Технологический процесс получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей на тростильно-крутильном оборудовании Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 677.11.022.63.023.276

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ЛЬНОСОДЕРЖАЩИХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ НИТЕЙ НА ТРО СТИЛЬНО - КРУТИЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ

А.Р. Семёнов, Е.Г. Замостоцкий, А.Г. Коган, С.Б. Байжанова

С целью создания защитных текстильных материалов на кафедре ПНХВ УО «ВГТУ» разработан способ получения комбинированных электропроводящих нитей на тростильно-крутильной машине ТК2-160М [1]. Одной из разновидностей нитей, которые возможно получать по разработанной технологии, является комбинированная льносодержащая электропроводящая нить.

Комбинированные льносодержащие электропроводящие нити, можно использовать в трикотажных изделиях и тканях специального назначения для защиты от СВЧ- и УВЧ-излучения, для создания тканей специального назначения с антистатическими свойствами, для изготовления специальной одежды работников буровых, нефте- и газодобывающих и перерабатывающих компаний, а также других производств [2].

Для получения комбинированной льносодержащей электропроводящей нити была использована машина ТК2-160М. Технологическая цепочка для получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема технологической цепочки для получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей

Комплексная нить заданной линейной плотности и медная микропроволока (рис. 2) поступают на тростильно-крутильную машину ТК-2-160М, где подвергаются процессам трощения и кручения. Затем катушки с нитью поступают на мотальную машину, где комбинированная льносодержащая электропроводящая нить перематывается в паковки большей массы. Технологическая схема получения комбинированной льносодержащей электропроводящей нити на машине ТК2-160М представлена на рисунке 2.

Технология получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей заключается в следующем.

Медная микропроволока (прикручиваемый компонент) с питающей паковки 3 и льносодержащая пряжа (нить) с питающей паковки 1 проходят через тарельчатые нитенатяжители 2 и 4, соответственно, огибая заправочный пруток 5. Далее компоненты проходят через глазки 6 крючка контроля одиночной нити. В соединительном крючке 8 собираются все стращиваемые компоненты, при этом трощеная нить несколько раз огибает питающие цилиндры 10. Затем нить огибает ролик контроля обрыва трощеной нити 7, подвижный баллоноограничительный крючок 11, проходит под бегунком 13 и наматывается на выходную паковку 12, посаженную на веретено 14.

Рисунок 2 - Технологическая схема получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей на машине ТК2-160М

На участке от баллоноограничительного крючка до бегунка осуществляется кручение комбинированной нити в левом направлении. Наматывание нити на выходную паковку происходит за счет отставания бегунка от веретена. Возвратно-поступательное движение кольца с бегунком вдоль оси веретена обеспечивает укладку комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей по высоте выходной паковки.

Преимущества данного способа заключаются в следующем: наличие на машине механизмов самоостанова в случае обрыва одного из компонентов, высокая производительность, возможность получения большой массы нити на выходной поковке.

В результате проведенных экспериментов получены зависимости для расчета физикомеханических свойств комбинированной льносодержащей электропроводящей нити.

Линейная плотность комбинированной электропроводящей нити определяется по формуле:

(1)

+ Т • К

микр. пров наг. микр. пров

где

сер.

линейная плотность сердечника (текс); Т

микр. пров.

линейная плотность

микропроволоки (Текс); К наг.сер. - коэффициент нагона сердечника; К наг.микр.пров. -коэффициент нагона микропроволоки.

На основании проведенных экспериментов и формулы профессора А.Г. Когана получена новая теоретическая зависимость по определению относительной разрывной нагрузки комбинированной льносодержащей электропроводящей нити.

Относительная разрывная нагрузка комбинированной льносодержащей электропроводящей нити вычисляется по формуле

Р

комб.нити

= Рсер.' х1 • к1 + Р

микр.пров.

• Х2 ' к2 >

■к2,

(2)

где Ркомб.нити - разрывная нагрузка комбинированной нити, сН/текс; Рсер - разрывная

нагрузка сердечника (льносодержащей нити), сН/текс; х1 - долевое вложение сердечника (льносодержащей нити); к1 - понижающий коэффициент сердечника (льносодержащей нити); Рмикр.пров. - разрывная нагрузка микропроволки; х2 - долевое вложение прикручивающего компонента (микропроволоки); к2 - понижающий коэффициент прикручивающего компонента (микропроволоки).

На основании проведенных экспериментальных измерений диаметра комбинированной льносодержащей электропроводящей нити получена теоретическая зависимость по определению диаметра комбинированной льносодержащей электропроводящей нити:

Л

комб.нити

= 0,0357

сер

- К

У,

наг.сер.

+

сер.

К

наг. микр.пров

(3)

у

где

мм;

- диаметр комбинированной льносодержащей электропроводящей нити,

текс; Тмикр.пр0в. - линейная плотность

О комб.нити

сер - линейная плотность сердечника, текс; Тмикр.пров. микропроволоки, текс; усер - средняя плотность сердечника, г/см3; умикрпров. - средняя плотность микропроволоки, г/см3;

Физико-механические показатели комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-механические показатели комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс

Линейная плотность, текс Раз- ница, % Относительная разрывная нагрузка, сН/текс Разница, % Диаметр, мм Раз- ница, %

Рассчи- тано Изме- рено Рассчи- тано Изме- рено Рас- считано Изме- рено

48,84 49,5 1,3 21,53 20,85 3,15 0,228 0,25 0,97

микр.пров

Отклонения представленных теоретических зависимостей для определения линейной плотности и разрывной нагрузки комбинированной льносодержащей электропроводящей нити и фактических показателей не превышает 5 %.

На рисунке 3 представлено изображение комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс.

Рисунок 3 - Комбинированная льносодержащая электропроводящая нить линейной

плотности 47 текс под микроскопом:

1 - медная микропроволока 18 текс; 2 - льносодержащая пряжа (нить) 29 текс

Комбинированная льносодержащая электропроводящая нить линейной плотности 47 текс состоит из пряжи 29 текс (полиэфирного волокна 62 %, хлопкового - 25 % и льняного

- 13 %) и медной микропроволоки 18 текс.

Так как процесс получения комбинированной льносодержащей электропроводящей нити мало изучен, то для определения степени влияния технологических параметров работы тростильно-крутильной машины ТК2-160М на качественные характеристики нити был проведен эксперимент, факторы которого и интервалы их варьирования представлены в таблице 2. Интервалы варьирования факторов были выбраны в соответствии с техническими характеристиками оборудования и результатами предварительных экспериментов.

Таблица 2 - Таблица интервалов варьирования факторов

Параметры Уровни варьирования Интервал варьирования

-1 0 1

Крутка, кр/м, Х1 270 380 490 110

Натяжение, сН, Х2 270 320 370 50

В качестве критериев оптимизации были выбраны: разрывная нагрузка Р, сН; разрывное удлинение Ь, %; линейная плотность Т, текс; удельное электрическое поверхностное сопротивление Я, Ом. При вложении в комбинированные льносодержащие нити медной микропроволоки удельное электрическое поверхностное сопротивление нити снижается на 8 порядков по сравнению с нитями, не содержащими медной микропроволоки.

Полученные в ходе эксперимента образцы были исследованы в лаборатории кафедры ПНХВ УО «ВГТУ» по показателям, исследуемым в качестве критериев оптимизации. В результате обработки результатов эксперимента математические модели были представлены в виде регрессионной модели 2-го порядка:

2 2

F = ао + агх! + и2 Х2 + апхх + ап • х2 +и22^ Х2 (4)

где а0, а1, ..., а22 - коэффициенты регрессии.

Значимость коэффициентов регрессии определялась с использованием критерия Стьюдента:

=Ш' (5)

где т) - среднее квадратическое отклонение коэффициента регрессии.

Расчетное значение сравнивалось с табличным (¿т). Если 1Т > то коэффициент регрессии считался значимым. Иначе коэффициент регрессии приравнивался к нулю и соответствующий ему фактор исключался из уравнения.

В результате удаления незначимых коэффициентов регрессии получены следующие математические модели зависимости критериев оптимизации от входных факторов:

- уравнение разрывной нагрузки для комбинированной льносодержащей

электропроводящей нити линейной плотности 47 текс:

Р = 958,55 + 22,83 • х1 + 21 • х2 —14, к5 • х1 • х2; (6)

- уравнение разрывного удлинения комбинированной льносодержащей

электропроводящей нити линейной плотности 47 текс:

Ь = 19,2 + 0.6 • х1 + 0.85 • х2 + 0,75 • х2 • х2 ; (7)

- уравнение линейной плотности комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс:

Т — 48,94 —1,21 • х^ —1,78 • х2 — 0,3 • х^ • х2 ;

(8)

- уравнение поверхностного сопротивления комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс:

К — 190 — 44,16 • х1 —149,17 • х2 + 34,16 • х2 • х2

(9)

Рисунок 4 - Совмещенные линии равных уровней для принятых показателей качества комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной

плотности 47 текс

Для определения области оптимальных значений были наложены ограничения на выходные параметры:

--------- - разрывная нагрузка Р: не менее 950 сН;

^- разрывное удлинение Ь: не более 19 %;

_п п п_ - линейная плотность Т: от 48 до 50 текс;

#__________- сопротивление не более 300 Ом.

По регрессионным моделям построены графические интерпретации влияния крутки и натяжения на свойства нити. Используя метод наложения линий равного

уровня поверхностей отклика полученных зависимостей, определена область компромиссных решений - АВСДЕ (рисунок 4), характеризующая наиболее оптимальные соотношения крутки и натяжения для выработки комбинированных нитей заданного качества

При анализе области рациональных значений можно отметить, что для получения комбинированной льносодержащей электропроводящей нити 47 текс заданного качества из области ограничений необходимо использовать Хг (крутка) от 300 кр/м до 490 кр/м и Х2 (натяжение) от 300 сН до 360 сН.

Физико-механические свойства комбинированной электропроводящей льносодержащей нити линейной плотности 47 текс представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Физико-механические свойства комбинированной льносодержащей электропроводящей нити линейной плотности 47 текс______________________________

Наименование показателя Значение показателя

Линейная плотность Т, текс 47

Абсолютная разрывная нагрузка Р, сН 980

Коэффициент вариации по разрывной нагрузке Су, % 2,64

Разрывное удлинение Ь, % 10,7

Коэффициент вариации по разрывному удлинению, % 5,8

Коэффициент вариации по крутке, % 3,026

Удельное поверхностное электрическое сопротивление нити, Ом/см 1,8-102

Проанализировав полученные результаты, можно сделать следующие выводы:

1. В результате проведения исследований установлены оптимальные параметры работы тростильно-крутильного оборудования для производства нового ассортимента комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей линейной плотностью 47 текс.

2. Получены теоретические зависимости, позволяющие с точностью до 5 % рассчитывать разрывную нагрузку, диаметр и линейную плотность полученной нити.

3. Установлено, что при вложении в комбинированные льносодержащие нити медной микропроволоки удельное электрическое поверхностное сопротивление нити снижается на 8 порядков по сравнению с обычными нитями, не содержащими медной микропроволоки.

Список использованных источников

1. Замостоцкий, Е. Г. Исследование технологического процесса получения комбинированных электропроводящих нитей на тростильно-крутильных машинах / Е. Г. Замостоцкий, Н. В. Скобова, В. Н. Ковалев // Международная научно-техническая конференция «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2007), 29 - 31 мая 2007 г. : сборник материалов : в 2 ч. / ИГТА. - Иваново, 2007. -Ч. 2. - С. 29 - 30.

2. Замостоцкий, Е. Г. Технологический процесс получения на крутильном оборудовании комбинированных электропроводящих нитей и анализ их свойств / Е. Г. Замостоцкий, П. А. Костин, А. Г. Коган // Тезисы докладов 40 научнотехнической конференции преподавателей и сотрудников университета / УО «ВГТУ» ; гл. ред. С. М. Литовский. - Витебск, 2007. - С. 76.

Статья поступила в редакцию 19.03.2013.

Выходные данные

Семёнов, А. Р. Технологический процесс получения комбинированных льносодержащих электропроводящих нитей на тростильно-крутильном оборудовании / А. Р. Семёнов, Е. Г. Замостоцкий, А. Г. Коган, С. Б. Байжанова // Вестник Витебского государственного технологического университета . — 2013. — № 24. — С. 16.