Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ЛЬНЯНОЙ ТРЕСТЫ

Изобретение относится к стандартизации льняного сырья и может быть использовано на предприятиях первичной обработки льна для определения прочности льняной тресты. Положительный эффект достигается за счет применения бесконтактного и неразрушающего стебель способа измерения, а также за счет сокращения времени на проведение измерения. В связи с тем, что отбор проб льнотресты для проведения измерений значительно затрудняет анализ и требует значительных временных затрат, то экспресс-способ измерения параметра прочности льняной тресты является наилучшим.

Прочность льняной тресты является необходимым показателем качества сырья, поступающего на льнозаводы. Бесконтактный способ контроля прочности льняной тресты в потоке позволит оперативно собирать информацию о состоянии слоя уже на раскладочном столе мяльно-трепального агрегата. Оперативный контроль прочности в потоке решит задачу дифференцированного управления технологическими режимами и обеспечит условия обработки, адекватные изменяющимся свойствам льнотресты [1]. Экспресс-метод измерения прочности значительно упростит оценку качества льняной тресты в рулонах.

Известен способ измерения прочности льняного волокна, заключающийся в определении наибольшего усилия, выдерживаемого образцами до разрыва. Разрывная нагрузка прядей волокна выражает его прочность и определяется на динамометре или разрывной машине. Вычисление значения разрывной нагрузки льняного волокна является одним из критериев для оценки его качества [2]. Недостатком этого способа является высокая трудоемкость при проведении опытов и заготовке проб, невозможность поточного использования.

К известным способам определения прочности волокнистых материалов относится способ определения прочности волокна хризотил-асбеста. Сущность метода следующая: волокна хризотил-асбеста нагревают, измеряют электрическое сопротивление, а по полученной зависимости lgR=f(1/T) определяют энергию активации в области собственной проводимости. По величине энергии судят о прочности волокна хризотил-асбеста. Однако при использовании этого способа определения прочности применительно к стланцевой льняной тресте объективность и точность оценки является невысокой [3].

Существуют разработки по определению параметров качества слоя стеблей льна с использованием его цифровых изображений. Недостатком метода является невысокая точность оценки, коэффициент корреляции измерения по данному методу составляет порядка 0,6 согласно [4].

Известен также способ неразрушимого контроля физико-механических параметров волокон растительного и искусственного происхождения по средствам сопоставления акустических колебаний, прошедших через эталонный образец и образец сравнения. При этом образцы попеременно помещаются между излучающим и принимающим датчиками акустических колебаний, а о параметрах волокон испытуемого образца судят по величине базы измерения умноженного на коэффициент пропорциональности. Однако данный способ является лабораторным и служит лишь для контроля средних параметров волокон в массе [5]. Бесконтактный метод контроля параметров волокна в массе по средствам измерения колебаний акустических волн является наиболее близким к способу измерения прочности льняной тресты по средствам анализа инфракрасных спектров. Данный метод мы возьмем за прототип способа измерения прочности льняной тресты.

Технологической задачей заявленного изобретения является сокращение временных затрат на определение прочности льнотресты при сохранении высокой точности измерений.

Технологический результат согласно изобретению достигается за счет того, что измерения прочности льнотресты проводятся бесконтактным неразрушающим способом и базируются на химическом составе льнотресты. В противопоставлении лабораторному методу, основанному на сравнении акустических колебаний.

В связи с особенностями рулонной технологии приготовления стланцевой тресты ее прочность при поступлении на льнозавод значительно изменяется как от рулона к рулону, так и внутри одного рулона. Это требует постоянного контроля прочности льняной тресты в ходе ее обработки. Использование лабораторного метода в такой ситуации невозможно из-за необходимости значительных временных затрат.

Отличием предлагаемого способа от прототипа является использование ближней инфракрасной (БИК) спектрометрии для определения прочности льнотресты. Способ основывается на измерении процентного содержания лигнина и пектиновых веществ в стебле льняной тресты.

Лигнин представляет собой сетчатый трехмерный полимер нерегулярного строения. В бензольном кольце фенилпропановые структуры содержат метоксильные группы -ОСН₃ и фенольные гидроксилы -ОН. Они представляют собой целую группу соединений, поэтому область их проявления в инфракрасном (ПК) спектре является размытой и определяется границами 8700-8000 см^-1.

Пектиновые вещества первичных клеточных стенок представляют собой сложный разветвленный полиуглеродный комплекс. Карбоксильные группы полигалактуроновой кислоты, цепи которой образуют комплекс, частично этерифицированы и содержат метоксильные группы. В природных растениях растворимый пектин, находящийся в соке растений, и нерастворимый протопектин, расположенный в растительных тканях, проявляют себя в области инфракрасного спектра в границах 8700-8000 см^-1.

Содержание лигнина в стеблях льна колеблется в широких пределах и зависит от степени зрелости, условий выращивания, сорта льна. В лубяной части зрелого стебля содержится 2,5-6% лигнина, в древесной части - 20-30%. Содержание пектиновых веществ в лубяной части стебля льна изменяется от 3 до 10%, а в древесной части от 1 до 3%. Пектиновые вещества взаимосвязаны с лигнином, так на месте повышенного содержания пектинов в стебле льна на поздних стадиях вегетации происходит накопление лигнина. При отсутствии низкомолекулярных углеводов пектиновые вещества являются главными предшественниками лигнина [6].

В растениях лигнин выполняет опорную функцию, он придает клеточным стенкам устойчивость к механическим воздействиям, жесткость. Кроме того, лигнин внутри клеточной стенки химически связан с углеводами и образует редко сшитую лигноуглеводную сетку. Наличие лигноуглеводной сетки в конечном счете влияет на прочность льняной тресты. Чем сильнее связь, тем прочнее льняная треста и тем меньше площадь отраженного ИК-спектра. Таким образом, лигнин и пектин в сочетании выступают в роли индикатора прочности льняной тресты [6].

Проведенный анализ ИК-спектров в области 8700-8000 см^-1 показал, что между интенсивностью отраженного спектра и прочностью льнотресты имеет место высокая корреляция (см. фиг.1). По всей ширине диапазона влияние влажности минимально. Кроме того, при сравнении образцов льняной тресты разных сортов, а также контрастных степеней вылежки удалось выделить длину волны 8333 см^-1, на которой интенсивность спектра определяется только метоксильными группами характерными для пектиновых веществ и лигнина. Оценка интенсивности спектров на данной длине волны позволяет измерять прочность льняной тресты с высокой точностью. В связи с этим предложено использовать этот диапазон для построения калибровочной модели оценки прочности льнотресты.

На основании полученной калибровочной модели составлено линейное уравнение для расчета прочности льняной тресты при известной интенсивности инфракрасного излучения в области 8333 см^-1:

П=32.5-46.4·I₈₃₃₃,

где I₈₃₃₃ - интенсивность отраженного спектра в области 8333 см^-1.

Источники информации

1. Мозохин А.Е., Дроздов В.Г., Ефремов А.С. Оптимизация и управление режимами процесса трепания в зависимости от свойств льнотресты // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности, Иваново, 2011. - №5. - С.39-43.

2. ГОСТ 10330-76 «Лен трепаный. Технические условия». - М: Издательство стандартов, 1982.

3. Бахтерев В.В. Способ определения прочности волокна хризотил-асбеста // RU 2241218, G01N 27/04. - Опубл. 27.11.2004.

4. Куликов А.В. Разработка инструментальной системы определения технологического качества трепаного льна: Дис… канд.техн.наук / Костромской гос.технол. ун-т. - Кострома, 2004. - 148 с.

5. Костюков А.Ф. Способ лабораторного контроля параметров волокон в массе // RU 2398224, G01N 29/00. - Опубл. 27.08.2010.

6. Гурусова А.А. Влияние химического состава и структуры льняных волокон на их качество и основные принципы построения технологии получения тресты с применением химических реагентов: Дис… канд.техн.наук / Костромской гос.технол. ун-т. - Кострома, 1989. - 251 с.