LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Легка промисловість → Наукові основи технологічних процесів одержання модифікованого лляного волокна

орієнтованому стану, в місцях таких неоднорідностей можуть виникати перенапруження, достатні для розривання зв'язків і формування локальних субмікророзколин. Чим більша відмінність в упорядкуванні макромолекул на поверхні та всередині волокон, тим нижче їх механічні властивості: вище крихкість та жорсткість.

В результаті аналізу літературних джерел встановлено залежність міцності волокна від товщини його зовнішнього шару. Волокна з достатньо товстим зовнішнім шаром мають більш високий показник міцності не тільки порівняно з волокнами з незначною товщиною шару, що можна пояснити збільшенням однорідності волокна, але й порівняно з волокнами, де майже відсутній зовнішній шар. В міру видалення зовнішніх шарів волокон знижується розривне навантаження і розривне подовження волокна. В цілому зберігається якісне співвідношення для зовнішніх та внутрішніх шарів волокон:

sзовн > sвн та eзовн > eвн,

де sзовн, sвн, eзовн, eвн – розривне навантаження і розривне подовження відповідно зовнішнього та внутрішнього шарів.

З урахуванням характеристик жорсткості шарів схематичне зображення пошарового руйнування при поздовжньому розтягуванні наведено на рис.4.


Рис.4. Схема пошарового руйнування структури волокон


Таким чином, при прикладанні до технічного волокна зовнішнього навантаження розтягування, може відбутися обривання внутрішнього шару з подальшим утворенням порожнин за рахунок переміщення центральної частини, за рахунок збігання внаслідок релаксаційних процесів і, зрештою, за рахунок витягування зовнішньої оболонки під дією поздовжніх напружень. Утворення порожнин в волокні призводить до появи локальних перенапружень. Подальше руйнування, як показують спостереження, розвивається по лініям субмікророзколин.

Таким чином, процес руйнування волокон, що розвивається при циклічному деформуванні, є незворотним і складається з декількох фаз: перша фаза – пластична деформація, що спричиняє витягування волокна; друга фаза – деформування структури за рахунок пружної та високоеластичної складової, внаслідок чого відбувається руйнування деревної частини; третя фаза – незворотні деформації і руйнування внутрішніх зв'язків волокнистої частини стебла.

Для луб'яної сировини встановлено такі види руйнування:

– руйнування різноманітних матеріалів з розподілом їх на декілька нових видів та руйнування зв'язку між ядром та оболонкою (декортикація);

– руйнування однорідних матеріалів.

Руйнування першого виду найчастіше зустрічається в процесах переробки текстильної сировини, особливо в первинній обробці лубоволокнистих матеріалів. Складається воно з двох операцій: власне руйнування та розділення, які відбуваються або послідовно (наприклад м'яття і тіпання) або одночасно (декортикація). Якщо напруження структури стебел луб'яної рослини є недостатнім, то замість руйнування спостерігається тертя сировини по поверхні робочих органів. Залежно від того, яким чином підводиться енергія, необхідна для руйнування, розрізняють руйнування при малих швидкостях: роздавлювання, плющення або м'яття стеблин та руйнування при високих швидкостях – тіпання. В табл.3 наведена система різновидів руйнування текстильної сировини.

Таблиця 3

Різновиди руйнування луб'яної сировини

Види руйнування або роз'єднання структури сировини Категорія швидкості робочих органів Напрямок дії навантаження Технологічні операції

механічне руйнування тихохідні нормальне м'яття

плющення

розрізання

тангенціальне протягування

виривання

зсув лубу відносно деревини

Продовження табл.3

швидкісні нормальне тіпання

тангенціальне

розділення механічне і аеродинамічне тихохідні нормальне чесання сепарування

тангенціальне

швидкісні нормальне знепилення витягування

тангенціальне


Процес руйнування лубоволокнистої сировини, з використанням малих швидкостей робочих органів устаткування, обумовлений характером зусиль або деформацій, що прикладаються до неї. У цьому випадку кінематика процесу руйнування визначена, чітко відомі напрямки руху волокнистого матеріалу і часток, що руйнуються та відокремлюються. Для виявлення умов руйнування стеблин досить скласти системи силових рівнянь, а для їх розв'язання необхідні додаткові відомості про жорсткість матеріалу, питоме розривне навантаження волокон та деякі інші. Таке руйнування може розглядатися як статичне.

Руйнування структури лубоволокнистої сировини з використанням високих швидкостей обумовлене показником швидкості робочих органів відносно сировини, що обробляється. Прикладом такої обробки є динамічна або ударна дія на волокнисту сировину з боку робочих органів устаткування (трясіння). В такому випадку залишаються невідомими кінематика процесу і можливі напрямки руху самого матеріалу та часток, що утворюються під час руйнування – волокна та костриці. Умови руйнування структури лубоволокнистої сировини з використанням високих швидкостей можуть бути визначені шляхом складання системи енергетичних рівнянь. Для розв'язання цих рівнянь необхідно знати фізичні константи, що характеризують роботу, витрачену на руйнування рослин, а також енергоємність тіла при ударних процесах. Невизначеність процесу у такому випадку примушує оперувати з найбільш вірогідними умовами руйнування.

Найбільш поширеними видами руйнування луб'яних рослин з використанням малих швидкостей робочих органів є відривання волокна від деревини, зсув при плющенні та зрушення при згині-зламуванні.

Зусилля відривання волокна від деревини Р, повинно бути орієнтовано під деяким кутом a по відношенню до осі стеблини (рис.5), тому умовою відокремлення волокна є:

Рsina > N, (1)

де N – сила зв'язку волокна з деревиною.



Рис.5. Схема відокремлення волокна від деревини стебла


Зусилля відривання Р залежить від розміру частки волокна, що відокремлюється, напруження волокна при розтягуванні та питомого опору зчеплення:

, (2)

де d – напруження волокна при розтягуванні;

s – товщина частки волокна;

b – ширина частки волокна;

k – питомий опір зчеплення;

DL – довжина дільниці, на якій відбувається відокремлення.

Встановлено, що відокремлення волокна від деревини відбувається не одночасно по всій довжині стеблини, а поступово, частками, де розмір дільниці може бути достатньо малим. Якщо припустити, що мінімальний розмір частки волокна, що може одночасно відокремитись від деревини, дорівнюватиме його товщині (DL=d), то . Отже мінімальне зусилля відривання Р буде за умови напрямку сили під кутом 90, коли можливе відокремлення s>k.

Враховуючи, що міцність волокна під час розриву sрозр у 100-200 разів більше показника k питомого опору зчеплення волокнистого шару з деревиною в тресті, такий спосіб руйнування можна вважати безпечним для волокна.

При плющенні стеблини відбувається зсув шару клітин, серед яких є і жмути волокон. Внаслідок прокатування матеріалу у гладких валках, зовнішні шари зсуваються відносно тих, що знаходяться всередині. Різниця у довжині дільниць зовнішнього та внутрішнього шарів волокон DL може бути визначена за формулою:

DL=ab-ac=R a-R sin