Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология кожи и меха

Диссертационная работа:

Кулевцов Геннадий Николаевич. Повышение эффективности использования низкосортного сырья в кожевенно-меховом производстве с применением высокочастотной плазмы : научные основы и технологии : диссертация ... доктора технических наук : 05.19.05 / Кулевцов Геннадий Николаевич; [Место защиты: Казан. гос. технол. ун-т].- Казань, 2009.- 383 с.: ил. РГБ ОД, 71 10-5/52

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные условные обозначения и сокращения 6

Глава 1. Пороки кожевенно-мехового сырья влияющие на технологию 18

выделки и сортность готового полуфабриката

  1. Прижизненные и посмертные пороки кожевенного сырья, 18 возникающие при убое животных, снятии шкуры, консервировании, хранении и транспортировке

  2. Прижизненные пороки меховых шкурок и возникающие при 19 съемке, обезжиривании, правке, сушке и хранении

  3. Дефекты готовой кожи, приобретенные в процессах выделки 19

1.2.1. Причины возникновения дефектов в процессе производства 25

кожевенного полуфабриката хромового дубления

  1. Особенности свойств кожевой ткани и волосяного покрова 29 меховых овчин

  2. Зависимость физико-механических свойств кожевой ткани и 29 волосяного покрова от породы овец

  3. Микробиологические процессы, протекающие в кожевой 31 ткани, влияющие на качество сырья

  4. Влияние технологических процессов и операций выделки 33 меховой облагороженной овчины на прочность лицевого слоя кожевой ткани

  5. Влияние строение и свойства волосяного покрова меховой 34 овчины на сортность готового полуфабриката

  6. Современные методы обработки волосяного покрова, 38 повышающие сортность полуфабриката меховой овчины.

  7. Электрофизические методы обработки кожевой ткани и 40 волосяного покрова, повышающие качество готовых кожевенно-меховых материалов

1.6. Задачи диссертации 53

Глава 2. Теоретическое исследование взаимодействия НТП с кожевенно- 55 меховым материалом

  1. Методика математического моделирования 55

  2. Физическая модель механизма взаимодействия кожевенно- 56 мехового материала с ВЧ плазмой пониженного давления

  3. Математическая модель механизма взаимодействия 65 кожевнно-мехового материала с ВЧ плазмой пониженного давления

Глава 3. Методика эксперимента плазменной обработки кожевенных и 75 меховых материалов

    1. Объекты исследования и их свойства 75

    2. Оборудование и методика обработки натуральных 78 высокомолекулярных волокнистых материалов неравновесной низкотемпературной плазмой

    3. Методики исследования свойств натуральных 104 высокомолекулярных волокнистых материалов

    4. Методы статистической обработки результатов экспериментов 130 Глава 4 Экспериментальные исследования влияния ВЧЕ плазменной 132 обработки на повышение эффективности использования низкосортного сырья и сортности полуфабрикатов в производстве кожи

      1. . Снижение дефектности кожевенного сырья за счет 132

      применения высокочастотной плазменной обработки

          1. Исследование влияния ВЧЕ плазменной обработки на 139 повышение эффективности использования сырья и полуфабрикатов в подготовительных, преддубильных и дубильных процессах кожевенного производства

          2. Исследование влияния ВЧЕ плазменной обработки на 169 повышение эффективности использования дубленого кожевенного полуфабриката при проведении жидкостных отделочных процессов » у

          4.4. Графическая модель структурных изменений кожевенного- 193

          материала при модификации в ВЧ плазме пониженного давления

          Глава 5 Экспериментальные исследования повышения сортности 209

          выпускаемого полуфабриката из низкосортного сырья меховой овчины.

          Исследования причин возникновения порока расслаивания 209 кожевой ткани меховой овчины.

          Исследования влияние процессов и операций выделки 218 меховой облагороженной овчины из сырья со скрытыми сырьевыми дефектами на прочностные характеристики кожевой ткани готового полуфабриката.

          Исследование воздействия НТП пониженного давления на 253 меховой полуфабрикат в процессах крашения.

          Исследования влияния процесса додубливания на кожевую 266 ткань полуфабриката меховой овчины с применением НТП пониженного давления

          Научные основы процессов выделки высококачественного 271 мехового полуфабриката из сырья со скрытыми дефектами

          Глава 6 Рекомендации по разработке технологий выделки кожевенно- 280

          меховых матерниалов из низкосортного сырья и повышения сортности-

          полуфабрикатов.

          6.1. Разработка технологий выделки хромовых кож КРС и 281

          овчины из низкосортного сырья с применением ВЧ плазменной обработки

          Анализ кожевенного сырья и дубленого полуфабриката, 281 комплектация производственных партий

          Рекомендации по разработке технологии получения 283 дубленого полуфабриката из низкосортного сырья с применением ВЧ плазменной обработки

          Разработка технологии жидкостной отделки хромовых кож с 287 применением ВЧ плазменной обработки для снижения производственных дефектов жесткости и стяжки

          Разработка технологии жидкостной отделки хромовых кож с 289 применением ВЧ плазменной обработки для снижения производственных дефектов рыхлости и отдушестости

          6.2. Разработка технологии выделки меховой облагороженной 293

          овчины, направленной на сохранение прочности лицевого слоя кожевой ткани и повышения эстетических свойств

          Анализ поступающего сырья и комплектация 293 производственных партий для меховых материалов.

          Рекомендуемая технология выделки меховой 294 облагороженной овчины из низкосортного сырья с применением НТП обработки

          Общие выводы 308

          Литература 310

          Приложения

          ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

Введение к работе:

Актуальность темы. В отечественной и мировой кожевенно-меховой промышленности существует проблема максимально эффективного использования кожевенно-мехового сырья для изготовления конкурентоспособных и пользующихся широким спросом изделий. Поэтому повышение эффективности использования низкосортного сырья, снижение процента технологического брака в процессе выделки и повышение функциональных, эстетических и эксплуатационных свойств полуфабриката позволяет снизить себестоимость готового материала и повысить конкурентную способность продукции.

Основными показателями качества кожевенного и мехового сырья являются масса, полезная площадь, состояние волосяного покрова и наличие пороков. Пороки: болячка, борушистость, выхват, кожеедина, ломина, молеедина, моржевистость, накостыш, ороговение, расслаивание кожевой ткани, палая шкура, прелина, подрезь, тавро, свищ, дыры, парша, плешины, безличины, вытертые места, выхват и выстриг шерсти, теклость волоса, солевые пятна, тощесть, царапина, ржавые пятна, шалажистость снижают сортность сырья. Однако за счет целенаправленного воздействия в процессе выделки часть из них можно исправить.

В основе процессов выделки кожевенно-мехового производства лежат жидкостные процессы, а также операции механического воздействия. В результате химического и физического воздействий происходят структурирование и модификация белков дермы и волосяного покрова, что приводит к изменению физико-механических, физико-химических, эстетических и эксплуатационных свойств кожевенного и мехового полуфабриката. Например, при выделке низкосортного мехового сырья в брак уходит по разным причинам в пересчете от 100% запуска на стадию при отмоке до 50%, в обезжиривании до 30%, в пикелевании до 50%, дублении до 5%, в сушке до 70%, в откатке до 70%, при глажении до 50%, в отбеливании и крашении до 30% сырья и полуфабриката.

Повышение эффективности использования сырья и сортности полуфабриката возможно за счет улучшения технологических свойств на каждом этапе выделки кожевенно-мехового материала. Для этого применяют различные методы воздействия на сырье и полуфабрикат – как с помощью традиционных методов (механических, химических, биохимических), так и современных способов физической модификации (УЗ-воздействие, применение плазмы: тлеющего, барьерного, мембранного разрядов, ВЧ разряда пониженного давления).

Одной из особенностей натуральных высокомолекулярных волокнистых материалов, влияющих на комплекс свойств кожи и меха, является их многоуровневая капиллярно-пористая структура. Площадь внутренней поверхности, образованная поверхностью пор и капилляров, значительно превышает площадь наружной поверхности. При обработке материалов пористой структуры в плазме ВЧ разряда пониженного давления обеспечивается эффект объемной модификации внутреннего порового объема.

Применение обработки в низкотемпературной плазме (НТП) в процессах выделки позволяет улучшить технологические свойства сырья и полуфабриката и за счет этого снизить процент прогнозируемого брака и повысить сортность готового полуфабриката.

Диссертационная работа направлена на решение актуальной проблемы – создания технологий получения кожевенного и мехового полуфабриката с применением НТП, позволяющих за счет улучшения технологических свойства на всех стадиях выделки кожи и меха перевести готовый полуфабрикат из низкосортного в высококачественный и снизить процент выхода прогнозируемого брака, при этом сократить использование дорогостоящих химических материалов, снизить количество твердых отходов, потребление энергоносителей и улучшить экологию производства в целом.

В диссертации изложены работы автора в период с 2001 по 2009 г. по исследованию влияния неравновесной низкотемпературной плазмы на технологические свойства кожевенного и мехового сырья и получения товарного полуфабриката с заданными эксплуатационными свойствами.

Работа выполнена в Казанском государственном технологическом университете в рамках научно-исследовательской работы 1.01.03 Д по теме «Взаимодействие высокочастотного разряда с капиллярно-пористыми структурами» 2003 г., при поддержке гранта АН РТ по теме «Высокочастотная плазменная струйная обработка твердых тел сплошной и капиллярно-пористой структур» 2003-2004 гг., в рамках федеральной программы «Экологическая безопасность России» (шифр 8.138), при поддержке грантов АН РТ № 06-6.4-113 и № 06-6.4-299 по теме «Высокочастотная обработка твердых тел компактной и капиллярно пористой структур» 2002-2005 гг. и в соответствии с тематическим планом НИР Казанского государственного технологического университета в рамках программы «Концепция развития мехового комплекса России на 1999-2005 гг.» и в рамках научно-исследовательской работы по Федеральной целевой программе «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» по теме «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой».

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка научных основ и технологий получения, кожевенных и меховых материалов позволяющих повысить процент использования низкосортного сырья и сортность полуфабриката путем регулирования технологических свойств дермы и волосяного покрова на всех стадиях выделки за счет применения высокочастотной плазменной обработки.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Провести анализ требований, предъявляемых к качеству сырья и технологии выделки, возможностей регулирования технологических свойств сырья и полуфабриката, влияющих на проведение процессов выделки, повышения коэффициента использования низкосортного сырья (не пригодного для типовой технологии). Обосновать целесообразность применения НТП обработки в процессах кожевенного и мехового производства.

2. Разработать физическую и математическую модели взаимодействия НТП пониженного давления с дермой и волосяным покровом в процессах кожевенного и мехового производства, теоретически обосновывающие возможность объемной модификации этих материалов за счет воздействия на надмолекулярную структуру белков заряженными частицами, возникающими в результате пробоя пористого объема.

3. Провести экспериментальные исследования повышения процента использования низкосортного сырья и сортности полуфабриката за счет воздействия на надмолекулярную структуру коллагена кожевой ткани и кератина волосяного покрова ВЧ плазмой пониженного давления.

4. Исследовать влияния НТП обработки на физико-механические и химические характеристики сырья и полуфабриката на всех стадиях выделки, выявить параметры обработки ВЧ плазмой пониженного давления, позволяющие повысить сортность готового полуфабриката и процент использования низкосортного сырья

5. На основе результатов теоретического и экспериментального исследования влияния НТП обработки на технологические свойства сырья и полуфабриката в процессах выделки, разработать технологии получения кожевенного и мехового полуфабриката, позволяющие повысить процент использования низкосортного сырья и сортность готового полуфабриката.

Методики исследования. В диссертационной работе для решения поставленных задач использовались стандартизованные и современные методы и методики исследования. Результаты сравнивались и сопоставлялись с известными данными других авторов.

Взаимодействие НТП пониженного давления с волосяным покровом и кожевой тканью исследовалось на образцах из шкур КРС и овчин.

Для исследования структурных, физико-механических и физико-химических свойств использовались методы электронной микроскопии, рентгеноструктурного, спектрофотометрического и энергодисперсионного анализа; метод электронного парамагнитного резонанса, фотоколориметрии, пикнометрии и стандартные методики оценки свойств используемых материалов. Исследовались следующие характеристики волосяного покрова и кожевой ткани: пористость, намокаемость, стойкость материала к действию температуры, прочность лицевого слоя, удлинение, содержание жира, кислотная и щелочная растворимость и емкость, влагоемкость, смачиваемость и белизна.

Результаты экспериментальных исследований и измерений обрабатывались с применением методов математической статистики. Теоретические исследования взаимодействия ВЧ плазмы пониженного давления с натуральными высокомолекулярными волокнистыми материалами проводились методом математического моделирования с использованием численных алгоритмов решения систем дифференциальных уравнений на основе вычислительной системы MatLab.

Научная новизна работы.

1. Установлена возможность применения высокочастотной плазменной обработки на разных стадиях выделки, позволяющая повысить процент использования низкосортного сырья и сортность готового полуфабриката за счет конформационных превращений и упорядочения надмолекулярной структуры белков дермы и волосяного покрова. Это приводит к повышению физико-механические свойств, снижению процента выхода прогнозируемого брака из низкосортного сырья на стадиях отмоки, пикелевания и повышению сортности полуфабриката на стадиях дубления, додубливания, отбеливания, крашения и жирования.

2. Предложены физическая и математическая модели, теоретически обосновывающие возможность объемной модификации структуры и изменения свойств кожевенно-меховых материалов за счет воздействия на надмолекулярную структуру белков заряженными частицами, возникающими в результате несамостоятельного разряда в пористом объеме.

3. Показано, что воздействие НТП на сырье, кожевенный и меховой полуфабрикат позволяет изменить эксплуатационные свойства кожевой ткани: повысить температуру сваривания на 3-10С, пористость на 25-30%, предел прочности при растяжении на 10-13%, относительное удлинение при разрыве на 6-17%, прочность лицевого слоя на 30-50%, гигроскопичность на 21-28%, а при воздействии на волосяной покров позволяет повысить текучесть волоса меховой овчины на 2- 4% и белизну при отбеливании – на 30-50%.

4. На основе проведенных исследований разработаны технологии получения кожевенного и мехового полуфабрикатов с применением НТП на разных стадиях выделки, позволяющие снизить процент выхода прогнозируемого брака из низкосортного сырья, повысить сортность готового полуфабриката при этом, приводящие к снижению расхода химических материалов на 15-20%, продолжительности жидкостных процессов на 20-30% и снижению экологической нагрузки предприятия на 30 - 50%.

5 Впервые установлено, что за счет изменения технологических параметров процессов, применения новых химических материалов и НТП обработки на стадиях отделки меховой облагороженной овчины происходит повышение прочности лицевого слоя и снижается процент брака с 30-50% до 5-10%.

Практическая значимость работы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны:

-Технология производства кожи из овчины и КРС с применением НТП обработки на разных стадиях выделки, позволяющая повысить до 30% процентов использование низкосортного сырья и перевести низкосортный готовый полуфабрикат в полуфабрикат с требуемыми показателями качества. Одновременно разработанная технология приводит к сокращению продолжительности жидкостных процессов выделки и отделки на 20–35 % и потребления химических материалов на 15–35 %.

-Технология получения меховой овчины из сырья явно склонного к проявлению дефекта расслаивания кожевой ткани, позволяющая повысить до 50% процентов использование низкосортного сырья и за счет повышения физико-механических свойств кожевой ткани получить высокосортный готового полуфабрикат.

-Технология отбеливания, крашения и жирования с применением НТП обработки волосяного покрова меховой овчины, позволяющая повысить сортность готового полуфабриката за счет улучшения эстетических и эксплуатационных показателей качества. Кроме, того технология, обеспечивающая интенсификацию отделочных процессов на 20–40 % и сокращающая потребления красителей и вспомогательных материалов на 25–30 %.

Разработанные технологические процессы внедрены в промышленное производство на ТМТП ОАО «Мелита», ОАО «Сафьян», ООО «Кожевенник» и ООО «Меховщик».

Суммарный экономический эффект от внедрения ВЧ плазменной модификации в технологию производства кожевенных и меховых материалов составляет 21 млн. руб. в год.

Таким образом, диссертационная работа представляет собой научно обоснованную технологическую разработку, обеспечивающую решение ряда важнейших прикладных задач кожевенно-меховой промышленности. Имеющая большое народнохозяйственное и социальное значение, заключающуюся в создании комплекса новых технологий с применением НТП обработки, с использованием новых режимов выделки и химических материалов, повышающих эффективность использования низкосортного сырья и сортность готового полуфабриката.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Научные основы возможности применения высокочастотной плазменной обработки на разных стадиях выделки, позволяющей повысить процент использования низкосортного сырья и сортность готового полуфабриката за счет конформационных превращений надмолекулярной структуры белков дермы и волосяного покрова. Снизить процент выхода прогнозируемого брака из низкосортного сырья на стадиях отмоки, пикелевания и повысить сортность полуфабриката на стадиях дубления, додубливания, отбеливания, крашения и жирования.

2. Физическая и математическая модели модификации структуры и свойств кожевенно-меховых материалов за счет процессов объемной НТП модификации. В основу расчета положены сведения о пористой структуре кожевенно-меховых материалов и энергетических параметрах газового разряда. Результаты расчетов подтвердили возможность поддержания несамостоятельного ВЧ разряда в порах обрабатываемого материала.

3. Результаты экспериментальных исследований, определяющие основные закономерности изменения структурных, физических и механических свойств волосяного покрова и кожевой ткани за счет НТП воздействия.

4. Результаты теоретического и экспериментального исследования воздействия НТП на дерму и волосяной покров в процессах выделки кожевенного и мехового полуфабриката, позволяющего перевести готовый полуфабрикат из низкосортного в высококачественный и снизить процент выхода прогнозируемого брака.

5. Новые ресурсосберегающие технологии производства кожевенного и мехового полуфабриката с применением НТП обработки, позволяющие повысить процент использования низкосортного сырья на 30-50% и повысить сортность готового полуфабриката за счет улучшения эстетических и эксплуатационных свойств, а также снижающие расход химических материалов на 15-35%, продолжительность жидкостных процессов на 20-35% и экологическую нагрузку предприятия на 30-50%.

Апробация результатов работы и публикации. Основные результаты работы докладывались на: научных сессиях КГТУ (Казань 2001-2009г.г.); третьем международном симпозиуме по теоретической и прикладной плазмохимии (Плес 2002 г.); международной научной конференции «Актуальные проблемы науки, техники и экономики производства изделий из кожи» (Витебск, 2004 г.); «Правовые и инженерные вопросы промышленной безопасности, охраны труда и экологии» (Казань 2004 г.); международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Новые технологии и материалы в производстве кожи и меха» (Казань, 2005-2008 г.г.); КамПИ (Набережные Челны 2005 г.); на ежегодных Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (Москва, 2004-2006 г.г.).

Основные результаты изложены в 36 печатных работах, в том числе в 13 статьях в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК и одной монографии.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах состоит в выборе и обосновании методики эксперимента, непосредственном участии в проведении экспериментов, анализе и обобщении полученных экспериментальных результатов, в разработке математической модели НТП модификации, формировании научных выводов. Вклад автора является решающим во всех разделах работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографии из 393 наименований и приложения. Диссертация изложена на 340 страницах машинописного текста, содержит таблиц 64 и 135 рисунков.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net