Разработка структуры и технологии неоднородных комбинированных нитей для защитной одежды

Актуальность темы

В настоящее время у нас в стране и за рубежом большое внимание уделяется изделиям не только бытового, но и технического текстиля, которые находят широкое применение в различных отраслях промышленности. А одной из самых важных их составляющих является защитная одежда.

Основным назначением защитной одежды, независимо от специфики, является обеспечение безопасных условий, сохранение нормального функционального состояния и работоспособности человека, работающего в экстремальных условиях. Процесс развития производства и потребления специальной и защитной одежды во всех сферах трудовой деятельности людей происходит очень быстро. Сегодня защитная одежда отличается своим многообразием и отвечает всем требованиям реальных условий, в которых бы ни работал человек. [1].

Современная защитная электропроводящая одежда должна обеспечивать стопроцентную защиту персонала, обслуживающего электроустановки сверхи ультравысокого напряжения, включая работы, выполняемые в контакте с воздушными линиями электропередачи под напряжением до 1150 кВ. Электропроводящие комплекты типа Иэ-2 предназначены для исключения вредного воздействия электрического тока на организм пользователя. Одним из элементов защитного комплекта являются электропроводящие трикотажные перчатки, сопротивление которых по требованиям техники безопасности должно быть не более 30 Ом. Кроме того, срок эксплуатации указанных перчаток небольшой по сравнению с защитным костюмом, что ставит задачу по совершенствованию структуры неоднородных комбинированных электропроводящих нитей, из которых они изготавливаются. [2].

Цель исследования. Разработать структуру и технологию получения комбинированных электропроводящих нитей из различных компонентов для изготовления защитных перчаток с сопротивлением менее 30 Ом для работы под высоким напряжением.

В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие задачи:

— Проведен анализ целесообразности использования углеродных, мишурных нитей и нитей Русар в текстильной и легкой промышленности для производства изделий технического назначения (защитные экранирующие перчатки);

— проведено исследование физико-механических свойств углеродных, мишурных нитей и нитей Русар различных линейных плотностей;

— выбраны углеродные, мишурные нити и нити Русар для изготовления комбинированных электропроводящих нитей;

— определены основные технологические параметры, влияющие на физико-механические свойства комбинированных электропроводящих нитей;

— разработана рациональная структура комбинированной электропроводящей нити;

— разработано питающее устройство к обкруточной машине для получения рациональной структуры комбинированной электропроводящей нити;

— наработаны опытные образцы комбинированных электропроводящих нитей при различных технологических параметрах;

— проведено планирование эксперимента с целью получения оптимальных параметров процесса выработки готовых нитей с использованием пакета программ МаШСаё;

— разработана формула для расчета линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей;

— наработаны опытные образцы защитных электропроводящих перчаток для работы под высоким напряжением.

Методика исследований. Поставленные задачи решались теоретическими и экспериментальными методами. Экспериментальные исследования по наработке комбинированных электропроводящих нитей проводились в учебно-технологической и производственной лаборатории кафедры ПХВ ГОУ ВПО МГТУ им. А. Н. Косыгина на опытном стенде обкруточной машины, а по переработке перчаток — на ООО «Защита рук» на перчаточном автомате 7-го класса марки Ма1эиуа 8СМ-Р-Н8 (Япония). В работе использовались методы математического планирования эксперимента. При исследовании свойств углеродных, мишурных нитей и нитей Русар использовались ГОСТированные методики. Результаты экспериментальных и теоретических исследований обработаны методами математической статистики с использованием ЭВМ и пакета программ МаЙ1Са<�±.

Научная новизна.

— Доказана целесообразность использования комбинированных электропроводящих нитей для производства изделий технического назначения (в частности экранирующих перчаток);

— разработаны технологические параметры выработки комбинированных электропроводящих нитей из исходных нитей;

— разработано питающее устройство для выработки комбинированных электропроводящих нитей и получен патент на изобретение;

— разработана расчетная формула для определения линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей различных линейных плотностей.

Практическая ценность.

— В разработке структуры и технологии производства комбинированных электропроводящих нитей из углеродных, мишурных нитей и нитей Русар;

— в использовании питающего устройства для выработки комбинированных электропроводящих нитей;

— в разработке формулы для расчета линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей.

Теоретические и экспериментальные исследования, положенные в основу данной работы дают возможность выработать экранирующие перчатки из комбинированных электропроводящих нитей с сопротивлением менее 30 Ом.

Реализация результатов работы. Разработанную структуру и технологию можно использовать на обкруточных машинах для получения комбинированных электропроводящих нитей для изготовления защитных перчаток, что подтверждается переработкой опытной партии. Акты о наработке опытных образцов комбинированных электропроводящих нитей для защитной одежды и наработке опытных образцов экранирующих перчаток приведены в приложении.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на:

— Межвузовской научно-технической конференции «Молодые ученыеразвитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2006)», ИГТА, Иваново, 2006.

— Межвузовской научно-технической конференции: «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», РЗИТЛП, Москва, 2006.

— Шестой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2006.

— Седьмой Всероссийской научно-технической выставке творчества молодежи, ВВЦ, Москва, 2007.

— Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль.

2007)", МГТУ им. А. Н. Косыгина, Москва 2007.

— Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль.

2008)", Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2008.

Публикации-Тезисы докладов:

1. Курамшин А. Р., Артемов О. О. «Разработка структуры комбинированных нитей для специальных изделий», тезисы докладов: Межвузовская н/т конференция «Молодые ученыеразвитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2006)», Иваново, ИГТА, 2006 г. с. 40−41.

2. Курамшин А. Р., Артемов О. О., Родионов В. А. «Разработка структуры комбинированных нитей для специальных изделий», тезисы докладов: Межвузовская н/т конференция: «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности», Москва, РЗИТЛП, 2006 г. с. 40.

3. Курамшин А. Р., Додонкин Ю. В. «Разработка технологии получения комбинированных нитей для специзделий», тезисы докладов: Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2006), Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2006 г. с. 36−37.

4. Курамшин А. Р., Захарикова О. В., Родионов В. А. «Выбор структурных компонентов для выработки комбинированных электропроводящих нитей», тезисы докладов: Межвузовская н/т конференция «Молодые ученые — развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2007)», Иваново, ИГТА, 2007 г. с. 15.

5. Курамшин А. Р., Захарикова О. В. «Экранирующие перчатки», сборник научных докладов научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, ВВЦ, НТТМ-2007 г., с. 193.

6. Курамшин А. Р., Родионов В. А. «Исследование свойств электропроводящей нити», тезисы докладов: Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2007)», Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2007 г. с. 10−11.

7. Курамшин А. Р., Родионов В. А. «Разработка комбинированной электропроводящей заготовки», тезисы докладов: Международная научно-техническая конференция «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2008)», Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2008 г., с. 31.

8. Курамшин А. Р., Родионов В. А., Сидоров А. Б. «Расчет линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей», тезисы докладов: 60-я юбилейная межвузовская научно-техническая конференция молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ — производству», Кострома, КГТУ, 2008 г., с 22−23.

Статьи:

1. Курамшин А. Р., Родионов В. А. Разработка технологии получения комбинированных электропроводящих нитей для защитной одежды/Сборник научных трудов аспирантов, выпуск 12, Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2006 г. с. 18−23.

2. Курамшин А. Р., Родионов В. А., Додонкин Ю. В. Разработка технологии получения комбинированных нитей для специзделий/Химические волокна № 3, 2007 г. с. 30−32.

3. Курамшин А. Р., Захарикова О. В., Ялынко Е. П., Родионов В. А. Разработка рациональной структуры электропроводящих нитей/ Сборник научных трудов, выполненных по итогам конкурса грантов молодых исследователей, Москва, МГТУ им. А. Н. Косыгина, 2008 г. с. 22−25.

4. Курамшин А. Р., Родионов В. А. Определение линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей/Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности № 2с, 2008 г. с. 26−28.

Выводы по главе 4.

1. Получены формулы для определения линейной плотности комбинированных электропроводящих нитей.

2. Для того, чтобы сравнить полученные экспериментальные результаты с фактическими, были наработаны образцы комбинированных нитей с тремя и четырьмя мишурными нитями в составе электропроводящей заготовки.

3. Полученные результаты расчета линейной плотности готовой нити показали высокую степень точности. Отклонение фактической линейной плотности от расчетной составило не более 1,5%.

4. Использование полученной формулы позволяет исключить проведение испытаний по определению линейной плотности, сэкономить дорогостоящее сырье и снизить количество отходов.

103 Заключение.

1. В настоящее время развитие производства химических волокон и нитей во всем мире является главным направлением в развитии производства текстильного сырья в текстильной промышленности и занимает первое место в мировом производстве текстильного сырья и составляет более 60% от его объемов.

2. Для производства защитных электропроводящих перчаток целесообразно использовать комбинированную электропроводящую нить, состоящую из углеродных и металлизированных нитей, обкрученных высокомодульными арамидными нитями. В качестве углеродных нитей будут использоваться нити Урал-Н, в качестве металлизированных — нити Метанит, а в качестве арамидных — нити Русар.

3. Результаты, полученные при анализе исходных нитей различных линейных плотностей, показывают, что при выработке комбинированных электропроводящих нитей целесообразнее всего использовать углеродную нить линейной плотности 100 текс, мишурные нити линейной плотности 42 текс и линейной плотности 65 текс и нить Русар линейной плотности 29,4 текс.

4. Было предложено наносить мишурные нити не параллельно углеродной в структуре готовой нити, а равномерно обкручивая ее в различных направлениях.

5. Шпулярник для получения электропроводящей заготовки должен обеспечивать получение заданного технического результата, состоящего в улучшении качественных показателей комбинированной электропроводящей нити с более устойчивой структурой, равномерным распределением составляющих ее компонентов по поперечному сечению, улучшенными прочностными характеристиками и устойчивостью к истиранию и дальнейшему снижению электрического сопротивления готовых защитных электропроводящих перчаток.

6. Было предложено использовать мишурные нити непосредственно с исходных катушек, поступающих с завода-изготовителя. Благодаря этому готовая комбинированная электропроводящая нить становится менее жесткой, что улучшает ее переработку в перчатки на трикотажном перчаточном оборудовании.

7. Было предложено использовать чехлы — трикотажные трубки, надеваемые на паковку с углеродной нитью и на катушки с мишурными нитями, для создания предварительного натяжения при сходе углеродной и мишурных нитей с катушек, благодаря чему нить сматывается под небольшим натяжением без провисаний, и получается более компактная структура электропроводящей заготовки.

8. Получение комбинированных электропроводящих нитей для защитных перчаток данной структуры возможно только на обкруточном оборудовании, при этом, использование одинарного обкручивания не позволяет получить равномерную структуру готовой электропроводящей нити. Поэтому целесообразно использовать обкруточное оборудование для двойного обкручивания стержневого компонента с применением двухъярусного расположения полых веретен с обкруточными нитями на машине.

9. На основании проведенного анализа существующего обкруточного оборудования при промышленном производстве комбинированных электропроводящих нитей в качестве обкруточной машины можно рекомендовать машину итальянской фирмы Menegatto марки 1500/270/2003и0. А для проведения эксперимента в лабораторных условиях использовался стенд обкруточной машины, позволяющий получать готовую комбинированную электропроводящую нить заданной структуры и имеющий гибкую настройку параметров изменения степени обкручивания стержневого компонента нитями оплетки в широких пределах.

Ю.Были наработаны различные варианты электропроводящей заготовки с обкрученным и параллельным расположением компонентов с целью определения целесообразности выработки именно равномерного расположения мишурных нитей относительно углеродной нити на различных машинах. При параллельном расположении компонентов в электропроводящей заготовке мишурные нити неравномерно распределены по поперечному сечению относительно углеродной нити, и лучшая структура электропроводящей заготовки достигается при равномерном расположении компонентов в структуре электропроводящей заготовки.

11 .Наработка опытных образцов производилась на стенде обкруточной машины с использованием разработанного питающего устройства для получения электропроводящей заготовки с равномерным распределением составляющих ее компонентов по поперечному сечению. Проведенные исследования показали возможность получения неоднородных обкрученных нитей, используемых при изготовлении специальной одежды, выработанных на стенде обкруточной машины. Исследование структуры готовой нити показало возможность получения неоднородных обкрученных электропроводящих нитей с хорошей, устойчивой оплеткой, чередующейся с участками углеродной и мишурных нитей в стержневой нити.

12.При детальном анализе зависимостей физико-механических показателей от числа обкручиваний установлено, что оптимальной структурой комбинированной электропроводящей нити, при которой наблюдается наивысшее значение разрывной нагрузки и истирания и обеспечивается необходимый контакт между токопроводящей заготовкой электропроводящей нити и контактным проводом, является нить с числом обкручиваний заготовки нитями Русар 290 витков на метр.

13.Проведено планирование эксперимента для определения адекватности моделей. Для линейной плотности рассмотрена линейная однофактор-ная регрессионная модель (модель первого порядка), а для разрывной нагрузки, удлинения при разрыве, истирании — квадратичная параболическая однофакторная регрессионная модель (модель второго порядка). Проведенный эксперимент обладает свойствами воспроизводимости. Также гипотезы об адекватности линейной и квадратичной параболической однофакторных регрессионных моделей не отвергаются.

14.На перчаточном автомате 7-го класса марки М^иуа БОМ-Р-МБ в г. Ра-менское Московской области были наработаны два вида электропроводящих перчаток (из комбинированной электропроводящей нити с тремя мишурными нитями в структуре электропроводящей заготовки и из комбинированной электропроводящей нити с четырьмя мишурными нитями) с хлопковой футерной нитью с изнаночной стороны. Наработанные защитные перчатки были подвергнуты измерениям на электрическое сопротивление с помощью омметра типа М218 на расстоянии от манжеты до кончиков пальцев. Полученные результаты испытаний на электрическое сопротивление удовлетворяют требованиям по технике безопасности по электрическому сопротивлению и не превышают норму 30 Ом.

15.Одним из важных показателей при производстве и проектировании комбинированных электропроводящих нитей является линейная плотность. Так как стоимость компонентов из которых вырабатывается электропроводящая нить высока, поэтому целесообразно провести теоретический расчет линейной плотности готовых комбинированных электропроводящих нитей. С этой целью было предложено разработать теоретический метод определения линейной плотности электропроводящей нити. Была построена геометрическая модель, состоящая из углеродной нити и мишурных нитей, образующих электропроводящую заготовку и нитей Русар, находящихся во внешнем слое. Используя полученные математические формулы, был проведен расчет линейных плотностей исследуемых образцов. Чтобы сравнить полученные экспериментальные результаты с фактическими, были наработаны образцы комбинированных нитей с тремя и четырьмя мишурными нитями в составе электропроводящей заготовки. По всем вариантам была определена линейная плотность образцов. Полученные результаты показали высокую степень точности расчетных результатов. Отклонение фактической линейной плотности от расчетной составило не более 1,5%. Использование полученных формул позволяет исключить проведение испытаний по определению линейной плотности, сэкономить дорогостоящее сырье и снизить количество отходов.