Разработка технологии изготовления огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка технологии изготовления огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов

Общая характеристика работы

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке технологии изготовления трикотажа для полетных костюмов космонавтов с высокими огнестойкими, гигиеническими и физико-механическими свойствами.

Проведенный анализ свойств выпускаемых до настоящего времени огнестойких трикотажных полотен для полетных костюмов выявил их несоответствие ряду современных исходных требований, касающихся физико-механических свойств, в частности по пылевыделению, и показал необходимость разработки огнестойкого трикотажа из синтетической нити нового поколения, обладающей высокой огнестойкостью и улучшенными гигиеническими свойствами.

Для этого были исследованы свойства различных современных огнестойких волокон и нитей и на их основании разработана классификация термо-, огнестойких материалов по составу арамидных групп. Исследования показали целесообразность использования нитей Арлана метапараарамидной группы, сочетающих в себе прочность параарамидов с гигиеническими и эластическими свойствами метаарамидов.

Так же был выполнен теоретический анализ структурных элементов кулирного комбинированного трикотажа и экспериментальное исследование свойств производных и комбинированных переплетений, показавшее, что наилучшим комплексом физико-механических и гигиенических свойств обладает переплетение «французское пике».

Разработан алгоритм и создан программный продукт в среде программирования Delphi для автоматизированного проектирования основных параметров производных и комбинированных переплетений.

Проведено исследование пылевыделения огнестойкого трикотажа при истирании в зависимости от процентного содержания пряжи Арлана в полотне и плотности вязания по вертикали.

Разработана и внедрена в производство технология изготовления огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов из огнестойкой синтетической пряжи Арлана.

Автор защищает

- технологию изготовления нового огнестойкого трикотажа из метапараарамидной пряжи Арлана;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований свойств огнестойкого трикотажа;

- разработанный программный продукт в среде программирования Delphi для проектирования основных параметров производных и комбинированных переплетений.

Актуальность темы

Основной отечественной концепцией в создании полетной одежды для космонавтов является комфортность, безопасность и эргономичность, что обеспечивается определенным набором гигиенических и физико-механических свойств трикотажа. Одним из важнейших свойств материала для полетной одежды является огнестойкость, так как космонавты работают в среде с повышенным содержанием кислорода. Используемые до настоящего времени трикотажные полотна, состоящие из 70% огнезащищенной шерстяной пряжи (ОШП) и 30% огнестойких нитей Фенилон или Терлон не соответствуют ряду современных исходных требований, предъявляемых к трикотажу. Так шерсть после огнестойкой пропитки становится хрупкой. При увеличении продолжительности полетов и длительности эксплуатации одежды, это приводит к увеличению выделения пыли, что недопустимо в условиях замкнутого пространства. Кроме этого производство ОШП является ненадежным и дорогостоящим. Нити Фенилон и Терлон имеют недостаточные гигиенические свойства.

В связи с вышеизложенным, возникла необходимость разработать технологию изготовления нового огнестойкого трикотажа с улучшенными физико-механическими и гигиеническими свойствами.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка технологии изготовления нового огнестойкого трикотажа для производства полетных костюмов космонавтов из современной огнестойкой пряжи, не поддерживающего горение в атмосфере, обогащенной кислородом до 40%, и обладающего высокими гигиеническими, физико-механическими свойствами и пониженным пылевыделением.

Задачи исследований

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- исследованы свойства огнестойких волокон и нитей и вырабатываемых огнестойких трикотажных материалов для производства полетных костюмов;

- разработаны структура и технология получения огнестойкого трикотажа в соответствии с исходными требованиями Заказчика;

- экспериментально исследованы физико-механические и гигиенические свойства разработанного трикотажа;

- создан программный продукт для автоматизированного проектирования основных параметров комбинированных и производных переплетений;

- исследованы факторы, влияющие на пылевыделение трикотажа, и разработаны способы его устранения;

- разработана нормативно-техническая документация на новый огнестойкий трикотаж.

Методы и средства исследования

Для решения поставленных задач в диссертации использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Научно-теоретической и методической основой работы являются труды отечественных и зарубежных ученых по теории вязания. Проведение экспериментальных исследований основано на применении методов математической статистики, основных положений, относящихся к анализу и проектированию трикотажных полотен, способам их получения, теории вязания и строения трикотажа, методов математического планирования эксперимента с использованием стандартных математических программ (Excel, MathCAD). Разработанные алгоритмы применены на ПЭВМ, в частности с использованием новых и стандартных вычислительных программ (Excel, MathCAD 14, Delphi). Необходимые измерения исследуемых образцов проводились согласно стандартизированным методикам ГОСТов.

Научная новизна заключается в том, что:

- разработана технология вязания нового огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов из 100% новой огнестойкой синтетической пряжи Арлана с требуемыми огнестойкими и гигиеническими свойствами;

- проведено теоретическое исследование свойств огнестойких волокон и нитей, предложена их классификация с учетом связей в арамидных группах;

- проведено теоретическое проектирование основных параметров огнестойкого трикотажа;

- выявлены закономерности влияния процентного содержания пряжи Арлана и плотности вязания по вертикали на основные параметры огнестойкого трикотажа и получены математические модели, описывающие эти закономерности;

- разработана методика проектирования основных параметров огнестойкого трикотажа и создан программный продукт в среде программирования Delphi для автоматизированного проектирования основных параметров кулирных комбинированных и производных переплетений;

- теоретически определены и практически установлены факторы, влияющие на пылевыделение трикотажа.

Практическая значимость и реализация результатов работы

- решена конкретная задача по разработке структуры и технологии изготовления огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов из отечественной пряжи Арлана в соответствии с исходными требованиями;

- получены экспериментальные значения физико-механических и гигиенических свойств огнестойкого трикотажа, подтвердившие его высокие функциональные свойства, определены оптимальные технологические параметры изготовления, отработаны технологические режимы;

- разработана программа в среде Delphi, позволяющая автоматически проектировать основные параметры комбинированных и производных переплетений;

- исследованы факторы, влияющие на пылевыделение полотна, разработаны способы его устранения;

- на огнестойкий трикотаж разработана нормативно-техническая документация. Результаты работы внедрены в технологический процесс производства полетных костюмов для космонавтов на ООО «Литком Инвест» и ОАО «НПП «Звезда».

Апробация работы проводилась на производственных предприятиях ОАО «НПП «Звезда», ООО «Литком Инвест». Основные положения диссертационной работы обсуждались на заседаниях кафедры «Технология тканей и трикотажа» РосЗИТЛП в 2010-2011 гг., а также на:

- Международной научно-технической конференции «Текстиль и химия 2006: Волокна; Красители; ТВВ; Оборудование; Приборы; Технологии» (июнь 2006 г.). Стендовый доклад.

- Международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008 г.

- Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2008), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008 г.

- Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2009), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009 г.

- Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2010), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010 г.

- Международной научно-технической конференции «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности» 2010, г. Москва, ГОУВПО «РосЗИТЛП», Международная Академия Информатизации, 2010 г.

Публикации По материалам работы опубликовано 3 статьи, 5 тезисов докладов научных конференций.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав с выводами, общих выводов по работе, библиографического списка используемых литературных источников и 9 приложений. Содержание диссертации изложено на 217 страницах машинописного текста, содержит 81 рисунок, 35 таблиц; библиографический список используемых литературных источников включает 101 наименование. Приложения представлены на 43 страницах.

Содержание работы

огнестойкий трикотаж гигиенический

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, поставлена цель и сформулированы задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния производства огнестойких текстильных материалов. Все работы, тесно связанные с темой диссертации, рассматривались по следующим направлениям: работы, связанные с методами получения шерстяных огнестойких материалов; работы, связанные с анализом трикотажных материалов, применяемых для производства полетных костюмов.

В результате анализа установлено, что химическая модификация приводит к изменению структуры волокон шерсти, вследствие этого происходит снижение физико-механических свойств трикотажа, ускоряется разрушение элементарных волокон и увеличивается пылевыделение. Поэтому трикотажные полотна, имеющие в структуре 70% ОШП и 30% нитей Фенилон или Терлон, не соответствуют ряду современных исходных требований к трикотажу для производства полетных костюмов космонавтов.

Во второй главе проведено исследование свойств огнестойких химических волокон и нитей и предложена их классификация с учетом связей в арамидных группах и изменением свойств от наличия различных имидных групп. Выявлено, что наибольшее применение в производстве тканей для защитной одежды сварщиков, сталеваров и др. получили особопрочные жесткие огнестойкие нити параарамидной группы (Тварон, Кевлар и др). В трикотажном производстве получило распространение применение метаарамидных нитей Номекс, Конекс, обладающих эластичностью, но имеющих невысокий кислородный индекс (КИ 27-28%). Проведенный анализ свойств нового метапараарамидного отечественного огнестойкого волокна Арлана показал, что данное волокно сочетает в себе прочность параарамидов с гигиеничностью и эластичностью метаарамидов и обладает качествами, необходимыми для производства полетных костюмов.

В третьей главе проведен теоретический анализ структур кулирных производных и комбинированных переплетений, известных из работ И.И. Шалова, Л.А. Кудрявина, Л.В. Шенгелии, З.И. Шляховой, В.Д. Николаева и др. Установлено, что для получения формоустойчивого трикотажа пониженной материалоемкости с высокими износостойкими свойствами, целесообразно в структуре производных и комбинированных переплетений иметь удлиненные протяжки неполного ластика и производной глади.

Разработан алгоритм и создан программный продукт в среде программирования Delphi для автоматизированного проектирования основных параметров производных и комбинированных переплетений. Выполнено автоматизированное проектирование основных параметров исследуемых переплетений с целью выявления оптимальных.

В четвертой главе проведен эксперимент по выработке кулирных комбинированных переплетений и исследованию их свойств. В связи с тем, что проанализировать свойства всех производных и комбинированных переплетений не представляется возможным из-за их многообразия, на основании проведенного теоретического анализа из различных групп производных и комбинированных переплетений на базе двуластика, ластика и производной глади было отобрано 11 вариантов переплетений.

Все образцы были выработаны из чистошерстяной пряжи линейной плотности 19 текс х2. Вязание образцов осуществлялось на кругловязальной машине «Мультикомет» (модель 5611), имеющей: диаметр игольного цилиндра - 30 дюймов, класс - 18, число игл - 2х1680, число вязальных систем - 48, скорость вязания - 0,75 м/с.

В целях определения равных условий для сравнительного анализа свойств переплетений в течение всего эксперимента поддерживались постоянными входное натяжение подаваемых нитей, глубина кулирования, усилие оттяжки полотна на единицу петли. После суточной отлежки, полотна подвергают влажно-тепловой обработке в соответствии с технологическим режимом для приведения трикотажа в условно-равновесное состояние.

В результате анализа свойств исследуемых переплетений в качестве оптимального выбрано комбинированное переплетение «французское пике», которое принимается для производства полетных костюмов.

Сравнение значений параметров трикотажа, полученных в результате автоматизированного проектирования и опытным путем, показало высокую степень (от 0,6 до 9,4%) сходимости результатов. Следовательно, программный продукт, полученный в системе программирования Delphi, можно рекомендовать для проектирования параметров производных и комбинированных переплетений.

В пятой главе разработана технология изготовления огнестойкого трикотажа. Для установления влияния процентного соотношения ОШП 19 текс х2 и огнестойкой пряжи Арлана 19 текс х2 и плотности вязания по вертикали на основные физико-механические свойства был проведен двухфакторный эксперимент по матрице КОНО (КО2). Выработано 13 образцов трикотажа.

Вязание образцов осуществлялось на кругловязальной машине «Овернит Жаккард», имеющей следующую техническую характеристику: диаметр игольного цилиндра - 33 дюйма, класс - 18, число игл - 2х1872, число вязальных систем - 48, скорость вязания - 0,8 м/с.

Образцы подверглись физико-механическим испытаниям по стандартным методикам. Пылевыделение трикотажных полотен определено по методике ВНИИТП, показывающей динамику потери массы образцов в процессе истирания.

Показано, что увеличение содержания пряжи Арлана в полотне существенно увеличивает износостойкость трикотажа и снижает выделение пыли в процессе эксплуатации изделий.

По результатам эксперимента получены математические модели:

поверхностная плотность трикотажа

; (1)

износостойкость

; (2)

воздухопроницаемость

; (3)

разрывная нагрузка по вертикали

; (4)

разрывная нагрузка по горизонтали

; (5)

разрывное удлинение по вертикали

; (6)

разрывное удлинение по горизонтали

; (7)

пылевыделение

; (8)

пластическая деформация по вертикали

; (9)

пластическая деформация по горизонтали

. (10)

По результатам эксперимента построены поверхности отклика и их сечения.

На основании проведенной многокритериальной оптимизации по методу В.А. Вознесенского теоретически показано, что оптимальным вариантом является «французское пике» из 100% пряжи Арлана с плотностью вязания по вертикали 124 ряда.

Из выработанных во время эксперимента переплетений оптимальным является трикотаж из 100% пряжи Арлана с плотностью по вертикали 135 рядов. Для этого варианта трикотажа определена огнестойкость по методике «Определения кислородного индекса». Параметры этого переплетения приведены в табл.

Физико-механические показатели трикотажного полотна

огнестойкий трикотаж гигиенический

На данный трикотаж разработана нормативно-техническая документация и разработанная технология производства огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов внедрена в производство на ООО «Литком Инвест» и ОАО «НПП «Звезда».

Общие выводы по работе

1. Разработана технология изготовления огнестойкого трикотажа для полетных костюмов космонавтов из 100% синтетической пряжи Арлана с высокими показателями огнестойких, гигиенических и физико-механических свойств в соответствии с исходными требованиями на полотно.

2. Разработана классификация по составу арамидных групп и проведено исследование свойств термо-, огнестойких волокон и нитей, на основании которого признано целесообразным использование нитей Арлана.

3. Теоретический анализ и экспериментальное исследование свойств одиннадцати кулирных производных и комбинированных переплетений показали, что наилучшими характеристиками обладает переплетение «французское пике», которое выбрано для производства полетных костюмов космонавтов.

4. Разработан алгоритм и программный продукт в среде программирования Delphi для автоматизированного проектирования основных параметров комбинированных переплетений. Сравнение теоретических и экспериментальных параметров комбинированных переплетений показало хорошую сходимость результатов.

5. По результатам факторного эксперимента по матрице КОНО (КО2) получены регрессионные модели, устанавливающие влияние процентного содержания огнестойкой пряжи Арлана и плотности вязания по вертикали на основные физико-механические и гигиенические свойства огнестойкого трикотажа.

6. Проведено исследование пылевыделения огнестойкого трикотажа в зависимости от процентного содержания пряжи Арлана в полотне и плотности вязания по вертикали, которое показало, что использование пряжи Арлана значительно снижает пылевыделение.

7. По результатам проектирования и экспериментальным данным определены оптимальные значения входных параметров огнестойкого трикотажа: 100% содержание пряжи Арлана и Пв 135 рядов.

8. На созданный огнестойкий трикотаж разработана нормативно-техническая документация, и он принят к производству Предприятием - Заказчиком на основании «Решения по изготовлению полетных костюмов ПК-14 из полотна на основе термостойкой пряжи Арлана».

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Строганов Б.Б., Фокина Е.В. Разработка технологии изготовления термо-, огнестойких трикотажных полотен для изделий спецназначения. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008 г., С. 52.

2. Фокина Е.В., Строганов Б.Б. Исследование свойств огнестойких трикотажных полотен для изделий спецназначения. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2008), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2008 г., С. 52-53.

3. Фокина Е.В., Строганов Б.Б. Исследование свойств огнестойких трикотажных полотен для полетного снаряжения. // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. №3, 2009 г., С. 10-12.

4. Строганов Б.Б., Фокина Е.В. Применение пряжи Арлана в производстве трикотажных полотен для изделий спецназначения. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2009), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2009 г., С. 64.

5. Строганов Б.Б., Фокина Е.В. Разработка трикотажного полотна для полетных костюмов космонавтов. // г. Киев, Вестник КНУТД. №3, 2010 г., С. 173-174.

6. Фокина Е.В., Строганов Б.Б. Разработка технологии изготовления огнестойкого трикотажного полотна для полетных костюмов. // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2010), г. Москва, ГОУВПО «МГТУ им. А.Н. Косыгина», 2010 г., С. 37.

7. Фокина Е.В., Строганов Б.Б. Исследование свойств огнестойкого трикотажного полотна. // «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности», Сборник материалов Международной научно-технической конференции. В 3-х книгах. // г. Москва, ГОУВПО «РосЗИТЛП», 2010 г., книга 1, С. 111.

8. Фокина Е.В., Строганов Б.Б. Исследование свойств производных и комбинированных трикотажных переплетений. // Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности. №1, 2011 г., С. 92-95.

Размещено на Allbest.ru