CC BY
8
Polyurethane soles. Strength properties of material decrease because of reduction of polymer molecular weight.
УДК 677.4.022
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА КРУЧЕНИЯ ОГНЕТЕРМОСТОЙКИХ НИТЕЙ НА ОСНОВЕ ВОЛОКНА АРСЕЛОН-С
М.Н. Михалко, В.В. Садовский, В.Н. Докучаев
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: Х1 — крутка комплексной нити, кр/м; Х2 — крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, кр/м.
Уровни и интервалы варьирования факторов Х1 и Х2 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 Х1 160 210 260 50
Крутка крученой нити, состоящей из двух комплексных нитей, кр/м Х2 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:
У1 — относительная разрывная нагрузка нити, Ро, сН/текс;
У2 — коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке, С(Ро), %;
Уз — удлинение при разрыве, Р, %;
У4 — коэффициент вариации по удлинению при разрыве, С( Р), %;
У5 — 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 °С 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 УгУ5 крученых нитей арселон-С при различных величинах крутки Х1 и Х2:
У1 = 30,17 + 0,92X1 + 0,66X2 - 1,15Х|2, Я2 = 0,97; (1)
У2 = 0,75 - 0,55Х1 - 0,59Х2 + 1,01Х12 + 0,62Х22, Я2 = 0,98; (2)
У3 = 8,57 - 0,67Х1 + 1,05Х2 + 2,87Х12, Я2 = 0,96; (3)
У4 = 6,00 + 2,08Х1 - 3,40Х2 - 3,98Х1Х2 + 7,51Х12 + 5,90Х22, Я = 0,99; (4)
У5 = 61,97 + 7,05Х1 + 7,70Х2 - 3,57Х1Х2 - 6,53Х12 + 4,65Х22, Я2 = 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): Х1 (крутка комплексной нити) — 198-240 кр/м; Х2 (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%, Р0 -не менее 27,0 сН/текс, Р — не менее 3,0%. Для получения крученой нити арселон-С линейной плотности 29,4 текс х 2 наиболее высокого качества значения указанных показателей ужесточены (Т — не менее 70,07%; Р0 - не менее 30,50 сН/текс, Р — не менее 9,10%) и дополнительно введены следующие показатели: С(Р0) — не более 0,97%; С( Р) — 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
Х1 Х2 Х1 Х2 Y1 относительная разрывная нагрузка нити, Ро,, сН/текс Y2 коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке, C (Ро), % Y3 удлинение при разрыве, р, % Y4 коэффициент вариации по удлинению при разрыве, С ( p), % Y5 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
термостойкость, %;
-относительная разрывная нагрузка нити, сН/текс;
коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке, %; удлинение при разрыве, %;
коэффициент вариации по удлинению при разрыве, %.
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 Р0 составит не менее 30,5 сН/текс, С(Р0) — не более 0,97%, Р — не менее 9,1%, С( Р) — не более 8,9%, Т — 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: Р0 - 30,53 сН/текс, С(Ро) - 0,88%, р - 12,4%, С( р) - 8,8%, Т - 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, Р0, сН/текс 30,83 30,53
Коэффициент вариации по относительной разрывной нагрузке нитей, С(Р0), % 0,78 0,88
Удлинение при разрыве, Р, % 11,82 12,4
Коэффициент вариации по удлинению при разрыве, С( р), % 8,5 8,8
Термостойкость, Т, % 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, сНсм2
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 сНсм2.
Как видно из таблицы 4, жесткость экспериментальных тканей составляет 172,2357.8 сН см2 по основе и 108,8-555,8 сН см2 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 использованных источников
1. 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.
2. 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.
3. Особенности свойств и переработки химических волокон / под ред. В. А. Пакшвера. — М.: Химия, 1975. — 424 с.
4. Чубарова, З. С. Методы оценки качества специальной одежды / З. С. Чубарова. - М.: Легпромбытиздат, 1988. — 160 с.
5. Алахова, С. С. Новая технология получения огнетермостойких нитей / С. С. Алахова, С. С. Медвецкий, А. Г. Коган // Научный альманах. Специальный выпуск журнала "Текст. пром.-ть". — 2005. — №7-8. — С. 21-23.
6. 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.
7. Нити текстильные. Методы определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве : ГОСТ 6611.2-73. — введ. 1973-01-01. — М.: Изд-во стандартов, 1973. - 8 с.
8. Нить техническая оксалоновая. Технические условия : ТУ РБ 00204056.0561997. — введ. 1997-20-04. — Светлогорск: РУП "СПО "Химволокно", 1997. — 6 с.
9. Специальная защитная одежда пожарных от повышенных тепловых воздействий. Общие технические требования. Методы испытаний : НПБ 16197. — введ. 1997-01-12. — М.: ВНИИПО МВД России, 1997. — 37 с.
Статья поступила в редакцию 28.04.2010 г.
SUMMARY
We applied the method of mathematical planning of experiment and a graphic method to determine the area of optimum values of twist of 29.4 tex 2 linear density Arselon-C thread.
The possibility of increasing rigidity of fire-thermo-resistant fabrics has been shown while using twisted threads in a welf in comparison with the fabrics developed on a warp and on a welf from a yarn.
УКД 677.04
РОССИЙСКИЙ РЫНОК ГЕОТЕКСТИЛЯ И ГЕОСИНТЕТИКИ: ОСОБЕННОСТИ, МАСШТАБЫ, ПРОБЛЕМЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ
Г.К. Мухамеджанов, Ю.Я. Тюменев, О.Г. Мухамеджанова, Ю.В. Назарова
В настоящее время на российском рынке существует более 100 типов и структур геосинтетики, объемы потребления ГМ с каждым годом увеличиваются, а области их применения расширяются. Методы испытаний ГМ разнообразны в зависимости от областей применения, назначения и типов. Так, например, на методы испытаний ГМ действуют 90 стандартов ISO и EN, которые пересматриваются и совершенствуются через каждые 5 лет.
Прямое применение стандартов на методы испытаний ГМ затрудняется отсутствием соответствующих приборов и испытательной базы. Поэтому у нас действуют только 6 национальных стандартов на методы испытаний ГМ, гармонизированных со стандартами ISO. Работы по гармонизации национальных стандартов на методы испытаний ГМ со стандартами ISO и EN ведутся крайне медленно, хотя темпы и объемы производства и применения геосинтетики из года в год расширяются.
Ключевые слова: георешетки, геосетки, геокомпозиты в армогрунтовом строительстве в качестве армирующих элементов
СОСТОЯНИЕ РОССИЙСКОГО РЫНКА ГЕОСИНТЕТИКИ
Нетканые полотна и изделия из них наиболее востребованы на российском рынке и широко используются в отечественной практике дорожного, мостового, трубопроводного, промышленно-гражданского и гидротехнического строительства. Так называемые геосинтетические и геотекстильные (ГМ) материалы относятся к сектору технического текстиля и почти 90 % представляют собой нетканые материалы, доля которых на внутреннем и мировом рынке постоянно возрастает /1/.
Это объясняется, прежде всего, очевидными технико-экономическими преимуществами технологии производства нетканых материалов: высокой производительностью технологического оборудования, позволяющего вырабатывать полотна шириной до 6,0 м (при сшиве 2-х полотен и до 12 м), разнообразием способов и технологии производства, используемого ассортимента исходного сырья, включающего также получаемое путем переработки полиэтилентерефталефых бутылок вторичное волокно; быстрой окупаемостью капиталовложений и, следовательно, привлекательностью для инвесторов.
Актуальность применения ГМ в различных областях строительства особенно возросла в связи с увеличением стоимости традиционно используемых материалов (песка, щебня, гравия и др.), повышением транспортных расходов, а также огромными масштабами строительства и ремонта автомобильных и железных дорог, магистральных нефте-, газопроводов, мостов и искусственных сооружений в России. Росту рынка ГМ способствует осознание проектировщиками и строителями
