Моделирование гибкости и прочности льняного волокна для прогнозирования его прядильной способности

• Автор: Киселева, Марина Владиславовна
• Шифр специальности: 05.19.01, 05.19.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Кострома
• Количество страниц: 270 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Оценка качества льняного волокна.

1.2. Анализ показателей качества чесаного льна.

1.3. Структура льняного волокна и ее взаимосвязь

с механическими свойствами льняных волокон

1.4. Математическое моделирование в

текстильном материаловедении.

1.5. Выводы из обзора литературы и постановка задач

исследования

Глава 2. Моделирование прочности льняного волокна
2.1. Обоснование выбора метода решения поставленной задачи.
2.2. Математическая модель комплекса льняных волокон.
2.3. Актуальность применения теории пластичности
к процессу деформирования волокон и нитей
2.3.1. Обоснование выбора теории малых упругопластичсских деформаций для решения задачи.
2.3.2. Выбор метода решения задач пластичности по
деформационной теории.
2.3.3. Решение систем линейных уравнений высокого порядка на ЭВМ
2.4. Определение граничных условий при моделировании напряженнодеформированного состояния стандартной
навески чесаного льняного волокна
2.5. Определение прочности чесаного льняного волокна.
2.5.1. Анализ методов механики твердых тел для определения прочности навески чесаного льна.
2.6. Определение модуля упругости межклеточного вещества.
2.7. Разработка программного обеспечения, реализующего математическую модель прочности льняного волокна и проверка адекватности модели.
2.8. Выводы по главе
Глава 3. Моделирование гибкости льняного волокна
3.1. Метод определения гибкости льняного волокна
3.2. Геометрическая нелинейность льняного волокна
при моделировании его гибкости
3.3. Разработка математической модели гибкости
льняного волокна
3.4. Разработка программного обеспечения моделирования гибкости льняного волокна.
3.5. Выводы по главе
Глава 4. Исследование зависимости прочности и гибкости льняного волокна от физикомеханичсских и геометрических характеристик с помощью разработанных моделей
4.1. Условия вычислительного эксперимента
4.2 Регрессионные модели зависимости прочности льняного волокна от его физикомеханических и геометрических характеристик
4.3. Ререссионнье модели зависимости гибкости льняного волокна от его физикомеханических и геометрических характеристик
4.3. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список литературы


Особенно сильно одревесневают срединные пластинки, соединяющие отдельные элементарные волокна. Льняное волокно содержит от 1, до 4,5% лигнина. Исследования проведенные в ЦНИИЛВе, показали, что из всех анатомических признаков стебля льна наибольшую связь с качеством волокна имеют степень одревеснения волокон и поперечные размеры элементарных волокон. В общем случае повышение содержания лигнина в волокне может происходить как за счет его увеличения в срединных пластинках, так и внутри клеточных стенок. Анализ волокон показывает, что при невысоком общем содержании лигнина (-3,0%), степень одревеснения срединных пластинок может превышать % []. Поэтому при рассмотрении влияния лигнина на качество волокна наряду с общим содержанием лигнина необходимо приводить данные о степени одревеснения срединных пластинок. Кроме этого, в волокнах содержатся белки, составляющие протоплазму клеток растения. Воскообразующие вещества (воска, масла, пигменты) входят главным образом в кутикулу стебля, но также присутствуют и в волокнах. Количество воскообразных веществ в льняном волокне составляет 2,5 —3%, но может значительно изменяться в зависимости от условий производства льна. Пигменты (хлорофилл, каротиноиды) придают соответствующую окраску стеблям на различных стадиях их обработки. В настоящее время полностью не изучен вопрос о влиянии отдельных компонентов на свойства льна. Однако считается, что чем выше содержание целлюлозы в чесаных льноматериалах и чем меньше лигнина, пектиновых веществ и гем и целлюлозы, азота и золы, тем выше их качество. В исследованиях ИвановаА. Н. установлено, что важнейшими факторами состава и структуры льняных волокон различных селекционных сортов, определяющих их прядильную способность, являются: содержание ге-мицеллюоз, лигнина, степень одревеснения срединных пластинок и плотность волокон (или суммарная энергия водородных связей). Для всех целлюлозных материалов характерна структурная неоднородность: наличие областей с кристаллическим и аморфным расположением макромолекул, что определяется расположением целлюлозных цепочек. Макромолекулы целлюлозы льна в процессе роста растения располагаются в основном ориентированно в продольном направлении. Звенья макромолекул связаны между собой очень прочными валентными связями и менее прочными межмолекулярными. Для льна характерна фибриллярная с незначительной разориентацией спиральная структура. Фибриллы прерывисты по длине, граница между ними меняется: она различной длины и не всегда прямая; ширина фибрилл также варьируется, не превышая, однако, 0,5 мкм [7]. Надмолекулярная структура включает фибриллярный уровень строения с различной степенью упорядоченности, кристалличности, ориентации макромолекул. Надмолекулярная структура льняных волокон может быть представлена моделью с выпремленными цепями (КВЦ) с высокой плотностью энергии межатомных и межмолекулярных связей, а также значительной структурной и энергетической анизотропией. Высокомолекулярная целлюлоза льна, являющаяся полужесткоцеп-ным полярным полимером, образует надмолекулярную структуру с высокой ориентационной упорядоченностью, но, из-за инкрустирования лигнином, с более низкой, чем у хлопка, кристалличностью [6, , ]. Такая структура обуславливает определенные свойства волокон, в частности, высокую прочность и малую дсформативность вдоль оси волокна, большую долю вынужденно - эластической деформации. Наибольшее значение из них имеет прочность элементарных волокон в продольном направлении. Стенки элементарного волокна, как и всех натуральных растительных волокон, условно делятся на концентрические оболочки. Каждая оболочка состоит из фибрилл, расположенных под определенным углом разори-ентации к оси волокна, причем в каждом последующем слое направление фибрилл меняется. Установлено наличие нескольких слоев в стенках волокна. Их количество и толщина зависят от степени зрелости клетки. Структурная модель льняного волокна показана на рис. У зрелого волокна различается первичная стенка и трехслойная вторичная стенка [].