Определение мощности разряда низкотемпературной плазмы для модификации полугрубого шерстяного сырья

УДК 677.312.3

Е. В. Слепнева, В. В. Хамматова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ РАЗРЯДА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОЛУГРУБОГО ШЕРСТЯНОГО СЫРЬЯ

Ключевые слова: низкотемпературная плазма, шерстяное сырье, прочность, математическое моделирование.

В статье приведены результаты экспериментальных исследований и математического моделирования определения оптимального значения мощности разряда в процессе плазменной модификации полугрубой шерсти, состриженной весной. Критерием оценки изменения характеристик 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 is semi-coarse wool sheared in spring is considered. The criterion for assessing the change in the characteristics of the control and experimental samples served as the indicators of the breaking load.

Введение

В последние годы наблюдается значительное расширение ассортимента валяной обуви. Это обуславливается повышенными теплозащитными и гигиеническими свойствами шерстяного сырья, из которого изготавливаются валяные изделия. Существенными преимуществами шерсти перед другими видами сырья для производства обуви является, во-первых, воспроизводимость

экоматериала, коим является шерсть, состригаемая с животных, в частности с овец, весной; во-вторых, хорошие показатели теплозащитных и гигиенических свойств; в-третьих, шерсть является биоразлагаемым материалом. Необходимо отметить, что шерстый жир, который остается в волокнах шерсти после всех технологических операций [1], благоприятно воздействует на организм человека в процессе эксплуатации изделия.

Экспериментальные исследования, результаты которых представлены в ряде работ последних лет [2-4], доказывают, что оптимальным инструментом, позволяющим улучшать показатели физико-механических и технологических свойств мериносовых и полутонких шерстяных волокон является низкотемпературная высокочастотная плазма пониженного давления. Необходимо отметить, что наряду с указанным достоинством существенным ее преимуществом является экологическая составляющая.

Экспериментальная часть

Целью исследования является определение характеристик разряда низкотемпературной высокочастотной плазмы пониженного давления в процессе модификации шерстяного полугрубого сырья.

Объектом экспериментальных исследований является шерсть овечья полугрубая неоднородная высшего сорта I длины весенней стрижки, которая используется в производстве валяной обуви.

Шерсть полугрубая весенней стрижки характеризуется повышенным соединением штапеля большим содержанием пуховых волокон, высоким

показателем сваляности и жиропота. Основные характеристики шерстяного полугрубого сырья представлены в табл. 1, 2 [5].

Таблица 1 - Характеристика полугрубой сортированной шерсти

Группы волокон по тонине Количество волокон, %

Пуховое волокно до 25 мкм 27,4 - 76,8

Переходное волокно 25 - 35 мкм 17,5 - 45,5

Остевое волокно, 35 - 50 мкм 3,0 - 15,9

Таблица 2 - Нормативы тонины и длины полугрубой сортированной шерсти

Наименование показателя Значение

Тонина, мкм 20,0 - 75,0

Длина, мм 55,0 - 110,0

Модификация немытой полугрубой шерсти осуществлялась на плазменной установке, представленной в работе [6]. Мощность разряда (Wp) изменялась в пределах от 0,1 до 2,1 кВт. Неизменными оставались: t = 5 мин, GAr = 0,04 г/с, Р = 26,6 Па и f = 13,56 МГц. В качестве плазмообразующего газа применялся инертный газ аргон.

Далее шерсть, подвергшаяся модификации, промывалась согласно утвержденной технологической схеме в лабораторных условиях Борской фабрики ПОШ.

Экспериментальные исследования проводились в научно-исследовательской лаборатории вышеуказанной фабрики на динамометре ДШ-3М в соответствии с ГОСТ 20269-93.

Обсуждение результатов

На первом этапе экспериментально найдено значение мощности разряда, при котором шерстяные полугрубые волокна имеют максимальное значение показателя разрывной нагрузки (табл. 3).

Таблица 3 - Результаты экспериментальных исследований по определению разрывной нагрузки в зависимости от изменения мощности разряда

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

контрольный (без ННТП) 9,15 -

0,1 9,22 0,76

0,2 9,29 1,53

0,3 9,46 3,39

0,4 9,64 5,35

0,5 9,81 7,21

0,6 9,98 9,07

0,7 10,16 11,04

0,8 10,36 13,22

0,9 10,56 15,41

1,0 10,77 17,70

1,1 10,98 20,00

1,2 11,22 22,62

1,3 11,49 25,57

1,4 11, 82 26,99

1,5 11,92 30,27

1,6 11,42 24,81

1,7 10,92 19,34

1,8 10,38 13,44

1,9 9,78 6,88

2,0 9,18 0,33

2,1 9,02 -1,42

На втором этапе работы выполнялось математическое моделирование, обработка результатов осуществлялась методом регрессивного анализа. Расчеты проводились в программе «З^йзйса 6.0». На основании проведенного математического моделирования было получено математическое уравнение второго порядка

Ро=0,9368+2,4643 • 1+5,2467 • W-0,2355 • ^-,1436 • 1 • • W-1,6946 • W2.

При возрастании мощности от 0,1 кВт до 1,0 кВт происходит рост энергии ионов и плотности ионного потока на поверхности. Это приводит к увеличению показателя исследуемой

характеристики на 17,7%.

При повышении мощности до 1,5 кВт плотность ионного потока на поверхности остается неизменной, возрастает энергия ионов. Доля мощности, вкладываемая в разряд, увеличивается и расходуется на тепловой поток в рабочей камере, который также увеличивается. При мощности равной 1,5 кВт разрывная нагрузка достигает максимального значения (11,92 сН/текс), что на 30,2 % больше по сравнению с контрольным образцом.

Ро= сН'текс

0123456789 ЮН

б

Рис. 1 - Поверхность отклика

Дальнейшее увеличение мощности разряда до 2,1 кВт расходуется на увеличение теплового потока, поступающего из плазмы на поверхность шерстяных волокон. В результате этого происходит существенное снижение показателя разрывной нагрузки [7].

Заключение

На основании экспериментальных исследований и математического моделирования эксперимента установлено, что оптимальным значением мощности разряда в процессе плазменной модификации является значение равное 1,5кВт.

Литература

1. Слепнева, Е.В. Современные методы удаления нешерстяных компонентов в процессе первичной обработки шерсти /Е.В. Слепнева, И.Ш. Абдуллин, В.В. Хамматова // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - т. 16, № 21 - С. 102-105.

2. Слепнева, Е.В. Исследование оптических свойств волокон шерсти, модифицированных в процессе первичной обработки /Е.В. Слепнева // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - т. 18, № 15 - С.159-160.

3. Слепнева Е.В. Инновационный метод очистки шерстяного сырья от растительных и минеральных примесей /Е.В. Слепнева // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - т. 18, № 14 -С.163-164.

4. Слепнева Е.В. Плазменная обработка сырья как инструмент поверхностной модификации волокон в процессе первичной обработки шерсти / Е.В. Слепнева, В.В. Хамматова // Известия Вузов. Технология текстильной промышленности, 2014, № 5, с.32-36.

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

6. 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.

7. 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.

© Е. В. Слепнева - доцент кафедры дизайна КНИТУ, elenaslep@mail.ru, В. В. Хамматова - профессор, зав. кафедрой дизайна КНИТУ.

© E. V. Slepneva, PhD of Technical Science, associate Professor department "Design" Kazan national research technological university, elenaslep@mail.ru; V. V. Hammatova, professor, head of the Department "Design" Kazan national research technological university.