кандидат технических наук Слугин, Андрей Иванович

• Слугин, Андрей Иванович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Слугин, Андрей Иванович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса

1.1 Литературный обзор

1.1.1 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных волокон

1.1.2 Анализ работ по изучению технологии изготовления тканей из регенерированных арамидных волокон

1.1.3 Анализ работ по изучению напряженно-деформированного состояния нитей на ткацком станке в процессе тканеформирования

1.1.4 Анализ работ по изучению взаимосвязи между параметрами строения ткани и технологическими параметрами

1.1.5 Анализ работ, посвященных исследованию свойств и строения тканей

1.1.6 Анализ работ, посвященных проектированию тканей

1.2 Цель и задачи исследования

Выводы по главе 1

Глава 2. Теоретические исследования. Прогнозирование технологии изготовления тканей облегченных структур на современном оборудовании

2.1 Проектирование тканей по заданной поверхностной плотности

2.2 Расчет натяжения основы и утка в зоне формирования ткани на основе линейной теории изгиба

2.3 Оценка напряженности изготовления ткани на ткацком станке

Выводы по главе 2

Глава 3. Экспериментальные исследования. Исследование натяжения основы и утка

3.1 Выбор датчиков для исследования

3.2. Исследование натяжения нитей основы за цикл работы ткацкого станка

3.3. Влияние заправочного натяжения основы на натяжение основы в различные периоды тканеформирования

3.4. Исследование натяжения уточных нитей

Выводы по главе 3

Глава 4. Экспериментальные исследования

4.1. Разработка тканей для боевой одежды пожарного

4.2. Разработка тканей для изготовления повседневной одежды спасателя

4.3 Разработка и исследование баллистических тканей

Выводы по главе 4

Глава 5. Технологические параметры изготовления спроектированных тканей

Выводы по главе 5

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка новых облегченных арамидных тканей на основе вторичных регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления»

ВВЕДЕНИЕ

Для защиты человека от различных поражающих факторов, таких как высокая температура, открытое пламя, пуля, осколок, существуют принципиально два подхода:

- использование защитных тканей, изготовленных из специальных волокон,

использование защитных тканей, изготовленных из обычных волокон, подвергнутых дополнительной обработке.

В настоящее время в нашей стране для производства защитной одежды используются, как правило, ткани, изготовленные из хлопка и (или) полиэфирных волокон и подвергнутые различным пропиткам. Целью нанесения на ткань различных составов является придание тканям формоустойчивости и улучшение таких потребительских свойств, как грязеотталкивание, маслоотталкивание, водоотталкивание, огнестойкость. Очень часто при выборе ткани определяющую роль играет цвет ткани.

Такой подход к выбору тканей для защитной одежды связан с «насаждением» в нашей стране европейских стандартов и не учитывает реального положения дел в области обеспечения безопасности труда, а именно:

- несоблюдение сроков носки и замены спецодежды;

- отсутствие пунктов химической чистки одежды;

- использование одного комплекта одежды при выполнении различных работ;

- отсутствия резервного фонда спецодежды.

Все это приводит к преждевременной утрате защитной одеждой первоначальных защитных характеристик и способствует повышению травматизма при выполнении тех или иных работ.

Кроме того, стоимость спецодежды, изготовленной из специально

подготовленных материалов, практически сравнима со стоимостью

4

спецодежды, изготовленной из специальных волокон, защитные характеристики которых обусловлены химическим строением и структурой исходных полимеров.

Учитывая эти аспекты, а так же возрастающую ответственность за жизнь и здоровье сотрудника работодатели все чаще предпочитают обеспечивать работников спецодеждой, изготовленной из специальных волокон. Этому способствует и принятие законодательных актов в области охраны труда, таких как ГОСТ Р 53264-2009 «Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного» [1], ГОСТ Р 12.4.234-2007 «Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги» [2] и др.

Под специальными волокнами в этом случае понимают с одной стороны обычные волокна, модифицированные в процессе их изготовления путем введения в структуру волокна специальных мономеров и (или) антипиренов, а с другой стороны, волокна, высокие защитные характеристики которых обусловлены химическим составом и структурой полимера, из которого произведено волокно.

К первым можно отнести Lenzing FR (Ленцинг, Австрия), Protex-M(C) (Канека, Япония), ко вторым - Kevlar, Nomex (Дюпон, США), Twaron, Technora, Копех (Тейджин Арамид, Япония), СВМ, Русар (Каменскволокно, Россия), Kennel (Кермель, Франция), Арселон (Светлогорскхимволокно, Белоруссия), NewStar (Янтай, Китай), Heracron (Колон, Корея) и другие.

Каждое из этих волокон имеет свои достоинства и свои недостатки. Общим же для всех их является высокая цена, особенно у арамидных волокон, обладающих уникальными защитными свойствами и наиболее подходящих для производства специальной защитной одежды.

Это обстоятельство заставляет по-другому смотреть на проблему использования вторичного арамидного волокна и тканей, выработанных на его основе, а задача разработки облегченных арамидных тканей и

технологических параметров их изготовления является актуальной.

5

Данная работа посвящена разработке ассортимента новых облегченных арамндных тканей на основе регенерированных волокон и технологических параметров их изготовления, которые используются для производства боевой одежды пожарного и предлагаются к использованию для производства повседневной одежды спасателя и противоосколочной защиты экипажей бронированных машин.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

- теоретически доказана возможность изготовления исследуемых тканей на современном отечественном технологическом оборудовании с использованием критерия длительной прочности Москвитина;

- предложен новый метод проектирования арамидных тканей по заданным поверхностной плотности и порядку фазы строения ткани;

- определены заправочные натяжения основы и утка в зависимости от параметров структуры спроектированных тканей для изготовления их на бесчелночных ткацких станках СТБ;

- установлена взаимосвязь между защитными свойствами бронепакетов, изготовленных из спроектированных тканей, и их поверхностной плотностью;

- впервые в комплексе проведены баллистические испытания арамидных тканей из регенерированного арамидного волокна, бронепакетов и бронепанелей.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- спроектированы новые облегченные ткани из арамидной пряжи, полученной из вторичных материалов, обладающие необходимыми свойствами;

- разработана технология изготовления облегченных арамидных тканей на современном технологическом оборудовании;

- исследованы основные свойства и параметры строения исследуемых тканей, что позволяет прогнозировать их дальнейшее использование в различных конструкциях;

- исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей;

- результаты работы внедрены на ООО «Арамид».

Заключение диссертации по теме «Технология и первичная обработка текстильных материалов и сырья», Слугин, Андрей Иванович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен метод проектирования арамидных тканей на основе регенерированного арамидного волокна по заданной поверхностной плотности с учетом порядка фазы их строения с использованием современных информационных технологий.

2. Спроектированы 13 новых облегченных тканей из арамидной пряжи 30 х 2 текс, полученной из регенерированного пара-арамидного волокна, с содержанием арамида от 30 до 100% с уменьшенной в 2-2,5 раза поверхностной плотностью по сравнению с ранее используемыми для защитной одежды тканями.

3. На основе разработанных геометрических моделей строения тканей с использованием линейной теории изгиба упругих стержней проведен расчет параметров строения тканей и технологических параметров в зоне их формирования на бесчелночных ткацких станках СТБ.

4. Проведен расчет заправочного натяжения основы в наиболее доступной зоне для экспериментирования «скало - ламели» и натяжения утка в наиболее доступной для экспериментирования зоне перед компенсатором.

128

5. С учетом степенной зависимости между временем нагружения и напряжением, возникающим в нити, определены параметры долговечности пряжи арамидной с вложением арамидного компонента от 30 до 100%.

6. На основе использования критерия длительной прочности В.В.Москвитина проведен расчет повреждаемости нитей основы, как более нагруженных на ткацком станке, и доказана возможность их переработки в спроектированные ткани на бесчелночном ткацком станке СТБ.

7. Экспериментальные исследования натяжения нитей основы и утка позволили установить распределение натяжения нитей в основные периоды трансформирования, что необходимо для оценки напряженности заправок ткацкого станка и установки оптимальных технологических параметров изготовления ткани.

8. С учетом требований, предъявляемых к физико-механическим и теплофизическим показателям материала верха боевой одежды пожарного, изготовлены ткани с содержанием арамидного волокна 30-100 % и исследованы физико-механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

9. Предложены и изготовлены новые облегченные арамидные ткани для повседневной одежды спасателя, исследованы физико-механические свойства использованных волокон, полученной пряжи и спроектированных тканей.

10. Исследованы баллистические свойства облегченных арамидных тканей с поверхностной плотностью до 130 г/м , проведено сравнение показателей предлагаемых тканей с тканями с поверхностной плотностью 350 - 400 г/м2, и показана их высокая эффективность.

11. Проведены баллистические испытания защитных пакетов, изготовленных из ткани из комбинированных нитей, предложенных в работе, показавшие эффективность их использования.

12. Получены зависимости скорости У50 от поверхностной плотности бронепакета и бронепанели и показана эффективность использования предложенных тканей.

13. Использование регенерированного арамидного волокна в качестве исходного материала для изготовления текстильных бронепакетов и композитных бронепанелей приводит к существенному снижению стоимости бронирования.

14. Использование предложенной защиты решает проблему защиты экипажа бронированного автомобиля и позволяет снизить вес автомобиля на 200-300 кг по сравнению с монолитной броней.

15. Предложены технологические параметры спроектированных 13 облегченных арамидных тканей из вторичных регенерированных волокон.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАБОТЕ

1. При проектировании тканей на основе регенерированного арамидного волокна необходимо учитывать поверхностную плотность ткани, ее порядок фазы строения и прочностные показатели.

1. Для оценки напряженности заправок ткацких станков целесообразно использовать метод расчета повреждаемости основных нитей с использованием критерия длительной прочности Москвитина.

3. Для расчета рационального строения тканей целесообразно использовать предложенную методику на основе линейной теории изгиба упругих стрежней.

4. Для прогнозирования заданных структур бронепакетов необходимо использовать математические модели их защитных свойств в зависимости от поверхностной плотности.

5. С целью получения тканей с наилучшими физико-механическими показателями и наименьшей обрывностью на ткацком станке необходимо установить предложенные технологические параметры изготовления этих тканей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Слугин, Андрей Иванович, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 53264-2009. Техника пожарная. Специальная защитная одежда пожарного. Общие технические требования. Методы испытаний. - Введ. 2010-01-01. - М.: Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: Стандартинформ, 2009, 37 с.

2. ГОСТ Р 12.4.234-2007. Одежда специальная для защиты от термических рисков электрической дуги. Общие технические требования и методы испытаний. - Введ. 2008-07-01. - М., Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии: Стандртинформ, 2007, 24 с.

3. Гусев В.Е. Технология вторичного текстильного сырья. Москва, Легкая индустрия, 1970. - 352 с.

4. Сапрыкин Д.Н. Создание технологии и оборудования по регенерации текстильных отходов и разработка способов их использования. Дис. ... докт. техн. наук. - Иваново, 1997. - 451 с.

5. Фролова И.В. Разработка и промышленное освоение ресурсосберегающей технологии и техники в производстве текстильных материалов на основе регенерированных волокон: - Автореф. дисс. ... докт. техн. наук. - М., 2000.-37 с.

6. Чеканова И.А. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления тканей на основе использования регенерированных отходов. Дисс. ... канд.техн.наук. - Москва, 2002. - 184 с.

7. G.Ortlepp, M.Weis-Quasdorf, R.Lutzekendorf, Technische Textilien Jahrgang 45,2002.

8. Пат. РФ на изобретение № 2264484. «Способ получения волокон из вторичного сырья» Слугин Ал.И., Слугин Ан.И., Слугин И.В. 2004.

9. Мороз О.Н. Разработка технологии получения пряжи из отходов параарамидных нитей и тканей для изделий, эксплуатируемых в условиях повышенных температур. Дисс. Канд. техн.наук. Санкт-Петербург, 2008.

10. НПБ-157-97. Боевая одежда пожарных. Общие требования. Методы испытаний. ГУГПС МВД России, 1997. 28 с.

11. Слугин Ал.И. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления тканей на основе вторичной арамидной пряжи. Дис. ... канд.техн.наук. Москва, 2008, 173 с.

12. Николаев С.Д. Прогнозирование изготовления тканей заданного строения. -М.:МТИ, 1990.-62 с.

13. Николаев С.Д., Мартынова A.A., Юхин С.С., Власова H.A. Методы и средства исследования технологических процессов в ткачестве (2003). М.ГОУВПО «МГТУ им .А.Н.Косыгина», 336 с.

14. Денисенко Т.Н. Разработка методов оценки напряженности заправок ткацких станков: - Диес. ... канд. техн. наук. -М., 1993. - 170 с.

15. Оников Э.А. Непрерывный процесс тканеобразования: условия эффективности, параметры и опытная реализация: - Дисс. ... докт. техн. наук. -М., 1981.-462 с. повторяется см. 34

16. Букаев П.Т. Разработка параметров оптимального процесса бесчелночного ткачества и критериев его оценки: - Автореф. дисс. докт. техн. наук.-JI., 1984.-39 с.

17. Михайлюк О. Ю. Выработка ткани с высоким коэффициентом наполнения на ткацких станках типа СТБ: Автореферат дис. ... канд. техн. наук. - Москва, 2003.

18. Цыцилина С.А. Определение рационального строения, технологических параметров выработки высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках: Дис.к.т.н. -М., 1996. - 104 с.

19. Склянников В. П. Оптимизация строения и механических свойств тканей из химических волокон. — Москва, 1974г.

20. Раченкова О.М. Разработка метода расчета рациональных параметров строения тканей различного переплетения с учетом технологии их изготовления. Дис. ... канд. техн. наук, МГТУ, 2000. - 239 с.

21. У разов Н.Х. Коэффициент строения ткани // Текстильная промышленность. - 1988.-№ 1, с. 55 - 57.

22. Баталко Т.П. Разработка оптимальных технологических параметров выработки хлопчатобумажных тканей из пряжи малой линейной плотности на станке АТПР: - Дисс.... докт. техн. наук. - М., 1987. - 187 с.

23. Евсюкова Е.В. Разработка технологических параметров изготовления технической ткани из углеродных нитей: - Автореф. дисс. ... канд. техн. наук.-М, 1990.-16 с.

24. Юхин С.С. Прогнозирование и разработка технологии изготовления высокоплотных тканей на бесчелночных ткацких станках: - Дисс. ... докт. техн. наук. - М., 1996. - 471 с.

25. Николаев С.Д. Прогнозирование технологических параметров изготовления тканей заданного строения и разработка методов их расчета: - Дисс. ... докт. техн. наук. -М., 1988. -469 с.

26. Щербаков В.П. Научные основы переработки нитей в трикотажном производстве: - Дисс. ... докт. техн. наук-М., 1984. -324 с.

27. Николаев С.Д. Исследование процесса формирования хлопчатобумажных тканей с продольными полосами различного переплетения на бесчелночных ткацких станках СТБ: - Дисс. ... канд. техн. наук. -М., 1977. -233 с.

28. Лустгартен Н.В. Разработка методов оптимизации и стабилизации технологического режима процесса образования ткани: - Автореф. дисс. ... докт. техн. наук. - Кострома., 1983. - 32 с.

29. Букаев П.Т. Оценка технологичности ткани // Текстильная промышленность. - 1982. - № 2, с. 64 - 67.

30. Алексеев К.Г. Основы расчета параметров строения и формирования тканей. - М.: Легкая индустрия, 1973. - 167 с.

31. Васильчикова Н. Д. Проектирование строения и свойства меланжевых тканей из лавсано-вискозной пряжи: - Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. -Л, 1968.-38 с.

32. Попов Е.П. Теория и расчет гибких упругих стержней. - М.: Наука, 1986. -296 с.

33. Щербаков В.П. Прикладная механика нитей. - М. МГТУ, 2000 г.

34. Егоров Н.В. Анализ структур огнезащитных тканей из арамидных нитей и особенности их изготовления на современном ткацком станке. - Дисс. ... канд. техн. наук. - М., 2010.-182 с.

35. Быкадоров Р.В., Чумаков М.В. Параметры ткани с переменной плотностью по утку // Известия вузов. Технология текстильной промышленности. - 1997. - № 4.

36. Милашюс В.М. Исследование релаксационных свойств тканей: Дис. ... докт. техн. наук. - Каунас: КПИ, 1974. - 327 с.

37. Старостина Л.Ф. Исследования физико-механических свойств тканей с одной системой основных и несколькими системами уточных нитей: Автореферат дис. ... канд.техн.наук. - Л., 1973. - 26 с.

38. Прокопова Р.Т. Строение и технология изготовления двухполотной буферной ткани: Дис. ... канд.техн.наук. - Ленинград-Киев, 1971. - 154 с.

39. Давыдова И.С. Разработка структур и технологии выработки двухосновных тканей для конвейерных лент: Дис. ... канд.техн.наук. -Л., 1981.- 188 с.

40. Жураев А.Т. Разработка структур и технологии выработки многослойных тканей обувного и одежного назначения: Дис. ... канд.техн.наук. - Санкт-Петербург, 1994. - 175 с.

41. Юрочкина В.П. Рациональная структура полушерстяных тканей для резиновой обуви. Автореферат дис. ... канд.техн.наук. - Л., 1977.

42. Кононова C.B. Рациональная структура шерстяных байковых одеял. Дис. ... канд.техн.наук. - Л., 1975. - 142 с.

43. Черникина Л.А. Проектирование шерстяных костюмных тканей по основным параметрам их строения: Дис. ... канд.техн.наук. - М., 1971. -227 с.

44. Ильин И.В. О коэффициенте наполнения ткани // Текстильная промышленность. - 1960. - №7 - с. 37-39.

45. Смирнов В.И. Теоретические исследования строения тканей полотняного переплетения. -М.: Ростехиздат, 1960. - 100 с.

46. Смирнов В.И. Об аналитическом определении высот волн изгиба основных и уточных нитей в тканях полотняного переплетения // Текстильная промышленность. - 1963. - №12. - с. 35-38.

47. Берус Г.И. Разработка и исследование параметров строения и процесса формирования чистошерстяных тканей драповой группы на станке СТБ с кареткой: Дис. ... канд.техн.наук. - М., 1988. - 210 с.

48. Воробьев В.А. Метод расчета при построении шерстяной пряжи и ткани. - М.: Легкая индустрия, 1964. - 162 с.

49. Акимов Г.И. Исследование процесса формирования двухслойных шерстяных тканей на бесчелночных ткацких станках СТБ: Дис. ... канд.техн.наук. - М., 1979. - 182 с.

50. Сурнина Н.Ф. Проектирование ткани по заданным параметрам. - М.: Легкая индустрия, 1973. - 142 с.

51. Зотова Н.К. Определение оптимальных параметров изготовления полутораслойных тканей: Дис.... канд. техн. наук, -М., 2001. - 212 с.

52. Сидорова Э.Е. Разработка метода проектирования определения оптимальных параметров изготовления неразрезной двухполотной основоворсовой ткани: Дис. ... канд.техн.наук. - М., 1999. - 221 с.

53. Меркулов A.B. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ворсовых тканей: Дис. ... канд. техн. наук. -М., 1997.-224 с.

54. Мерецкова М.В. Разработка оптимальных технологических параметров изготовления технических тканей их хлопчатобумажной и комбинированной пряжи: Дис.... канд. техн. наук. -М., 2002. - 251 с.

55. Юхин С.С., Цыцилина С.А. Методы расчета параметров строения тканей. // Известия вузов: Технология текстильной промышленности. -1996.-№5.-с. 36-38.

56. Мартынова A.A. К вопросу проектирования технических тканей их химических волокон по прочности на раздирание: Дис. ... канд. техн. наук. - М., 1964.- 151 с.

57. Хасанов Б.К. Разработка тканого каркаса поливных трубопроводов и оптимизация его формирования на ткацком станке: Дис. ... канд. техн. наук. - Ташкент, 1984. - 155 с.

58. Слостина Г.Л. Разработка оптимальных параметров строения полых тканей для бесконечных приводных ремней: Дис. ... канд. техн. наук. -М., 1967.-146 с.

59. Литовченко А.Г. Разработка метода проектирования и оптимальных параметров изготовления ткани из комбинированных нитей: Дис. ... канд. техн. наук. -М., 1995. - 195 с.

60. Юхина Е.А. Определение оптимальных параметров и условий изготовления хлопколавсановых тканей. Дисс. канд.техн.наук. М. 1984, 178 с.

61. Журков С. Н., Томашевский Э. Е. Зависимость долговечности от напряжения. ЖТФ, 1955, т.25, № 1. с. 66 - 73.

62. Москвитин В.В. Сопротивление вязкоупругих материалов. М. Наука. 1972.-328 с.

63. Новиков Н.Г. О строении ткани и о проектировании ее с помощью геометрического метода. Текстильная промышленность, 1946, №№ 2,4,5,6.

64. Ал.И.Слугин, Ан.И.Слугин. Разработка технологии получения баллистических и огнестойких тканей из вторичных арамидных материалов. Тезисы докладов Международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических

материалов и средств защиты». г.Хотьково Московской обл., 2007.

136

65. Харченко Е.Ф. Наноразмерные преобразования структуры арамидных текстильных материалов при воздействии динамического удара. Материалы докладов Научно-технической конференции «Применение нанотехнологий и композитов в средствах защиты и других отраслях техники». 2008. Черногория.

66. Слугин Андрей И., Слугин Алексей И., Слугин И.В. Разработка технологии производства тканей для специальной защитной одежды из регенерированных пара-арамидных волокон. Вопросы оборонной техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении, Москва, ФГУП «НТЦ «Информтехника», 2011. Вып. 1(160)-2(161).

67. Патент РФ на изобретение №2338016 от 23/03/2007 «Защитная ткань» Михайлова М.П., Мальков Л.А., Слугин Ал.И., Шаблыгин М.В., Слугин И.В., Слугин Ан.И.

68. В.Г.Бова, А.В.Бова, А.Ю.Кутюрин, И.В.Тихонов, Х.М.Бек. Волны вокруг баллистического удара. Тезисы докладов XI Международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты». г.Хотьково Московской обл., 2010. с.24-25.

69. В.Г.Бова, А.И.Слугин, А.Ю.Кутюрин, А.В.Бова, И.В.Слугин. Баллистические ткани на основе арамидного штапельного волокна. Тезисы докладов XI Международной конференции «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты». г.Хотьково Московской обл., 2010.

70. Золотаревский Л. Т. Зависимость обрывности основы в ткачестве от ее

прочности на истирание. Текстильная промышленность, 1967, N 5, с. 4547.