CC BY
39
ТЕХНОЛОГ1Я ЛЕГКО1 I ХАРЧОВО1 ПРОМИСЛОВОСТ1
УДК 677.11.021
С В. БОБИРЬ, Т.О. КУЗЬМША, Т.1. ТЕРНОВА
Херсонський нацiональний технiчний ушверситет
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЯК1СНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛЬОНОСИРОВИНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ II ПРИДАТНОСТ1 ДЛЯ ЗАСТОСУВАННЯ У ВИРОБНИЦТВ1
ГЕОТЕКСТИЛЮ
У cmammi науково обтрунтовано використання екологiчно чисто'1 натуральной сировини для застосування у виробництвi геотекстильних матерiалiв р1зних типiв. Розглянуто актуальну проблему виготовлення в Укра'ш геотекстилю i3 лляного волокна. Розроблено технологiю приготування трести 3i стебел льону олшного шляхом штучного зволоження соломи nid час розстилу. Уроботi здтснена оцiнка яюсних властивостей волокна, одержаного в процеа розстилу соломи льону олшного i-з застосуванням бiологiчно активного препарату в умовах niвдня Украши. Отримано математичнi моделi та побудовано дiаграми розподшу волокон за довжиною. Встановлено адекваттсть отриманих моделей. Визначено придаттсть льоноволокна для виготовлення геотекстилю ргзного функцюнального призначення.
Ключовi слова: лляне волокно, яюсть, бiологiчно активний препарат, придаттсть, геотекстиль.
С.В. БОБЫРЬ, Т.О. КУЗЬМИНА, Т.И. ТЕРНОВАЯ
Херсонский национальный технический университет
ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ СВОЙСТВ ЛЬНОСЫРЬЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ ГЕОТЕКСТИЛЯ
В статье научно обосновано использование экологически чистого натурального сырья для применения в производстве геотекстильных материалов различных типов. Рассмотрена актуальная проблема изготовления в Украине геотекстиля из льняного волокна. Разработана технология приготовления тресты из стеблей льна масличного путем искусственного увлажнения соломы во время расстила. В работе осуществлена оценка качественных свойств волокна, полученного в процессе расстила соломы льна масличного с применением биологически активного препарата в условиях юга Украины. Получены математические модели и построены диаграммы распределения волокон по длине. Установлена адекватность полученных моделей. Определена пригодность льноволокна для изготовления геотекстиля различного функционального назначения.
Ключевые слова: льняное волокно, качество, биологически активный препарат, пригодность, геотекстиль.
S.V. BOBYR, T.O. KUZMINA, T.I. TERNOVAYA
Kherson National Technical University
STUDY OF QUALITATIVE PROPERTIES OF FLAX RAW MATERIALS AND DETERMINATION OF ITS SUITABILITY FOR USE IN MANUFACTURE OF GEOTEXTILE
The article scientifically substantiated use of environmentally friendly natural raw materials for use in the manufacture of various types of geotextile materials. Actual problem of manufacturing in Ukraine geotextile from a flax fiber is examined. Technology ofpreparation of trusts from oil flax stems by artificial humidification is designed. Assessment of the qualitative properties of the fiber, which is obtained in the process offlax straw spreading using biologically active drug in Southern Ukraine, is carried out. Mathematical models were obtained and diagrams of distribution of fiber along the length are constructed. The adequacy of the obtained models is installed. Suitability of flax fiber for the production of geotextiles various functional purpose, is defined.
Keywords: flax fiber, quality, biologically active preparation, suitability, geotextile.
Постановка проблеми
Використання геотекстилю в сучаснш промисловосп природоохоронного напрямку вщграе все бiльшого значения. Сьогодш виробництво та застосування геотекстильних матерiалiв iз 100 % натуральних волокон заметь синтетичних е найпоширенiшим у всьому свiтi методом захисту довшлля, оск1льки вони дають змогу не тшьки лiквiдувати наслвдки iндустрiального впливу на навколишне середовище, але i скоротити використання природних ресурсiв (шсок, глина, щебiнь та iн.) в цив№ному i промисловому будiвництвi. Завдяки iнновацiйним геотекстильним матерiалам i еколопчним технологiям iндустрiя може iснувати не завдаючи шкоди екосистемi.
Геотекстильнi матерiали були розробленi спецiально для полшшення технiчних характеристик грунту. Вони з'явилися ще в серединi 20-го столггтя, але активно почали застосовуватися пльки в 70-х роках [1]. Геоматерiали представлено широким спектром продуктiв: геотекстиль (найб№ш поширений в сво!й груш), георешгтки, геосiтки, геомембрани, протиерозiйнi геомати (бюмати), дренажнi геокомпозити, бентонiтовi мати, як використовуються в контактi з грунтом, каменями або будь-якими шшими штучними матерiалами, i, як1 е неввд'емною частиною будiвельно-iнженерного проекту, структури або системи.
У провщних кра!нах свiту, таких як Канада, Шмеччина, 1таля, США, Фiнляндiя, ще в 90-х роках минулого столiття почали застосовувати рослинну сировину льону олiйного для виробництва нетканих геотекстильних матерiалiв. На початку ХХ1 столiття, з цiею ж метою, почали проводитися дослвдження з переробки соломи льону олiйного в Польщ^ Роси, Бiлорусi та iн. Однак лидером на свiтовому ринку з виробництва шновацшного технiчного текстилю, армованого коротким волокном льону олiйного, залишаеться Нiмеччина. У Нiмеччинi науковi розробки й виробництво в цiй сферi охоплюють надзвичайно широкий спектр високофункцюнальних спецiальних матерiалiв та виробiв. Одними з шновацшних видiв продукцп, що випускаеться провiдними компанiями свiту, особливо в Шмеччиш, е голкопробивнi неткаш мати, як1 на 20 % армоваш волокнами льону олiйного, та бюмати з 100 % лляно! сировини [2, 3].
Укра!на, на жаль, у даному питаннi вщстае вiд проввдних зарубiжних кра!н. Сьогодш, в нашш державi, виготовляеться пльки синтетичний геотекстиль. Вiдсутнiсть технологiй виробництва шновацшних натуральних геоматерiалiв пов'язана, насамперед, з вщсутшстю на вiтчизняних переробних тдприемствах комплексно! технологи переробки лляно! сировини для одержання ново! вищезазначено! продукцii. Вiдсутнi також дослвдження, спрямоваш на визначення як1сних властивостей отриманих волокон та вимог за напрямками !х застосування в технiчному текстилi [4].
Аналiз останнiх дослщжень i публiкацiй
Сьогодн1 в нашш кра!ш льон олiйний вирощують в Дншропетровськш, Запорiзькiй, К1ровоградськ1й, Микола!'вськш, Одеськш та Херсонськ1й областях. Однак переважна к1льк1сть площ посiву дано! культури зосереджено в основному на Херсонщиш. Грунтовий покрив Херсонсько! областi представлений переважно чорноземами пiвденними малогумусними i темно-каштановими грунтами, як1 складають бшьше 80 % ввд всiе! площi орних земель. Через високий вмют доступних елементiв живлення - азоту, фосфору i кал1ю, так1 грунти найбiльш придатнi для вирощування льону олшного. Область мае найбiльшу в Укра!ш площу поливних земель [5].
В Укра!ш протягом останнього десятилитя значно збiльшилися посiвнi площi, вщведеш пiд льон олiйний. Врожайнiсть стебел льону складае в середньому 2 т/га, так у 2014 рощ в крш'ш було одержано близько 120 тис. тонн соломи ще! культури. Однак, шсля видалення насшня вона зазвичай спалюеться, що спричиняе негативний вплив навколишньому середовищу i може стати великою екологiчною проблемою.
Зi стебел льону олiйного можна отримувати у середньому 19 % целюлозовмюного короткого волокна, яке, у свт, застосовуеться для виготовлення продукцi! техшчного призначення. Саме таке льоноволокно i може стати основним джерелом сировини для виробництва натуральних геотекстильних матерiалiв в Украш [6].
Проведений аналiз наукових досл1джень i практики використання геотекстилю сввдчить, що волокна льону олшного е пдною, а головне, еколопчно чистою альтернативою синтетичним матерiалам. Для виготовлення геотекстилю широкого вжитку вiтчизнянi виробники використовують переважно iмпортованi синтетичнi волокна. Вiдсутнiсть сучасно! технологи комплексно! переробки льону олшного в Укра!ш зумовлюе економiчно необIрунтованi щни на сировину, створюе iмпортозалежнiсть держави та фактично стримуе використання ще! перспективно! культури для виробництва геотекстилю [4, 6-8].
Останшм часом проблемою використання соломи льону олшного достатньо широко займаються в багатьох кра!нах свпу [2]. Дана сировина не мае негативного впливу на навколишне середовище. Крм того, виавання льону здатне покращити екологiчну безпеку довшлля за рахунок акумулювання льоном важких металiв (кадмiю, свинцю, мiдi та ш.) iз грунту. В Украи е досв1д висiвання льону в зонах вщчуження з метою очищення земель вщ радiоактивних забруднень.
При цьому льон олшний, на вщмшу вiд нафти та газу, е сировинним ресурсом, який щорiчно вiдновлюeться [9].
Волокно льону олiйного - це матерiал з ушкальними фiзико-механiчними, хiмiчними та еколопчними властивостями. За умови впровадження на впчизняних пiдприемствах технологи одержання волокон iз стебел льону олiйного, ця льонопродукцiя може стати основною сировинною базою для виготовлення нових видiв натуральних геотекстильних матерiалiв рiзних титв. Застосування дешевого лляного волокна для виготовлення геотекстилю також надасть можливють iстотно знизити вартiсть виробництва [8].
Таким чином, розроблення вiтчизняних технологш первинно! переробки стебел соломи льону олшного з метою одержання лляних волокон з необхвдними фiзико-механiчними показниками, придатних для виготовлення натурального геотекстилю, е актуальним науково-технiчним завданням в нашш кра!ш.
Формулювання мети дослщження
Метою даних експериментальних досл1джень е проведення оцiнки як1сних властивостей льоноволокна, одержаного в процесi розстилання стебел соломи льону олшного на льонищi iз застосуванням бiологiчно активного препарату в умовах твдня Укра!ни. Також завданням дано! роботи е визначення придатностi отриманого волокна для виробництва геотекстилю рiзного функцiонального призначення.
Викладення основного матер1алу дослiдження
Вченими кафедри товарознавства, стандартизацп та сертифшацп Херсонського нащонального технiчного унiверситету було розроблено дешлька способiв одержання трести з соломи льону олшного. Проведенi попереднi дослвдження оцiнки якостi волокна, отриманого з тако! трести, сввдчать про його придатшсть у виробництвi широкого асортименту продукцп для рiзних галузей промисловосп [10]. Але, до цього часу, не було проведено дослвджень з визначення потенцшно! придатностi льоноволокна для виготовлення нового виду натурально! продукци, тако! як вичизняннй геотекстиль.
Для даних експериментальних дослщжень було використано волокно льону олшного, одержане бюлопчним способом в умовах швдня Укра!ни. Волокно отримували за технологiею приготування трести промисловим способом. На дослвдних донках формували штучне стелище, з шдавом трав, де вiдбувався процес перетворення соломи в тресту. Пiд час процесу розстилання застосували штучне зволоження лляно! соломи розчином екологiчно чистого бюлопчно активного препарату «Триходермш» з концентращями 1,5 i 2 %. Для порiвняння у дослвдах проведено контрольний варiант, в якому стебла соломи зволожували водою. Пiд час дослвджень кожну добу розстилання ввдбирали проби стебел льону для визначення фiзико-механiчних показник1в, за методиками чинно! нормативно-техшчно! документацi!. За зазначеним способом було отримано патент на корисну модель [11].
Якiснi показники волокна, визначали тсля механiчно! обробки трести в лабораторних умовах. Аналiз отриманих експериментальних даних свiдчить, що найкращi результати одержанi на 7 добу розстилання, де лляну солому зволожували бюпрепаратом з концентрацiею 2%. При використанш iнтенсифiкатора в процесi розстилу, спостерiгаеться значне щдвищення всiх яшсних властивостей волокна, у порiвняннi з показниками тсля обробки водою. Так, на 7 добу розстилання, вмют волокна зб№шуеться з 22,71 % (тсля обробки водою) до 25,45 % (тсля обробки бюпрепаратом), кол1р змшюеться з II до III групи, знижуються лiнiйна щiльнiсть з 7,28 текс до 4,92 текс.
Основними показниками якосп натурального волокна, яке застосовуеться у виробницга геотекстилю, е вмют кострищ, мщшсть i середня масодовжина. Тому оцiнювання якосп отриманого льоноволокна проводили також за цими фiзико-механiчними параметрами. Так вмют кострищ одержаного волокна склав 23,7 %, розривне навантаження скручено! стрiчки -5,8 даН, а середня масодовжина - 39,7 мм. Яшсш властивосп волокна, регламентованого згiдно нормативних докуменпв [12] до виготовлення натурального геотекстилю дорiвнюють: для вмiсту кострищ - 22,0-29,0 %, для розривного навантаження скручено! стачки - не менше 5,0 даН, а середньо! масодовжини - 20,0-50,0 мм. Основш показники придатностi для геотекстильних матерiалiв волокон льону олiйного, отриманих за розробленою технолопею, наведено у табл. 1.
Отже, порiвняльний анал1з даних (табл.1) показуе, що яшсш показники одержаного волокна вщповвдають державним стандартам на лляну сировину, призначену для виробництва геотекстилю з натуральних волокон рiзного функцюнального призначення.
Для розрахунку середньо! масодовжини було виконано детальне розсортування волокон за групами довжини. На основi одержаних даних, у виглядi середшх значень, побудовано дiаграми
розподшу волокон за довжиною, як математично оброблено за допомогою програмних пакепв: Mathcad 13, CurvExpert 1.4.
Таблиця 1
Основнi показники придатносп волокна льону олiйного для виготовлення геотекстилю рiзного __функщонального призначення_
Показн и-ки якостi Дорожне будiвництво Ландшафтне будiвництво та агропромисловий комплекс
за розробленою тeхнологiею за нормативними документами ДСТУ EN 13249:2005 (EN 13249:2000, IDT) «Геотекстиль та ввднесеш до геотекстилю вироби» (для застосування в дорожньому будiвництвi) за розробленою технолопею за нормативними документами ДСТУ EN 13253:2006 (EN 13253:2000, IDT) «Геотекстиль та вщнесеш до геотекстилю вироби» (для використання в роботах з контролювання ерозп)
Вмiст костриц i та смiттeв их домiшо к, % 23,0-25,5 24,0-29,0 21,5-24,0 22,0-26,0
Розривне навантаже ння скручено! стрiчки, даН, не менше 5,510,2 5,0 11,0-13,7 10,9
Для розрахунку середньо! масодовжини було виконано детальне розсортування волокон за групами довжини. На основi одержаних даних, у виглядi середнiх значень, побудовано дiаграми розподiлу волокон за довжиною, яш математично оброблено за допомогою програмних пакепв: Mathcad 13, СшгБхреП 1.4.
Осшльки дослiджуванi величини е неперервними випадковими, то вони пiдпорядковуються нормальному закону.
Нормальний закон розподiлу (часто його називають законом Гаусса) посiдае дуже важливе мiсце в теорп ймовiрностi. Цей закон найчастше спостерiгаеться на практищ. Головна його особливiсть полягае в тому, що вш е граничним законом, до якого наближаються iншi закони розподiлу, що дшть в типових умовах.
Нормальним називають розподiл iмовiрностей неперервно! випадково! величини, який описуеться диференщальною функцiею такого вигляду:
1 С*-а)2
у=—е - (1)
Як бачимо, нормальний розподiл визначаеться двома параметрами: а та 5. Iмовiрнiсний сенс цих параметрiв такий:
а - це математичне сподiваиия,
5 - середне квадратичне вiдхилення нормального розпод^.
На пiдставi математично! обробки експериментальних даних, отриманих пiд час дослщження розподiлу волокон, видiлених iз стебел трести льону олiйного при рiзних варiаитах обробки, за довжиною, було одержано 7 найкращих за характеристиками точносп математичних моделей та проведено оцшку адекватностi кожно! з них за випадковютю коливань рiвнiв залишково! послiдовностi (критерi! пiкiв), вiдповiдностi розпод^ випадкового компонента нормальному закону розпод^ (RS-Критерiй), рiвностi математичного очiкуваиия випадкового компонента нулю (1-критерш Стьюдента) та незалежносп значень випадкового компонента, тобто ввдсутносп iстотно! автокореляцi! (d-критерiй Дарбша-Уотсона), значення яких представлено в табл. 2.
Таблиця 2
Властивосп теоретичних моделей розподшу волокон за довжиною, одержаних у процеС _розстилання_
№
з/п
Математична модель
Коефщент кореляци, r, та
середне квадратичне вiдхилення, S
Графiк
2
3
При обробщ водою (контрольний варiанг)
Vapor Pressure
v 30,23646+ 266'S31+-5,82355-/n(x)
Y1 = e *
r = 0,932 S = 1,079
Gaussian Model
2.
r = 0,993 S = 0,349
-(x-53,6695)2
M„
1227,73999
0,04956
При обробщ препаратом «Триходермш» з концентрацiею 1,5 %
Vapor Pressure
Y (х) = е16,936+ 88;136+-3,43587-1П(Х)
r = 0,941 S = 1,167
Yi(x) =
Rational Function
0,258 + 0,1356 • x 1 - 0,06186 • x + 0,0014005 • x2
r = 0,956 S = 1,033
1
4
1
e
3
4
Продовження таблищ 2
2
3
При обробщ препаратом «Триходермш» з концентращею 2 %
5.
Vapor Pressure
ilOO = е
14,951+~67,3Q657+-3,06 5 l-In(x)
r = 0,968 S = 0,895
6.
Gaussian Model
1
g 0,04145 ■д/^Л
-(x-29,724)2 795,5454
r = 0,910 S = 1,497
7.
Rational Function
_1,1659 + 0,1274 ■ х_
1 - 0,0632575 ■ х + 0,001527587 ■ х2
r = 0,989 S = 0,537
1
Аналiзуючи одержат результата (табл. 2), можна зробити висновок, що для вах варiантiв дослвдв отриманi моделi е адекватними. Однак тiльки 3 моделi мають необхiдний доволi високий коефiцiент кореляцi! (г>0,95) при мшмальному середньому квадратичному вiдхиленнi (5). Так, при обробщ стебел льону олшного водою обрано найкращою за математичними розрахунками модель, яка вiдповiдае розподшу Гауса. А при обробцi стебел льону бюпрепаратом «Триходермш» з концентращями 1,5 % i 2 % найкращими математичними моделями обрано ращональну функщю.
Одержанi дiаграми розподiлу волокон за довжиною, показують динамiку змши масово! частки волокон у кожнш групi в процесi розстилання лляно! соломи на льонищг На основi отриманих даних було проведено розрахунки середньо! масодовжини, яка свiдчить, що при обробщ стебел льону бюпрепаратом з концентращею 2 %, цей показник знижуеться на 16,6 мм у порiвняннi з контрольним варiантом. Це сввдчить, що при використанш шд час розстилу iнтенсифiкатора льоноволокно стае бiльш розволокненим.
Отже, в процеа приготування трести з соломи льону олшного вищезазначеним бюлопчним способом, в умовах твдня Укра!ни, було одержано однотипну лляну тресту нормального ступеня вилежування. При подальшiй механiчнiй переробщ яко!, одержано однорiдне високоякiсне мщне волокно, що добре вiддiляеться. Таке волокно цшком придатне для застосування у виробництвi геотекстилю рiзних титв [12].
Висновки
За умови впровадження розроблено! екологiчно! технологi! первинно! переробки стебел льону олшного, можна одержати високояшсну тресту з найменшими ресурсними та фшансовими витратами за менш тривалий час, що обумовлюе !! широке промислове застосування в льонопереробнiй галузг
Проведена оцiнка як!сних властивостей одержаного льоноволокна, сввдчить, що воно вщповвдае нормативно-технiчним документам на сировину, призначену для виробництва геотекстилю з лляних волокон. Таким чином, дане волокно може стати основною сировинною базою для виготовлення натуральних геотекстильних матерiалiв рiзного функцюнального призначення в Укра!нi.
Список використаноТ лггератури
1. Строительные материалы: геотекстиль [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://budmag.ua/stroy/geotekstil.
2. Живетин В.В. Масличный лён и его комплексное развитие / В.В. Живетин, Л.Н. Гинзбург. - М.: ЦНИИЛКА, 2000. - 389 с.
3. Kozlowski R. Creen fibres and their Potential and Research into New Uses / R. Kozlowski, S. Manys // FAO Intercessional Consultation on Fibres, 15-16 November, 1999.
4. Бобирь С.В. Товaрознaвчi властивосл льоносировини для армування геотекстильних полотен / С.В. Бобирь, Т.О. Кузьмша, С. С. Бaбiч // Товарознавчий вюник: зб. наук. пр. Луцького нац. техн. унту. - Луцьк, 2014. - № 7. - С. 33-40.
5. Масляний О. Вирощування олшного льону на швдш Укра!ни / О. Масляний // Агроном. - 2005. -№ 2. - С. 78.
6. Головенко Т.М. Розроблення технологи переробки стебел трести льону олшного з метою одержання нетканих мaтeрiaлiв: дис. канд. техн. наук: 05.18.02 / Головенко Тетяна Микола!вна. -Херсон, 2013. - 185 с.
7. Головенко Т.М. Стандартизащя шновацшних нетканих мaтeрiaлiв з волокон льону олшного / Т.М. Головенко // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2012. - № 2 (20). - С. 186-191.
8. Бобирь С.В. Одеражння еколопчно чисто! льоносировини для виробництва оргашчного геотекстилю / С.В. Бобырь, Т.О. Кузьмина // Яшсть, стандартизация, сертифжа^ та метролопя: сучасний стан i перспективи розвитку: мaтeрiaли Мiжнaродно! науково-практично! конфeрeнцi!, (10-12 вересня 2014 р.), м. Херсон. - Херсон: ПП Вишемирський В.С., 2014. - С. 75-80.
9. Зерно Херсонщини 2009. Льон олшний. Техюлэпя вирощування: наук.-метод. рекоменд. / В.Л. НЫшенко, М.П. Малярчук, С.О. Заець, В.1. Зaвeрюхiн. - Херсон: ВАТ «Херсонська мiськa друкарня», 2009. - 12 с.
10. Чурсша Л.А. Нaуковi основи комплексно! переробки стебел та насшня льону олiйног : монограф!я /Л.А. Чурсiнa, Тiхосовa Г.А., О.О. Горач, Т.1. Янюк. - Херсон: Олдьплюс, 2011. - 356 с.
11. Пат. U 81140 Укра!на, МПК D01B 1/00. Спосiб одержання трести з соломи льону олшного / Бобирь С.В., Островська А.В., Кузьмша Т.О.; заявник та патентовласник Херсонський нaцiонaльний тeхнiчний унiвeрситeт. - № u201214321; заявл. 14.12.2012; опубл. 25.06.2013, Бюл. № 12.
12. Геотекстиль та ввднесеш до геотекстилю вироби. Необхвдш характеристики для використання в роботах з контролювання ерози (захист узбережжя, бeрeговi покриви): ДСТУ EN 13253:2006 (EN 13253:2000, IDT). - [Чинний вiд 2008-01-01]. - К.: Держстандарт, 2008. - 24 с. (Регюнальний стандарт Укра!ни).
