Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. В настоящее время одним из самых востребованных направлений развития текстильной промышленности является производство тканей технического назначения. К данным тканям относят ткани из высокопрочных арамидных нитей, которые предназначены для производства средств индивидуальной бронезащиты (СИБ). Развитие данного направления позволяет удовлетворить стратегические потребности страны в качественных современных материалах с заданными эксплуатационными свойствами.
Предприятия, выпускающие ассортимент баллистических арамидных тканей, ставят перед собой задачи повышения качества и совершенствования структур данных материалов. Проблемы, связанные с совершенствованием структур баллистических тканей, обусловлены во многом активным развитием современного высокоскоростного и высокоточного оружия. Также следует учесть высокий уровень конкуренции на рынке баллистических материалов, арамидные ткани в последние годы активно конкурируют с композиционными материалами на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.
Решая задачи повышения качества продукции и увеличения объемов ее выпуска, предприятия, стараются активно внедрять современное высокопроизводительное оборудование. При внедрении современного сновального и ткацкого оборудования возникает необходимость в анализе условий подготовки нитей к ткачеству и процесса ткачества, в определении напряженно-деформированного состояния нитей, определении причин снижения механических свойств и обрывности нитей, и прочих негативных факторов, влияющих на качество тканей.
Значительный вклад в научные представления о напряженно-деформированном состоянии нитей, прогнозировании технологического процесса ткачества, а также проектировании текстильных материалов с заданными свойствами внесли В.А. Гордеев, Е.Д. Ефремов, П.В. Власов, В.П. Щербаков, С.С. Юхин, С.Д. Николаев и др. Однако, научные подходы, перечисленных учёных, уже ставшие классическими, не всегда могут быть применимы для описания поведения высокопрочных арамидных нитей, что требует нового взгляда на существующую проблему.
Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка научно-обоснованных методов оценки технологичности арамидных нитей, определение оптимальных параметров строения и изготовления арамидных тканей на бесчелночных станках различной конструкции.
Задачи исследования:
разработка метода оценки технологичности арамидных нитей при изготовлении тканей различных структур;
расчет напряженно-деформированного состояния арамидных нитей в процессе снования и ткачества на современном высокоскоростном оборудовании;
определение оптимальных параметров изготовления арамидных тканей на рапирных станках Dornier;
разработка методов расчета и проектирования арамидных тканей;
разработка мер по сохранению физико-механических свойств арамидных нитей в процессе снования и ткачества, и снижению их повреждаемости;
разработка рациональных структур арамидных тканей и оценка их пригодности для производства средств индивидуальной бронезащиты.
Методы исследований. При проведении теоретических исследований применялся математический аппарат теории подобия и анализа размерностей, на основании которого разработаны методы прогнозирования механических свойств арамидных баллистических тканей и получен безразмерный критерий технологичности нити. Экспериментальные исследования физико-механических свойств арамидных материалов проводились в лабораториях кафедры ткачества и текстильного материаловедения ФГБОУ ВПО «МГУДТ». Обработка экспериментальных данных выполнялась методами математической статистики и планирования эксперимента, реализованных в среде программирования Mathcad 14 и Excel 2007. Достоверность теоретических расчетов подтверждается совпадением с экспериментальными данными.
Научная новизна результатов диссертационной работы:
на основании теории подобия и анализа размерностей разработаны математические модели для расчета физико-механических свойств арамидных тканей;
для оценки технологичности арамидных нитей при выработке тканей различных структур предложено использовать безразмерный критерий технологичности;
получены закономерности изменения деформации и натяжения арамидных нитей различной линейной плотности в процессе снования и ткачества, с учетом конструктивных особенностей технологического оборудования;
получены значения функции повреждаемости, основанный на принципе нелинейного суммирования повреждений и учитывающий законы нагружения нити при выработке арамидных тканей различных структур;
для прогнозирования поведения арамидных нитей при контакте с оснасткой ткацких станков, предложено использовать модифицированный прибор ИПП, имитирующий процесс истирания нити на ткацком станке;
предложено оценивать прочность арамидной нити, используя показатель удельной работы разрыва с целью достижения баллистической эффективности полученных тканей;
предложено оценивать баллистическую эффективность структур арамидных тканей с помощью условия равнодеформативности;
определены оптимальные параметры заправки рапирного станка Dornier при выработке высокоплотной арамидной ткани.
Практическая значимость работы заключается в том, что:
предложенные методы оценки технологичности и расчета напряженно-деформированного состояния арамидных нитей позволяют прогнозировать поведение нитей на высокоскоростном сновальном и ткацком оборудовании;
разработанные методы расчета физико-механических свойств арамидных тканей позволяют проектировать свойства баллистических материалов;
технологические решения, предложенные в работе, позволяют снизить повреждаемость нитей в процессе снования и ткачества, и сохранить на высоком уровне исходные физико-механические свойства нитей;
разработанные рациональные параметры строения технической ткани способствуют повышению ее баллистической эффективности за счет выполнения условия равнодеформативности нитей основы и утка;
результаты исследований внедрены в производстве ЗАО КШФ «Передовая текстильщица» и ООО «ТЕКС-ЦЕНТР».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и получили положительную оценку на заседаниях кафедры ткачества «МГУДТ», межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов: «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (ПОИСК-2013), «Инновационное развитие легкой и текстильной промышленности» (ИНТЕКС-2013), «Инновации молодежной науки» (СПГУТД-2011), Десятая и Одиннадцатая Всероссийская научная студенческая конференция («Текстиль XXI века» - 2011, 2012). Результаты диссертационной работы также доложены на международных научно-технических и научно-практических конференциях: «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС - 2013), «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2012), «Новейшие тенденции в области конструирования и применения баллистических материалов и средств защиты» (НИИ Стали-2012).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 15 работ, из которых 5 статей в журнале, входящего в перечень ВАК: «Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности» и 10 в виде тезисов докладов на всероссийских и международных научно-технических конференциях.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 288 страницах машинописного текста, содержит 148 рисунков, 82 таблицы, текст диссертационной работы состоит из введения, семи глав, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 120 наименований и приложения в шести частях, изложенного на 68 страницах.
