Удосконалення методів КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ЛЛЯНОГО ВОЛОКНА НА ОСНОВІ СЕНСОРНОГО АНАЛІЗУ

brief description

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

ТОЛМАЧОВ ВОЛОДИМИР СЕРГІЙОВИЧ

УДК 677.11.021

Удосконалення методів КОНТРОЛЮ ЯКОСТІ ЛЛЯНОГО ВОЛОКНА НА ОСНОВІ СЕНСОРНОГО АНАЛІЗУ

Спеціальність 05.18.02 технологія зернових, бобових, круп’яних продуктів і комбікормів, олійних і луб’яних культур

Дисертація
на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник: Кузьміна Тетяна Олегівна
д.т.н., професор

ХЕРСОН-2012

ЗМІСТ

ВСТУП..

7

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ВИЗНАЧЕННЯ НАПРЯМІВ ДОСЛІДЖЕННЯ ...................................

15

1.1. Сучасні методи визначення якості сировини та продукції ..

15

1.2. Властивості луб’яних волокон, які впливають на якість продукції ..

19

1.3. Розвиток методів оцінки якості лляної сировини .....

26

1.4. Сенсорний аналіз та кваліметрична оцінка показників якості лляних волокон ....

33

Висновки до розділу 1 ....

46

РОЗДІЛ 2. ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИКИ ТА ОСНОВНІ МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ ...

49

2.1. Характеристика об’єктів дослідження ...

49

2.2. Загальна методика проведення досліджень ...

51

2.3. Методи дослідження тіпаного льону за чинним стандартом ..

53

2.3.1. Визначення групи кольору тіпаного льону ....

55

2.3.2. Визначення довжини жмені .....

55

2.3.3. Визначення гнучкості волокна

55

2.3.4. Визначення розривного навантаження ...

56

2.3.5. Визначення фактичної вологості волокна ..

57

2.3.6. Визначення номера тіпаного льону .

58

2.3.7. Визначення лінійної щільності волокна .

59

2.4. Методи випробувань і забезпечення точності показників вимірювання

60

2.5. Статистична обробка результатів дослідження

63

Висновки до розділу 2 ....

65

РОЗДІЛ 3. Теоретичні передумови створення нових, сучасних методів оцінки якості лляного волокна

66

3.1. Теоретичне обґрунтування розробки методики сенсорного аналізу лляного волокна на основі ефектів світлопоглинання та світловідбивання .

66

3.2. Теоретичне обґрунтування розробки методики сенсорного аналізу на основі акустичних властивостей лляного волокна

80

Висновки до розділу 3

92

РОЗДІЛ 4. Експериментальні дослідження ..

93

4.1. Обґрунтування технологічної схеми та функціональних параметрів розробленого приладу ПВПК-1 для визначення показників кольору лляного волокна

93

4.1.1. Вибір методу ідентифікації кольору лляного волокна ......

98

4.1.2. Аналіз чутливості та точності показань розробленого приладу ПВПК-1 ..........................................................................

101

4.1.3. Встановлення маси зразка та кількості вимірювань для визначення показників кольору ..

107

4.1.4. Дослідження оптичних характеристик волокна та їх неоднорідності за довжиною на розробленому приладі ПВПК-1...

111

4.2. Обґрунтування технологічної схеми та параметрів розробленого приладу ПВПС-1 для визначення фізико-механічних показників якості лляного волокна на основі ефекту світлопоглинання ...

114

4.2.1. Визначення маси зразка та кількості вимірювань для дослідження лляного волокна .

115

4.2.2. Обґрунтування параметрів зразка для роботи з розробленим приладом ПВПС-1 ........

118

4.2.3. Дослідження зв’язку світлопоглинання з фізико-механічними властивостями лляного волокна ..

120

4.3. Обґрунтування технологічної схеми розробленого приладу ПВПЗ-1 для показників якості лляного волокна на основі ефекту звукопоглинання ......

122

4.3.1. Обґрунтування параметрів приладу ПВПЗ-1 та зразка для визначення якісних показників лляного волокна ..

126

4.3.2. Визначення кількості вимірювань для дослідження льоноволокна .

130

4.3.3. Дослідження впливу вологості волокна на показання приладів ПВПС-1 та ПВПЗ-1 ...

131

4.3.4. Дослідження зв’язку звукопоглинаючих властивостей лляного волокна з його фізико-механічними показниками ..

132

4.3.5. Статистична обробка результатів вимірювання показників якості лляного волокна різними методами

136

4.4. Кваліметрична оцінка льоноволокна за результатами сенсорного аналізу ..

141

Висновки до розділу 4 ....

147

РОЗДІЛ 5. Аналіз та узагальнення результатів ..

149

5.1. Оцінювання ступеня відтворюваності та прецизійності результатів сенсорного аналізу з використанням дослідних зразків приладів ...

149

5.1.1. Статистичні методи контролю якості вимірювання розробленим приладом ПВПК-1 .....

149

5.1.2. Статистичні методи контролю якості вимірювання розробленим приладом ПВПС-1 .

156

5.1.3. Статистичні методи контролю якості вимірювання розробленим приладом ПВПЗ-1 ..

159

5.2. Методологія дослідження показників якості лляного волокна розробленими приладам .

163

5.2.1. Комплексна оцінка волокна розробленим методом ..

167

5.3. Визначення витрат робочого часу на проведення аналізу партій сировини ...

168

5.4. Обґрунтування економічної доцільності використання запропонованих методів оцінювання якості сировини із застосуванням розроблених приладів ...

169

5.4.1. Визначення економічної ефективності оцінювання тіпаного лляного волокна із застосуванням запропонованих методів ....

170

Висновки до розділу 5 ....

177

ВИСНОВКИ ....

178

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ .

180

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ...

181

Додатки

198

Додаток А .....

199

Додаток Б .

202

Додаток В .

206

Додаток Д .....

207

Додаток Е .....

208

Додаток Ж ....

211

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

СМТ-200 м’яльно-тіпальний верстат;
ГВ-2 гнучкомір для вимірювання гнучкості волокна;
РМП-1 прилад для вимірювання міцності волокна;
ДКВ-60 розривна машина для визначення міцності волокна;
ПВПК-1 прилад для визначення показників кольору лляного волокна;
ПВПС-1 прилад для вимірювання показників світлопоглинання;
ПВПЗ-1 прилад для вимірювання показників звукопоглинання;
Nр розрахунковий номер волокна;
KL функція величини за довжиною L;
KСП функція величини за властивістю світлопоглинання СП;
KЗП функція величини за властивістю звукопоглинання ЗП;
KК функція величини за групою кольору K.

ВСТУП

В основу адаптивної перебудови легкої промисловості покладено завдання, пов'язані з підвищенням конкурентоспроможності продукції на базі використання луб’яної сировини, освоєнням виробництва нових видів продукції, реструктуризацією асортименту, технологічним оновленням базових підприємств легкої промисловості.
Протягом останніх дев’яти років в Україні виконувалася Державна програма розвитку промисловості на 2003-2011 роки, схвалена Постановою Кабінету Міністрів України № 1174 від 28 липня 2003 р. Пізніше до цієї програми було внесено деякі зміни Постановою Кабінету Міністрів України № 162 від 11 лютого 2004 р. Прийняття Постанови створило умови для посилення дієвості державної промислової політики, підвищення інноваційної спрямованості розвитку промисловості та її впливу на технічне переоснащення галузей економіки, зростання обсягів виробництва, підвищення якості та посилення конкурентоспроможності продукції галузей промисловості на зовнішньому та внутрішньому ринках, просування нових ідей, які забезпечать підвищення науково-технічного рівня промислової продукції [1, 2].
Для вирішення основних завдань, викладених у цій Постанові Кабінету Міністрів України, підприємства з переробки луб’яної сировини поступово переходили на нові технології вирощування, збирання та переробки, вдосконалювали існуючі традиційні технології, зменшували імпорт бавовни, впроваджували нові технології модифікації волокон. Усе це дозволило більш ефективно використовувати сировину та створювати нові за якістю матеріали, тому зараз дуже актуальними є дослідження, спрямовані на удосконалення методів контролю якості виробів легкої промисловості.
До луб’яних культур, що містять натуральні волокна, відносяться такі рослини, як льон-довгунець, льон-межеумок, коноплі, кенаф, джут, рамі, канатник, кендир та інші. На території України найпоширенішими луб’яними культурами є льон-довгунець та коноплі. Отримані з цих рослин волокна широко застосовуються в різних галузях виробництва.
Виготовлений з використанням конопляного волокна одяг відрізняється надзвичайною міцністю, стійкістю до зношування та довговічністю. З цієї рослини можна отримувати екологічно чисті будівельні матеріали широкого спектру застосування деревинно-волокнисті плити, покрівельну черепицю, стінні волокнисті плити, панелі, ізоляцію та цеглу. Конопляні волокна використовують для спорудження пресованих стін або зведення будинків, а також для виробництва пластику. Крім того, волокна конопель використовуються для виготовлення корабельних вітрил, канатів і текстильних виробів.
Волокна льону також мають унікальні споживчі властивості. Так, льон гігієнічний, добре вбирає вологу та швидко її віддає. На лляних волокнах не утворюються статичні заряди, ступінь полімеризації целюлози льону в 2-3 рази вищий, ніж у бавовни. Тому вироби з льону набагато міцніші, більш стійкі до руйнування на сонці та до прання, не жовтіють і не старіють, а лише стають білішими й приємнішими на дотик, мають бактерицидні властивості.
Ці й інші властивості роблять льон універсальною сировиною, а вироби з нього - корисними для здоров'я людини та зручними у використанні.
У сучасних умовах виробники та наукові працівники приділяють велику увагу питанням розробки нових способів модифікації волокна й удосконаленню технологічних процесів первинної переробки льону для луб’яної сировини з широким спектром геометричних і фізико-механічних властивостей [3]. Санітарно-гігієнічні характеристики виробів з модифікованого лляного волокна значною мірою перевершують екологічні показники виробів з бавовни та інших волокон [4].
У той же час розробка нових швидкодіючих методів визначення показників якості волокна, які відіграють вирішальну роль у подальшому його використанні, залишається поза увагою вчених і переробників. На сьогодні кваліметрія луб’яної сировини на всіх етапах її життєвого циклу здійснюється за застарілими стандартами та з використанням морально й технічно застарілого обладнання [5]. Крім того, оцінка якості модифікованого волокна, одержаного за новітніми технологіями, взагалі виконується за стандартами на інші види сировини, наприклад бавовну або вовну. Іноді це призводить до того, що високоякісне вітчизняне волокно, оцінене не за сучасними загальновизнаними методами, втрачає потенційних споживачів на міжнародному ринку й не може бути реалізовано за відповідними цінами. Усе вищевикладене зумовлює необхідність створення методики комплексної оцінки якості луб’яної сировини на основі кваліметричної оцінки та сенсорного аналізу, яка відповідала б міжнародним нормативним документам.
Актуальність теми. В останні роки в Україні й за кордоном спостерігається стійка тенденція до використання натуральних волокон для виготовлення високоякісних виробів легкої промисловості, причому особлива увага приділяється волокнам конопель та льону.
Практика роботи підприємств первинної переробки луб’яної сировини свідчить, що якість отриманого волокна залежить від об’єктивного визначення характеристик вихідної сировини, яка надходить на переробку.
Необхідність комплексної оцінки якості луб’яних матеріалів у сучасних умовах представляє особливий інтерес. Це пояснюється тим, що волокно льону має широкий спектр застосування: у виготовленні текстильних виробів і будівельних матеріалів, у машинобудуванні, медицині та багатьох інших галузях промисловості.
Однак аналіз науково-технічної літератури та виробничого досвіду показав, що частіше розроблюються нові технології переробки або модифікації волокон, а методи оцінки їх геометричних, фізико-механічних та інших показників якості залишаються без змін або запозичуються з нормативно-технічної документації на інші подібні матеріали. Взагалі методи аналізу, що використовуються на сьогоднішній день для визначення якості луб’яної сировини та продукції, не враховують новітніх змін у технологіях їх переробки.
Виходом з такого становища є впровадження системи менеджменту якості, де особливе місце займають питання управління якістю матеріалів та їх кваліметрична оцінка. Тому зараз у текстильній промисловості необхідно впроваджувати додаткові кваліметричні інструментальні та сенсорні методи оцінки якості лубоволокнистих матеріалів.
Виходячи з вищевикладеного, розробка наукових основ та методик оцінки якості луб’яних волокон є актуальною проблемою, вирішення якої сприятиме отриманню високоякісної сировини, яка може бути використана для виготовлення конкурентоспроможних виробів, що відповідатимуть високим вимогам споживачів.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційних досліджень є складовою частиною науково-дослідних робіт, що виконуються кафедрою товарознавства, стандартизації та сертифікації Херсонського національного технічного університету за напрямами: «Отримання луб'яної сировини підвищеної якості за матеріало- та енергозберігаючими технологіями», номер державної реєстрації №0102U0055291, дата реєстрації 30.10.2001 р., протокол № 2, і «Розроблення ресурсозберігаючих та енергозберігаючих технологій комплексної переробки луб'яних культур», номер державної реєстрації №0107U006817, протокол №644 від 23.07.2007 р.
Особистий внесок автора полягає в розробці теоретичних основ створення інноваційних експрес-методів оцінки якості волокна на основі сенсорного аналізу та кваліметричної оцінки.
Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка теоретичних основ й удосконалення методів оцінки якості лляного волокна, які базуються на сенсорному аналізі та кваліметричній оцінці фізико-механічних властивостей лляних волокон.
Для досягнення основної мети дослідження необхідно було вирішити такі завдання:
- здійснити аналіз кваліметричних методів, що використовуються для оцінки якості лляних волокон;
- розробити теоретичні основи для створення нових методів оцінювання якості луб’яних матеріалів;
- науково обґрунтувати вибір фізико-механічних показників якості лубоволокнистих матеріалів для досліджень;
- удосконалити стандартні методи визначення показників якості лубоволокнистої сировини, застосувавши кваліметричні методи та сенсорний аналіз;
- створити нову інструментальну базу оцінювання якості луб’яних матеріалів;
- здійснити математичне обґрунтування залежності між досліджуваними показниками якості сировини та запропонованими фізичними факторами для підтвердження доцільності впровадження нових засобів вимірювання;
- розробити алгоритм оцінювання якості луб’яних матеріалів за удосконаленими методами та здійснити практичну реалізацію розроблених положень.
Об'єкт дослідження - процес визначення показників якості лляного волокна.
Предмет дослідження - волокно льону та існуючі прилади для визначення фізико-механічних показників якості волокна.
Методи дослідження. Методологічною основою роботи є системний підхід до визначення фізико-механічних показників якості луб’яних волокон.
Під час досліджень використовувалися: статистичні методи обробки інформації, кваліметричні методи визначення якості, диференційні методи для оцінювання окремих показників, комплексні методи визначення сумарної оцінки якості, метод комбінованої оцінки прядильної здатності волокна, органолептичні методи для визначення його засміченості, довжини та кольору. Результати експериментальних досліджень було оброблено з використанням методу регресійного аналізу за допомогою IBM-сумісного комп’ютера та пакета прикладних програм: «CurvexPR 1.3», «Matlab», «MathCAD2000», «Number», «Microsoft Office Excel 2007 (11.5612.56050)» і розробленого автором програмного забезпечення для визначення колірних характеристик волокна.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:
- теоретично обґрунтовано нову методологію визначення показників геометричних, фізико-механічних і фізичних властивостей лляних волокон на базі сенсорного аналізу та кваліметричної оцінки;
- запропоновано комплексний підхід до вибору кваліметричних методів оцінки луб’яних матеріалів, що базується на виділенні ключових характеристик якості;
- розроблено інноваційну методологію сенсорного аналізу на основі ефекту світлопоглинання та світловідбивання;
- вперше запропоновано використання акустичних властивостей лляних волокон для визначення лінійної щільності, гнучкості та розривного навантаження;
- отримано математичні моделі, які відображають зв'язок між групою кольору, лінійною щільністю, гнучкістю та розривним навантаженням досліджуваних лляних волокон і фізичними факторами, такими як світлопоглинання, світловідбивання та акустичні властивості.
Практичне значення одержаних результатів. Розроблено об’єктивні методи експрес-оцінки лляних волокон, які дозволяють контролювати їх якість на різних технологічних переходах та в будь-які проміжки часу.
Поставлені в роботі завдання вирішено та реалізовано у зразках нових приладів для визначення геометричних і фізичних характеристик луб’яної сировини на основі її акустичних та світлопоглинаючих властивостей. Розроблено алгоритми визначення порядку проведення оцінки якості луб’яної сировини залежно від способу експериментального випробування та використання кваліметричних методів оцінки. Розроблені теоретичні основи сенсорного аналізу, що базуються на світлопоглинанні, світловідбиванні та акустичних властивостях лляного волокна, використовуються для підготовки бакалаврів за напрямом 6.051602 «Технологія виробів легкої промисловості» під час вивчення дисциплін «Основи товарознавства виробів» і «Первинна переробка сировини», для підготовки магістрів за спеціальністю 8.05160201 «Технології первинної обробки, стандартизація і сертифікація сировини та виробів легкої промисловості» під час вивчення спеціальних розділів фундаментальних дисциплін та основних напрямків наукових досліджень у галузі первинної обробки волокнистих матеріалів.
Запропоновані автором способи визначення якості лляного волокна та конструкція удосконалених приладів захищені патентом України на винахід №83772 від 11.08.2008 р. та патентами на корисну модель № 43165 від 10.08.2009 р., № 47840 від 25.02.2010 р., № 53463 від 11.10.2010 р. і № 76375 від 10.01.2013 р.
Результати теоретичних досліджень перевірено в наукових лабораторіях Інституту луб’яних культур НААНУ, м. Глухів Сумської області (акти виробничих випробувань № 1-3 від 14.11.2011 р.) і на Мар-Будській шпагатній фабриці ТОВ «Лінен оф Десна» (акт впровадження № 4 від 23.08.2012 р.).
Особистий внесок здобувача. Здобувачем було самостійно сформульовано й обґрунтовано завдання досліджень, проаналізовано науково-технічну літературу та патентні джерела, пов’язані з проблемами переробки й оцінки якості лляних волокон, проведено лабораторні визначення фізико-механічних показників тіпаного лляного волокна, здійснено експериментальні дослідження, спрямовані на удосконалення методів оцінки показників якості волокна, проведено планування експерименту із застосуванням методів математичної статистики, оброблено, узагальнено та проаналізовано одержані результати.
В усіх наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачеві належать: обґрунтування напрямів наукових досліджень, обробка експериментальних даних, аналіз та узагальнення отриманих результатів досліджень, формулювання висновків.
Апробація результатів дисертації. Основні положення

bibliography

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

Під час визначення показників якості лляного волокна за допомогою розроблених приладів ПВПК-1, ПВПС-1 і ПВПЗ-1 необхідно дотримуватися таких рекомендацій:
- при використанні ПВПК-1 маса вимірюваного зразка волокна повинна становити 20 г, а вимірювання необхідно проводити в триразовій повторюваності в трьох місцях з обох сторін зразка;
- для приладу ПВПС-1 потрібно підготувати зразок волокна з масою 1 г і довжиною 85 мм, а вимірювання здійснювати в тридцятиразовій повторюваності;
- при застосуванні приладу ПВПЗ-1 маса зразка волокна повинна становити 10 г, робоча частота приладу 1750 Гц, висота вимірювальної камери 48 мм, а вимірювання необхідно проводити в десятиразовій повторюваності.
Під час приймання тіпаного льону з метою підвищення об’єктивності, точності та зменшення часу на проведення оцінки його якості рекомендовано:
- впровадити розроблену методику оцінки якості на основі сенсорного аналізу з використанням створених приладів як альтернативну, а також застосовувати її для визначення окремих показників якості лляного волокна;
- для визначення окремих показників якості застосовувати такі прилади: ПВПЗ-1 для визначення лінійної щільності, ПВПС-1 для визначення гнучкості і розривного навантаження, ПВПК-1 для визначення групи кольору;
- розробити технічний проект з виготовлення промислових зразків вимірювальних приладів та здійснити їх виробничі випробування.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

[підруч.] / Є.П. Качан, М.О.Ковтонюк, М.О. Петрига та ін.; за ред. Є.П. Качана. К.: Вища школа, 2000. 375 с.

Тимонин, С.З. Шварцер. М.: Колос, 1971. 251 с.
Саранча. К.: Либідь, 1993. 254 с.
Личко. М.: ВО «Агропромиздат», 1988. 470 с.

М.: Лёгкая индустрия, 1974. С. 76-94.

Атрашкевич // Лён и конопля. 1973. № 9. С. 24-26.

Мареева, А.К. Полякова // Лён и конопля. 1978. № 1. С. 34.

Я. Тихомирова // Науч. конф., 29-31 марта 1972. Киров, 1973. С. 144-149.

№ 2. С. 45-63.

Тихвинский // Лён и конопля. 1968. № 1. С. 35-37.

Давидян, B.C. Кудалевич // Лён и конопля. 1975. № 10. С. 24-26.

Pyszynska // Prace IPWL. Warszawa, 1967. XIV. S. 71-82.

А.Н.Иванов, А.А. Гурусова. М., 1988. 24 с.

М.: Изд-во стандартов, 1987. 18 с. (Государственный стандарт СССР).

процессе биологической обработки соломы способом искусственной лежки / Н.Г. Воронцова // Текстильная промышленность. 1986. № 3. С. 20-22.
Текстильная промышленность. 1985. № 10. С. 5-12.
-е перераб. и доп.]. М.: Лёгкая индустрия, 1968. 290 с.

[учеб. пособ. для вузов] / М.М. Майзель, С.М.Смирнов. М.: Машиностроение, 1971. 448 с.

Г.Г.Азгальдов // Стандарты и качество. 1994. № 11. С. 24-27.

Николаева. М.: Деловая литература, 1998. 288 с.
Родина. М.: Академия, 2004. 208 с.

Крагельский. М.: Гизлегпром, 1939. 466 с.
Блинова. М.: Бюл. НИТИ, 1932. № 12. С. 57-61.

Марупов. Ташкент: Гизлегпром, 1964. 60 с.

Баранник // Селекція, технологія вирощування і збирання луб'яних культур: зб. наук. праць. Глухів: Інститут луб’яних культур УААН, 2001. С. 160-168.