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
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.