CC BY
1
Модель определения долевого состава смеси натуральных и химических волокон от изменения интенсивности излучения
С.Н. Виниченко, Д. В. Масанов
Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн.
Искусство), Москва
Аннотация: В статье представлена зависимость изменения интенсивности излучения при прохождении инфракрасного потока через двухкомпонентный материал, что позволяет провести долевую оценку смеси из натуральных и химических волокон. На основе полученной зависимости, по экспериментальным данным построена математическая модель, позволяющая дать количественную оценку распределения разнородных волокон в смеси. Результаты моделирования показали, что, после второго перехода, на ленточной машине наблюдается так называемый дефект «ручьистости», характеризующийся неравномерным распределением волокон в сечении продукта.
Ключевые слова: интенсивность излучения, инфракрасный метод оценки, смешивание разнородных волокон, долевой состав, измерительное устройство.
Смешивание натуральных и химических волокон является одним из основных технологических процессов прядильного производства для выработки качественного продукта прядения. При этом важную роль играет не только правильный состав смеси, но и равномерное распределение разнородных волокон в ней [1, 2], что, в свою очередь, подразумевает контроль и оценку степени смешивания данных волокон [3-5]. Решением проблемы неразрушающего контроля качества смешивания натуральных и химических волокон в полуфабрикатах прядильного производства может служить инфракрасный метод оценки [6], который уже нашел широкое применение при оценке параметров в различных областях [7], в том числе и текстильной промышленности [8, 9].
Существует множество различных факторов, влияющих на количественные и особенно качественные характеристики потока излучения при его взаимодействии с объектом контроля. С учетом, что взаимодействие любого материала с электромагнитным излучением, в том числе, и
М Инженерный вестник Дона, №11 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nlly2022/7966
оптического диапазона, приводит к уменьшению интенсивности потока, прошедшего через материал.
Согласно закону Бугера - Ламберта - Бера, интенсивность излучения на выходе измерительного элемента / определяется выражением:
№ =]0е~АХ
где /0 - интенсивность излучения инфракрасного светодиода.
Таким образом, при взаимодействии инфракрасного излучения с материалом, интенсивность излучения уменьшается по экспоненциальному закону в зависимости от коэффициента пропускания А и длины компонента находящегося в среде X, через который и проходит данное инфракрасное излучение.
Следовательно, изменения интенсивности излучения можно описать выражением:
1п~~—— = -АХ (1)
)о
При прохождении инфракрасного излучения через много компонентный материал изменение интенсивности излучения определятся зависимостью от коэффициентов пропускания и длин каждого из компонентов. Так, для двухкомпонентной смеси уравнение (1) записывается как:
Ьп — а—Х— 0-2^2 ЯоХо (2)
/о
где а1х1 - изменение интенсивности излучения первого компонента смеси; а2х2 - изменение интенсивности излучения второго компонента смеси; а0х0 - изменение интенсивности излучения при прохождения воздушной среды.
Так как в измерительном канале расстоянием прохождения излучения является сумма всех длин:
х^ ~Ь х2 ~Ь Х0 — Ь
М Инженерный вестник Дона, №11 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nlly2022/7966
то, с учетом определения доли компонентов в смеси, общая длина будет выражаться, как:
рг1 + р21 + р0Ь = Ь где р1 - доля шерсти; р2 - доля акрила и ро - доля воздушной среды. Тогда общая доля компонентов: VI + Р2 + Ро = 1
Используя полученные данные с измерительного устройства, уравнение (2) можно представить в виде:
Ь = -а1р1Ь - а2р21 - а0р01 (3)
где Ь - сигналы с инфракрасного приемника.
Так как интенсивность излучения при прохождении потока в воздушной среде при небольших расстояниях не изменяется, то выразив долю одного компонента относительно другого: р2 = 1 - рг,
и подставив в уравнение (3), получим зависимость изменения прохождения инфракрасного излучения от изменения одного из компонентов:
Ь = —а^Ь + а2ргЬ — а2Ь Отсюда:
Ь + а2Ь
Р1 = {а2-а1)1- (4)
Однако, данная зависимость подразумевает неизменную толщину ленты с изменяемым долевым составом, но, как показывает практика, при выработке продуктов прядения линейная плотность может изменяться в течение всего технологического процесса. В результате данных изменений будет значительно меняться и интенсивность излучения, проходящего через полупродукт прядильного производства [10, 11]. Так, наибольшее поглощение при заданной длине волны наблюдается у шерсти, в то время как у акриловой ленты пропускная способность является намного выше [6].
Также, чем больше равномерное распределение волокон шерсти и акрила в сечении прядильной ленты, тем меньше разброс значений получаемого сигнала с фотоприемника и меньше пропускная способность.
В результате статистической обработки экспериментальных данных, а также на основе применения формулы (4) разработана математическая модель, позволяющая определить зависимость изменения уровня сигнала с инфракрасного приемника от долевого состава разнородных волокон в сечении прядильной ленты (рис.1), учитывая при этом возможное изменение ее линейной плотности.
Рис. 1. - Зависимости изменения интенсивности излучения от доли
компонентов в смеси
Для полуфабриката прядильного производства, который по составу должен содержать 80% волокон шерсти и 20% акрила, изменение долевого состава в сечении после второго перехода на ленточной машине варьируется в небольших пределах (рис.2.). Так, доля шерсти (р1), при неизменной линейной плотности, составляет 0,745^0,77, а доля волокон акрила (р2) меняется от 0,255 до 0,23, т.е. наблюдается неровность по структуре -«ручьистость».
2.13
0.77
Рис. 2. - Оценка долевого состава шерсти (рх=80%) и акрила (р2=20%) после
Полученные результаты моделирования подтверждают необходимость третьего перехода в технологической цепочке сложения и вытяжки ленты на ленточной машине, что позволит не только уменьшить неровность распределения волокон в поперечном сечении ленты, но и улучшить ее качественные показатели. Предложенная же модель оценки долевого состава смеси в дальнейшем будет применяться при анализе и обработке данных, получаемых с технического средства контроля, тем самым реализуя систему неразрушающего контроля.
1. Севостьянов А.Г. Составление смесок и смешивание в хлопкопрядильном производстве. М.: Гизлегпром, 1954. 192 с.
2. Протасова В.А., Белышев Б.Е., Панин П.М., Хутарев Д.Д. Прядение шерсти и химических волокон (приготовление аппаратной ровницы и чесальной ленты). М.: Легпромбытиздат, 1987. 296 с.
второго перехода на ленточной машине
Литература
M Инженерный вестник Дона, №11 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nlly2022/7966
3. Эммануэль М.В. Оценка качества перемешивания волокон разных компонентов на основе анализа срезов ровницы или пряжи // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности, 1962, № 3, с. 64-74; №4, с. 42-48.
4. Coplan M.J., Klein W.G. A Study of Blended Woolen Structures Part 1: Methods of Within-Section Blend Analysis // Textile Research Journal, vol. 29, 1959, pp.632-639.
5. Науменко А.М., Рыклин Д.Б., Джежора А.А. Разработка диэлькометрического метода оценки эффективности смешивания компонентов при производстве хлопкольняной пряжи // Вестник Витебского государственного технологического университета. Выпуск 18/ УО «ВГТУ». -Витебск, 2010, с. 69-74.
6. Виниченко С.Н., Никонов М.В., Рыжкова Е.А. Использование инфракрасной спектроскопии для оценки качества смешивания волокон // Химические волокна, №1, 2019, с. 55 - 56.
7. Рындин Е.А., Леньшин А.С. Методика численного моделирования спектрометрических газочувствительных сенсорных систем // Инженерный вестник Дона, №4 (часть 2), 2012. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1360
8. Козлов А.Б., Ермаков А.А. Микропроцессорный инфракрасный оптоэлектронный преобразователь плотности волокнистого материала // Изв. вузов. Технология текстильной промышленности. 1995, №2, с.107-110., №4, с.95 -98.
9. Мухитдинов М. Оптоэлектронные устройства контроля и измерения в текстильной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, 200 с.
10. Виниченко С.Н., Масанов Д. В., Рыжкова Е.А. Анализ результатов эксперимента оценки качества смешивания разнородных волокон//
Инженерный вестник Дона, № 10, 2022. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n 10y2022/7930
11. Vinichenko S.N., Nikonov M.V., Ryzhkova E.A. Evaluation of results from a full factorial experiment for IR measurments of a spinning-sliver Composition // Fibre Chemistry Volume 52, Issue 1, 2020, pp. 71-73.
References
1. Sevost'yanov A.G. Sostavlenie smesok i smeshivanie v xlopkopryadil'nom proizvodstve. [Mixing and mixing in cotton spinning]. M.: Gizlegprom, 1954. 192p.
2. Protasova V.A., Bely'shev B.E., Panin P.M., Xutarev D.D. Pryadenie shersti i ximicheskix volokon (prigotovlenie apparatnoj rovnicy i chesaTnoj lenty'). [Spinning of wool and chemical fibers (preparation of hardware roving and carding sliver)]. M.: Legpromby'tizdat, 1987. 296 p.
3. E'mmanueT M.V. «Izvestiya vy'sshix uchebny'x zavedenij», Texnologiya tekstifnoj promy'shlennosti, 1962, № 3, pp. 64-74; №4, pp. 42-48.
4. Coplan M.J., Klein W.G. «Textile Research Journal», vol. 29, 1959, pp.632639.
5. Naumenko A.M., Ry'klin D.B., Dzhezhora A.A. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo texnologicheskogo universiteta. Vy'pusk 18/ UO «VGTU». Vitebsk, 2010, pp. 69-74.
6. Vinichenko S.N., Nikonov M.V., Ry'zhkova E.A. Ximicheskie volokna, №1, 2019, pp. 55 - 56.
7. Ryndin E.A., Lenshin A.S. Inzhenernyj vestnik Dona, №4 (chasf 2), 2012. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1360
8. Kozlov A.B., Ermakov A.A. Izv. vuzov. Texnologiya tekstil'noj promyshlennosti. 1995, №2, рр. 107-110, №4, рр. 95 -98.
9. Muxitdinov M. Optoe'lektronny'e ustrojstva kontrolya i izmereniya v tekstil'noj promy'shlennosti. [Optoelectronic control and measurement devices in the textile industry]. M.: Legkaya i pishhevaya promy'shlennosf, 1982, 200 р.
10. Vinichenko S.N., Masanov D. V., Ryzhkova E.A. Inzhenernyj vestnik Dona, № 10, 2022. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n10y2022/7930
11. Vinichenko S.N., Nikonov M.V., Ryzhkova E.A. Fibre Chemistry Volume 52, Issue 1, 2020, pp. 71-73.
