CC BY
19УДК 677.017 https://doi.org/10.24411/2617-149X-2019-11001
Исследование нагрузки при продавливании различными насадками нетканых геотекстильных полотен после воздействия различных эксплуатационных факторов
Ю.С. Шустов, А.В. Курденкова, Я.И. Буланов, С.В. Плеханова Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), Российская Федерация E-mail: [email protected]
Аннотация. В работе проведено исследование нагрузки при прорезании насадками в виде шарика и конусов с различными углами геотекстильных нетканых полотен после воздействия воды и холода. По результатам эксперимента рассчитаны однофакторные математические модели для прогнозировании прочности при продаливании геотекстильных нетканых полотен.
Ключевые слова: нетканые геотекстильные полотна, нагрузка при продавливании, эксплуатационные факторы, иглопробивной способ производства.
Investigation of Loading While Bursting of Nonwoven Geotextile
Fabrics with Various Attachments after the Impact of Various
Operating Factors
Yu. Shustov, A. Kurdenkov, S. Plekhanova
Russian State University named after A.N. Kosygina (Technology, Design, Art), Russian Federation
E-mail: [email protected]
Annotation. The work studies the load in the process of bursting test using a ball and cones at different angles after geotextile non-woven fabrics has been exposd to water and cold temperature. Based on the results of the experiment, one-factor mathematical models were calculated to predict the burst strength of geotextile non-woven fabrics.
Key words: non-woven geotextile fabrics, burst load, operating factors, needle-punched production method.
Многообразие способов и технологий производства используемого сырья (волокон, нитей, волокнообразующих полимеров), а также сочетаний с текстильными и не текстильными материалами, областей применения нетканых материалов позволяет сегодня производить их практически с любыми характеристиками и свойствами по требованию потребителей (заказчиков). Введение новых предприятий, оснащенных современным импортным технологическим оборудованием, потенциальная емкость и большая востребованность рынка создают предпосылки для дальнейшего развития технического текстиля, такого как геотекстиль, агротекстиль, автомобильный, медицинский, защитный,
фильтрующий и сорбирующий и т.д. [1-3].
Для исследования свойств геотекстильных нетканых полотен были взяты 5 образцов иглопробивного способа производства. Результаты испытаний сведены в таблицу 1 .
Испытания проводились на испытательной системе Инстрон 4411. Для испытаний были
изготовлены насадки в виде шарика и конусов с углами 900 и 450. Образцы подвергались воздействию воды до полного намокания, а также выдерживались в морозильной камере при температуре -200 °С. Результаты определения нагрузки при продавливании (кН) иглопробивных нетканых полотен после воздействия воды приведены в таблице 2 и на рисунке 1.
Можно отметить, что после воздействия воды нагрузка при продавливании снижается. Наибольшие значения имеет нагрузка при продавливании шариком, так как он имеет сферическую форму без острых углов. Наименьшую величину показателя имеет нагрузка при продавливании конусом 450, так как данный угол заточки насадки позволяет легко проникать сквозь материал.
Результаты определения нагрузки при продавливании (кН) иглопробивных нетканых полотен после воздействия холода приведены в таблице 3 и на рисунках 2-4.
Таблица 1 - Структурные характеристики исследуемых нетканых материалов
Наименование показателей Образцы
М220 М310 М390 М200 М260
Состав образца Полиэфир 100 % Полиэфир 100 % Полиэфир 100 % Полиэфир 100 % Полиэфир 100 %
Толщина образца Ь, мм 1,52 3,05 3,08 1,16 2,30
Поверхностная плотность , г/м2 220 310 390 200 260
Средняя плотность 5п, мг/мм3 0,15 0,11 0,13 0,17 0,11
Объемное заполнение Еу, % 21,7 16,0 18,7 24,2 16,7
Заполнение по массе Ем, % 11,69 8,61 10,07 13,07 9,0
Объемная пористость Яу, % 78,3 84,0 81,3 75,8 83,3
Общая пористость Ям., % 88,3 91,38 89,92 86,92 91,0
Таблица 2 - Результаты определения нагрузки при продавливании (кН) иглопробивных нетканых полотен после воздействия воды
Вид насадки Наименование исследуемого полотна
М220 М310 М390 М200 М260
Без воздействия После воздействия воды Без воздействия После воздействия воды Без воздействия После воздействия воды Без воздействия После воздействия воды Без воздействия После воздействия воды
Продавливание шариком 0,235 0,23 0,253 0,244 0,242 0,233 0,212 0,209 0,254 0,22
Продавливание конусообразной насадкой с углом 90° 0,221 0,21 0,244 0,236 0,234 0,203 0,201 0,193 0,23 0,211
Продавливание конусообразной насадкой с углом 45° 0,215 0,207 0,237 0,221 0,229 0,196 0,191 0,187 0,216 0,203
Рисунок 1 - Сравнение нагрузки при продавливании до и после воздействия воды
Таблица 3 - Физико-механические показатели писчей бумаги
Вид воздействия Наименование исследуемого полотна
М220 М310 М390 М200 М260
Продавливание шариком
6 месяцев воздействия холода 0,235 0,253 0,242 0,212 0,254
12 месяцев воздействия холода 0,227 0,241 0,239 0,201 0,237
18 месяцев воздействия холода 0,215 0,236 0,230 0,192 0,216
Продавливание конусообразной насадкой с углом 90°
6 месяцев воздействия холода 0,235 0,253 0,242 0,212 0,254
12 месяцев воздействия холода 0,2145 0,236 0,215 0,197 0,221
18 месяцев воздействия холода 0,197 0,223 0,203 0,186 0,201
Продавливание конусообразной насадкой с углом 45°
6 месяцев воздействия холода 0,235 0,253 0,242 0,212 0,254
12 месяцев воздействия холода 0,217 0,227 0,222 0,1867 0,213
18 месяцев воздействия холода 0,189 0,202 0,193 0,170 0,198
И
о X Я
А
«
8 =
«
ва
Ч
ва «
ч о А
а
А
а
«
м ^
А
и «
И
0,265 0,255 0,245 0,235 0,225 0,215 0,205 0,195 0,185 0,175 0,165
у = -0,0015х + 0,235 R2 = 0,9854
у = -0,0016х + 0,2525 R2 = 0,974
у = -0,0011х + 0,2432 R2 = 0,9692
у = -0,0014х + 0,2107 R2 = 0,9765
у = -0,0034x + 0,2559 R2 = 0,9931
68 ♦ М220
10 12 М310 ФМ390
14 16 18 М200 АМ260
20
Длительность воздействия холода, месяцы Рисунок 2 - Зависимость нагрузки при продавливании шариком от длительности воздействия холода
И
х
о"
С\
о
5
=
о X
Я =
«
ва
Ч
ва «
ч о А
я
Я А
я
а X
м &
и «
Я
0,265 0,255 0,245 0,235 0,225 0,215 0,205 0,195 0,185 0,175 0,165
у = -0,0021х + 0,2506 Я2 = 0,9688
у = -0,0025х + 0,232 Я2 = 0,9601
у = -0,0024х + 0,2359 Я2 = 0,8871
у = -0,0021х + 0,211 Я2 = 0,9955
у = -0,0036х + 0,2483 Я2 = 0,9513
6 8 10 12 ♦ М220 "М310 ФМ390
14 16 18 М200 М260
20
Длительность воздействия холода, месяцы
Рисунок 3 - Зависимость нагрузки при продавливании конусом с углом 900 от длительности воздействия
холода
0
2
4
0
2
4
0,265
0,245
0,225
0,205
0,185
0,165
0,145
0,125
y = -0,0029x + 0,2328 R2 = 0,929
y = -0,0041x + 0,2522 R2 = 0,9989
y = -0,0036x + 0,2415 R2 = 0,9802
y = -0,0029x + 0,2083 R2 = 0,967
y = -0,0036x + 0,2454 R2 = 0,9035
6 8 10 12 ♦ М220 "М310 М390
14 16 18 М200 М260
20
Длительность воздействия холода, месяцы
Рисунок 4 - Зависимость нагрузки при продавливании конусом 45° от длительности воздействия холода
0
2
4
Зависимость нагрузки при продавливании определяется линейной функцией:
у=-ах+Ь,
где у - нагрузка при продавливании, кН;
х - длительность воздействия холода, месяцы; а, Ь, с - расчетные коэффициенты.
Наибольшей прочностью при продавливании шариком обладает образец без поверхностной обработки М310, наименьшей - образец с поверхностной обработкой М200, после воздействия влаги и холода прочность при продавливании у всех образцов снижается, наибольшей прочностью обладает образец М310, наименьшей - М200.
Следовательно, этот образец невыгодно применять там, где необходимы большие нагрузки.
Наибольшей нагрузкой при продавливании образцов конусом 90° обладает образец без поверхностной обработки М310, наименьшей -образец с поверхностной обработкой М200, после воздействия влаги и холода прочность при прокалывании у всех образцов снижается, наибольшей прочностью после воздействий обладает образец М310, наименьшей - М200.
Таким образом, образец М310 обладает наибольшей прочностью при продавливании после воздействия воды и холода, поэтому его можно рекомендовать для эксплуатации в более жестких условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кирюхин, С. М. Текстильное материаловедение / С. М. Кирюхин, Ю. С. Шустов. - Москва : КолосС, 2011. - 360 с.
2. Давыдов, А. Ф. Техническая экспертиза продукции текстильной и легкой промышленности : учебное пособие / А. Ф. Давыдов [и др.]. - Москва : Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2014. - 384 с.
3. Шустов, Ю. С. Текстильные материалы технического и специального назначения : монография / Ю. С. Шустов, А. В. Курденкова, С. В. Плеханова. - Москва : МГТУ, 2012. - 149 с.
REFERENCES
1. Kiryukhin, S. М. Textile Materials Science / S. M. Kiryukhin, Yu. S. Shustsov. - Moscow : Colossus, 2011. -360 p.
2. Davydov, A. F. Technical expertise of textile and light industry products : a tutorial / A. F. Davydov [et. al.]. -Moscow : Forum: SIC IN-FRA-M, 2014. - 384 p.
3. Shustov, Yu. S. Textile materials of technical and special purpose : monograph / Yu. S. Shustov, A. V. Kurdenkova, S. V. Plekhanova. - Moscow : MSTU, 2012. - 149 p.
SPISOK LITERATURY
1. Kirjuhin, S. M. Tekstil'noe materialovedenie / S. M. Kirjuhin, Ju. S. Shustov. - Moskva : KolosS, 2011. - 360 s.
2. Davydov, A. F. Tehnicheskaja jekspertiza produkcii tekstil'noj i legkoj promyslennosti : uchebnoe posobie / A. F. Davydov [i dr.]. - Moskva : Forum: NIC INFRA-M, 2014. - 384 s.
3. Shustov, Ju. S. Tekstil'nye materialy tehnicheskogo i special'nogo naznachenija : monografija / Ju. S. Shustov, A. V. Kurdenkova, S. V. Plehanova. - Moskva : MGTU, 2012. - 149 s.
Статья поступила в редакцию 20.03.2018
