Определение оптимального значения мощности разряда низкотемпературной плазмы для модификации полутонкой шерсти в процессе первичной обработки

УДК 677.312.3

Е. В. Слепнева

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ МОЩНОСТИ РАЗРЯДА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОЛУТОНКОЙ ШЕРСТИ

В ПРОЦЕССЕ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ

Ключевые слова: мощность разряда, шерстяное сырье, прочность, математическое моделирование.

В статье приведены результаты экспериментальных исследований и математического моделирования определения оптимального значения мощности разряда в процессе плазменной модификации полутонкой шерсти весенней стрижки. Критерием оценки изменения показателей механических свойств контрольных и опытных образцов служили показатели разрывной нагрузки.

Keywords: discharge power, woolen raw material, strength, mathematical modeling.

The article presents the results of experimental studies and mathematical modeling of determining the optimal values of the discharge power in the plasma modification process / semi-fine wool of the spring shearing. The criterion for assessing the changes in the indices of mechanical properties of control and experimental samples served as the indicators of the breaking load.

Введение

Исторически сложилось, что в связи с расположением России в широтах с суровыми природно-климатическими условиями, шерсть пользовалась спросом во все времена. Шерстяные волокна выделяют среди других натуральных волокон за их уникальные природные свойства -высокие показатели гигиенических характеристик, упругости, эластичности, низкую пожароопасность. Кроме того, содержание в волокнах значительного количества шерстного жира, который сохраняется в микроструктуре шерстяных текстильных материалах независимо от технологического цикла и параметров переработки сырья, благоприятно воздействует на организм человека в процессе эксплуатации шерстяного или шерстьсодержащего изделия.

Однородная шерсть в зависимости от толщины волокон делится на мериносовую, полутонкую, полугрубую и грубую. Полутонкая шерсть является сырьем для изготовления тонких платьевых и костюмных тканей, трикотажа высокого качества, чулочно-носочного и перчаточного ассортимента, одеял, подушек, ковров. Кроме того, на территории России наиболее распространены породы овец, руно которых состоит из полутонкой шерсти.

Экспериментальная часть

Целью исследования является определение оптимального параметра значения мощности разряда в процессе плазменной модификации шерстяного полутонкого сырья.

Весенняя шерсть состригается с овец в апреле-мае. Весенняя полутонкая шерсть характеризуется длиной волокон 55-70 мм, средней тониной 23,1 -25 мкм, прочным соединением штапелей, большим содержанием пуховых волокон, высоким показателем сваляности и жиропота. Полутонкая шерсть состоит из пуховых, переходных волокон (табл. 1) [1].

Таблица 1 -Типовая характеристика полутонкой сортированной шерсти

Группы волокон по тонине Количество волокон,%

Пуховое волокно до 25 мкм 58,7 - 66,8

Переходное волокно 25 - 35 мкм 12,0 - 40,5

Остевое волокно, 35 - 50 мкм 1,0 - 7,5

Плазменной модификации подвергалась немытая шерсть на плазменной установке, схема которой представлена в работе [2]. Затем модифицированная шерсть промывалась в лабораторных условиях и по технологической схеме, принятой на Борской фабрики ПОШ.

Мощность разряда изменялась в пределах Wp=0,1-2,1 кВт. Постоянными оставались: время обработки 1 = 5 мин, расход плазмообразующего газа САг = 0,04 г/с, давление в рабочей камере Р = 26,6 Па и частота генератора \ = 13,56 МГц. Исследование проводилось на контрольных и опытных образцах. В качестве плазмообразующего газа применялся инертный газ аргон.

Экспериментальные исследования по определению показателя разрывной нагрузки контрольных и опытных образцов проводились в исследовательской лаборатории вышеуказанной фабрики на динамометре ДШ-3М в соответствии с ГОСТ 20269-93.

Обсуждение результатов

На первом этапе экспериментально определяли показатель разрывной нагрузки контрольных и опытных образцов шерстяных полутонких волокон в зависимости от мощности разряда (табл. 2).

На втором этапе исследований выполнялось математическое моделирование, обработка результатов осуществлялась методом регрессивного анализа. Расчеты проводились в программе «^аЙБЙса 6.0». На основании проведенного

математического моделирования было получено математическое уравнение второго порядка: Ро=1,4444+2,061 • 1+4,3326 • М/-0,1868 • 120,2052 • 1 • W-1,0838 •

Таблица 2 - Экспериментальные данные исследования разрывной нагрузки шерстяных полутонких волокон

Мощность разряда, кВт Ро,сН/текс АРо,%

контрольный (без ННТП) 7,13 -

0,1 7,21 1,12

0,2 7,30 2,38

0,3 7,46 4,63

0,4 7,63 7,01

0,5 7,79 9,26

0,6 7,96 11,64

0,7 8,12 13,88

0,8 8,27 15,99

0,9 8,43 18,23

1,0 8,62 20,89

1,1 8,81 23,56

1,2 8,98 25,95

1,3 9,16 28,47

1,4 9,35 31,14

1,5 9,51 33,13

1,6 9,63 35,06

1,7 9,77 37,03

1,8 9,34 30,99

1,9 8,81 23,56

2,0 8,28 16,13

2,1 7,98 11,92

б

Рис. 1 - Поверхность отклика

Повышение показателя мощности разряда до

1.0 кВт обеспечивает возрастание энергии ионов и плотности ионного потока на поверхности, что обуславливает увеличение показателя разрывной нагрузки на 20,89%.

Увеличение мощности разряда до 1,7 кВт способствует росту энергии ионов при постоянной плотности ионного тока. Доля мощности, которая вкладывается в разряд, возрастает и расходуется на увеличение теплового потока в рабочей камере [4]. В этот момент, показатель разрывной нагрузки достигает максимальных значений, который составляет 9,77 сН/текс, что на 37,7% больше показателя контрольного образца (7,13 сН/текс).

Дальнейшее увеличение мощности разряда до

2.1 кВт не приводит к изменению энергии ионов и плотности ионного тока, а вся в дальнейшем вкладываемая в разряд мощность, расходуется на увеличение теплового потока, поступающего из плазмы на поверхность шерстяных волокон, что приводит к его деструкции [5].

Заключение

На основании экспериментальных исследований и математического моделирования эксперимента установлено, что оптимальным значением мощности разряда в процессе плазменной модификации при продолжительности обработки 1 = 5 мин, расходе плазмообразующего газа СЛг = 0,04 г/с, давлении в рабочей камере Р = 26,6 Па и

частоте генератора ^ = 13,56 МГц. является значение равное W= 1,7кВт.

Литература

1. ГОСТ 28491 - 90. Шерсть овечья немытая с отделением частей руна. Технические условия. - М.: Стандартинформ. - 2006. - С. 15.

2. Слепнева, Е. В. Модификация шерстяного сырья как метод улучшения физико-механических характеристик волокон / Е. В. Слепнева // Вестник технологического ун-та. - 2015. - Т.18. № 9. - С. 188 - 190.

3. Абдуллин, И. Ш. Высокочастотная плазменная обработка в динамическом вакууме капиллярно-пористых материалов. Теория и практика применения // И. Ш. Абдуллин, Л. Н. Абуталипова, В. С. Желтухин, И. В. Красина. - Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 2004. -428 с.

4. Абдуллин, И. Ш. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях / И. Ш. Абдуллин, В. С. Желтухин, Н. Ф. Кашапов. - Казань: Изд-во Казан. Ун-та, 2000. - 348 с.

© Е. В. Слепнева - доцент кафедры «Дизайн», КНИТУ, elenaslep@mail.ru.

© E. V. Slepneva, PhD of Technical Science, associate Professor department "Design" KNRTU, elenaslep@mail.ru.

а