Вплив окремого виду пластифікатора на властивості матеріалів із натуральної шкіри, розроблення способу пінного зволоження та методика його реалізації. Дослідження залежності початкового вологовмісту капілярно-пористих матеріалів від температури.
Аннотация к работе
В останній час, коли в Україні спостерігається значне техногенне навантаження на довкілля, постійний брак енергоносіїв, одним із перспективних напрямків вирішення данних питань у взуттєвому виробництві є застосування екологічно безпечної, енергоресурсозберігаючої технології обробки деталей взуття. Зниження енерго-і ресурсовитрат на основні енергоємні операції (зволоження та сушіння) дозволить у подальшому не тільки скоротити затрати на виробництво, але й знизити собівартість виробів, що підвищить конкурентоспроможність їх на внутрішньому і зовнішньому ринках. Вдосконалення операції зволоження в технологічному процесі створення взуття потребує дослідження впливу різних пластифікаторів на деформаційно-релаксаційні та тепломасообмінні процеси, які відбуваються в матеріалі, а також на його фізико-механічні властивості. Тому доцільно дослідити комплекс властивостей, яких набуває матеріал під час виконання операцій: зволоження піною - формування - сушіння. Мета роботи - вивчення комплексу властивостей матеріалів після пластифікації їх водою та піною і на цій основі теоретичне та експериментальне обгрунтування можливості використання нового способу зволоження, що забезпечить економію енергії, ресурсів і затрат праці на здійснення тепломасообмінних і формостворюючих процесів у взуттєвому виробництві.Піна представляє собою рідину, що обгортає бульбашки повітря, тому хімічний потенціал піни становить: (2) де мп? - хімічний потенціал піни без урахування взаємодії фаз; а12п - поверхневий натяг на межі піна - газ; rп - густина піни. Відомо, що для випадку ізотермічного й ізометричного сушіння зразків питомий хімічній потенціал вологи в тілі m(t) співпадає з питомою теплотою її випаровування r(t), тоді згідно першого закону термодинаміки для відкритих систем у випадку деформування зразка при його тепломасообміні питому теплоту пароутворення можна визначити за формулою: (4) де f(t)DTDT - кількість теплоти надана тілу за час dt; Ce(t)DT - підвищення температури зразка; Vs(t)de - робота розтягування зразка; VD(t)e(t)ds - дисипація енергії в результаті релаксації напруження у зразку; - кількість вологи, яка випарувалася за час dt. Дослідження впливу способу зволоження на кінетику релаксації напружень проводилися на зразках натуральної шкіри, зволоження яких здійснювалося двома методами: традиційним (зануренням зразків у воду) і новим (зануренням зразків у піну). Отже, зниження максимальних і початкових напружень у зразках, зволожених піною, порівняно зі зразками, зволоженими намоканням свідчить про наступне: 1) зволожувати шкіру до вологовмісту більше вологовмісту гігроскопічного стану не доцільно, так як це може привести до збільшення зусиль необхідних для проведення процесу формування шкіри, до збільшення її жорсткості і до перевитрат енергії на процес видалення вологи при фіксації форми виробів зі шкіри. Проведені порівняльні дослідження засвідчили наступне: 1) підтвердили наведені у розділі 2 теоретичні дані про те, що напруження, які виникають у зразках, зволожених водою, значно більші напружень, які виникають у зразках, зволожених піною;Теоретичні та експериментальні дослідження пінного зволоження капілярно-пористих матеріалів показали комплексний вплив таких факторів, як температура розчину, фізико-механічні властивості піни, вид поверхнево-активних речовин на інтенсифікацію процесу масопереносу, а отже, на тривалість процесу зволоження та фізико-механічні властивості матеріалів взуттєвої заготовки. Порівняльний аналіз кінетики релаксації напружень у зразках, зволожених водою і піною, а також проведене імітаційне моделювання на базі співвідношень Больцмана-Вольтерри дозволили теоретично припустити, що в результаті пінної пластифікації зменшуються: стискаюче під дією капілярних сил напруження, напруження сил капілярної контракції та напруження, викликане когезійною і адгезійною взаємодією вторинних звязків, що пояснює зменшення результуючого напруження, а також зміну інших фізико-механічних характеристик зразків після пінного зволоження.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Теоретичні та експериментальні дослідження пінного зволоження капілярно-пористих матеріалів показали комплексний вплив таких факторів, як температура розчину, фізико-механічні властивості піни, вид поверхнево-активних речовин на інтенсифікацію процесу масопереносу, а отже, на тривалість процесу зволоження та фізико-механічні властивості матеріалів взуттєвої заготовки.
2. Порівняльний аналіз кінетики релаксації напружень у зразках, зволожених водою і піною, а також проведене імітаційне моделювання на базі співвідношень Больцмана-Вольтерри дозволили теоретично припустити, що в результаті пінної пластифікації зменшуються: стискаюче під дією капілярних сил напруження, напруження сил капілярної контракції та напруження, викликане когезійною і адгезійною взаємодією вторинних звязків, що пояснює зменшення результуючого напруження, а також зміну інших фізико-механічних характеристик зразків після пінного зволоження.
3. Аналіз результатів комплексу досліджень сорбційних, вологообмінних, деформаційних та релаксаційних характеристик, фізико-механічних властивостей матеріалів легкої промисловості (натуральна шкіра) дозволив визначити: - інтервали ультрамікропор (0,2…2,5 нм) і радіус найбільш ймовірних пор (0,6…0,7 нм) зразків шкіри хромового методу дублення, що дозволило оптимізувати властивості піни;
- пінне зволоження порівняно зі зволоженням водою знижує у 1,5…2 рази напруження, які виникають у натуральній шкірі при розтягуванні, тобто значно зменшує ступінь деструкції матеріалу під час формування заготовки; незалежно від умов проведення досліду (при тепломасообміні чи без) зразки, які зволожувалися піною мають при розтягуванні більшу повну деформацію, більші значення пружної та еластичної деформацій, ніж зразки, зволожені водою;
- зразки, які зволожувалися піною, відзначаються меншим умовним модулем пружності, меншою жорсткістю, при цьому міцність зразків не погіршується, крім того, мають більше відносне видовження при розриванні, ніж зразки, що зволожувалися водою. Встановлено, що незалежно від виду пластифікатора показники механічних властивостей натуральних шкір, які досліджувалися, відповідають вимогам ДСТУ 2726-94.
Теоретично та експериментально показано, що при пінному способі пластифікації матеріалів, можна заощадити, лише за рахунок зменшення питомої теплоти випаровування вологи, до 1,0 МДЖ/ кг, при цьому дозоване введення вологи дозволяє економити до 1,76 МДЖ/кг. Таким чином, використання пінного пластифікатора дозволяє заощаджувати від 23 до 62% тепла на процес вологовидалення.
5. Визначені оптимальні параметри (W = 44% та t = 950С) процесу фіксації форми вологовидаленням із заготовки взуття при її пінному зволоженні перед деформуванням, при конвективно-радіаційному сушінні. Одержана лінійна математична модель, яка описує залежність відносної залишкової деформації від температури і залишкового тиску у вакуум-сушарці.
6. На основі вивчення властивостей матеріалів (натуральної шкіри), які зволожувалися пінним розчином розроблено новий пінний спосіб зволоження деталей верху взуття (деклараційний патент №47690 А, Україна) та розроблено пристрій для його реалізації (деклараційний патент №54302 А, Україна). Новий спосіб золоження апробовано на двох підприємствах. Розрахована умовна економічна ефективність від впровадження енергоресурсозберігаючої екологічно чистої технології формостворення товарів широкого вжитку і відповідного обладнання на технологічному потоці потужністю 1000 пар взуття за зміну складає за рік: при виготовленні хромового взуття - 8,350 тис. грн.; при виготовленні юхтового взуття - 11,119 тис. грн.
Річна умовна економія коштів за рахунок економії матеріалу при виготовленні чоловічих черевиків зі шкіри хромового методу дублення 1000 пар взуття за зміну при однозмінній роботі за рік становитиме - 63,309 тис. грн.
Список литературы
1. Романюк О.О., Луцик Р.В. Визначення оптимальних режимів формостворення взуттєвої заготовки при пінній пластифікації // Вісник КНУТД. - 2003. - №1. - С. 145-149.
2. Романюк О.О., Луцик Р.В. Вплив пінного зволоження деталей виробів легкої промисловості на кінетику релаксації та розвиток напружень в них під час формування // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2003. - №1(7). - С. 88-92.
3. Луцик Р.В., Романюк О.О. Теоретичні та практичні аспекти використання пінних технологій у виробництвах легкої промисловості // Вісник КНУТД. - 2003. - №2. - С. 187-194.
4. Романюк О.О. Вплив інтенсивних методів волого-теплової обробки на механічні властивості натуральної шкіри // Вісник КНУТД. - 2004. - №5. - С. 97-101.
5. Романюк О.О., Луцик Р.В. Вплив механічної активації пластифікатора на деформаційно-релаксаційні властивості натуральної шкіри // Вісник КНУТД. - 2005. - №5. - С. 136-138.
8. Луцик Р.В., Матвієнко О. А., Романюк О.О. Енергоресурсозберігаючі технології формоутворення у виробництві товарів широкого вжитку // Пр. ІІІ Міжнар. наук.-практ. конф. “Проблеми економії енергії”. - Львів: Вид-во Національного університету “Львівська політехніка”, 2001. - С. 171.
9. Луцик Р.В., Конончук А.В., Романюк О.О. Вплив способу зволоження деталей виробів зі шкіри на кінетику релаксації та розвиток напружень в них під час формування та сушіння // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини: Зб. наук. пр. Випуск №9. - К.: Фада, ЛТД, 2001. - С. 132-135.
10. Луцык Р.В., Матвиенко О.А., Романюк О.А. Энергоресурсосберегающая технология формования деталей изделий легкой промышленности // Тр. Междунар. конф. “Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности” (ПРОГРЕСС - 2002). - Иваново: ИГТА, 2002. - С. 282-283.
11. Луцик Р.В., Романюк О.О. Теоретичні та практичні аспекти використання пінних технологій у виробництвах легкої промисловості // Сучасні технології підготовки фахівців з інженерних спеціальностей. - Київ: Зб. наук. пр., 2003.- С. 41-47.
12. Луцик Р.В., Романюк О.О. Дослідження інтерполяційної моделі для визначення формостійкості деталей верху взуття при сушінні в умовах тиску нижче атмосферного // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини: Зб. наук. пр. Випуск № 13. - Київ: Спеціальне видання Міжнародного науково-технічного журналу ВОТТП, 2003. - С.117-120.
13. Луцик Р.В., Матвієнко О.А., Романюк О.О. Нова екологічно чиста технологія формування виробів на підприємствах побутового обслуговування м. Києва // Матеріали науково-практичної конференції “Вищі навчальні заклади - Києву” (12.03.2004 р.). - К.: Київський державний центр науково-технічної і економічної інформації, 2004. - С. 75-76.
14. Луцик Р.В., Романюк О.О. Використання пінних технологій у шкіряно-взуттєвій промисловості // Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-практичної конференції “Сучасні екологічно безпечні технології виробництва шкіри і хутра”, 10-11 березня 2005 року . - К.: КНУТД, 2005. - С. 56-57.
15. Романюк О.О., Луцик Р.В. Аналіз сучасних енергоресурсозберігаючих технологій виготовлення виробів легкої промисловості // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Київ: КНУТД, 2001. - С. 160.
16. Романюк О.О., Луцик Р.В. Дослідження деформаційно-релаксаційних характеристик матеріалів легкої промисловості при їх тепломасообміні з оточуючим середовищем // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Київ: КНУТД, 2002. - С. 146.
17. Романюк О.О., Луцик Р.В. Знаходження моделі оптимізації формостійкості матеріалу при радіаційно-вакуумному сушінні // Тези доповідей ІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 23-24 квітня 2003 року. - Київ: КНУТД, 2003. - С. 149.
18. Романюк О.О., Луцик Р.В. Вплив параметрів радіаційно-вакуумного сушіння на механічні властивості матеріалів взуттєвої заготовки // Тези доповідей наукової конференції молодих вчених та студентів КНУТД. - Київ: КНУТД, 2004. - С. 185.