Оптимизация процесса кручения огнетермостойких нитей на основе волокна арселон-С

Автор: Михалко Мария Николаевна, Садовский Виктор Васильевич, Докучаев Владимир Николаевич

Журнал: Вестник Витебского государственного технологического университета @vestnik-vstu

Рубрика: Технология и оборудование легкой промышленности и машиностроения

Статья в выпуске: 1 (18), 2010 года.

Бесплатный доступ

С применением метода математического планирования эксперимента и графического метода определена область оптимальных значений крутки нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс 2. Показана возможность повышения жесткости огнетермостойких тканей при использовании в утке крученых нитей по сравнению с тканями, выработанными по основе и по утку из пряжи.

Текстильные материалы, процесс кручения, огнетермостойкие нити, планирование экспериментов, крученые нити, кручение нитей, нити арселон-с, крутка нитей, процессы кручения, оптимизация процессов, математическое планирование, графические методы, огнетермостойкие ткани, жесткость тканей

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/142184638

IDR: 142184638

Текст научной статьи Оптимизация процесса кручения огнетермостойких нитей на основе волокна арселон-С

Обзор рынка огнетермостойких тканей для боевой одежды пожарных-спасателей (БОПС) показал, что в большинстве случаев для их получения применяется пряжа из штапельных волокон номекс, арселон-С, русар и др. [1, 2]. Предпочтение пряже, а не комплексным нитям, отдается в связи с тем, что ткани из пряжи обладают мягкостью, меньшей сминаемостью, хорошо сохраняют тепло . Кроме того, затраты на производство штапельного волокна примерно в 2 раза ниже затрат на выработку того же количества комплексных нитей. Даже с учетом затрат в прядильном производстве пряжа оказывается значительно дешевле комплексных нитей [3].

Вместе с тем известно, что одним из главных требований является стабильность и сохранение формы БОПС в процессе эксплуатационных воздействий [4]. Формоустойчивость — сложная комплексная характеристика, одним из критериев которой является жесткость применяемых материалов. Повышают жесткость и тем самым формоустойчивость тканей обычно путем применения при их выработке комбинированных нитей, состоящих из пряжи и более жестких комплексных нитей (например, комбинированная нить из пряжи арселон-С и комплексной нити русар [5]). Комплексные нити арселон-С в производстве огнетермостойких тканей ранее не применялись и в связи с этим технологические характеристики их получения исследованы не в полной мере.

Учитывая вышеизложенное, цель работы заключалась в оптимизации процесса кручения комплексных нитей арселон-С, рекомендованных для применения в производстве огнетермостойких тканей для БОПС.

Объектами исследования являлись крученые нити арселон-С, состоящие из двух комплексных нитей, линейной плотности 29,4 текс х 2. Наработка нитей и оптимизация процесса их кручения осуществлялась на РУП «Светлогорское производственное объединение «Химволокно». Исследования проведены с использованием математических методов планирования эксперимента [6]. Применен двухфакторный ортогональный центрально-композиционный план, где в качестве факторов были приняты: X 1 крутка комплексной нити, кр/м ; X 2 крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, кр/м.

Уровни и интервалы варьирования факторов X 1 и X 2 были установлены на основании анализа литературных источников, а также технических возможностей крутильного оборудования (тростильно-крутильной машины ТКД) (таблица 1).

Таблица 1 – Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы

Уровни варьирования

Интервалы варьирования

-1

0

+1

Крутка комплексной нити, кр/м

Х 1

160

210

260

50

Крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, кр/м

Х 2

100

140

180

40

В качестве критериев оптимизации были приняты основные механические и огнезащитные показатели крученых нитей, а также неравномерность показателей разрывных характеристик, которая оценивается коэффициентами вариации по относительной разрывной нагрузке и удлинению при разрыве. Совокупность этих показателей определяет качество огнетермостойких нитей и обеспечивает выпуск тканей необходимого уровня:

Y 1 — относительная разрывная нагрузка нити, Р о , сН/текс;

Y 2 коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке, C(Р о ), %;

Y 3 удлинение при разрыве, P , %;

Y 4 коэффициент вариации по удлинению при разрыве, С( P ), %;

Y 5 термостойкость, Т, %.

Исследуемые показатели определялись в соответствии со стандартными методиками [7, 8]. Термостойкость нитей определяли отношением разрывной нагрузки нитей после прогрева в течение 25 ч при температуре 350 ºС к их исходной разрывной нагрузке.

План и результаты эксперимента представлены в таблице 2. Обработка результатов эксперимента проводилась на ЭВМ с использованием прикладных программ.

Получены математические зависимости, с использованием которых можно прогнозировать значение показателей свойств Y 1 - Y 5 крученых нитей арселон-С при различных величинах крутки Х 1 и Х 2 :

Y1 = 30,17 + 0,92X1 + 0,66X2 – 1,15X12, R2 = 0,97;(1)

Y2 = 0,75 – 0,55X1 – 0,59X2 + 1,01X12 + 0,62X22, R2= 0,98;(2)

Y3 = 8,57 – 0,67X1 + 1,05X2 + 2,87X12, R2 = 0,96;(3)

Y4 = 6,00 + 2,08X1 – 3,40X2 – 3,98X1X2 + 7,51X12 + 5,90X22,  R2 = 0,99;(4)

Y5 = 61,97 + 7,05X1 + 7,70X2 – 3,57X1X2 – 6,53X12 + 4,65X22, R2 = 0,99.(5)

На основе уравнений (1)-(5) получены двухмерные сечения поверхностей отклика критериев оптимизации, совмещением которых определена область оптимальных значений крутки крученой нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс х 2, ограниченная линиями уровней значений показателей (рисунок 1): Х 1 (крутка комплексной нити) — 198-240 кр/м; Х 2 (крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей) —166-180 кр/м.

При выборе ограничений исходили из того, что согласно ТУ 00204056.056-1997 [8] Т нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс должна быть не менее 25%, P o – не менее 27,0 сН/текс, P — не менее 3,0%. Для получения крученой нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс х 2 наиболее высокого качества значения указанных показателей ужесточены (T — не менее 70,07%; P o – не менее 30,50 сН/текс, P — не менее 9,10%) и дополнительно введены следующие показатели: C(P o ) — не более 0,97%; С( P ) — не более 8,85%.

Таблица 2 — План и результаты эксперимента по исследованию влияния крутки на свойства нитей арселон-С линейной плотности 29,4 текс х 2

№ опыта

Матрица планирования опытов

Рабочая матрица

Выходные параметры

Х 1

Х 2

Х 1

Х 2

Y 1 относительная разрывная нагрузка нити, Р о, , сН/текс

Y 2 коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке, C (Р о ), %

Y 3 удлинение при разрыве, P , %

Y 4 коэффициент вариации по удлинению при разрыве, С ( P ), %

Y 5 термостойкость, Т, %

1

-1

-1

160

100

27,84

3,68

10,8

17,79

41,11

2

+1

-1

260

100

28,95

2,63

9,2

29,92

61,67

3

-1

+1

160

180

28,33

2,43

12,5

17,58

65,39

4

+1

+1

260

180

30,72

1,06

13,0

13,78

71,68

5

-1

0

160

140

28,13

2,11

13,2

10,75

47,96

6

+1

0

260

140

30,16

1,2

10,6

14,88

63,43

7

0

-1

210

100

29,23

1,65

7,9

13,22

60,93

8

0

+1

210

180

30,92

0,88

8,9

9,18

72,83

9

0

0

210

140

30,36

0,98

8,8

7,41

61,45

Рисунок 1 — Совмещение двухмерных сечений поверхностей отклика критериев оптимизации для выбора оптимальных условий процесса кручения нитей асрелон-С

На рис. 1 видно, что при указанных значениях круток P o составит не менее 30,5 сН/текс, C(P o ) — не более 0,97%, P — не менее 9,1%, C( P ) — не более 8,9%, T — не менее 70,1%.

При указанных оптимальных значениях входных факторов произведена экспериментальная наработка нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс х 2 (таблица 3). Физико-механические свойства полученных нитей: P o – 30,53 сН/текс, C(P o ) – 0,88%, P – 12,4%, C( P ) – 8,8%, T – 73,8%.

Отклонение фактических и расчетных значений не превышает 5%, что свидетельствует о достоверности полученных математических моделей и возможности применения их на практике. Значения показателей свойств нитей соответствуют предъявляемым требованиям, а процесс кручения не вызывает затруднений.

Таблица 3 — Расчетные и фактические значения свойств выработанной нити арселон-С

Наименование показателя

Значение

расчетное

фактическое

Крутка комплексной нити, кр/м

210

212

Крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, кр/м

180

178

Относительная разрывная нагрузка нитей, P o , сН/текс

30,83

30,53

Коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке нитей, C(P o ), %

0,78

0,88

Удлинение при разрыве, P , %

11,82

12,4

Коэффициент вариации по удлинению при разрыве, C( P ), %

8,5

8,8

Термостойкость, T, %

74,32

73,8

Полученные при рекомендованных значениях крутки нити 29,4 текс х 2 в сочетании с пряжей линейной плотности 29 текс х 2 на основе волокна арселон-С использовались в экспериментальной наработке огнетермостойких тканей трех видов переплетений, а для сравнения нарабатывались ткани из этих же волокон с применением пряжи по основе и по утку (таблица 4).

Таблица 4 – Жесткость экспериментальных огнетермостойких тканей

Вид переплетения

Плотность ткани

Структура нитей

Жесткость, сН·см 2

по основе

по утку

по основе

по утку

по основе

по утку

Саржа 2/2

280

189

Пр

Пр

172,2

153,3

Пр

Н

249,1

462,5

Креповое

280

184

Пр

Пр

215,2

200,7

Пр

Н

228,8

758,9

Неправильный атлас

280

184

Пр

Пр

343,0

108,8

Пр

Н

357,8

555,8

Примечание. В таблице приняты следующие сокращения: Пр – пряжа линейной плотности 29 текс х 2 на основе волокна арселон-С, Н – нить линейной плотности 29,4 текс х 2 на основе волокна арселон-С.

Из НПБ 161-97 [9] известно, что жесткость при изгибе материалов, применяемых для производства специальной защитной одежды, должна быть не более 830 сН·см 2 .

Как видно из таблицы 4, жесткость экспериментальных тканей составляет 172,2357.8 сН·см 2 по основе и 108,8-555,8 сН·см 2 по утку, что соответствует предъявляемым требованиям к материалам данного типа. Применение крученых нитей, полученных при рекомендованных режимах, позволило получить ткани с более высокой жесткостью по сравнению с тканями, выработанными по обеим системам из пряжи. Это объясняется большей жесткостью экспериментальных крученых нитей по сравнению с жесткостью пряжи, что позволит повысить формоустойчивость изделий из них.

ВЫВОДЫ

Выявлены зависимости между значениями показателей свойств крученых нитей арселон-С, состоящих из двух комплексных нитей, линейной плотностью 29,4 текс 2 и величинами их первичной и вторичной круток, позволяющие определять значения показателей свойств нитей при различных величинах крутки.

Установлено, что лучшим комплексом потребительских свойств обладают нити, полученные при следующих величинах крутки: комплексной нити — 198-240 кр/м; крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, — 166-180 кр/м.

Огнетермостойкие ткани, выработанные с применением крученых нитей, соответствуют предъявляемым требованиям и имеют большую жесткость, чем ткани, выработанные по обеим системам из пряжи, что позволит повысить формоустойчивость БОПС.

Список литературы Оптимизация процесса кручения огнетермостойких нитей на основе волокна арселон-С

  • Русецкий, Ю. Г. Технология получения огнетермостойкой пряжи и тканей специального назначения: автореф. дис. … канд. техн. Наук: 05.19.02/Ю. Г. Русецкий; ВГТУ. -Витебск, 2002. -22 с.
  • Медвецкий, С. С. Возможность использования волокна «русар» для боевой одежды пожарных-спасателей/С. С. Медвецкий, М. А. Терентьев//Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация: сб. тез. докл. IV междунар. науч.-практ. конф., Минск, 6-8 июня 2007 г.: в 3 т./НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций; редкол.: Э. Р. Бариев [и др.]. -Минск, 2007. -Т.2. -С. 311-313.
  • Особенности свойств и переработки химических волокон/под ред. В. А. Пакшвера. -М.: Химия, 1975. -424 с.
  • Чубарова, З. С. Методы оценки качества специальной одежды/З. С. Чубарова. -М.: Легпромбытиздат, 1988. -160 с.
  • Алахова, С. С. Новая технология получения огнетермостойких нитей/С. С. Алахова, С. С. Медвецкий, А.Г. Коган//Научный альманах. Специальный выпуск журнала "Текстильная промышленность". -2005. -№7-8. -С. 21-23.
  • Михалко, М. Н. Формирование потребительских свойств огнетермостойких полиоксадиазольных нитей и тканей на их основе для боевой одежды пожарных-спасателей на этапе производства: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.19.08/М. Н. Михалко; БГЭУ. -Минск, 2009. -21 с.
  • Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве: ГОСТ 6611.2-73. -введ. 1973-01-01. -М.: Издательство стандартов, 1973. -8 с.
  • Нить техническая оксалоновая. Технические условия: ТУ РБ 00204056.056-1997. -введ. 1997-20-04. -Светлогорск: РУП "СПО "Химволокно", 1997. -6 с.
  • Специальная защитная одежда пожарных от повышенных тепловых воздействий. Общие технические требования. Методы испытаний: НПБ 161-97. -введ. 1997-01-12. -М.: ВНИИПО МВД России, 1997. -37 с.
Еще
Статья научная