LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

і, як наслідок, міра взаємодії основних структурних елементів шкіри.

Виходячи з того, що майже вся колагенова фаза зосереджена в пучках волокон, які мають мікрогетерогенну будову, що характеризується чергуванням мікрофібрилярних ділянок колагену і міжфібрилярною матрицею, будемо моделювати внутрішню будову пучків, як необмежене ізотропне в'язкопружне середовище, що містить первинні сфероїдальні колагенові волокна, які також розташовані у вузлах гексагонального щільного упакування (рис. 1). При цьому, приймаючи, що міра об'ємного наповнення волокнами елемента шкіри відповідає мірі об'ємного наповнення волокнами всього шкіряного матеріалу, одержаний вираз, який зв'язує міру об'ємного наповнення волокнами z структури шкіри з коефіцієнтом відносного об'ємного наповнення середовища x і коефіцієнтом компактності решітки m і який має вигляд: z2 = x = kc3m .

У реальних структурах шкір пучки волокон (далі волокна) мають геометрично неправильну форму зі значними розбіжностями у розмірах. Доцільно також припустити (рис. 2), що вони в першому наближенні мають просторово-криволінійну форму напівгнучкого ланцюга (рис. 3, а), який складається із послідовно спряжених еліпсоїдальних елементів з ефективними розмірами напівосей di і сi = l02 -i, і = 0, 1, 2, 3...n (рис. 3, в).

При цьому, для визначення технологічних ефективних властивостей шкіри, наприклад, граничних деформацій emax та напружень smax або податливостей J, які генеруються технологічним обладнанням, розділимо криволінійну вісь волокна на безліч частин, кожну з яких будемо вважати далі відрізком прямої.


а) б) в)

Рис. 3. Просторово-криволінійна модель волокна у вигляді напівгнучкого ланцюга (а) та відрізок криволінійного волокна у головних осях симетрії шкіри (б, в):

1 – волокно, піддане розволокненню; 2 – послідовно з'єднаний елемент напівгнучкого ланцюга; 3 – модель еліпсоїдального волокна у головних осях симетрії матеріалу


Це дає можливість визначити компоненти тензора ефективних властивостей волокна шкіри шляхом інтегрування по довжині траєкторії волокна таким чином:

(1)

де N – кількість траєкторій інтегрування, які розрізняються рівнянням траєкторії або властивостями волокна; F(п) – площа поперечного перерізу волокна в структурно-механічній моделі матеріалу; dl(п) – елементарна довжина розрахункового криволінійного елемента волокна; V – загальний об'єм пакування, що визначає циклічну симетрію структури шкіри; Сijkl (n) – компоненти тензора ефективних властивостей n-ї елементарної ділянки волокна в його головних осях симетрії властивостей; Сabgd (n) – ті самі компоненти, але зведені до головних осей симетрії структури шкіри; Lia, Ljb, Lkg, Lld – косинуси кутів, відповідно між осями i та a, j та b, k та g, l та d; i, j, k, l = 1, 2, 3; a, b, g, d = х, у, z.

Виконуючи елементарні математичні перетворення у межах циклічного повторення елемента структури, зведемо перше рівняння (1) до такого вигляду:

(2)

де VВ(n) – об'єм волокна n-ї траєкторії інтегрування; VВ – загальний об'єм волокна в упакуванні, що визначає циклічну симетрію структури шкіри.

На рис. 3, б зображений відрізок криволінійного волокна в головних осях симетрії шкіри х, у, z. Змінний напрямок траєкторії волокна суміщений із віссю x1, що є дотичною до траєкторії. Площина x20x3 є площиною ізотропії властивостей волокна, тому компоненти тензора ефективних властивостей Сijkl(n) не залежать від конкретної орієнтації осей x2 і x3. Це припущення дозволяє спростити матрицю напрямних косинусів Lia, якщо покласти L2x = 0. Для моделі, зображеної на рис. 3, б, встановлений взаємозв'язок між складовими напрямних косинусів та похідними координат х, у, z за параметром t та кутами орієнтації криволінійної ділянки траєкторії волокна. Рівняння (1) і (2) дозволяють описати ефективні властивості шкіри та окремих волокон, які можуть бути отримані внаслідок розволокнення в залежності від напрямку переважної орієнтації пучка, числа розволокнення первинного пучка на волокна з ефективними довжинами li = l02-i (і = 0, 1, 2,... n) та виду регулярного пакування, що визначає циклічну симетрію структури шкіри.

В роботі для відповіді на питання, чи дійсно за допомогою моделі упорядкованої структури можна описати технологічну поведінку шкіряних матеріалів в процесі їх розволокнення, запропоновано метод розрахунку найбільш раціональних технологічних параметрів розволокнення шкіри, оснований на модельній фіксації структури шкіри, що повинна перейти у граничний стан внаслідок її розволокнення.

Для цього поле технологічних напружень, що збуджується технологічним пристроєм у міжволоконному просторі, представлене у вигляді суперпозиції трьох полів – однорідного поля взаємодії, соленоїдального і вихрового полів, що взаємодіють з волокном, зменшуються в міру віддалення від нього і розсіюються в міжволоконному просторі. При цьому, в структурі шкіри формується найбільш оптимальний для розволокнення напружено-деформований стан (граничні деформації eПр і максимальні напруження розволокнення smax), що забезпечує одержання волокон заданої довжини li = l02-i, i = 0, 1, 2, 3, ... n, які підпорядковуються статистичному розподілу W(dП, lП). Тоді визначення ефективних граничних технологічних деформацій eПр і максимальних напружень smax розволокнення структури шкіри зводиться до визначення напружено-деформованого стану середовища, що містить волокно. Для цього виділений елемент волокнистого середовища поміщаємо в поле однорідних невідомих напружень взаємодії між волокнами, що діють у міжволоконному просторі. В результаті такого підходу отримано вираз для розв'язання крайової задачі про напружено-деформований стан волокна, що перебуває у нескінченному міжволоконному просторі, через діючі середні напруження розволокнення структури :

(3)

де – матриця коефіцієнтів, симетричних по відношенню до перестановки індексів ; ψik, mn(x1,x2,x3) і Φi,mn (x1,x2,x3) – функції, що визначаються з розв'язку поставленої крайової задачі, у наближенні однорідної взаємодії між волокнами.

Використовуючи представлення потенційної енергії розволокнення у в'язкопружній постановці, отримано рівняння, що визначають ефективні технологічні деформації, які викликають найбільш раціональне розволокнення волокнистої структури шкіри:

. (4)

Третій розділ присвячений розробці теоретичних основ проектування ресурсозберігаючих технологій для переробки відходів натуральних шкір при різних режимах розволокнення. Розроблена в другому розділі модель та концепція механічної міцності структури шкіри передбачає, що для розволокнення шкіри і одержання довгих волокон необхідне попереднє ослаблення волокнистої структури шкіри шляхом генерування в матеріалі складного напруженого стану. При цьому, з метою зниження енергомісткості процесу і підвищення якості отриманого продукту, розволокнення повинно відбуватися в декілька етапів. На першому етапі матеріал піддається деформаціям розтягу до величини граничної відносної деформації emax, що викликає розпрямлення та орієнтування пучків волокон за напрямками діючих навантажень. Експериментально встановлено, що при граничному розтягу зменшується звивистість та