Исследование процесса переработки живых коконов тутового шелкопряда

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены результаты исследования процесса переработки живых коконов тутового шелкопряда. Показано, что соотношения структуры и свойств полимера могут быть использованы для оценки хрупкости разрушения, при этом напряжение серицина составляет около 130 МПа, что является таким же, как предел текучести.

Приведены результаты процесса воздействия вибрации на морку и сушку живых коконов тутового шелкопряда, полученные в лаборатории Ташкентского государственного технического университета.

Представлены: типичный наблюдаемый профиль напряжения деформации для волокна Bombyx mori и прогнозируемого профиля для серицина; график вибраций, используемых при морке и сушке коконов тутового шелкопряда; результаты переработки коконов тутового шелкопряда; живые коконы, коконы после морки.

ABSTRACT

The article discusses the results of a study of the processing of live silkworm cocoons. It is shown that the ratio of the structure and properties of the polymer can be used to assess the fragility of fracture, while the stress of sericin is about 130 MPa, which is the same as the yield strength. The obtained results of the process of vibration impact on the mork and drying of living silkworm cocoons obtained in the laboratory of Tashkent State Technical University are given.

Presents: typical observed strain strain profile for Bombyx mori fiber and predicted profile for sericin; graph of vibrations used in morka and drying of silkworm cocoons; the results of processing silkworm cocoons; live cocoons, cocoons after marka.

Ключевые слова: вибрация, сушка, морка, переработка, живые коконы тутового шелкопряда.

Keywords: vibration, drying, morka, processing, live silkworm cocoons. 

На сегодняшний день коконы тутового шелкопряда и шелковые продукции занимают важное место на мировом рынке. «Ежегодно заготавливается в среднем 640 тыс. тонн коконов тутового шелкопряда, и в странах, их выращивающих, в 2015 году вырабатывалось 130 тыс. тонн шелка-сырца» [4]. С учетом высоких требований к качеству шелковой продукции на мировом рынке особое значение приобретает обеспечение конкурентоспособности производимой продукции. В мировой практике пристальное внимание уделяется технологическим процессам первичной обработки коконов, созданию техники и технологии производства качественного шелка-сырца из новых гибридов, влияющего на качественные показатели сырья из коконов тутового шелкопряда. В годы независимости в стране делался акцент на эффективное развитие шелководства, а также производство шелка-сырца и шелковых изделий с высокими качественными показателями и конкурентоспособностью [1].

Шелковые волокна представляют собой натуральный фиброиновый белок, покрытый слоем около 25% серицина, который связывает волокна вместе в точках пересечения. Модуль упругости немытого естественного волокна составляет около 9 КПа, а типичный профиль напряжения-деформации для разрушения – около 350-400 МПа.

Серицин считается аморфным белком с большой долей сериновых сегментов, которые имеют боковую цепь -ОН, способствующую адгезии. К сожалению, серицин очень хрупок, поэтому экспериментальное измерение его механических свойств довольно сложно.

На рис. 1 также показано теоретическое предсказание профиля стресс-деформации серицина [5], как видно из рисунка, он очень похож на экспериментальные данные для аморфного регенерированного шелка волокна. Ключевыми прогнозируемыми параметрами являются низкий модуль деформации 4 ГПа и растяжение с пределом текучести около 130 МПа. Соотношения структуры и свойства полимера [2] могут быть использованы для оценки хрупкости разрушения. При этом напряжение серицина составляет около 130 МПа, что является таким же, как предел текучести. Следовательно, серицин является типичной матричной связкой.

Рисунок 1. График зависимости напряжения от давления на коконы тутового шелкопряда с учетом волокна Bombyx mori и прогнозируемого профиля для серицина

Если взять прочность серицина до 130 МПа с модулем 4000 МПа, можно назначить линейную деформацию упругого разрушения для справочных целей ef»0,033. Это необходимо для того, чтобы масштабировать эту плотность упругой энергии от кокона серицина к оценке характерного штамма e_a в коконе, который может быть связан с деформацией. Поскольку большая часть эластичного активного материала в коконе представляет собой фиброин с модулем Y_f»9000 МПа, а кокон имеет модуль Y_c»300 МПа, то можно масштабную упругую деформацию плотности энергии представить следующим образом, e_a:

Указанный выше активационный штамм станет точкой отсчета, по отношению к которому можно рассчитать статистический процесс разрыва связи в коконе. Этот штамм предполагает, что максимальное напряжение в коконе, если оно имеет порядок около 100 МПа, поскольку модуль составляет около 300 МПа, как показано выше.

В лаборатории Ташкентского государственного технического университета проведено натурное испытание для морки и сушки коконов тутового шелкопряда [3; 6]. Результаты процесса воздействия вибрации на морку и сушку коконов тутового шелкопряда приведены на рис. 2-3.

Рисунок 2. График вибраций коконов тутового шелкопряда, используемых при морке и сушке

Рисунок 3. Порядок переработки коконов тутового шелкопряда с учетом их морки и сушки: а – живые коконы; б – коконы после морки

На рис. 3 приведен результат многократных экспериментов и отобранная вариация динамики виброскорости, с которой подавались коконы при морке и сушке тутового шелкопряда.

На основе полученных результатов можно констатировать, что дальнейшее совершенствование установки, разработанной авторами, и ускорение процесса морки и сушки при использовании для этого горячего воздуха, температурой 65°С, и с комбинациями вибрации в течение 10 минут создает возможность для хорошего сохранения естественных физико-механических и технологических показателей коконной оболочки.

Список литературы:
1. Гуламов А.Э. Совершенствование технологии размотки новых местных гибридов коконов и получение шелка-сырца высокого качества: Автореф. докт. дисс. – Ташкент, 2016. – 72 с.
2. Использование упругих волн в процессе первичной переработки живых коконов / Ж.Э. Сафаров, Ш.У. Зулпанова, Д.И. Самандаров, Д.Д. Эркинов // Республ. науч.-техн. конф. «Проблемы и перспективы инновационной техники и технологии». – Ташкент, 2019. – С. 25-26.
3. Сафаров Ж.Э., Султанова Ш.А., Эргашева З.К. Изучение первичной обработки коконов шелковичного червя // Universum: технические науки. – М., 2018. – № 10 (55). – С. 19-21.
4. Porter D., Gould P.J. International Journal of Solids and Structures, 46 (2009) 1981-1993.
5. Safarov J.E., Sultanova Sh.A., Dadaev G.T. Primary processing of cocoons silkworm (Bombyx mori) procedure with the help infrared heating. 10th World conference on intelligent systems for industrial automation. WCIS-2018. Tashkent, 2018. P. 396-400.