LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Наукові основи ресурсозберігаючих технологій переробки відходів натуральних шкір у матеріали та вироби взуттєвого виробництва

волокнистих матеріалів дозволив визначити основні фактори, що характеризують процеси розволокнення натуральної шкіри.

На сьогодні обладнання, що застосовується для механічного розволокнення шкір, як правило, універсальне і запозичене з інших галузей промисловості. Для розмелу використовують в основному роли, конічні і дискові млини, принцип дії яких оснований на роздавлюванні та розтягуванні між двома поверхнями матеріалу, що розмелюється. Проведений аналіз показав, що на сьогодні практично відсутнє спеціалізоване обладнання для механічного раціонального розволокнення шкіряних відходів і одержання заданої довжини волокна. Це висуває необхідність створення прогресивного обладнання для розволокнення відходів натуральних шкір, картонів одношарового і багатошарового відливів, шкіряної стружки тощо. Останнім часом досягнуті певні успіхи в розробці принципово нових конструкцій диспергаторів, змішувачів і дезінтеграторів, які використовують нові фізичні ефекти і явища для інтенсифікації технологічних процесів. Однією з них є ідея використання гідродинамічної кавітації для інтенсифікації процесів дезінтеграції. Кавітаційне руйнування відбувається під впливом імпульсу тиску у вигляді ударної хвилі, що поширюється в процесі схлопування бульбашки. Утворення кумулятивних мікроструминок при схлопуванні кавітаційних бульбашок підтверджено великою кількістю теоретичних і експериментальних робіт Федоткіна І.М., Немчина А.Ф., Івченка В.М. та ін. Аналіз науково-технічної літератури дозволив визначити мету і завдання досліджень, що дало можливість у подальшому розробити основні положення ресурсозберігаючих технологічних процесів розволокнення відходів шкіряних матеріалів.

Другий розділ дисертації присвячений розробці основних положень технологічної теорії розволокнення відходів шкіряних та волокнистих матеріалів. Найважливішою ідеєю, покладеною в основу побудови технологічної теорії розволокнення натуральної шкіри та інших волокнистих матеріалів з урахуванням їх внутрішньої будови, є модельна фіксація основних структурних рівнів шкіри на всіх етапах розволокнення.

При обґрунтуванні та розробці теорії розволокнення натуральної шкіри прийняті і використовуються такі гіпотези та припущення: гіпотеза детермінованого стану волокнистої структури шкіри; гіпотеза квазістатичного стану волокнистої структури шкіри; гіпотеза термодинамічної стабільності структури шкіри; у процесі розволокнення пучки волокон руйнуються під дією максимальних напружень, що виникають у міжволоконному просторі внаслідок досягнення граничних технологічних деформацій; якщо до розволокнення всі волокна, що утворюють пучок, мали довжину l0, то в процесі розволокнення виникають набори елементарних волокон з ефективними довжинами lП = l02-i (і = 0, 1, 2, ... n), що підпорядковуються статистичному розподілу W(dП, lП); гіпотеза наступності структури шкіри.

Для побудови структурно-механічної моделі натуральної шкіри, яку покладено в основу технологічної теорії розволокнення шкіри, проведено визначення параметрів будови шкіри. При цих дослідженнях на площинних, поперечних і скісних зрізах зразків досліджуваних шкір визначалися в різних ділянках розміри волокон і тип їх структурного пакування, який найчастіше зустрічається по площині шкіри. Мікрофотографії, отримані за допомогою мікроскопа МІН-8 (120...600), вводились сканувальним пристроєм в персональний комп'ютер, де оброблялися за спеціально розробленою програмою. При цьому, за результатами 500...600 вимірів, встановлювалися орієнтовні границі пучків і окремих волокон, їх розміри (характерний діаметр пучків DП, діаметр волокон dВ, відстань між умовними центрами пучків aП та відстань між умовними центрами волокон aВ), тип структурного пакування. Похибка вимірювання в усіх дослідах не перевищувала (5...10) %. Як приклад, на рис. 1 наведені типові мікрофотографії зрізу надфібрилярної структури (рис. 1, а) та їх сканограма (рис. 1, б) зразків досліджуваних відходів в площині шкіри хромтанідного дублення для низу взуття. Аналогічні результати отримані для інших досліджуваних шкір. На рис. 2 наведені мікрофотографія поперечних зрізів шкіри хромового дублення (рис. 2, а) та її сканограма (рис. 2, б).



а) б)

Рис. 1. Мікрофотографія зрізу в площині шкіри комбінованого дублення (а)

та її сканограма (б)


Отримані в результаті вимірів дані оброблялися методами дисперсійного аналізу і гістограм. За результатами комплексних структурних вимірювань були побудовані криві розподілу експериментальних і теоретичних частот P(dВ), P(aВ), P(DП), P(аП), в залежності від структурних параметрів, відповідно, dВ, aВ, DП, аП та обчислювались параметри експериментальних розподілів: середні арифметичні значення діаметрів волокон та пучків `dВ і `DП; середні умовні відстані між центрами волокон `aВ і пучків `аП; середні квадратичні відхилення ; коефіцієнти варіації gi; показники точності pi; асиметрії Ai та ексцеси Ei.


а) б)

Рис. 2. Мікрофотографія поперечного зрізу шкіри хромового дублення (а)

та її сканограма (б)

Математична оцінка близькості експериментальних і нормальних теоретичних розподілів, зроблена за l-критерієм узгодження Колмогорова, шляхом порівняння їх інтегральних розподілів, показала неістотність у розбіжності між емпіричним і теоретичним розподілом для всіх без винятку шкіряних матеріалів. Аналіз параметрів будови досліджуваних шкір показав, що пучки волокон на зрізах шкіри у більшості випадків розташовуються в кутах неправильного п'ятикутника з пучком у центрі - для шкір комбінованих методів дублення та в кутах неправильного шестикутника - для шкіри хромового дублення. Колагенові пучки оточені міжфібрилярною матрицею, яка побудована з міжволоконних білків і утримує пучки волокон у шкірі. Ця структура розповсюджується в ширину, утворюючи пучки волокон, які, з'єднуючись з іншими волокнами і фіброділянками, утворюють макроскопічний елемент шкіри. З рисунків видно, що поперечний переріз пучків не круглий – співвідношення його головних діаметрів змінюється у межах 0,35...1,25. Ця форма ближча до еліпса, ніж до кола. Діаметр пучків змінюється від 17,5 до 22,5 мкм.

В роботі запропонована структурно-механічна модель натуральної шкіри, яку покладено в основу технологічної теорії розволокнення шкіри у вигляді необмеженого в'язко-пружного ізотропного середовища. Структура середовища утворена еліпсоїдальними пучками волокон однакової форми, розташованими в кутах просторового регулярного пакування (рис. 1), з ефективними розмірами, що підкоряються статистичному розподілу W(dП, lП).

Як характеристики, які визначають найбільш імовірний тип просторової ґратки, а також тип і форму пучків волокон, що можуть бути отримані в результаті розволокнення, використано поняття міри об'ємного наповнення волокнами колагенової структури шкіри z=V0 /VK і введено поняття коефіцієнта зв'язаності структури . Тут V0, VK – відповідно, об'єм волокон, що може бути отриманий у результаті розволокнення елемента шкіри і загальний об'єм елемента шкіряного матеріалу. Встановлено, що зі збільшенням коефіцієнта зв'язаності kС зростає і міра об'ємного наповнення волокнами колагенової структури шкіри z,